沿海发电厂高架式补给水泵站设计研究

张新江 陈志林 石家魁 胡金伟 刘志超 纪成龙

摘   要：受限于特殊地理环境及较高环保要求，沿海发电厂在设计阶段面临诸多难题，特别是给水泵站的设计与建设，常规方案已无法满足其工程需求。鉴于此类问题的普遍性与特殊性，本文提出一种海中高架式无泵房泵站建设方案。相比常规站内给水泵房占地面积大，工程量繁重的特点，新方案在保证给水泵工作性能的同时，可以最大程度的减小占地，而且无泵房泵站的施工方案也可以大幅减少建设成本，便于施工。此外，本文依据水文条件对其设计的可行性及泵型选择的合理性进行了分析。因此，该方法还可为今后同类电厂泵站的设计、设备选型提供理论参考。

关键词：补给水泵  选型  泵站  电厂工程

中图分类号：TV675                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（c）-0041-03

Abstract： Due to the special geographic environment and high environmental protection requirements， coastal power plants are facing many difficulties in the design stage， especially in the design and construction of water supply pumping stations. Conventional schemes have been unable to meet their engineering needs. In view of the universality and particularity of this kind of problem， this paper puts forward a construction scheme of sea elevated pumping station without pump house. Compared with the conventional pumping station， the new scheme not only guarantees the working performance of the pumps， but also minimizes the occupation of land， and the construction scheme of the pumping station without pumping station can also greatly reduce the construction cost and facilitate the construction. In addition， according to hydrological conditions， the feasibility of its design and the rationality of pump type selection are analyzed. Therefore， this method can also provide theoretical reference for the design and equipment selection of similar power plant pumping stations in the future.

Key Words： Supply water pump; Type-selection; Pumping station; Power plant project

水源是電建工程选址决定因素之一。选址过程中既要保证电站高效运行，又要兼顾工程造价及环境保护，而给水泵站因其造价高、体积大是整体建造工程的重要环节。随着淡水资源匮乏问题日趋严重，越来越多的电厂选择建在沿海地区，利用海水冷却。然而沿海电厂因其地理位置的特殊性，环保要求高，可使用建设面积小，使得占地面积大，施工工程量多的常规给水泵站建设方案已无法满足实际需求。综合考虑环保需求、地域限制、建设成本等因素，寻找一种适用于沿海地区给水泵站的设计方案已成为一个热门问题，而且新型给水泵站的设计研究具有很强的现实意义和经济效益，使得更多的学者不断开展深入研究工作并提出了相应的优化设计方案。文献[1]结合典型实例，论述了无泵房泵站比一般泵房泵站有占地少，投资低的巨大优势，并从技术、经济、安全、安装、维护、环境因素等方面阐述了无泵房泵站在设计中应遵循的原则及注意问题。文献[2]中对其泵站扩建工程水泵设计选型过程中存在的问题，进行科学有效的分析，并结合一级泵站扩建工程实例，阐述了水泵设计选型工作的重要性，提出一级泵站扩建工程水泵设计选型要点。文献[3]针对某百万机组海水水质循环水泵泵壳裂纹情况进行分析，从材料的化学成分、力学性能、焊接工艺等多方面分析泵壳裂纹的原因，提出了相应的防范措施。除上述研究外，还有部分学者针对水泵所处水位变化，流量波动及泵自身启停方式等安全运行的细节问题进行了深入研究[4-6]。上述研究虽已提出了无泵房设计理念并对沿海电厂泵站建设问题给出了部分解决措施，但整体方案设计中仍缺乏对泵站的选址、环境评估等细节问题的考虑，且对后期运行及维护缺乏针对性的措施。

本文针对沿海电厂所处的特殊地理位置，对厂址条件等问题进行分析研究，提出一种海中高架式无泵房泵站的整体设计方案。对比常规厂内给水泵站，新的设计方案在确保给水泵安全运行的前提下，不仅占地少、造价低，同时也极大地减少了对沿海环境的影响，具有较强现实意义及可实施性。此外，文中对泵的选型和参数选择进行了理论论证，论证结果从理论上说明了此方案的可行性，为此类地区的机组设计提供了参考方案。

1  传统电站泵房设计方法

传统给水泵站多采用单层或多层泵房泵站，泵房净高不低于4m，采用常规引水管取水的形式，其变频器、控制柜等均设置于室内，此种设计方式即占用土地又增加投资，在沿海、山区等特殊环境中不仅建设难度大且不便于后期维修与扩建[7]。

某电站项目拟新建2×660MW超临界燃煤机组，建设地址位于土耳其伊斯肯德伦湾，同步建设脱硫、脱硝设施，因场地限制无法在原址扩建。而本项目因东临保护区，其近海岸禁止建设永久建筑，采用常规建设方式不仅挤占厂内空间，其泵站深度也将超65m，即使紧贴保护区区域，泵站深度也超过40m，大大增加施工成本及施工难度，已经成为电厂建设施工过程中的最大难题。

2  高架式无泵房站设计方法

2.1 高架式泵站的选择

鉴于上述因素，传统电站泵房设计方案并不适用于该工程。考虑到该地区海域潮差小，海流慢，长期有效波浪高度不超过2.0m。同时，由于码头至厂区输煤栈桥的存在，也为输水管道敷设及后期设备检修提供了便利。因此，本工程选择采用高架式泵站建设方案，可以有效避免厂内建站的缺点。虽然高架式泵站运行维护相对不便，但取水海域选择自由度高，能保障电厂水质，此外该区域其他电厂的循泵房有采用无泵房设计的成功先例可以借鉴，故此补给水泵站采用高架式无泵房设计方案。

2.2 补给水泵站布置

本工程将高架式补给水泵站布置在海中约-7.00m等深线处，距岸边约370m。平台由混凝土柱支撑在海面上，海水直接从平台下流过，泵站与电厂之间通过电厂至码头的运行检修道路相连。根据《火力发电厂水工设计规范》（DL/T 5339-2006）中泵房防洪标准要求，泵房±0.00m層标高应为频率1%潮位+频率2%浪高+超高0.5m，且不应低于0.1%潮位[8]。本工程频率1%潮位为1.20m，频率2%波列、累积频率1%的浪爬高3.50m，经计算泵站平台的最低标高为5.20m，高于0.1%潮位1.80m。本工程补给水泵站平台标高为5.85m，与道路标高一致，免受潮水、波浪影响。

2.3 泵站拦污设施

为了保证取水安全，为防止水泵伤害海洋生物，同时避免大型海生物损毁取水设备，泵站运行时除了用加氯驱赶海洋生物外，设计时还在设备下部设置防护、拦污设施[9]。

其具体方式是首先在平台水下外围部分设置支撑框架，框架固定在平台外圈立柱上，架外覆设纤维拦鱼网。同时根据泵站水下地形特征，拦鱼网的网衣按梯形围栏方式设置，即网衣最下端根据水深变化裁剪。此外，施工时，根据现场潮流和地形的实测数据，对网衣形状进行调整，保障有效拦截。同时拦鱼网还可喷涂防生物附着涂料。在海蜇、鱼类较多的季节，喷涂后的网衣可连续2～3个月发挥防止生物附着的作用。

拦鱼网的规格、设置及维护有一定标准。每块拦鱼网宽约3m，两块拦鱼网之间搭接宽度不小于0.5m;拦鱼网使用聚乙烯无结网衣，网目尺寸75mm，网衣上纲绳索为直径18mm聚乙烯绳，以0.5m间隔与网衣连接，另一端系结在泵站平台上;网衣下纲绳索直径为13mm，每块拦鱼网连接1个锚碇块，自重约1吨，锚碇块上设有系揽环，利用缆绳固定在平台栏杆上，网衣后有支撑框架，这样可以保证网衣的稳定性。换网时，利用平台周围的2t单轨吊将海底锚碇块吊起，把锚碇块上的单片网衣解下，再将新网衣两头分别绑在锚碇块和平台上，将锚碇放回原处即可完成换网工作。通过试验验证，网衣使用操作得当，寿命可达7年。纤维拦鱼网进水面积大，大大降低了清理维护的频次，工作量小，且对海域无太大的影响，取水安全性高。

2.4 高架式补给水泵站结合输煤栈桥及道路设置

平台与栈桥间距1m，运行时以宽约1.2m花铁盖板覆盖作为通道，需要对平台与栈桥间的水下拦鱼网进行清理或更换时，移去盖板，采用前述方式吊起清理即可。为便于检修维护，泵站平台上还设有2套10t电动单轨吊，以供补给水泵检修起吊使用。

高架式补给水泵站平台排水通过周围设置的排水沟，拦鱼网在平台上冲洗后，冲洗水经排水沟流入集水坑（800mm×800mm），集水坑内设有拦污篮，拦截水中的垃圾，冲洗水则流入平台下的海中。

3  补给水泵参数选择

因工程补给水泵站采用露天布置，不设上部结构，平台平面尺寸32m×14m，平台地坪以下至海底深约13m。补给水泵站平台拟通过水下18根立柱支撑，立柱间距6m。泵站设有4台补给水泵（采用立式长轴泵），3用1备。泵的选型依据为。

（1）模型选用已有凝结水泵的首级，汽蚀余量小，泵的淹没深度小，从而使泵的结构长度短，运行安全可靠;

（2）叶轮采用双吸，可以平衡掉大部分的轴向力，对轴承的冲击小，保证运行的可靠性;

（3）补给水泵效率的计算依据及扬程、流量的修正。

为保证选型的准确性，需要对泵的效率进行修正，即由模型试验结果换算至原型，从而使选型结果更为精确。本文效率选型相似计算公式为：

式中，DM为模型泵流动断面尺寸，DP为原型泵流动断面尺寸，HM为模型泵扬程，HP为原型泵扬程，ηM为模型泵效率。

本工程选取的参数为Q=2450m3/h，H=80m，N=800kW，v=6kV。效率曲线及淹没深度曲线见图1和图2。

从图1和图2可以看出，本工程选取的补给水泵，参数合理，具有较高的效率，经济性优良，同时，由于具有较小的淹没深度，从而减少了泵的相对结构长度，有利于泵的安全运行。

4  结语

本文针对沿海电厂特殊地理位置，提出一种海中高架式无泵房泵站设计方案，对比常规站内给水泵，不仅减少了占地面积，节约施工成本，而且在保障水质的前提下增加了泵房选址的灵活性。同时，为说明此方案的可行性，文中以某项目为研究对象，对其采用高架式无泵房补给水泵站设计的可行性、经济性进行了探讨。在考虑到系统安全性的同时以最大限度地节约投资。最后通过理论分析对泵的选型和参数进行了论证，论证结果不仅此方案其可行性的有力支撑，也为以后沿海机组的无泵房设计建设提供了参考。

参考文献

[1] 刘稳固.无泵房泵站设计[J].工程建设，2015，47（1）：85.

[2] 冯楚波.一级泵站扩建工程水泵设计选型[J].居舍， 2018（31）：103.

[3] 陈沈伟.海水冷却循环水泵泵壳材料及选用分析[J].华电技术，2018， 40（10）：42.

[4] 张峪昕.水泵站设计中的若干问题探讨[J].市政技术， 2012（2）：69-71.

[5] 姜凤英，王喜茂.给排水泵站设计中设备选型问题[J].中国市政工程，1995（4）：50-52.

[6] 熊燕妮.某泵站设计阶段造价面临的问题及应对策略[J].中国水运（下半月），2015，15（4）：143-144.

[7] 梅花.给排水泵站设计中设备选型问题[J].建材与装饰， 2019（12）：69.

[8] 周莉菊.“水泵与水泵站”课程教学研究与探索[J].中国电力教育，2013（10）：103-104.

[9] 吴章锋.沿海大型火电扩建工程给水泵配置探讨[J].内燃机与配件，2017（11）：32-34.