1停泵水锤是水锤现象中的一种,是指水泵机组因突然断电或其他原因而造成的开阀状态下突然停泵时,在水泵及管路系统中,因流速突然变化而引起的一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。一般情况下停泵水锤为严重,其对泵房和管路的安全有极大的威胁,国内有几座水泵房曾发生停泵水锤而导致泵房淹没或管路破裂的重大事故。停泵水锤压力的大小与泵房中水泵和输水管路的具体情况有关。在泵房和输水管路设计时应考虑可能发生的水锤情况,并采取相应的防范措施避免水锤的发生,或将水锤的影响控制在允许范围内。
从目前云南已经投运或在建的火电工程来看,取水泵房一般远离主厂房,并且由于地形的关系,高程变化比较大,停泵水锤现象比较突出,因此在设计和运行调整中重视停泵水锤现象、分析其机理并采取必要的防范措施显得尤其重要。下面就以两机组取水系统为例分析其停泵水锤特点和防范措施。
2工程概况
2. 1开远电厂一期工程取水系统
取水系统设计采用取水囤船将南盘江水提取后,经沉沙池、配水井、机械搅拌澄清池、清水池至二级补给水升压泵房进水间,通过升压泵经长约6km的压力焊接钢管送入厂区。二级输水系统管路较长,且沿线地形复杂,管线大几何高差约200m.详细的管路布置剖面见1.
1管路布置纵剖面图
2 2滇东电厂一期工程取水系统
滇东电厂一期工程取水系统包括东拉水库及水利枢纽、补给水泵房、河边净水站处理部分、补给水管、山顶水池等。利用水库枢纽及补给水泵将河水提取,用管道送至河边净水站,经河边净水站处理后用泵升压送至山顶水池,山顶水池自流至厂区水池,供电厂使用。取水高程系统图见2 (管线大几何高差约93m.)2取水高程系统图补给水泵运行方式为三运一备,补给水泵型号为RDL500- 640A (Q = 2016 2700 3340m 3/hH = 0 37 0 32 0 24M Pa);补给水升压泵运行方式为四运两备,补给水升压泵型号为OMEGA 300- 560A ( Q = 1080 1260 1620m H = 0 976 0 96 0 90M Pa)。
3停泵水锤的共性
两取水系统只在输水管线长度和高程上存在差别,停泵水锤现象存在以下共性:1)当水泵突然停止运行时,压力供水管道起端处形成负压;当水锤波返回时,压力供水管道起端压力升高。
2)当水泵突然停止运行时,输水管路中的高点将可能产生较大的负压,是管路破坏的危险部位。
3)由于补给水泵转动惯量较小,水泵机组断电后若泵出口门不关闭,管路中将很快形成倒流流量,导致水泵机组倒转,严重时将会引起水泵轴套松脱和机组共振。
4)系统的几何扬程较高、管路较长,设计或运行调整不当可能导致发生严重的水锤事故。
4停泵水锤试验
为验证升压泵事故跳闸后输水管路系统的停泵水锤特性,在开远电厂一期工程取水系统调试期间进行了以下试验:
1) 1线( 1升压泵运行)停泵水锤试验启动1升压泵满负荷运行,全开出口阀( 2只),手打事故按钮停泵,出口多功能水泵控制阀快速关闭, 1压力波动预止阀动作正常, 1线母管压力低为0 8 MPa,高为3 6MPa,管路无异常振动,水泵未倒转,停泵水锤试验合格。停泵水锤试验曲线见3.
3 1线( 1升压泵运行)停泵水锤试验曲线2) 2 线( 2升压泵运行)停泵水锤试验:启动2
升压泵满负荷运行,全开多功能水泵控制阀,出口电动门开2 /3,手打事故按钮停泵,出口多功能水泵控制阀快速关闭, 1
压力波动预止阀动作正常, 2
线母管压力低为1 45 M Pa,高为2 40MPa,管路无异常振动,水泵未倒转,停泵水锤试验合格。停泵水锤试验曲线。
2线( 2升压泵运行)停泵水锤试验曲线3) 2
线( 3升压泵运行)停泵水锤试验启动3
升压泵满负荷运行,全开多功能水泵控制阀,出口电动门开2 /3,手打事故按钮停泵,出口多功能水泵控制阀快速关闭, 1
压力波动预止阀动作正常, 2
线母管压力低为1 55 M Pa,高为2 50M Pa,管路无异常振动,水泵未倒转,停泵水锤试验合格。停泵水锤试验曲线。
2线( 3 升压泵运行)停泵水锤试验曲线
5停泵水锤防范措施
5 1设计方面
从设计方面来看,开远电厂一期工程和滇东电厂一期工程取水系统防停泵水锤措施各有特点。
相同点1)防止高点负压的有效途径是增加调压设施,因此选择在一定的高点设置一个调压水池;2)在局部高点设置双向的排气补气阀。排气阀主要用于管道刚投入运行时排除管内大量的空气,以及运行中排除管内微量的集气,同时当管内产生负压时,也可吸入空气,防止管道负压破坏;3)管路阀门、配件和管材厚度和强度按计算的停泵水锤进行设计和校核,保证管路系统有足够的承压能力。
不同点5 1 1开远电厂
1)根据水锤压力变化过程存在的时间差,在升压泵出口的母管上设置压力波动预止阀(在压力高于2 6MPa或低于1 6M Pa打开排水);2)在各台升压泵出口设置多功能水泵控制阀(自动实现开泵时的缓开,停泵时的速闭/缓闭,基本上可以实现现行液控缓闭阀的功能,即两阶段关阀过程,有效地防止水锤事故的产生,但它无任何电气控制动力或外力油压系统。在阀体设计上还采用了宽阀体流线型设计,有效地降低了水流阻力。)5 1 2滇东电厂
1)在各台补给水泵和升压泵出口设置液控止回蝶阀,它靠液压驱动开启,靠重锤势能关闭,启闭灵活可靠,可替代闸阀(蝶阀)和止回阀两台阀门。停泵时,出口液控蝶阀同时关闭,其中液控蝶阀分快、慢二阶段关闭,前70 8为快关,后20 8为慢关。考虑到水锤的复杂性及计算值与实际情况可能存在的差异,设计考虑液控蝶阀的两阶段关闭的时间及关阀行程是可调的。
终两阶段关阀行程和关阀时间根据补给水系统调试结果确定。
2)在升压泵出口母管上设置抗水锤气压罐型号NZGP2500型,它利用气体体积与压力的特定定律工作。随着管路中的压力变化,气压罐向管道补水或吸收管路中的过高压力。当水泵突然停止运行,压力供水管道起端处形成负压,甚至水柱分离时,气压罐向管道补水,可以有效平衡负压,防止水柱分离,削减水锤强度。此时气压罐中水量减少,气体膨胀;当水锤波返回时,压力供水管道起端压力升高,气压罐从管道进水,吸收管道内过高的压力,气压罐中水量增加,气体被压缩,起了气垫作用,从而有效抵抗了水锤对管路系统产生的不利影响。
5 2运行调整方面
5 2 1开远电厂一期工程
1)首先向两条补给水管道注水。方法:打开各个自动双向排气补气门的手动门;启动 2补给水升压泵分别开启1、2母管联络门,开度在10左右即可,同时逐步关小压力波动预止阀前手动门(在母管压力> 1 6M Pa时且压力波动预止阀关闭后立即恢复全开)。
2)管道注满水后泵出口的母管压力应在1 95M Pa左右(由几何高差决定)在无特殊情况(如管路泄漏)时不应将水排放。
3)启泵时(程控)先打开泵出口电动门(联络门),启泵同时缓慢打开泵控阀;停泵(程控)先缓慢关闭泵控阀,关到位后联停泵,再联关出口电动门(联络门);事故停泵,泵跳闸后缓慢关闭泵控阀,同时联关泵出口电动门(联络门)。
5 2 2滇东电厂一期工程
1)首次启泵沿程管路系统无水时,首先打开各个自动双向排气补气门的手动门,启泵后手动稍开泵出口液控蝶阀向管路注水,待山顶水池见水后再全开泵出口液控蝶阀。运行中应按照排气阀生产厂的运行检查要求定期检查,发现故障及时排除。同时作好必要的防止认为破坏的措施。
2)在泵出口管路注满水的前提下正常启泵时,程控联锁打开泵出口液控蝶阀;正常停泵时,泵出口蝶阀先快关至70 8时程控联锁停泵;事故停泵时,程控联锁关闭出口液控蝶阀。
3)正常运行中应加强抗水锤气压罐的的监视和维护,定期检查罐内气压在设计范围,保证抗水锤气压罐的密封性能良好。一旦发现气压低于正常工作压力的一半,应及时补气(补气介质为氮气)。另外,为防止检查过程中发生停泵水锤,建议停泵检查。
6结束
由于停泵水锤可能导致泵站和管路系统发生严重事故,因此有必要根据具体情况在设计阶段和运行调整时充分考虑停泵水锤的危害,设计合理的管路系统、选择合适的设备和优化运行方式来消除停泵水锤或消减水锤压力。