姚琪 杜波
摘 要:在社會(huì)科技發(fā)展的今天,能源資源形勢(shì)逐漸嚴(yán)峻的情況下,各國(guó)均將眼光投向了風(fēng)力資源巨大的海域,我國(guó)更加努力發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電。海上換流站是世界上最先進(jìn)的海上風(fēng)電站,各項(xiàng)設(shè)計(jì)及研發(fā)都是世界上最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。海上換流站用于海上風(fēng)電柔性直流輸電工程,是海上風(fēng)電項(xiàng)目的重要組成部分,負(fù)責(zé)匯聚附近風(fēng)電場(chǎng)的電能,并將其轉(zhuǎn)換為直流電,減少能源輸送損耗,輸送至陸上電網(wǎng)。由于目前國(guó)家大力扶持,很多企業(yè)都加大研發(fā)投入,想辦法加快建造周期。其中,外冷卻水工裝能有效完成換流站系統(tǒng)的岸上調(diào)試工作,能夠讓海上換流站項(xiàng)目邊生產(chǎn)邊調(diào)試,有效縮短海上換流站建造周期,因此得到廣泛需求。
關(guān)鍵詞:海上換流站;直流輸電;外冷卻水工裝;建造周期
引言
海上換流站是世界上最先進(jìn)的海上風(fēng)電站,各項(xiàng)設(shè)計(jì)及研發(fā)都是世界上最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。為了加快研發(fā)和滿(mǎn)足市場(chǎng)需求,其各個(gè)環(huán)節(jié)都在創(chuàng)新研發(fā),工藝提升和工藝改進(jìn),以縮短其制造周期。外冷水系統(tǒng)作為換流站的核心系統(tǒng),是換流站調(diào)試和運(yùn)行的基本保障。換流站在岸上建造調(diào)試必須依靠該系統(tǒng),而其原水泵設(shè)置在導(dǎo)管架上,岸上無(wú)法滿(mǎn)足其取水條件,大部分海上換流站產(chǎn)品待發(fā)運(yùn)至海上安裝后再進(jìn)行調(diào)試,因而導(dǎo)致整體建造周期長(zhǎng)、成本高。為了能夠有效解決該問(wèn)題,因此研發(fā)并應(yīng)用外冷水工裝。
1 外冷水工裝整體設(shè)計(jì)布局
換流站的外冷卻水工裝整體設(shè)計(jì)(圖一),整體思路是利用大功率潛水泵和臨時(shí)管路,將長(zhǎng)江水引入碼頭施工的換流站外冷水系統(tǒng),替代產(chǎn)品本身的外冷水系統(tǒng)功能,從而服務(wù)于需要調(diào)試的設(shè)備。
首先,準(zhǔn)備2臺(tái)潛水泵(一用一備),根據(jù)潛水泵外形尺寸,制作其存放箱,將潛水泵安裝在存放箱內(nèi)。用鋼絲繩將存放箱放入水中適合的深度,將鋼絲繩系固在碼頭纜樁或加固的工裝上,并將潛水泵取水軟管和電源線(xiàn)引出至碼頭系固,這樣就完成了潛水泵的安裝。
其次,在碼頭布置潛水泵軟啟動(dòng)箱,將潛水泵電源線(xiàn)接入。根據(jù)換流站與碼頭的距離,布置兩路適當(dāng)長(zhǎng)度的金屬軟管或硬管,一路與潛水泵和換流站引出的軟管連接,使?jié)撍门c換流站外冷水進(jìn)口貫通,注意潛水泵出口設(shè)置兩只閘閥,以控制流量以及兩臺(tái)泵的切換;另一路與外冷水回水口貫通,引入長(zhǎng)江內(nèi),形成整個(gè)循環(huán)回路。
外冷水工裝系統(tǒng)的連接布局(圖二),根據(jù)換流站冷卻系統(tǒng)圖中,從圖中的位置將管子斷開(kāi),連接到工裝水系統(tǒng)上,保證系統(tǒng)循環(huán)。從最后的換流站冷卻水排水位置接入工裝排水軟管連接到排水口。通過(guò)照片(圖三)我們可以了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的連接位置和布局位置,僅供參考。
2 工裝泵的選材
潛水泵是取水工裝系統(tǒng)核心組成,合適的潛水泵選型,才能滿(mǎn)足該系統(tǒng)的調(diào)試需要。潛水泵的流量和揚(yáng)程是決定是否滿(mǎn)足使用的主要兩個(gè)重要參數(shù)。我們以三峽如東海上柔直換流站為例。
首先該換流站設(shè)計(jì)外冷水系統(tǒng)循環(huán)參數(shù)(表一),四臺(tái)泵總運(yùn)行時(shí)海水循環(huán)額定流量是1900450m3/h,因調(diào)試時(shí)可單設(shè)備獨(dú)立操作,因此一臺(tái)泵運(yùn)行即可,所以可以確定潛水泵流量需達(dá)到450m3/h以上,才可以滿(mǎn)足該系統(tǒng)調(diào)試。
潛水泵揚(yáng)程的選型更加重要,因?yàn)閾Q流站建造用的胎架及換流站上部模塊本身高度較高,如揚(yáng)程不夠,直接影響使用效果。泵的揚(yáng)程計(jì),即
H=(p2-p1)/ρg+(c2^2-c1^2)/2g+z2-z1
式中 H——揚(yáng)程,m;
p1,p2——泵進(jìn)出口處液體的壓力,Pa;
c1,c2——流體在泵進(jìn)出口處的流速,m/s;
z1,z2——進(jìn)出口高度,m;
ρ——液體密度,kg/m3;
g——重力加速度,m/s2。
通過(guò)實(shí)地測(cè)試相關(guān)數(shù)據(jù)可以算出需要揚(yáng)程40m,因此我們選材下圖結(jié)構(gòu)的潛水泵(圖四),型號(hào)為AT450QHB500-50/2。
潛水泵主要參數(shù):
(1)流量:500m3/h.
(2)揚(yáng)程:50m。
(3)電源:480V 60Hz
(4)轉(zhuǎn)速:1750r/min
換流站外冷水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求流量為450m3/h,揚(yáng)程30m,所以通過(guò)以上參數(shù),可以明確選用的工裝泵各參數(shù)可以滿(mǎn)足外冷卻水系統(tǒng)調(diào)試要求。我們采用兩臺(tái),一用一備,以交替使用,以免長(zhǎng)時(shí)間單臺(tái)使用造成故障,同時(shí)延長(zhǎng)潛水泵使用壽命。
由于江水中泥沙等浮游垃圾較多,為了防止?jié)撍帽萌肟谝约肮苈废到y(tǒng)堵塞,需在潛水泵的取水口增加濾網(wǎng),將大部分大顆粒雜質(zhì)進(jìn)行初步過(guò)濾,同時(shí),在潛水泵的出口管路上設(shè)置濾器,達(dá)到二次過(guò)濾的作用。如果海上換流站的建造場(chǎng)所靠近海洋,為了防止海水微生物滋生,還需在存放箱上安裝防海洋生物裝置。
3 外冷水工裝的實(shí)際運(yùn)用
海上換流站的外冷卻系統(tǒng)主要用于對(duì)換流閥、主變壓器、空調(diào)這三大設(shè)備的內(nèi)冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。該產(chǎn)品配置的海水泵安裝在導(dǎo)管架上,取水口設(shè)置于海水面以下,頂部固定在泵房安裝底座上。海水泵提升海水與淡水循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水在換熱器內(nèi)進(jìn)行熱交換,降低進(jìn)閥水溫。海水泵的設(shè)計(jì)流量兼顧換流閥、換流變及空調(diào)系統(tǒng)的需求。
換流閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)吸收換流閥的熱量后溫度上升,升溫后的熱水由循環(huán)水泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入換熱器 ,在換熱器內(nèi)與中間淡水循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻水通過(guò)非接觸的方式進(jìn)行熱量交換,降溫后的內(nèi)冷卻水回至換流閥,升溫后的冷卻水再通過(guò)非接觸的方式與海水進(jìn)行熱量交換,升溫的海水排入大海,如此周而復(fù)始地循環(huán)。
主變壓器的絕緣冷卻油吸收換流變的熱量后溫度上升,升溫后的絕緣油由驅(qū)動(dòng)裝置加壓進(jìn)入換熱器,在換熱器內(nèi)與中間淡水循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻水通過(guò)非接觸的方式進(jìn)行熱量交換,降溫后的絕緣油回至換流變,升溫后的冷卻水再通過(guò)非接觸的方式與海水進(jìn)行熱量交換,升溫的海水排入大海, 如此周雨復(fù)始地循環(huán)。絕緣油的溫度上限值應(yīng)由換流變廠(chǎng)提供。
空調(diào)系統(tǒng)冷卻水吸收空調(diào)嶺媒的熱量后溫度上升,升溫后的冷卻水由驅(qū)動(dòng)裝置加壓進(jìn)入換熱器,在換熱器內(nèi) 與外冷卻水進(jìn)行熱量交換,如此周面復(fù)始地循環(huán)。
綜上系統(tǒng)原理,我們可以知道設(shè)備調(diào)試前,需要將冷卻水送到后,才可以開(kāi)啟設(shè)備調(diào)試,不然會(huì)因熱量導(dǎo)致?lián)p壞設(shè)備。因此系統(tǒng)調(diào)試前,整套外冷水工裝的安裝是否可靠尤為重要,必須將管路法蘭、設(shè)備等連接件螺栓擰到規(guī)范要求的扭力,管路密性試驗(yàn)合格??仉娤湟约半娫淳€(xiàn)絕緣正常,線(xiàn)路施工連接正確等。整套工裝正式運(yùn)行前,必須形成檢查清單,待逐一檢查簽字后,啟動(dòng)工裝潛水泵。過(guò)程中觀察系統(tǒng)的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)是否正常,并且保持專(zhuān)人全程監(jiān)護(hù)。
外冷水工裝運(yùn)行過(guò)程中注意事項(xiàng):
(1)潛水泵必須時(shí)刻潛入水中,不能因潮水的退去露出水面,以免潛水泵發(fā)熱損壞潛水泵,或者抽不到水,導(dǎo)致?lián)Q流站系統(tǒng)設(shè)備損壞。
(2)當(dāng)壓力過(guò)大或者過(guò)低時(shí),開(kāi)啟系統(tǒng)旁通閥,調(diào)節(jié)好系統(tǒng)壓力。
(3)系統(tǒng)使用時(shí)要記錄各個(gè)時(shí)候的數(shù)據(jù),提供后續(xù)提供使用。
(4)工裝系統(tǒng)運(yùn)作周?chē)荒苡惺┕ぷ鳂I(yè),避免水壓泄露傷人,做好監(jiān)護(hù)工作。
4 結(jié)語(yǔ)
大力發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是國(guó)家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措,在加速我國(guó)經(jīng)濟(jì)和能源轉(zhuǎn)型方面有著舉足輕重的重要意義,而海上換流站是世界上目前最先進(jìn)的海上風(fēng)電站,因此其建造在技術(shù)創(chuàng)新和工藝改進(jìn)上,要求更高、意義更大。海上換流站外冷水工裝的應(yīng)用,直接將海上調(diào)試工作周期前移至岸上完成,大大縮短了整體建造周期。同時(shí),該套工裝的成功應(yīng)用也為船舶、海工等行業(yè)的產(chǎn)品制造提供了借鑒依據(jù),提升了企業(yè)在該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。
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作者簡(jiǎn)介:
姚琪(1981-),男,江蘇南通人,工程師,上海振華重工集團(tuán)股份有限公司,船舶機(jī)械制造裝置,主要從事海工及船舶施工及技術(shù)管理。