火电厂循环水系统水锤计算分析

科学技术CONSTRUCTION火电厂循环水系统水锤计算分析张贵财广西电力工业勘察设计研究院广 西南宁530001商要:简述采用直流供水系统的火力发电厂循环水系统水锤计算的重要性,并结合某火力发电厂实例,简单介绍电厂循环水系统水锤计算的内容和过程,以简单的措施,提高了循环水系统抗水锤的安全性,保证电厂的安全运行,同时节约了投资。关键词:电厂;直流供水系统;循环水系统;水锤计算;通气阀;调压水箱1循环水系统水锤计算的重要性反转速度过高或水泵第一临界转速小于水泵最大允许连续转速的部分火力发电厂采用直流供水系统,冷却水源为河水,从河边取1.4倍,以及突然停止水泵反转过程或电动机再启动,从而引起电动水口取水后经过循环水泵升压，经压力循环水管送到电厂主厂房内机转 子的永久变形、水泵机组的剧烈振动和联轴器的断裂。水泵倒流的凝汽器及其它辅机作冷却水，经过热交换后的冷却水排水通过循流 量过大引起管网压力下降,水量减小，影响供水。环水排水管、沟汇到循环水排水口,最终排回河道。由于征地、地形、总之,此类电厂循环水系统存在着流量大、流速高、管线长管径地质燃料运输或其它因素的限制,有些火力发电厂“无法紧靠水源地大 、管道标高起伏大等特点,循环水供水系统在运行中正常停泵或事故布置,取水泵房距离主厂房较远,循环水压力管较长。由于以河水为停泵 ,系统会出现水锤引起管路压力瞬时升高.降低、水柱分离汽化等水源，而江河水位丰.枯水季节水位变幅一般都比较大。 电厂循环水非 正常运行的不利水力条件,系统出现的水锤破坏性较大,这些可能造量都很大,所以循环水泵都采用流量大的立式混流泵,由于这类电厂成循环水 系统特别是凝汽器、循环水泵等主要设备的损坏,危及电厂的水位变幅大、循环水管道长,所以这类火电厂循环水泵具有额定扬程安 全运行。所以.对循环水系统进行水锤计算分析意义重大。大、工作点变化大的特点。而这类电厂厂区外地形条件往往也较为复2循环水系统水锤计算的内容杂,所以厂区外循环水管线的标高也往往也起伏较大。2.1循环水系统水锤计算的意义水锤破坏的主要表现形式为:水锤压力过高,会引起水泵、凝汽通过循环水系统水锤计算，得出管线沿程最高压力及最低压力器阀门、管道破坏。水锤压力过低,管道会因失稳而被破坏。水泵的包络线、水力参数的变化过程线,提出循环水泵与出口液控蝶阀的差参数;和网的传递误差引起的整网在尺度和方向上的系统性偏差。2)观测数据质量检核:复测基线误差是衡量基线解质量的一-个(4)二维平差:平差在二维平面坐标系下进行，观测值为二维观重要指标。表1为部分基线解、同步环、异步环结算结果。测值,解算出的结果为点的二维平面坐标。二二维平差一般适合 于小范表1 部分重复基线解同步环、异步环围GPS网的平差。基线名基线解中误差 X增量Y增量Z增量经基线解算、质量检核、网平差后,得到GPS控制点的二维坐标,其各项精度指标符合技术设计要求。整个作业仅花6d时间,其效0.00841046.7794| 2486. 1869 -3465. 95884392.0090率较常规测量手段至少提高4倍。GPS6- -ms .288 21.6| 0.0118 1046. 7906| 2486. 1762 -3465.9470| 4391. 99624结论与展望复边( 2条基线)相对误差一 22ppmEX= 0.0112 EY= 0.0107 EZ= 0.0119 8784.002(1)GPS作业有着极高的精度。它的作业不受距离限制,非常适|HS-+F51.881866.1T 006175.63383 216.699 -370.125 369.425 合于国家大地点破坏严重地区、地形条件困难地区局部重点工程地85.9| 0.0077 2512.1274| 2243.3194- 1725. 7099| 3784. 3547区等。GPS测量自动化程度很高,自动记录、自动数据预处理、自动平差计算,大大减轻了作业员的劳动强度,提高了劳动效率,-般 GPSGPSI-GFS2.2842| 97.2| 0. 0059757. 4876| 76. 6234| 644. 58597.5735测量作业效率为常规测量方法的4倍以上异步环( 3条基线)相对误差一2. 39pmEX--0.0134 EY= 0.0051 EZ= 0.0142 841.408(2)使用GPS在平面控制中作平面控制网，点位布设灵活、网形HCS_- -DZJ .288 82.1| 0. 0008718.286| 2374.5201 -3756. 5856| 4501. 7938结构合理、成果可靠,点位精度远远高于经典测量方法，能更好地满| HCS-6-S1.288 66.1 0.0061 175.6533 216.6909 -370.12 3659.4725 足以后施工的需要。GPS1→D2J .288| 99.9| 0. 005- 1036.4132| 207.8264- 1386.2736| 1743. 3011(3)GPS有着显著的优越性，不仅在城市平面控制网中大显身同步环( 3条基线)相对误差= 0. 32ppmEX= 0.0014 EY-0.0028 EZ-0. 009904. 5675手,而且可以在高等级公路、高原隧道、房产、大型机场等特殊环境下作业,并能保证效率和质量。3)网平差参考文献:(1)平差采用的观测量。GPS网采用TGO软件进行同步观测网[]李凤立.CPS在平面控制网中的应用研究[J.山西焦煤科技，的基线解算，平差时采用各同步观测网的独立基线向量及其全协方2007 ,9:16-18.差矩阵作为观测量。[2]CB/T18314- 2001 ,全球定位系统(GPS)测量规范[S].(2)三三维无约束平差。一是进行粗差分析,以发现观测量中的粗[3]周忠漠等著GPS卫星测量原理与应用[M]测绘出版社,1997差并消除其影响;二是调整观测量的协方差分量因子,使其与实际精年 1月.度相匹配;三是对整体网的内部精度进行检验和评估。[4]薛怀军,邹德中国煤化工量中的应用J山(3)三维约束平差。约束平差的目的是将GPS网的所有独立基东煤炭科技 , 207,2,MH| CNMHG线向量及其经调整后的协方差阵作为观测量,平差时应消除因星历124城市建设2009年总第45期科学技术CONSTRUCTION|联锁控制方式及液控蝶阀的开(关)阀角度和相应时间、速度,提出循出现 水柱分离减低管路中的压力升高。由于其结构简单、安全可靠、环水系统的水锤防护措施，并计算出管道系统中某些特定断面不同易 于维护等特点是水锤防护措施中常用的一种。 装设调压井(或塔)时刻的水力要索,得出各种水力过渡过程状态下,起停水泵及开关阀后， 其下游的管道不会产生压力升高，只需考虑井与泵之间水锤问门所引起的水锤压力、系统可供流量及水泵电机最大倒转速等控制题 ,因此,井(或塔)安装在靠近水泵侧，特别适合于大流量低扬程的参数。循环水系统。调压井一般高度较低,而调压塔一般高度很高,- -些工2.2最大的正压水锤程调压塔高达到了约20m。最大水锤升压--般发生在水泵事故断电工况条件下水泵出口阀4循环水系统水锤计算实例门处,且压力的大小与水泵出口阀门]的关闭规律密切相关,不同的关4.1电厂概况闭规律所引起的水锤压力差别较大。某燃煤电厂规划容量为4 x 600MW燃煤机组，一期工程建设22.3最大的负压水锤台600W国产超临界燃煤发电机组。电厂位于城区东面、河流北岸当运行水泵事故断电时,运行中的水泵转速急剧下降乃至反转，(左岸),距城市中心约16km。 厂址自然地面高程为45.5m ~ 60.2m(黄管道中水流倒流,其隆起点将产生负压。由于凝汽器顶部是系统中的海基面， 下同),厂区范围内大部分为小山包。电厂循环冷却水以郁江最高点，因此,首先在凝汽器顶部产生负压值增大,当此压力降到在水 为水源,供水系统采用扩大单元制直流供水系统。本工程取水口、该温度下的汽化压力时,产生汽穴空腔，造成水柱分离。故要求根据排 水口处河段的水位特征值为:P=1%设计洪水位为47.36m, P=1%o计算的最大水锤压力,确定是否采取适当的水锤防护措施,以防在凝设计洪水位 为48.12m, P=97%设计枯水位为28.6m, 多年平均水位为汽器顶部产生水柱分离后的弥合水锤升压，并可能导致凝汽器破坏29.70m。事故,其弥合水锤波传至水泵出口,则在水泵出口阀[ ]前产生较高的江边循环水泵房内安装4台循环水泵,循环水泵为斜流泵(立式水锤升压。混流泵)。循环水干管支管采用DN3000预应力钢简混凝土管,主厂2.4水泵机组倒转转速及历时过程房内进出凝汽器的支管和循环水泵房水泵出水支管为DN2200钢水泵事故断电后,由于水泵出口阀门]不可能立即关闭完毕,所以管 。水泵房泵出口1#机与2#机两根干管间设联络阀门。主厂房距离将产生倒流，水泵叶轮转速逐渐降为零，然后在倒流作用下发生倒江边循环水泵房较远,循环水管单线长度约为2.10km,故循环水泵转。若水泵出口阀广]关闭得较慢或出口阀未按预定的规律关闭,发生扬程均较高。 厂区外循环水管沿线地形条件也较为复杂。倒流时间越长,则可能导致较高的水泵倒转转速。若此倒转转速过大虹吸井堰上水位热季为47.11m,冷季为46.97m。将会会造成水泵机组损坏。4.2循环水系统的主要技术参数3循环水系统水锤计算的边界条件4.2.1 循环水泵主要性能参数:采用立式混流泵,水泵主要性能为了研究循环水供水系统运行过程中可能出现的各种水锤问参数为Q=964m3/s.H=30.00m;循环水泵配套电动机主要性能参数题,并采取切实可行的揩施进行水锤防护,可采用特征线方法进行数3600kW .6kV .425rpm值模拟分析，通过建立管内非恒定流动的微分方程及各类复杂的边4.2.2 凝汽器主要性能参数:设计冷却水量19.0m3/s,凝汽器水界条件方程并求解,以获得水泵开停机,尤其是事故停泵水力过渡过阻:<6.6m 水柱，冷却管规格250.5mm (外径壁厚)，总换热面积为程的数值解,并为水锤防护措施的研究提供依据。36000m2,单管有效长度为11.13m。3.1 停泵水锤计算的水泵端边界条件4.2.3 循环水泵出口阀门主要性能参数事故停泵水力过渡过程是引起水锤压力变化的最主要原因,其循环水泵出口阀门采用DN2200蓄能罐式液控止回蝶阀，厂家水泵端边界条件是由泵的压头平衡方程及机组惯性方程所组成的非给出不同开度阻力系数 .如表3-1所示。线性方程组。表3-1液控蝶阀不同开启角度的特性停泵水锤计算按以下各种边界条件分别进行计算:单泵的边界开启条件;两泵并联的边界条件;水柱分离边界条件;管道分支节点边界度|90°| 80° 70° | 60° 50°| 40°| 30° 20°0°条件;管道汇流节点边界条件;凝汽器的边界条件。3.2水泵启动的水泵端边界条件| 0.11 | 0.17 | 0.19| 0.34 0.71| 1.86 6.00 100.00 441.00系数启泵水锤计算按以下各种边界条件分别进行计算:单泵启动的边界条件;一台水泵正常运行时另一台水泵启动的边界条件;一台水4.2计算结果及分析泵突然失电另外-台泵立即起动的边界条件。4.2.1 事故断电停泵工况3.3增加水水锤防护措施后的边界条件在不设防护措施的情况下,循环水泵停泵,管路系统及水泵运行在循环水系统水锤防护中常采用增加进排气阀单向调压水箱、的 参数变化计算结果可以得出:关阀停泵水泵出口压力较不关阀停调压#(或塔)等措施,分别对增加这些措施的边界条件进行计算:泵大，压力最大的工况是一机两泵运行工况，泵出口压力达(1 )进排气阀边界条件,在循环水泵.凝汽器循环水管上增加进0.54MPa。 管线最低压力受关阀与否影响不大,管线中最低压力都到了-0.2MPa,说明管线中一定出现水柱分离与汽化,管路中会发生负(2)单向调压水箱边界条件,在循环水管道上增加单向调压水箱水锤 所以,循环水系统应增设防护措施，可加设通气阀。后的计算。单向调压水箱是- - 种用于防止产生水柱分离的经济可靠根据停泵时水泵参数的变化计算结果可得出:不关阀停泵水泵的防护措施,在水泵泵启动过程中,管道压力大于调压水箱的压力，将发生倒转,最大转速接近水泵的额定转速,这主要是由于河道水位管道中水向调压水箱补水,补至设定水位后,水箱中的浮球阀关闭，较虹吸井水位低造 成的,从计算结果看.停泵关阀与否对于管线系统停止补水。当水泵关停时,管道中的压力降低低于水箱压力时,水箱的 负压改善不大,为此停泵时应使泵出口阀分阶段关闭。关阀停泵管与管道的连接逆止阀打开,向管道补水。路系统的压力在阀门中国煤化工，不关阀时泵出(3 )调压井(或塔)边界条件,在循环水管道上增加调压井(或塔)后口压力先降然后再渐CNMHG的计算。调压井(或塔)是-种缓冲式水锤防护措施,可以防止管路中4.2.2 增加防护措施后事故停泵个同运行工况计算结果城市建设1252009年总第45期科学技术CONSTRUCTION4.2.2.1 增加通气阀后的计算结果增设通气阀与单向调压水箱后,从计算结果可看出,河道水位较为防止管路中发生负水锤,管路中应装设通气阀。通气阀数量与高时,水泵系统静扬程减小,管路系统的水量较大,停泵引起的管路大致位置如图4-1示，通气阀通气孔口径为DN300。压力波动也大。不同工况下管路中的水锤压力见表4-2。表4-2不同运行工况停泵管路中不同部位的最大压力_运行工况|河道水位 (m)|凝汽器最大压力(m)| 循环管路最大压 力(m)侯汽器一机-泵29.71.46.1水原一机两泵22. 8.347.114.3水泵关阀停泵后水泵仍会发生倒转，最大倒转速不大于额定转409001401900400速的0.8倍。图4-1管路中装设通气阀位置不意图装设通气阀 与单向调压水箱后,管路系统停泵时,管道就可安全增设通气阀后关阀停泵计算结果可得出,河道水位较高时,水泵过渡了,管路最大压力按0.35MPa考虑.凝汽器最大压力按0.25MPa系统静扬程减小,管路系统的水量较大,停泵引起的管路压力波动也考 虑。装设通气阀与单向调压水箱后已满足水锤防护的要求,不必再大。不同工况下管路中的水锤压力见表4-1。增设调压井或调压塔了。表4-1不同运行工况停泵管路中不同部位的最大压力4.2.3计算小结运行工况|河道水位 (m)|凝汽器最大压力(四)| 循环管路最 大压力(m)由于单向调压水箱为地面构筑物，布置在厂区外，距离厂区较远,运行管理麻烦,单向调压水箱管道、阀门等容易遭受人为破坏，一机一泵4.020.7而且单向调压水箱体积较大,相对通气阀来说,投资较大。而管路中10. 125. 7只设通气阀时,虽然压力升高较大,但管路系统停泵时管路已能安-.机两泵7.117.135. 6全过渡,且通气阀体积小,设备投资省，通气阀布置在阀广]井内(设防根据计算结果,水泵关阀停泵后水泵仍会发生倒转,最大倒转速盜井盖)即可防止遭受人为破坏,故综合考虑,本工程推荐采用循环不大于额定转速的0.8倍。水管道设置通气阀的方案,不设单向调压水箱。装设通气阀后,管路系统停泵时,管路可安全过渡,但压力升高4.3其它运行过渡过程计算4.3.1多台泵运行其中1台关阀停泵4.2.2.2增设通气阀与单向调压水箱后的计算结果本工程有多台泵运行关闭其中1泵的运行的水力过渡过程,如增加通气阀后管路的负压力有所减缓,但管路压力仍较大,为此3 台泵并连运行，关闭1台;2台泵运行关闭1台。在这个过渡过程可考虑将第三和五的通气阀更换为单向调压水箱，布置如图4-2所中,我们不仅应关注管路系统的压力,更重要还应关注凝汽器的流量示。单向调压水箱结构如图4-3所示。变化。避免发生失水现象,以影响汽轮机组的正常运行。多泵运行关闭其中--台泵时,如果直接关电源关阀停泵,被关泵会因无动力出口压力突降，运行泵的部分水量将由停运泵流回至河六器道,使整个管路中压力将有较大降低,管路中装设有通气阀,管路系统将被充气。这样会影响凝汽器换热能力,在管路压力恢复中,管路一T中空气排出时，会造成较大压力波动。所以,多泵运行关闭其中- -台20一时,应先将被关泵出口阀关闭或关至一定角度,然后再关电源停泵。-190000240计算结果表明,在电源关闭前关阀动作不同,将对管路造成不同长度坐标门)影响,推荐关闭水泵电源前应将其出口阀关闭70° ,关阀时间不小一管线◆气阀■单向调压井于20秒,电源关闭后关阀时间不少于30秒。计算结果表明凝汽器在水力过渡中未出现失水现象。图4-2管路中装设通气阀与单向调压水箱位置示意图4.3.2水泵的起动工况水泵的起动工况有系统初开时的单泵起动,1台泵已经运行再起动1台及2台泵已经运行再起动1台的情况。计算结果表明,水泵浮球阀起动过程中各参数过渡平稳。溢流管直径250补水营水泵启动水锤计算结果是在出水管已充满水的情况下得出的。因此在循环水泵正常投运前应对出水管进行充水。根据有关文献介们、绍,如果充水流速大于0.3-0.5m3/,可能引发气锤。故采用主泵对出逆止阀直径800水管水管直接充水有可能危及供水系统安全。4.4计算结论放空管ah(1)恒定流计算结果表明，工程水泵选型和管材管径选择合适,双双管道:布置合理.系统能安全正常运行。(2 )事故断电工况水锤计算结果果老明系统在水力瞬变过程中，输水管管路系统的正水锤H中国煤化工:水锤,需在管路中增设通气阀(可进'MHCNMHGmm。图4-3单向调压水箱结构图(3)在不同运行水力瞬变过渡中,管路系统的最大水锤压力均小126城市建设2009年总第45期科学技术CONSTRUCTION电气工程质量控制技术探讨黄煌斌福建煤炭工业基本建设有限公司福建三明366000摘要:为了杜绝建筑电气 工程施工中常见的质量问题,应做好施工质量控制工作。重点阐述了合理的质量控制要以预防为主,关键在于观念的转变,要将以往只对质量的事后检查把关,转向对质量的事前控制、事中控制中。关键词:电气安装工程;施工质量;控制1引(3)按线盒外观整齐,敲落孔齐全,无破裂及变形现象。随着科学技术的飞跃发展,现代化、自动化、电气化的普遍发展(4)配电箱壳体有一-定的机械强度,周边平整无损伤,油漆完好及其水平的不断提高,建筑电气工程的质量,在整体建筑工程质量中无变形 现象,接地排齐全。的地位和作用,将越来越重要。建筑电气安装实质就是建筑电气设计(5 )进场的材料必须符合设计要求,三证齐全且有进场检验记录。的实施和实现过程,也是对设计的再创造和再完善的过程。在建筑电(6)焊管敷设前,对其内壁刷防腐漆,钢管外壁根据敷设方式进气工程施I过程中,由于选择材料和施工方法不当,或者对电气工程行不同的防腐 处理。质量不重视的，容易导致电气工程施工造成质量问题,为日后的使用(7)切管:钢管采用钢锯进行切割,管内铁屑清除干净。PVC管使和维修带来隐患。本文就对电气工程质量控制技术进行了探讨。用剪管器,钢锯切割,断口后将管口锉平齐,保证管口平整光滑。2施工准备质量控制(8)煨弯:e25mm及其以上的钢管,使用液压煨管器成手动煨2.1深刻认识到电气工程在建筑工程中的作用弯器,中25mm及其以下的PVC管采用冷煨法;t40mm及其以上的电气工程是建筑工程项目的重要组成部分，是不可或缺的组成PVC管采用热煨法。部分。电气工程是使整个建筑工程“活”起来的硬件,随着建筑智能化(9)提前编制电气预留孔洞方案,对电气预留孔洞的尺寸、标高的迅速发展,电气工程的地位和作用越来越重要,直接关系到整个工及时向土建专业交底,电气专业负责复核。程的质量.工期、投资和预期效果。电气工程质量直接影响到建筑物( 10)预埋前充分了解土建结构。整体设备的安全运行.节能效果及建筑物投入使用后的使用功能，包(11)在电气预埋时,要根据各施工作业段的大小.各类电气管线括工作、生活在其中的人员的舒适性、安全性、高效性。因此, 要重视的多少 ,派专人负责与土建协调.同时选技术熟练的工人进行管线预电气工程在建筑工程中的重要作用,要重视电气设备、线路是否存在埋 ,预埋结束自检合格后立即通知监理方进行验收,并及时办好隐蔽漏电或火灾隐患,火灾报警及联动控制系统功能是否完善、运行正工程验收 手续,以便土建尽早进入下一道工序,提高工作效率。常,消防设备、应急照明的供电是否可靠,保安监控系统是否完备等3施工质量控制等。这样才能确保电气:工程的质量,保障整个建筑工程的安全。3.1严格控制电气工程施工过程中的技术2.2做好工程前期准备工作在电气施工过程中,施工人员经常要登高作业，带电作业和接触设计图纸技术交底在技术交底前.施工方除仔细认真地审图查电 气装置.若不遵守操作规程和安全技术规程,不仅施工质量得不到找问题外.还要根据设计要求和施工图中的重点,注意对照强制性标保证， 而且还会发生安全事故。因此,在电气工程施工过程中,我们要准、施工验收规范和规条文说明，查看设计中有无不符规范要求之严 格控制施工技术，在电气工程施工过程中,要依据施工规范制定合处;同时,施工人员除熟悉本专业技术外,还要了解相关专业知识,并理的施 工程序及安全措施，根据不同的工程,不同的项目,不同的设及时做好预检记录。备,制定出不同的技术要求,不同的安装工艺,电气安装施工人员必2.3材料准备及要求须严格按照国标,行规及企业的有关规定进行施工,不得违章操作。(1)焊管要求内壁光滑,无砂眼、毛刺、裂缝凹陷等缺陷。同时，施工人员必须经过按国家现行标准考核合格后,持证上岗工(2)绝缘导管采用中型以上导管及配件外壁要有间距连续阻燃作,并且要对施工人员进行相关安全教育培训和技术交底;施工现场标记和制造厂标.管壁厚度均匀,符合规范要求,无破及管身变形现临时用电必须符合《施工现场临时用电安全技术规范》及有关规定;象。施工现场用火,以及进行气焊,使用喷灯，电炉等,均应有防火或防护于0.35MPao通过循环水系统水水锤计算分析，在循环水系统适当位置布置(4)系统在各运行工况下,水泵最大飞逸转速均低于- -倍额定转施 工方便和维护简单且价格低廉的通气阀，同时设定液控止回蝶阀速。循环水泵应能安全承受以1.2倍的额定转速进行倒转的要求。的开、关阀程序,这样基本可以满足循环水系统运行要求,以简单的(5)建议关阀时间为50s,关阀方式按20s快关70° .30s 慢关措施 ,提高了循环水系统抗水锤的安全性,避免循环水系统特别是凝20°的程序进行设定水泵关阀程序。在多泵运行要关闭其中-台时，汽 器循环水泵等主要设备遭受水锤破坏,保证电厂的安全运行,同关闭水泵电源前应先关闭泵出口阀或先将出口阀关闭70° ,关阀时时 节约了投资。间不小于20秒。参考文献:(6)各种水泵起动工况的水力过程可安全过渡,该结果是在出水[1]清华大学水力学教研组编,水力学,人民教育出版社, 1981年管已充满水的情况下得出的。所以循环水泵启动前应将循环水系统排水设计手册第二版第03管路充满水。册城镇给水,中国建中国煤化工(7)本计算实例的电厂安全运行了3年,循环水系统运行正常。[3] 中华人民共MHCNMHG力发电厂 水工设5总结计规范( DL/T 5339 -2006 ),水利电力出版社,2006年。城市建设1272009年总第45期