孫育哲，童裕軍，孫 遜

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限公司，浙江天臺(tái) 317200)

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺(tái)縣棲霞鄉(xiāng)百丈村，距天臺(tái)縣城7 km，與杭州、寧波直線距離分別為150 km、94 km.電站裝機(jī)容量為1 200 MW，裝設(shè)4套單機(jī)容量為3 00 MW的立軸混流可逆式單級(jí)水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)組.本電站供電范圍為華東電網(wǎng)，在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用等任務(wù).電站建成后，以二回500kV出線接入華東電網(wǎng)，日發(fā)電量600萬(wàn)kW·h，年發(fā)電量21.18億 kW·h.日抽水用電量797萬(wàn) kW·h，年抽水用電量28.13億 kW·h.

1 技術(shù)供水管路及參數(shù)簡(jiǎn)介

機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)采用單元式供水方式，全廠共分四個(gè)單元，每個(gè)單元設(shè)有兩套供水設(shè)備，其中一套工作，另一套備用;每套供水設(shè)備包括一臺(tái)水泵，一套濾過(guò)器和各種相關(guān)閥門.兩套供水設(shè)備間設(shè)有聯(lián)絡(luò)閥門.機(jī)組技術(shù)供水泵能按運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)輪換處于‘工作’或‘備用’狀態(tài)運(yùn)行，而不需人工進(jìn)行切換選擇.常用供水源取自本機(jī)組的尾水;特殊情況下，可采用關(guān)閉機(jī)組側(cè)技術(shù)供水進(jìn)水閥，打開公用側(cè)技術(shù)供水進(jìn)水閥來(lái)供水.供水對(duì)象包括主變負(fù)載冷卻系統(tǒng)、上導(dǎo)軸承冷卻器、發(fā)電/電動(dòng)機(jī)空氣冷卻器、推力和下導(dǎo)軸承冷卻器、調(diào)速器油槽冷卻器、水導(dǎo)軸承冷卻器、機(jī)組主軸密封、上下迷宮環(huán)等[1］，具體參數(shù)見表1.

2 技術(shù)供水管路缺陷情況分析

2.1 技術(shù)供水管路缺陷統(tǒng)計(jì)情況

(1)以1#機(jī)為例2005年投運(yùn)2008年出現(xiàn)砂眼、2009年、2010年砂眼數(shù)量逐漸增加并且在處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)砂眼出現(xiàn)區(qū)域管壁都已經(jīng)腐蝕變薄.砂眼統(tǒng)計(jì)情況見表2.

表1 技術(shù)供水冷卻水管路參數(shù)

表2 桐柏電廠1#機(jī)技術(shù)供水管路缺陷統(tǒng)計(jì)

(2)由表2數(shù)據(jù)可以看出2009年開始砂眼就集中的出現(xiàn)，管路的使用壽命只有短短的4年時(shí)間.

(3)風(fēng)洞內(nèi)管路砂眼量與其它管路相比較，砂眼出現(xiàn)的更加頻繁;由于風(fēng)洞內(nèi)部全是電氣設(shè)備所以砂眼的危害就更加的突出.

2.2 技術(shù)供水管路缺陷原因分析

4Fe+3O2+2nH2O ═══2Fe2O3·nH2O

(1)桐柏電廠管路材料為15號(hào)鋼是碳素鋼的材料與其它材料相比其耐腐蝕性較差，所以容易造成砂眼的出現(xiàn).

15 號(hào)鋼化學(xué)成份(%)[3］:C:0.12 ～0.19 Mn:0.35 ～0.65 P:≤0.035 S:≤0.035 Cr:≤0.25 Ni:≤0.25 Cu:≤0.25 Si:0.17 ～0.37

(2)pH值代表的是溶液中的氫離子濃度，在進(jìn)行酸堿腐蝕的時(shí)候有比較大的影響，一般pH值影響的是腐蝕電極的電極電勢(shì).pH值是6～9比較接近中性，見表3，溶液酸堿腐蝕較小，(但不代表沒(méi)有腐蝕性).桐柏電廠的水質(zhì)的pH值在6.50～7.50之間，水質(zhì)相對(duì)來(lái)說(shuō)較好，但有些電廠的水質(zhì)pH值比較差是冷卻水管路腐蝕的重要原因.

(3)抽水蓄能電廠每臺(tái)機(jī)組每年有2次D級(jí)以上的檢修，在檢修期間都會(huì)對(duì)管路進(jìn)行排水，這樣管路內(nèi)壁與空氣接觸為腐蝕提供了更加優(yōu)越的環(huán)境.

(4)抽水蓄能的廠房都在山洞當(dāng)中濕度較大容易造成管路外壁的腐蝕，而且地下廠房常年溫度都在20℃～26℃在這樣的條件下碳鋼的管路更加容易發(fā)生氧化反應(yīng).(風(fēng)洞內(nèi)空氣冷卻器管路運(yùn)行環(huán)境溫度為35℃ ～40℃，下導(dǎo)及推力外循環(huán)管路運(yùn)行環(huán)境溫度為20℃ ～26℃，其它條件相同狀態(tài)下比較風(fēng)洞內(nèi)冷卻水管路砂眼出現(xiàn)數(shù)量要多于下 導(dǎo)及推力外循環(huán)管路砂眼出現(xiàn)數(shù)量.)

3.進(jìn)行單因子試驗(yàn)。（1）固液比對(duì)葛根素含量的影響：提取溫度28°C，提取時(shí)間16h，酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%；（2）提取時(shí)間對(duì)葛根素含量的影響：固液比0.143，提取溫度28°C，酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%；(3)提取溫度對(duì)葛根素含量的影響：固液比0.143，提取時(shí)間16h，酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%；(4)釀酒酵母質(zhì)量百分含量對(duì)葛根素含量的影響：固液比0.143，提取時(shí)間16h，提取溫度28°C。

表3 桐柏電廠水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)

(5)水管中水的溫度變化也會(huì)引起水中氧氣含量的變化使氧氣析出附著在管路內(nèi)壁.氣體的內(nèi)能主要是動(dòng)能，當(dāng)氣體溫度升高時(shí)，氣體分子運(yùn)動(dòng)速度加快，容易擺脫溶劑分子的吸引.氣體溫度升高時(shí)，體積膨脹很快，分子之間距離增大，這樣就減弱了溶劑分子對(duì)氣體分子的吸引.氣體溶解后，氣體分子受到溶劑分子的吸引，導(dǎo)致氣體分子動(dòng)能大大減少，所以氣體溶解時(shí)都是放熱反應(yīng)，那么氣體跑出來(lái)就是吸熱反應(yīng)了.根據(jù)化學(xué)平衡原理，可以知道，溫度升高時(shí)，平衡就會(huì)向氣體就會(huì)跑出來(lái)的方向移動(dòng).(作為冷卻水管溫度變化較大，由技術(shù)供水冷卻水管路參數(shù)表可以看出發(fā)電/電動(dòng)機(jī)空氣冷卻器的進(jìn)出水溫差為4.1℃推力下導(dǎo)軸承冷卻器的溫差為3.9℃其它的溫差也在3℃ ～4℃左右.查看水中飽和溶解氧濃度與其對(duì)應(yīng)溫度表可以看出管路由于溫差變化較大所以氧氣很容易析出，從22 ℃ ～26 ℃ 氧氣由8.74 mg/L變?yōu)?.11 mg/L，溫度對(duì)鐵腐蝕的影響通常被忽視.許多影響腐蝕的參數(shù)隨溫度的變化而變化.這些參數(shù)包括DO溶解度，溶解特性(如粘度和離子活度)，亞鐵離子氧化率，鐵銹的熱力學(xué)性質(zhì)(引起不同的相或化合物的形成)，以及生物活性.而且，管上形成的不同種的鐵銹在如銹密度和熱膨脹系數(shù)等物理性質(zhì)上有很大差別，如果鐵銹曝露在溫度梯度或變化環(huán)境中，這種差別可引起鐵銹中的機(jī)械壓力，導(dǎo)致破碎或裂縫產(chǎn)生.

3 技術(shù)供水管路砂眼危害

(1)技術(shù)供水管路的的腐蝕造成隔離閥門卡死無(wú)法操作.

(2)一些彈簧式的逆止閥由于鐵銹發(fā)卡造成一些用戶水泵的反轉(zhuǎn).

(3)造成電廠中一些進(jìn)口的油水切換閥等閥芯損壞而無(wú)法開停機(jī).

(4)造成一些濾過(guò)器濾芯的堵塞而無(wú)法正常開停機(jī).

(5)造成電廠的冷卻器由于鐵銹在冷卻器表面的沉積而導(dǎo)致冷卻效果下降造成損失.

(6)由于砂眼缺陷漏水造成機(jī)組停運(yùn)或造成的設(shè)備的損失.

(7)由于電廠電氣設(shè)備較多漏水極易引起電氣設(shè)備的短路造成嚴(yán)重的后果.

(8)特別是發(fā)電/電動(dòng)機(jī)空氣冷卻器冷卻水管路處于風(fēng)洞內(nèi)電氣設(shè)施較多一但漏水會(huì)嚴(yán)重影響到定子、轉(zhuǎn)子、出線、中心點(diǎn)引線的安全運(yùn)行，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備短路造成嚴(yán)重后果.

4 技術(shù)供水管路改造

4.1 更新技術(shù)供水管路

技術(shù)供水管路砂眼存在極大的危害特別是風(fēng)洞內(nèi)的管路砂眼危害更大，所以要對(duì)這些管路進(jìn)行更換，將舊管路拆除后利用原管路走向支架固定新管路.

管路材料選擇:304不銹鋼是應(yīng)用最為廣泛的一種鉻－鎳不銹鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性，具有良好的加工性能和可焊性，抗拉強(qiáng)度、端面收縮率等都較好;且桐柏電廠上導(dǎo)軸承冷卻水管路、上/下迷宮環(huán)冷卻水管路水導(dǎo)軸承冷卻水管路、調(diào)速器油槽冷卻水管路、主軸密封冷卻水管路均采用0Cr18Ni9不銹鋼材料的水管，運(yùn)行6年來(lái)未出現(xiàn)過(guò)砂眼;所以最后選用0Cr18Ni9不繡鋼材料制作的無(wú)縫鋼管做為新的冷卻水管路進(jìn)行管路改造.

0Cr18Ni9 化學(xué)成份[3］:碳 C:≤0.07 硅 Si:≤1.00 錳 Mn:≤2.00 硫 S:≤0.030 磷 P:≤0.035 鉻 Cr:17.00 ～19.00 鎳 Ni:8.00 ～11.00

抗拉強(qiáng)度 σb:≥520MPa 條件屈服強(qiáng)度 σ0.2:≥205MPa 伸長(zhǎng)率δ5:≥40% 斷面收縮率ψ:≥60%硬度:HB≤187MPa;HR≤90MPa;HV≤200MPa

4.2 冷卻水管道作業(yè)程序、方法及質(zhì)量工藝要求

舊管道割除→材料清點(diǎn)領(lǐng)用→管道配管→點(diǎn)焊→管子就位→焊接→支吊架安裝→管道沖管→管道恢復(fù)→管路沖水、打壓試驗(yàn)[4］具體質(zhì)量及工藝標(biāo)準(zhǔn)[5］見表 4.

表4 質(zhì)量工藝標(biāo)準(zhǔn)

5 更換新的材質(zhì)管路優(yōu)點(diǎn)

(1)0Cr18Ni9材質(zhì)的無(wú)縫鋼管不容易發(fā)生腐蝕，極大的減少了管路砂眼的出現(xiàn)，節(jié)約了維護(hù)的費(fèi)用成本.減小了因?yàn)樯把勐┧斐呻姎庠O(shè)備短路的嚴(yán)重的后果，減小了機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的可能.

(2)0Cr18Ni9材質(zhì)的無(wú)縫鋼管不會(huì)產(chǎn)生大量的鐵銹，減小技術(shù)供水管路因鐵銹造成隔離閥門卡死無(wú)法操作，彈簧式的逆止閥發(fā)卡造成一些用戶水泵的反轉(zhuǎn)，油水切換閥閥芯損壞而無(wú)法開停機(jī)，濾過(guò)器濾芯的堵塞而無(wú)法正常開停機(jī)，鐵銹在冷卻器表面的沉積而導(dǎo)致冷卻效果下降等危害，消除了多種由于冷卻水管路問(wèn)題帶來(lái)的不利影響，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行.

(3)經(jīng)濟(jì)比較:(以桐柏1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路為例)

漏水造成停機(jī)損失4 a共800萬(wàn)元;漏水造成設(shè)備損壞損失300萬(wàn)元;處理缺陷的人力物力4 a共60萬(wàn)元;桐柏電廠1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路技改的工程價(jià)94.1萬(wàn)元(人工15.555萬(wàn)元材料及其它78.545萬(wàn)元);2005年初裝時(shí)碳鋼管價(jià)格約20萬(wàn)元;

以桐柏電廠1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路為例(風(fēng)洞內(nèi)管路砂眼出現(xiàn)到技改共4 a)，共可節(jié)約費(fèi)用:

800+300+60+15.555+20 －78.545=1 117.01 萬(wàn)元

(4)管路改造前后運(yùn)行情況

改造前:1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路砂眼每6個(gè)月平均出現(xiàn)14處，每年因?yàn)樯把廴毕菰斐蓹C(jī)組不能按時(shí)開機(jī)3次，管路結(jié)垢現(xiàn)象較為明顯.

改造后:1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路改造后的運(yùn)行情況檢查良好，沒(méi)有出現(xiàn)砂眼且管路內(nèi)壁的結(jié)垢現(xiàn)象也有所好轉(zhuǎn).

桐柏抽水蓄能電廠1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路改造至今運(yùn)行的情況較好未出現(xiàn)砂眼等現(xiàn)象，桐柏電廠計(jì)劃結(jié)合機(jī)組大修對(duì)2、3、4#機(jī)組技術(shù)供水管路逐步進(jìn)行改造.

6 結(jié)語(yǔ)

由于抽水蓄能電廠冷卻水管路的運(yùn)行的特殊性，為了保證發(fā)電電動(dòng)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，充分發(fā)揮抽水蓄能電廠的調(diào)節(jié)作用，減小機(jī)組的維護(hù)成本提高機(jī)組運(yùn)行可靠性建議抽水蓄能電廠冷卻水管路在管路安裝時(shí)就能夠采用材質(zhì)較好的不銹鋼無(wú)縫鋼管，已經(jīng)安裝碳鋼材質(zhì)的電廠可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況管路技改.風(fēng)洞內(nèi)冷卻水管路由于其特殊的運(yùn)行環(huán)境且電氣設(shè)備較為集中建議風(fēng)洞內(nèi)管路使用或盡早更換為材質(zhì)較好的不銹鋼無(wú)縫鋼管，避免由于管路腐蝕造成不必要的損失.

[1]陳秀芝.水輪發(fā)電機(jī)機(jī)械檢修[M］.北京:中國(guó)電力出版社，2002.

[2]胡毅力，許功華，馬炳奇，等.水工機(jī)械檢修[M］.北京:中國(guó)電力出版社，2003.

[3]曾正明.機(jī)械工程材料手冊(cè).金屬材料[M］.6版.北京:北京機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[4]張麗英.水力發(fā)電廠安全性評(píng)價(jià)查平依據(jù)[M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

[5]李耀天.五金手冊(cè)[M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.