小河水电站技术供水系统技改可研报告Word格式文档下载.doc
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冷却水进水压力：
0.15～0.3MPa
尾水最高温度：
≤20℃
技术供水最高进水温度：
≤25℃
全厂技术供水总管：
DN300
单机冷却水进出水总管管径：
DN200
机组安装高程：
m
厂外地坪高程：
水泵房高程：
m
最低尾水位高程：
m
2技术供水系统现状及改造的必要性
2.1现技术供水系统简介
小河电站电站额定水头为216m，现技术供水系统采用尾水取水、水泵供水+滤水器过滤的方式。
机组技术供水的对象主要有发电机空冷却器、机组上导、推力、下导、水导轴承油冷却器等。
在电站尾水渠右侧挡墙上设置有2个水泵取水口（取水口出口高程低于电站最低尾水位，其高程为1485.80m），经DN500技术供水总管吸水管至水泵房下游墙；
水泵房内设置3台水泵（2用1备）及水泵控制柜，水泵由吸水总管上抽水，分别经3台滤水器过滤后，汇合至DN300全厂技术供水总管，然后分别由2根DN200单台机组技术供水总管引至对应的2台机组，对机组发电机空冷器及各部分轴承油冷却器进行冷却后，经2根DN200冷却水排水管排至尾水渠。
2.2现技术供水系统存在的问题
（1）技术供水泵取水口位于电站右岸尾水挡墙上，电站发电时，尾水渠内水流湍急、转轮室和尾水管补气产生大量气泡，水泵取水管吸入气泡后，水泵效率大大降低（尤其是靠右岸的2#机组运行时），造成取水困难甚至不能满足机组技术供水系统的用水需求。
（2）原技术供水系统直接引用河水，虽然设有滤水器进行过滤，但是滤水器只能过滤掉大于其滤网孔径的杂质，无法解决所有杂质尤其是悬移质泥沙等，且遇汛期漂浮物多、泥沙含量大时，易发生滤水器或机组内部轴承油冷却器小口径铜管的堵塞。
（3）受河水硬度、水生物及酸碱度等影响，造成水泵及技术供水系统设备磨损及腐蚀加剧，减短系统设备如水泵、阀门、空冷器、油冷却器及管路等使用寿命，机组内部冷却器采用小口径铜管长年磨损，严重的可导致冷却器铜管穿孔，使机组轴承油混水，影响机组运行安全。
（4）若技术供水系统冷却水故障（压力过低或流量过低），将致使机组发电时发电机空冷器、各部分轴承产生的热量不能及时带走，温度升高，造成发电机效率降低、被迫事故停机甚至烧轴瓦等事故；
原系统汛期因滤水器堵塞等需进行停机检修，造成人力、物力及财力的损失。
（5）小河电站汛期河道水质较差，泥沙含量大、漂浮物多，其下游仙女堡水电站2台38MW机组技术供水系统已由我单位完成技改。
鉴于技术供水系统以上现状，建议尽快实施技改。
2.3循环供水系统最早的产生发源
水电站机组循环冷却水系统技术是1989年成都科技大学水电设计所在四川拉青水电站技施设计中发明的（我单位法人代表袁淑蓉教授时任工程负责人），经过设计所多位专家教授共同研究、讨论及模型试验后，成功应用于该电站。
此后，该项技术由我单位（原成都川大华水工程技术开发部）不断的开发、完善、积极的推广应用，现已在国内外上百座水电站中成功应用，创造了显著的社会效益和经济效益。
本技术于2003年获得了国家专利，2005年获得第五届国家科技成果进步一等奖和国家专利技术发明奖二等奖。
2.4循环冷却供水系统的工作原理
技术供水系统采用循环冷却供水方式，机组冷却采用符合要求的清洁水，以解决机组冷却水对水质的较高要求与河水水质较差的矛盾。
其工作原理为采用经过水质处理的清洁冷却水通过机组冷却器时，带走机组运行产生的热量，经排水管道排入循环水池；
水泵从循环水池内抽水至机组冷却器，再经布置于尾水中的尾水冷却器，与河水进行冷热交换作用后温度降低，然后回到循环水池。
机组冷却水在一个往复循环的系统中，通过流动的温度较低的天然河水带走机组运行产生的热量。
由于循环水采用满足要求的清洁水，可有效防止机组冷却装置的堵塞、结垢、腐蚀、水生物等，并防止技术供水系统中设备、管路的结露，从而解决电站汛期水质难以满足技术供水要求问题。
2.5循环冷却供水系统的优点
（1）减少电能损失，增加发电量。
由于循环冷却水中不含漂浮物、泥沙和水生物等，运行中不存在设备堵塞问题，因此，机组在汛期可正常发电，不会因冷却水导致停机，而造成经济损失。
（2）延长机组各冷却器的使用寿命。
由于冷却水采用清洁水不含泥沙，防止了泥沙对冷却器的磨损，冷却水循环使用其内部钙镁离子有限，各冷却器不会因大量结垢而降低传热效果，因此，不仅减轻大修检修工作量，并且延长设备寿命，减少电站检修运行费用。
（3）有利于电站自动化。
采用循环冷却水可减少冷却系统运行中的人工干预。
（4）消除机组安全隐患，机组运行更安全。
2.6采用循环冷却供水需注意的主要问题
（1）需设置一定容积的循环水池。
循环水池的主要作用是减少冷却水的水压波动和补氧。
循环水池在不影响厂房布置的前提下，应尽可能获得较大的容积。
因此，应有适合循环水池的布置空间。
（2）置于河道中由河道水进行冷却的尾水冷却器不仅应合理布置，且应有足够的结构强度，以承受尾水不稳定的波动压力，防止产生振动，并应尽可能减少冷却器对机组流道的水力干扰。
（3）采用循环冷却供水，需供水泵提供动力，水泵保证始终正常稳定运行尤其关键，故设计时应设置备用泵，实现主备用泵之间故障自动切换，为避免单台水泵长时间运行，主备用之间还应定时自动切换；
供水泵选型扬程计算时需增加尾水冷却器及其进出管路部分的水力损失。
3进度计划、交货及运输
3.1进度计划
本项目为改造项目，为减小对电站正常运行的影响，应尽量缩短工期。
（1）建议改造工程安排在枯水期内最枯时段进行。
（2）总工期不超过3个月。
（3）合同签订后应尽快组织设计、设备采购、制造。
（4）不影响电站正常发电的新增管路改造、土建施工可在订购设备到场之前进行。
（5）前期施工与设备的工厂加工制造一并进行.。
（6）所有设备运至工地应不超过合同签订后2个月。
（7）根据优化设计，本改造项目不需全厂停机，即可完成所有设备的安装调试。
在枯水期只发一台机组时对另一台停机机组进行改造安装，轮流切换。
3.2交货地点
所有设备交货地点均为：
阿坝州松潘县小河水电站厂房。
3.3运输方式
拟采用全程汽车运输方式，所有设备公路运至电站。
4技改工程标准及原则
4.1标准及规范
本技改工程所有材料、设备和施工工艺以及工程竣工验收均遵照下列技术标准及技术规范执行：
SDJ173 水力发电厂机电设计技术规程
DL/T5066 水力发电厂水力机械辅助设备设计技术规定
GB503052-2005民用建筑设计通则
GB50016-2006建筑设计防火规范
GBJ102 工业循环水冷却设计规范
GBJ15 建筑给排水设计规范
GB50345-2004屋面工程技术规范
GB150 钢制压力容器
SDJ，SDJ6，SDJ67 电力建设施工及验收技术规范
GBJ205 钢结构工程施工及验收规程
GBJ235 工业管道工程、施工及验收规范
GBJ236 现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范
小河水电站循环冷却水系统改造工程技施设计图集。
4.2技改设计原则
（1）设计考虑新增设备及管路应最大程度减小对正常生产秩序的影响；
（2）新增管道及土建工程应考虑施工方便，不是必须停机进行的项目可在机组正常运行的同时提前进行；
必须停机进行的项目应尽量缩短停机时间；
（3）尽量减少对原管路及设备的改动，新系统设备及管路布置应尽量简明；
（4）原取水方式保留作为备用，新老系统间切换应便于实施；
（5）改造工程总投资应经济合理；
（6）循环水系统运行应实现自动化控制并满足电站自动化要求；
（7）改造工程安排在枯水期内完成。
5技改总体方案
5.1循环冷却水系统组成
循环冷却水系统组成：
循环水池及补充水源、供水泵、水泵控制柜、尾水冷却器、管路、阀门、机组各冷却器（包括空气冷却器、各轴承油冷却器等）及各种表计、自动化元件等。
5.2技改总体方案
水泵从循环水池（水池内充入清洁水）抽水，压至机组发电机空气冷却器及各部分轴承油冷却器，吸收机组运行产生的热量，然后引至布置在电站最低尾水位以下的尾水冷却器，尾水冷却器与流动的电站尾水进行热交换作用后冷却水温度降低，最后排回循环水池。
电站原尾水取水方式保留作为备用，可与循环供水系统相互切换。
冷却水循环系统循环水流向示意图：
尾水冷却器
循环水池
水泵
机组冷却器
5.3技改主要项目
（1）在主厂房外下游右侧空地上布置一座循环水池；
水池有效容积约45m3。
（2）延用原3台水泵及水泵控制柜；
水泵取水口加设三通及阀门（为便于与原尾水取水系统进行切换）；
3台水泵共用1根DN300取水总管接至循环水池。
（3）在尾水渠水平段（即下游丰岩堡水电站引水渠）内设置2台套尾水冷却器；
尾水冷却器进口接自原机组冷却水排水管，出口接至循环水池。
（4）在原技术用水排水管进尾水冷却器之前合适位置加设三通及阀门（为便于与原尾水取水系统进行切换）。
（5）循环水池设置溢流管、放空管、水位监测及自动补水装置，补水水源引自厂外消防水；
尾水冷却器进出水管、水池补水管设压力表。
（6）根据现场情况进行管路、管路附件、支架、支撑等布置。
6循环水池选型方案比较
6.1循环水池的作用
循环水池主要作用为：
系统稳压、保持自由水面接触大气使循环水不变质、水泵集中供水、循环水水质集中处理或更换以及部分散热作用。
循环水池在不影响厂房布置的前提下，应尽可能获得较大的容积；
但是水池过大会增加投资，故设计时水池容积需考虑经济合理性。
6.2水池容积的选取
对循环水池容积的选取，目前没有规范及标准的明确规定，根据已成电站的经验，循环水池的有效容积原则上可按机组总冷却水量（每小时冷却水量）的1/20～1/10选取，在可能的条件下，尽可能取较大的水池容积，但是最小容积一般不宜小于20m3。
小河水电站单台机组的冷却水量为280m3/h，2台机组共560m3/h；
设计按本电站技术供水系统2台机组共用一座循环水池，循环水池的容积不小于45m3。
（实例，本电站下游仙女堡水电站2台38MW机组循环冷却水改造，单机冷却水量400m3/h，2台机组共800m3/h，循环水池容积约60m3）
6.3水池布置
循环水池拟布置在电站厂外下游空地上（厂外右岸地坪），其长宽高分别为（暂定）：
4m×
5m×
2.5m，总容积为50m3，顶部预留25cm，水池有效容积为45m3。
水池设置有DN300水泵总取水管、DN200冷却水回水管（2台机组各一根）、DN100水池放空管、DN100水池溢流管、水池液位监测装置及水池自动补水装置等。
6.4循环水池方案比较
6.4.1取消循环水池，设置高位膨胀水箱（方案一，密闭循环供水方式）
密闭循环供水方式整个供水系统都处于密闭状态，水泵进口直接接尾水冷却器出水管，出口接入机组，机组冷却排水又接入尾水冷却器。
密闭循环供水方式取消水池，在高位（高于系统最高点）设置膨胀水箱，以便对水的热胀冷缩进行调节，及对系统渗漏进行补充。
如，我单位承担的云南龙川江一级水电站2台12MW混流式机组技改项目，采用无循环水池、设高位膨胀水箱的密闭循环供水方式。
密闭循环供水最大的优点是不需大容积循环水池，膨胀水箱容积小（一般仅需1m3左右），投资省，正常情况下水泵运行平稳；
其缺点是系统安全性降低，应对大量渗漏等突发事故能力降低；
循环水在密闭系统中经过一定时间运行后易变质、发臭；
密闭循环循环水的更换相对困难。
密闭循环供水方案一般应用于技改项目中，电站布置空间有限，难以布置循环水池的电站，对于有条件布置循环水池的电站，建议采用循环水池方案
6.4.2循环水池采用钢筋混凝土结构（方案二）
循环水池采用钢筋混凝土结构，其净空尺寸为（长宽高）：
4.8m×
5.8m×
3m，壁厚不低于40cm，循环水池的设计施工按《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》执行；
砼强度等级不低于C30，因本电站处于高海拔地震带，水池设计时还需考虑抗震、防冻；
水池钢筋选型设计时应留有足够预量；
水池应进行防渗处理；
水池为开敞式露天布置，顶部设彩钢结构雨棚，避免阳光直射（水池顶部留有通气、进人高度）。
采用钢筋混凝土水池优点是：
可靠性较高，修建好后运行维护少；
因混凝土壁厚厚，经尾水冷却器冷却后的循环水进入水池后的保温效果好。
缺点是：
施工工期长；
施工工序多；
受电站所处位置影响，修建所需砂石、水泥、钢筋等材料采购、运输等较为复杂；
水池进出水管埋设需注意防渗处理；
应位于地震带，难以保证不会因地震影响不出现渗漏；
工程投资较大。
6.4.3循环水池采用钢结构（方案三）
钢结构水池的设计、加工及验收按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）相关规定执行；
水池尺寸为：
（长宽高）4m×
2.5m。
水箱采用全钢结构，主要由钢板和槽钢框架、内部加强支撑等构成；
钢结构水池内外壁均应进行防腐防锈处理；
水箱可在现场焊接；
钢结构水池底部应设置混凝土基础垫层（不低于C15），基础垫层应尽量平整；
进出水管与水池开孔焊接处应设置加强环；
水池开敞式露天布置，顶部设彩钢结构雨棚，避免阳光直射（水池顶部留有通气、进人高度）。
循环水池采用钢结构的优点是：
施工周期短；
工序简单；
进出水管可直接在水箱上开孔焊接；
投资更省。
需增加防腐防锈处理工序；
水箱露天放置，钢结构水箱的壁厚比混凝土结构薄，夏季经尾水冷却器冷却后的循环水保温效果相对较差；
受防锈漆寿命影响，需定期（一般为2年一次）进行防腐防锈处理。
机组冷却水循环使用时，冷却水流量超过500m3/h，冷却水在循环水池内停留的时间很短，钢水池保温效果差的影响极小，而且可以通过增大尾水冷却器散热面积的办法解决。
经以上综合比较，方案三最优，推荐采用钢结构水池。
6.5循环水池管路及设备
循环水池内设置有DN300水泵总取水管、DN200冷却水回水管（2台机组各一根）、DN100水池放空管、DN100水池溢流管、水池液位监测装置及水池自动补水装置等。
水泵总取水管由循环水池接至水泵房；
2根冷却水回水管分别接自2台机组的尾水冷却器出口；
水池放空管及溢流管均排至电站尾水；
6.6循环冷却水水质要求
循环供水水源及补水系统《水力发电厂水力机械辅助设备设计技术规定》DL/T5066第2.1.3条规定：
“在冷却水中，悬浮物颗粒历经宜小于0.15mm，粒径在0.025mm以上的泥沙含量应小于总含量的5%，总含沙量宜小于5kg/m3。
对多泥沙河流，在采取清楚水草、杂物及管道水流换向运行等措施后，冷却器内流速不低于1.5m/s时，允许总含沙量不大于20kg/m3。
碳酸盐硬度在冷却水水温为20～25℃，游离CO2为10～100mg/L时，应为2～7mg当量/L。
冷却水的PH值宜为6～8。
”
循环供水系统冷却水循环使用，其第一次充水及以后的补充、更换都应采用清洁水，根据小河水电站情况，补充水源可采用消防水取水或接电站生活用水。
电站消防水由尾水取水，压至高位消防水池，然后自流至厂区供消防水。
因电站正常运行时消防用水极少使用，高位消防水池容积较大起到了一定的沉淀作用，而循环供水系统冷却水损失极少，补水量小，故水池补充水源取自消防水能保证冷却水的清洁。
循环供水系统正式投运后，应定期对循环水池内的冷却水水质进行检测（一般每半年一次），若发现冷却水水质变差应及时更换或处理，为减少冷却水更换对正常发电的影响，可在机组正常运行时同步进行（补充水保持对水池充水，多余的水量由水池的溢流管自流排至尾水）。
厂外拟布置循环水池位置附近有厂外消火栓，DN50水池补水管可直接接自该处消防水总管，并设阀门控制。
故现阶段推荐循环水池的补充水取自厂外消防水管，下阶段根据现场施工情况，若有更清洁可靠的补充水源再另行考虑。
6.7水池液位监测及自动补水装置
循环供水系统冷却水受蒸发、渗漏等影响可能减少，需设置水池水位监测及自动补水装置，确保冷却水的安全。
（1）水池内设置投入式液位变送器监测水池水位；
补水管上设置流量开关、自保持电磁阀、压力变送器等。
（2）在水池外壁设一个补水控制箱显示实时水池水位、控制自动补水电磁阀的启停，并可实现补水管压力过低报警、水池水位超高、超低报警、补水电磁阀故障报警等功能。
（3）水池水位设开始补水水位、停止补水水位、水位超高报警、水位超低报警等4个开关量控制；
补水管引至消防水管，设有压力变送器，若出现水量不足或中断时，补水管压力会降低至设定的报警值时，控制箱将发出报警信号；
正常情况下，当水池水位因冷却水减少降低至开始补水水位时，补水管电磁阀打开，流量开关显示水流通过正常，对水池进行补水；
水池水位上升至停止补水水位时，电磁阀关闭，停止补水；
若电磁阀打开后，流量开关显示无水流通过，则判定为电磁阀故障，报警；
若补水不足、或自动补水装置故障，水池水位持续降低至超低水位时将发出水池水位超低报警；
若补水至停止补水位后补水未停止，水池水位将持续升高至超高水位，将发出水池水位超高报警。
7水泵及水泵控制柜
7.1水泵技术参数
原技术供水系统选用3台（2用1备）上海凯实利制泵有限公司生产的立式离心泵，水泵布置于水泵房内（1486.20m高程），水泵技术参数如下：
型号：
KSLD200-400T
流量：
294m3/h
扬程：
48m
吸程：
7m
转速：
1450r/min
电机功率：
75KW
技术供水系统改造为循环供水方式后，供水系统中增加了尾水冷却器、管路、弯头、阀门等，加大了系统总的水力损失。
但电站原供水泵选型设计时富裕度偏大，（例：
下游仙女堡水电站2×
38MW机组技术供水系统所需的冷却水量为单机400m3/h，技改新增水泵也是选用上海凯实利制泵有限公司生产的75KW立式离心泵），经初步设计计算，结合多年技改项目的成功经验，本电站原水泵的流量、扬程及电机功率在改造完成后，能满足机组对冷却水的正常使用要求，水泵可延用。
为减小水力损失，新增尾水冷却器设备设计时需考虑尽量减少水力损失；
新增管路布置也应尽量简捷，减短流程、减少弯头。
7.2水泵控制柜
水泵房内设有一套水泵控制柜，集中控制3台水泵的启停。
水泵控制柜采用现地可编程PLC控制柜，并采用软启动器减少水泵启停时对厂用电的冲击。
3台水泵采用2用1备的运行方式；
主用泵与备用泵之间能自动故障切换、定时轮换。
技术供水系统改造为循环供水系统后，水泵电机功率、水泵运行方式不变；
与原尾水取水系统共用原有的3台水泵，故原水泵控制柜不需改造。
8改造工程新增管路及附件
8.1新增管路基本要求
新增管道采用全新优质无缝钢管。
管道用管支架固定，管道安装完毕后进行清理并涂防锈漆。
8.2新增管路说明
改造工程增加的管路主要有：
水泵吸水总管、水泵吸水管、尾水冷却器进、出水管、机组冷却水排水管至水池段，水池放空管、溢流管、自动补水管等。
所有管路管径的选型计算需满足《水力发电厂水力机械辅助设备设计技术规定》DL/T5066中对技术供水系统流速的技术要求。
（1）水泵吸水总管
水泵吸水总管管径均为DN300，其管径选择依据为满足2台水泵同时开启时的取水流量需要；
该吸水总管由布置在厂外地坪的循环水池接至水泵房内。
为便于水泵检修，在该管段上、循环水池外厂外地坪处设阀门。
（2）水泵吸水管
水泵房内布置3台立式离心泵，水泵进出口管径均为DN200，其进出口设有阀门，水泵原取水管接自埋设于水泵房下游墙内的尾水取水总管，技改在水泵吸水管段设三通及阀门，新增3根水泵DN200吸水管并联至上诉水泵吸水总管。
即每台水泵有2个取水口，一个为循环供水循环水池取水，一个为尾水取水，两系统切换时需将另一取水管阀门关闭（注：
两系统切换时还需同时将原冷却水排水管上新增的三通阀门对应启闭）。
（3）尾水冷却器进水管
DN200尾水冷却器进水管共2根，分别接自2台机组的原DN200技术供水排水管，其中1#机组的冷却水排水管位于1#机组尾水闸门槽以内，尾水管上方，2#机组的冷却水排水管位于2台机组之间的尾水闸墩上。
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