溪洛渡水电站地下厂房通风量计算

溪洛渡水电站地下厂房通风量计算

1特性构造及进出场西洛渡水电站是金沙江下游的一座大型水电站。这个气田分为两个左下孔，每个孔分别配备9台最大容量为700w的混合流量装置。电站厂房深埋于地下400多米处,主厂房、主变洞、尾水调压室三大洞室平行布置,500kVGIS布置在主变洞内,500kV出线设备采用SF6管道母线,通过2个出线竖井(两岸)引至地面出线场。由于溪洛渡水电站具有装机容量大、机组台数多、电气设备多、发热量大、地下洞室多且错综复杂的特点,对这类巨型地下厂房的通风空调系统设计,目前国内外可供借鉴的类似工程经验少,设计难度较大,需通过广泛交流、调研和模型试验方式,使溪洛渡地下厂房的通风、空调方案更可靠、完善,在技术上具有先进性和经济上具有合理性。2室外气候条件2.1资料来源及处理金沙江流域地势西北高东南低,降雨和气温由西北向东南递增,使区域内气候在水平方向和垂直方向上差异很大,立体气候明显,同一座山的山谷至山顶可具有亚热带、温带直至寒带的气候变化。本电站附近有三个气象站,即雷波、永善和中心场气象站。根据电站枢纽布置情况,本电站的气候选值高程大约为370~450m,雷波气象站高程为1474.9m,永善气象站高程为877.2m,中心场气象站高程为444.6m。这三个站的气象特点是:雷波站气温较低,相对湿度较高;永善站气温稍高,相对湿度居中;中心场气温较高,相对湿度较低。相比之下,中心场站的位置、高程最接近本电站,故本电站的气象参数以中心场的气象资料为主,并对比雷波、永善的气象参数进行修正计算。收集到的气象资料见表1。对表1修正计算统计后的室外气象参数如下:室外年平均温度19.2℃极端最高温度40.5℃极端最低温度-0.2℃年平均相对湿度70.5%夏季通风室外计算相对湿度72%夏季通风室外计算温度31.3℃夏季空调室外计算干球温度34.4℃夏季空调室外计算湿球温度25.8℃夏季空调室外计算日平均温度30.1℃累计年最热月平均温度27.5℃累计年最冷月平均温度10.6℃冬季空调室外计算温度6.68℃冬季采暖室外计算温度8.2℃冬季通风室外计算温度12℃冬季室外气压970.8Pa夏季室外气压963.8Pa冬季室外平均风速3.7m/s夏季室外平均风速2.9m/s室外主要风向SSE2.2设计导水车采暖通风与空气调节溪洛渡水电站室内温度、湿度设计标准根据以下因素及规程确定:(1)DL/T5165-2002《水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程》;(2)参考已建成的大型地下电站二滩电站的设计标准,并与二滩电站运行后的实测结果对比。3控制集水压，降低造价溪洛渡水电站水库为具有不完全年调节的水库。水库深层水一般为低温水,利用水库深层低温水作为空调系统的冷源,可节约能源,降低造价。因此,为了在空调系统中最大程度地利用水库深层低温水,应根据电站的实际情况分析确定取水口高程和水库水取水温度。3.1水库深层地下水压力水库水温是随深度不同和时间不同而变化的,水库水温分层又与水库的调节性能密切相关。对于多年调节或年调节的水库,其死水位以下的深层水体是冬季流入水库的低温水,扰动较少,相对受气象影响小,库深层水的全年水温变化幅度不大。溪洛渡水电站泄洪洞进口底坎高程为545.0m,大坝进水口底坎高程为518.0m,相差27m。电站运行50年后的淤积高程为433.0m,与大坝进水口底坎高程相差85m。取水口的高程应高于电站运行50年后的淤积高程,低于水库死水位和电站进水口底坎高程,以免放走水库深层低温水。经分析,根据本电站运行的实际情况,空调系统的水库水取水时间确定为每年的5~10月份,厂房空调系统的水库取水口高程确定在510m和516m(备用取水口高程)处。3.2水库水温计算水库水取水温度是决定处理风量的关键参数。根据我院环移处提供的资料,溪洛渡水电站平水年夏季时段(5~10月份)在510m和516m高程的水库水温为13.6~21.1℃和13.9~21.2℃。根据《水电站厂房通风空调和采暖》中的水库水温计算经验公式对本电站的水库水温进行了计算:θ=KH+θ0式中θ——水库水计算温度,℃;K——水温梯度,即深度增加1m水温的变化值;H——空调取水深度,取水高程510m和516m,此时水库按汛限水位560m运行;θ0——温度基数。根据tcp、N(已知:tcp=19.2,N=28°15)和水库特性查P147图3-9得:K=-0.13。θ0根据电站所处纬度、水库特性和年平均温度确定,根据tcp、N(已知:tcp=19.2,N=28°15)和水库特性查P147图3-10得:θ0=21.5℃。θ=-0.13×(560-510)+21.5=14.5℃θ=-0.13×(560-516)+21.5=15.8℃两个高程得出的结果有所差别。目前对水库水的分层水温的准确确定还有困难,但对于深层库水的水温来说,深度越深,水温变化越小,因此综合考虑各种因素后,水库水取水温度目前暂定为20℃。4通洞进量本电站地下厂房主要从进风竖井进风,处理风量为80万m3/h,交通洞进风量为87.898万m3/h。有关地下洞室的温降计算,目前尚缺乏较完善的计算资料,因此根据可研阶段委托两所院校的计算结果和与二滩水电站的计算、测试结果进行对比分析,确定本电站的进风温降。4.1下挖深度核算结果二滩水电站交通洞长2054m,通风断面约为85.0m2,风量为53.4万m3/h,断面平均风速1.86m/s,室外夏季通风计算温度为31.0℃,交通洞计算温降为5.0℃。根据我院2000年8月组织的对二滩电站的测试,温降为4.7℃。溪洛渡水电站左、右岸交通洞分别长3098m和2812m,通风断面约为108.0m2,风量为87.898万m3/h,断面风速2.26m/s,室外夏季通风计算温度为31.3℃。两电站的室外夏季通风计算温度、通风断面、断面平均风速基本一致,而溪洛渡水电站右岸交通洞比二滩电站交通洞长约800m,所以在进行类比及综合分析后认为,溪洛渡水电站交通洞温降按5.0℃是合理的,则交通洞进风温度按26.3℃计。4.2单井段竖井单井方案2二滩水电站进风竖井长310m,通风断面为50.24m2,断面风速3.8m/s,室外夏季空调计算温度为34.0℃,竖井温降2.5℃。溪洛渡进风竖井右岸总长近329m,左岸总长近297m,通风断面为50.24m2,风量80万m3/h,断面风速4.4m/s。溪洛渡水电站室外夏季空调计算温度为34.4℃。根据两所院校对溪洛渡水电站主厂房进风竖井温降计算结果,进风竖井温降取0.7℃,则组合空调机的进风温度按33.7℃计。5分散液分析及工厂发热量计算5.1反渗透结露温度厂内散湿量与厂内岩壁的衬砌形式密切相关。溪洛渡水电站发电机层、电气夹层、水轮机层采用防潮隔墙,可不考虑洞壁散湿量。蜗壳层、尾水管层廊道等区域未采用防潮隔墙,这些区域有渗漏水产生,且水管又较多,温度较低的水库水在钢管里流动使钢管表面温度有可能低于空气露点温度而产生结露,影响电气设备的正常工作。根据初步计算和二滩水电站的回访情况,厂内散湿量主要发生在蜗壳层、尾水管层廊道,因此对敷设在上述部位的各种水管应采取保温措施,并设置一定数量的除湿机。5.2机电设备发热量的计算根据电气专业、水机等专业提供的发热设备,按照《水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程》和《采暖通风与空调》中的计算方法对厂内机电设备发热量进行了计算。5.2.1主要车间的发热量见表35.2.2主变压器的产生和特点主变洞内共布置9台强迫油循环水冷却、容量为855MVA的主变压器,其产生的大部分热量由冷却水带走,传到室内的热量主要是因油温高于室温而产生的。主变洞各部位发热量见表4。5.2.3母洞的发热量见表55.2.4主车间的发热量副厂房内有通信室、计算机室、开关柜室、电缆室等电气设备房间,根据计算,副厂房总的发热量为105.05×104kJ/h。5.2.5线方案发热量计算500kV出线竖井方案为SF6管道母线,按电气专业提供的竖井出线方案,出线竖井为两个直通地面控制楼,根据资料,计算出的右岸出线竖井发热量为509.95×104kJ/h,左岸出线竖井发热量为417.8×104kJ/h。为安全计,以右岸的发热量为依据。5.2.6全厂的发热量见表66通风量的确定根据室内设计参数及电气专业、水机专业等提供的发热设备,按照《水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程》和《采暖通风与空调》中的计算方法,计算出厂内各主要区域的发热量,再根据发热量计算出通风量。计算结果为:主厂房包括副厂房的风量为:95.838万m3/h(其中3.0万m3/h为交通洞进风和回风12.8万m3/h)。各部位的通风量和通风方式见表7。7方案对比及结果室外空气采用水库水加机械制冷的二级处理方案,故需对二级处理方案进行计算,以确定方案的送风温度、水量、表冷器、蒸发器及冷水机组数量。从表8可知,方案一的风量偏小,水阻力、空气阻力偏大;方案三不满足要求,水阻力、风量偏大;方案二的处理风量与设计基本一致。其他参数三个方案都很接近,送风温度18℃。通过比较,采用方案二的水库水加机械制冷二级空气处理方案(即一级采用水库水,二级采用机械制冷)。8经过调整的通风空调系统8.1发电机层产风开渠主厂房采用集中空调系统送风、室外新风采用水库水加机械制冷二级的处理方案。经处理后的空调风由厂房拱顶的送风口送到发电机层。发电机层的排风通过楼梯间、吊物孔及预埋管送到电气夹层以下各层和副厂房作为这些区域的送风。进厂交通洞作为辅助进风,主要解决主变室和GIS层及出线竖井的进风。排风分三部分:一部分排至厂房拱顶排风道由安装在厂房排风洞口风机室的风机排至室外;另一部分由母线洞经夹墙至主变拱顶风道层由安装在主变排风洞口的风机排至室外;其余部分由安装在二条出线竖井洞口的风机排至室外。8.2消防水池和空调机房的取水本电站室外新风采用水库水加机械制冷的二级处理方案。一级处理的冷源为水库深层水,取水高程定在坝前510m和516m高程(516m高程为备用取水),与消防用水共用一套取水系统,从坝前取水,采用水管引至消防水池,再从消防水池用水管通过尾调交通洞引至空调机房。对敷设在消防水池前后的户外水管需采取保温措施(包扎保温材料或挖地沟埋入地下等)。空调机组的排水进入布置在下层的制冷机房作为板换的进水。冷水机组的冷冻水和冷却水来自电站自来水厂,空调机组的排水通过板换与冷水机组的冷却水进行热交换后排走。虽然空调机组的排水在进水之前就经过处理,但难免水中还会有杂质,或者经过空调机组后会产生新的杂质。这种水如果直接在冷水机内循环,冷水机会产生堵塞,增加冷水机清洗次数,长期这样会缩短冷水机寿命,故采用增加板换的方法来减少冷水机的清洗。8.3设计可满足设计要求地下副厂房主要是一些电气房间,而这些电气房间采用一般机械排风即可满足设计要求。其它自动化室、通信室、会议室等是运行人员和自动化元件相对较为集中的地方,为能使这些房间的电气设备和自动化元件正常工作及运行人员的工作环境舒适,所以采用局部空调系统。8.4铜属竖井加压研磨法设计方案2条顶设对厂房楼梯间加压送风的主要目的是为避免火灾时烟气进入楼梯间,便于人员疏散,使楼梯间保持一定的正压(50Pa)。加压送风系统风机设在副厂房顶层送风道内,经风管送至每层楼梯间内。溪洛渡水电站2条500kV出线竖井加压送风系统,垂直深度达400多米,由两段竖井和二段平洞组成,平洞为城门洞形,宽度为8.0m,竖井直径暂定为10.0m。加压送风方案为分两段加压送风,即有2个加压送风机室,上段从地面一直加压到上段出线竖井底部,在上段地面设楼梯和电梯前室加压送风机室;下段在中间平洞段与上坝交通洞设楼梯和电梯前室加压送风机室,取风于上坝交通洞,经风管送至下段专用通道内,再送至每个停站楼梯间内。9厂内部二级表冷系统所取得的经济效益(1)由于溪洛渡水电站属特大型地下电站,厂房长约400m,采用厂房拱顶“一端送风”,多数人担心末端的效果会不好,应采用二端送风(即在厂房的另一端增加一个机房)保证送风效果。经过模型试验,验证了厂房拱顶“一端送风”是可行的,这样就消除了一些人的顾虑,并且试验证明发电机层的送风效果非常好,温度场、速度场、湿度场都很均匀,而且无气流死角。这样就少挖了一个机房,节省投资65~70万元。(2)由于溪洛渡水电站在夏季室外相对湿度较大,风量大了可能会影响厂内的相对湿度,因此采用水库水与制冷水二级(即二级表冷)处理方案,降低了露点温度,可更好地从送风的源头解决好厂内空气的除湿问题。(3)二级表冷采用换热器进行换热,一级表冷的排水进入制冷机房作为换热器的进水,即一级表冷的排水不直接进入制冷机。虽然一级表冷的排水在进水之前就已经过处理,但难免水中还会有杂质,或者经过表冷后会产生新的杂质,这种水再进入冷水机可能会产生堵塞,增加冷水机