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水輪機(jī)蝸殼延伸段漏水分析與處理

2015-06-27 12:12:00賈樹坡
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年18期
關(guān)鍵詞:滲漏

賈樹坡

摘 要:對(duì)某水電廠機(jī)組蝸殼延伸段漏水現(xiàn)象及原因進(jìn)行深入分析,通過(guò)對(duì)蝸殼焊縫進(jìn)行磁粉檢測(cè)、著色探傷檢測(cè),采用內(nèi)窺鏡對(duì)頂蓋平壓管、頂蓋取水管內(nèi)部檢查,找到蝸殼延伸段漏水的原因并采取了應(yīng)對(duì)措施,對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的永久性管路安裝提出了敷設(shè)建議。

關(guān)鍵詞:水輪機(jī)蝸殼;滲漏;機(jī)坑里襯;彈性層

1 概述

在水輪機(jī)蝸殼外部與混泥土間設(shè)置有彈性層,由于各種原因?qū)е虏糠炙w滲入彈性層,該水流大部分會(huì)隨著蝸殼鼻端排水管順利排出,但部分會(huì)沿著蝸殼延伸段向水輪機(jī)來(lái)水方向流動(dòng),最后滲出墻體,滲漏量較小時(shí)主要影響設(shè)備工作環(huán)境,造成墻面污染,影響美觀,當(dāng)滲漏水量大時(shí)將增加廠房滲漏水總量,使?jié)B漏排水系統(tǒng)工作負(fù)擔(dān)加大,直接影響廠用電和設(shè)備維護(hù)成本,嚴(yán)重時(shí)將危及機(jī)組和廠房安全。為查找某水電廠機(jī)組蝸殼延伸段漏水原因并找出解決措施,技術(shù)人員采用多種探測(cè)、檢測(cè)手段深入排查,找到了問(wèn)題根源,針對(duì)漏水原因采取一系列補(bǔ)救措施,徹底解決了問(wèn)題并對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組敷設(shè)的暗管材質(zhì)、敷設(shè)方式提出了建議。

2 現(xiàn)象簡(jiǎn)介

某水電廠2007年底投產(chǎn),至2012年底發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)蝸殼延伸段存在滲水現(xiàn)象,起初表現(xiàn)為蝸殼延伸段與混泥土結(jié)合處出現(xiàn)滲水,墻體明顯潮濕,一周后地面開始有積水,但滲漏處未見(jiàn)呈噴射狀水流。在觀察中發(fā)現(xiàn)滲漏量呈增長(zhǎng)趨勢(shì),3個(gè)月后漏水量明顯增大,墻體出現(xiàn)明顯漏水,呈噴射狀,停機(jī)時(shí)漏水量減少,開機(jī)時(shí)漏水量變大,汛期庫(kù)水渾濁時(shí)滲漏水亦呈渾濁狀態(tài),枯水季節(jié)水庫(kù)較清,滲漏水量也呈清澈狀態(tài)。為不影響設(shè)備運(yùn)行環(huán)境,水工技術(shù)人員沿著蝸殼延伸段墻體開槽引水,集中引流,觀察2個(gè)月,漏水量基本趨于穩(wěn)定,此時(shí)測(cè)得漏水量達(dá)200L/h。種種跡象不得不讓人擔(dān)心蝸殼焊縫質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題,運(yùn)行中的機(jī)組安全性遭到了嚴(yán)重威脅,查找滲漏原因并盡快消除迫在眉睫。

3 漏水原因的分析

某水電廠采用HLA696-LJ-345混流式水輪機(jī)組,額定水頭102m,最大水頭117m,最小水頭75m,額定流量103.6m3/s。金屬蝸殼,包角345°,彎肘型尾水管,在水輪機(jī)頂蓋處設(shè)置有6根頂蓋減壓排水管,沿圓周方向?qū)ΨQ布置,各管道出口匯總至DN300的排水總管,排水總管出口設(shè)置三通閥,利用三通閥可以實(shí)現(xiàn)頂蓋排水供機(jī)組冷卻設(shè)備使用或者直接排至尾水管的功能,管道為普通鋼管,管道壁厚6mm,敷設(shè)方式為暗管敷設(shè),其他6根支管在頂蓋上方存在1.2m明管段。

為查明漏水原因,2014年檢修期間委托技術(shù)服務(wù)公司對(duì)該水輪機(jī)尾水管、蝸殼等部位進(jìn)行了全面檢測(cè),其中對(duì)蝸殼壁厚進(jìn)行超聲波檢測(cè),測(cè)試部位厚度值均勻,對(duì)蝸殼鼻端、蝸殼上下蝶形邊焊縫及其他關(guān)鍵焊縫采用了磁粉探傷檢測(cè)、滲透檢測(cè),焊縫未見(jiàn)裂痕,除局部防腐涂層脫落外其余未見(jiàn)異常,對(duì)尾水管里襯進(jìn)行滲透檢測(cè)及厚度檢驗(yàn),檢測(cè)區(qū)域內(nèi)測(cè)點(diǎn)厚度值均勻,未發(fā)現(xiàn)異常,結(jié)果證明蝸殼焊縫良好,不存在漏水可能,由此排除了因?yàn)槲仛ず缚p裂紋導(dǎo)致漏水的原因,技術(shù)人員不得不將排查重點(diǎn)轉(zhuǎn)向埋設(shè)在蝸殼上方的管路。查閱設(shè)計(jì)圖紙后發(fā)現(xiàn)6根頂蓋減壓排水管進(jìn)入?yún)R流總管前有法蘭連接,可拆卸,于是檢修人員將頂蓋減壓排水管明管段全部拆卸,技術(shù)檢測(cè)人員采用內(nèi)窺鏡對(duì)管道壁進(jìn)行檢測(cè),該探測(cè)設(shè)備探頭可深入管道內(nèi)3m,通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)其中3根頂蓋減壓排水管暗管段存在腐蝕現(xiàn)象,最大腐蝕面積約8*12mm,該處管壁已完全脫落,水流直接沖刷混泥土,受損位置距離水車室基坑里襯300-450mm間。通過(guò)查找圖紙資料發(fā)現(xiàn):(1)6根頂蓋減壓排水管自頂蓋頂部垂直方向而出,穿過(guò)水輪機(jī)機(jī)坑里襯,經(jīng)過(guò)厚厚的混泥土到達(dá)尾水管。(2)機(jī)坑里襯焊接于蝸殼上鏜口,與鋼筋混泥土澆筑嚴(yán)密。(3)蝸殼及其延伸段上半圓表面鋪設(shè)了一層彈性墊層。主要目的是人為增大蝸殼與混凝土之間的縫隙,使內(nèi)水壓力先由蝸殼獨(dú)自承擔(dān),當(dāng)管內(nèi)水壓力達(dá)到一定值后,蝸殼產(chǎn)生膨脹壓縮墊層,再由墊層將一定的壓力傳遞到外包鋼筋混凝土中,盡可能改善蝸殼周圍混凝土的應(yīng)力狀態(tài),提高其抗裂安全度。

結(jié)合資料及漏水現(xiàn)象分析,一方面由于管道受損點(diǎn)正處于距離機(jī)坑里襯向混泥土內(nèi)300-450mm段,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期沖刷和腐蝕后管道壁破損,在壓力作用下水流沿著受損管道向來(lái)水方向滲漏,遇到機(jī)坑里襯后順著機(jī)坑里襯流向蝸殼,由于蝸殼及蝸殼延伸段彈性層的存在,水流將繼續(xù)沿著彈性層的間隙流動(dòng),最終漏出墻體,形成蝸殼延伸段滲漏。另一方面由于頂蓋減壓排水管是排出頂蓋與轉(zhuǎn)輪間有限腔體的壓力水,以達(dá)到減少水輪機(jī)軸向水推力的作用,當(dāng)機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)水輪機(jī)導(dǎo)葉全關(guān),水源被阻隔,導(dǎo)葉微小的漏水量在頂蓋減壓排水管處的水壓力甚小,不足以直接穿過(guò)蝸殼彈性層,當(dāng)機(jī)組開機(jī)后水輪機(jī)導(dǎo)葉打開,高達(dá)1.17MPa的水壓經(jīng)過(guò)上止漏環(huán),途徑頂蓋和頂蓋減壓排水管,在壓力的作用下水流從管道破損口沿著機(jī)坑里襯、蝸殼、蝸殼延伸段漏出,最終形成了噴射狀漏水,這一點(diǎn)正好與機(jī)組開啟時(shí)漏水量大,停機(jī)時(shí)漏水量小的現(xiàn)象相吻合,證明漏點(diǎn)已找到。為徹底消除漏點(diǎn),技術(shù)人員可謂絞盡腦汁,因?yàn)槭軗p管道為暗管,掩埋深度1.4m,且該部位空間狹小,管路交錯(cuò)復(fù)雜,更換受損管道已然不可行,唯一的辦法只有設(shè)法修復(fù)破損管道。首先,為掌握受損管路壁厚狀況,技術(shù)人員通過(guò)超聲波測(cè)壁厚的方法檢測(cè)了可觸及管段的壁厚,測(cè)量結(jié)果表明除已存在破損的部位外其他壁厚接近于5mm,仍然能承受一定壓力。通過(guò)分析,最終決定按以下步驟處理:(1)對(duì)原管道內(nèi)部烘干、除銹,使其露出金屬表面。(2)重新截取長(zhǎng)度460mm,管道壁厚與設(shè)計(jì)一致、外徑與原管路內(nèi)徑相匹配的鋼管,其外部除銹露出金屬表面。(3)在原管道內(nèi)壁及新截取管段外壁均涂抹TS2111金屬修補(bǔ)劑,待金屬修補(bǔ)劑初步凝固但未硬化前把新截取的管段套入原管道內(nèi),雙層管道間的間隙繼續(xù)使用金屬修補(bǔ)劑壓入填實(shí),通過(guò)24小時(shí)觀察鋼管結(jié)合緊密后對(duì)管道回裝并對(duì)蝸殼充水未發(fā)現(xiàn)滲漏,開機(jī)后蝸殼延伸段墻體無(wú)滲水,通過(guò)1年運(yùn)行觀察,該現(xiàn)象未再現(xiàn),缺陷消除。

4 漏水的防范措施

為確保機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中的安全性,應(yīng)當(dāng)從以下方面嚴(yán)加控制與預(yù)防:(1)良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝工藝設(shè)計(jì)能夠使設(shè)備更好地工作,提高其工作的可靠性。(2)施工過(guò)程中嚴(yán)格控制水輪機(jī)埋入部件的澆筑工藝,保證蝸殼和混泥土間無(wú)空穴。(3)做好蝸殼和水輪機(jī)輔助管道內(nèi)壁防腐措施。(4)定期對(duì)蝸殼內(nèi)部檢查、對(duì)焊縫檢測(cè)十分必要,大修或者必要時(shí)應(yīng)對(duì)對(duì)蝸殼焊縫做更全面的檢測(cè),做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷,盡早處理。(5)蝸殼安裝過(guò)程中應(yīng)當(dāng)按照安裝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,焊縫進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)檢測(cè),焊接過(guò)程中嚴(yán)格遵循焊接工藝,在焊接部位不得出現(xiàn)明顯凹凸現(xiàn)象,否則將增大管道過(guò)流時(shí)在凹凸處沖刷和氣蝕的現(xiàn)象,從而加速過(guò)流部位的損壞。(6)建議采用不銹鋼管,其抗氣蝕和沖刷能力強(qiáng),有利于延長(zhǎng)管道壽命。

承壓管道、水輪機(jī)預(yù)埋件的安全與否直接關(guān)乎水力發(fā)電廠的安全問(wèn)題,倘若不從設(shè)計(jì)源頭抓起、不從安裝質(zhì)量抓起,那么必定會(huì)給安全運(yùn)行工作帶來(lái)極大的安全隱患,俄羅斯薩揚(yáng)舒申斯克水電站事故足以見(jiàn)證水電站引水系統(tǒng)失控的嚴(yán)重后果,所以必須從設(shè)計(jì)源頭抓起,在運(yùn)行過(guò)程中加強(qiáng)巡檢,在缺陷排查過(guò)程中必須對(duì)照設(shè)備圖紙資料加以分析,在檢修過(guò)程中通過(guò)各種技術(shù)手段對(duì)蝸殼進(jìn)行檢測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并給予消除。

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