某火力发电厂采用摇臂浮船取水方式探讨
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【摘要】针对攸县某电厂存在取水水源地水库水位变幅大，设计、施工难度大的情况，从固定泵房取水、斜拉式潜水泵取水及摇臂浮船取水三种取水方式进行论证比较，探讨本工程在当前条件下取水方式的最优方案。
【关键词】水库取水；摇臂浮船；斜拉式； 潜水泵；固定泵房
前言
攸县某电厂补充水泵房座落在攸县酒埠江水库，在酒埠江水库内取水，存在着水库水位变幅大（约30m变幅），设计、施工难度大的情况。本文针对该电厂取水现状，从固定泵房取水、摇臂式取水泵船取水及斜拉式取水泵站取水三种取水方式进行论证比较，探讨本工程在当前条件下取水方式的最优方案。
1 三种取水方式技术比较
1.1 采用固定式岸边取水泵房方式取水
按矩形泵房设计，安装两台立式长轴变频水泵于高位布置，作为正常水位时的工作泵；安装三台立式长轴水泵于低位布置，兼作高位泵的备用泵。高、低水位泵轴长度均为17米。取水泵房下部结构B×L=6.5m×18.5，深34.5m，采用d1800引水隧洞将库区的水引入取水泵房，泵房零米按百年一遇洪水位设计，千年一遇洪水位校核。
泵房地段地质情况：水泵房地段位于酒埠江水库右岸，位于酒埠江大断裂的西侧，与大断裂平距为3.5km。经初步勘探发现，由于风化板岩节理裂隙较发育，岩石渗水较严重。
此方案设备运行较稳定，能取到深层水，提高汽轮机组经济性。泵房开挖深度大，达40m左右，山体岩石渗水较严重，帷幕灌浆费用高，存在很大投资不可控因素，泵房施工周期长、施工难度大；为保证施工安全性，施工期间要求水库低水位运行，影响下游灌溉及水电站发电，涉及补偿问题，而且酒埠江水库管理局水位控制权限有限，即使管理局按其最大权限降低水位，施工水头也有20米左右，隧道依靠人工开挖，施工安全上存在很大不确定因素；从运行上分析，低位水泵运行层位于正常水位下18米，水库常年在正常水位附近运行，低位泵进水槽钢闸门需长期关闭，由于钢闸门在水库正常水位30米以下，对其承压及密闭性要求较高，闸门如果泄露将造成水淹泵故；水泵泵轴较长，运行时摆动较大，轴承易磨损。
1.2 采用斜拉式潜水泵取水方案取水
由于潜水泵电机绝缘损坏后需返厂检修，检修周期较长，考虑增加水泵备用台数；而且考虑到低压电机绝缘相对高压电机绝缘更不容易被击穿，降低单台水泵流量，使水泵配备低压电机；考虑水泵常年在30米左右淹没深度下运行，干式电机外壳密闭性很难保证线圈绝缘，考虑采用充水式电机；基于以上因素，拟配置五台充水式潜水电泵（Q=1100m3/h， H=45m， n=980r/min，N=220KW， U=380v），三运两备，由于水库水位变幅大，为保证水泵在水位变化时能保持在高效区附近运行，拟采用变频技术；水泵轨道拟设置在原固定泵房所处山体的西面坡岸（洄水弯内），坡度约30°，至取水点位置坡长约60米。如采用施工船抛石处理基础，基础稳定性较差，拟采用水下灌浆，每隔5-6m制作一个混凝土支墩，支墩预埋铁，轨道与预埋铁焊接固定，支墩按抵抗水流冲击计算重量。为保证水泵效率，水泵出水管道与水泵出水口连接拟采用法兰螺栓直连。
此方案取水口在正常水位下约30米，取水水温低。施工难点在于水下基础施工，需靠潜水员人工清基，并采用水下灌浆工艺，但相对固定泵房来说，施工难度较小。从运行上考虑，水泵采用充水式潜水电机，线圈绝缘受环境温度变化影响易老化，设备运行稳定性相对较差。从检修上看，电机绝缘损坏，需返厂检修，检修周期长，出水管每隔5米设置一个法兰接头，检修起吊时需一节一节拆卸管道才能将泵拖出水面，共需拆卸约12节管道，检修工作量较大。
泵船拟设置在原固定泵房所处山体的南侧，坡度大于75°，坡岸较陡，可以缩短摇臂长度。泵船尺寸暂定为25.2×8.2m。由于泵船漂浮在水面上，水泵运行基础不稳固，如采用对基础要求较严格的立式长轴泵，水泵晃动将较大，运行不稳定，因此取水泵拟选用汽蚀余量较大的卧式离心泵。船上进出设备需沿摇臂上下岸，考虑摇臂承重，尽量降低船上最重设备电机的重量，同时考虑降低岸边电气设施初投资，水泵按配置低压电机选型，因此泵舱内拟配备卧式离心变频泵5台，三运两备，考虑水库水位变化大，为保证水泵尽可能在高效区运行，配备五台变频器。泵舱内设5t电动单梁桥式起重机一台，用于检修设备。经咨询有关水利部门，水面下5米水温比表层温度约低5℃，5米以下水温变化趋势倾缓，因此拟将水泵取水口用入口引水管引至水面5米左右，水泵运行平台高度设置在与水面平齐位置或略低于水面，并配置2台真空泵一运一备，保证水泵能正常吸水。摇臂岸上基础上表面标高按百年一遇洪水位设计，设两根D730×8出水管做摇臂，为增加泵船稳定性，摇臂采用钢桁架加强，桁架上设置人行栈桥，由于酒埠江水库不通航，拟设置连接泵房道路与泵船的钢轨道、卷扬机及小车一套，便于进出设备。船上设置消防及救生设备。泵船舾船系统按水库泄洪最大流速设计，首尾各设3套地锚，6只主锚为霍尔锚，锚链为AM2级有档锚链；首尾另设两套系锚，系锚靠岸上支墩固定。岸上设置高、低压配电室及值班、生活设施。
此方案取水温度较前两个方案略高。泵船散件靠公路运输至酒埠江水库，利用库区现有通公路滩涂组装船体，所有设备岸上上船安装就位，整体完工后，利用气垫将整船滑入水库，再靠水库内原有游船拖拉至泵船设计停泊位置，泵船靠岸后连接摇臂，因此泵船施工不受水库水位影响，在高水位时更利于摇臂连接施工；摇臂及系锚基础均为岸上施工；因此施工周期短，施工难度小。从运行上看，水泵运行平台标高一直位于与水面平齐位置，采用的是运行稳定的卧式离心变频泵，运行安全性、经济性均得到保证；摇臂两端的万向接头较难保证完全不漏水，但漏流量在可以接受的范围，对水泵效率影响不大；水库一般情况下表面流速基本为零，而且考虑了充分的舾船设备，摇臂采用钢桁架加强，保证了泵船稳定性；船体底舱采用分舱设计，保证一舱破损不沉船；船体钢板留有足够的腐蚀余量，而且在船体上加装锌块作为牺牲阳极，保证船体使用寿命。检修方面，由于泵船上设置了空间较大的泵舱，泵舱内配备了检修起吊设备，因此一般检修都能在船舱内完成，检修较方便。
2 三种取水方式经济比较
三种方案投资差异见表1及表2。
3 结论
（1）从工程初投资看，固定式岸边取水泵房方案总投资1335万元，斜拉式潜水泵取水方案总投资约970万元，摇臂浮船取水方案总投资约770万元，浮船取水方案投资最省。
（2）从工程施工难度看，固定式岸边取水泵房方案施工难度大，需在裂隙发育的山体上开挖约40米深度，施工水头最少达20米，开挖放坡大，对库区山体破坏严重，基坑止水困难，采用帷幕灌浆费用高，存在很大投资不可控因素，泵房施工周期长、施工难度大，泵房与库底连通隧道依靠人工开挖，施工安全上存在很大不确定因素；斜拉式潜水泵取水方案，施工难点在于水下基础施工，需靠潜水员人工清基，并采用水下灌浆工艺，但相对固定泵房来说，施工难度较小；摇臂式浮船取水方案，所有施工均在岸上进行，泵船岸边组装，利用游船拖曳就位，不受水库水位影响，高水位时更利于摇臂连接施工，施工周期短，施工难度最小。
（3）运行维护方面，固定式岸边取水泵房方案，取水温度低，有利于提高机组经济性，但低位水泵运行层位于正常水位下18米，水库常年在正常水位附近运行，低位泵进水槽钢闸门需长期关闭，由于钢闸门在水库正常水位30米以下，对其承压及密闭性要求较高，闸门如果泄露将造成水淹泵故，同时水泵泵轴较长，运行时摆动较大，轴承易磨损，水泵损毁频繁；斜拉式潜水泵取水方案，取水温度低，有利于提高机组经济性，但水泵采用充水式潜水电机，线圈绝缘受环境温度变化影响易老化，设备运行稳定性相对较差，电机绝缘损坏时，需返厂检修，检修周期长，出水管每隔5米设置一个法兰接头，检修起吊时需一节一节拆卸管道才能将泵拖出水面，共需拆卸约12节管道，检修工作量较大；摇臂式浮船取水方案，水泵运行平台标高一直位于与水面平齐位置，采用的是运行稳定的卧式离心变频泵，运行安全性、经济性均得到保证，一般检修都能在船舱内完成，检修较方便，但存在摇臂接头漏水影响水泵效率、取水温度略高于前两个方案、船体有沉船风险等不利因素，不利因素可以靠完善船体设计、加强运行监管加以控制。
综上所述，摇臂浮船取水方案投资最省，施工难度最小，施工周期短，施工安全性高，运行稳定，维护简单，存在一些不利因素，但也可以采取相应措施加以控制，故在本工程的特有地理、水文条件下，摇臂浮船取水方案是相对最优方案，是可行性较高的方案。
作者简介：
刘斌（1978.04—），男 ，汉族，湖南人，本科毕业，学士 ，现就职于大唐华银攸县能源有限公司，主要从事大唐华银攸县能源有限公司发电项目工程建设管理工作。专业方向为汽机、水工系统的主辅设备选型、安装等方面的技术管理工作。