山谷贮灰场排水井与排水管匹配选择分析.pdf

2 0 1 5年 】 0月 第 4 3卷 第 5期 ( 总 第 2 4 0期 ) 0c t 2 0 1 5 Vo 1 4 3 No 5 ( S e r No 2 4 0 ) 山谷贮灰场排水井与排水管匹配选择分析 Di s c us s i o ns Ab o ut t he Dr a i na g e S ha f t a nd Dr a i n a g e Pi p e M a t c h i ng o f t he Va l l e y As h Ya r d 李春 雨 ( 中国 电力工程顾 问集 团东北 电力设计 院有 限公 司 ， 长春 1 3 0 0 2 1 ) 摘 要： 结 合七 台河 电厂工程实例介绍 了与 山谷贮灰场排水 系统有关的设置及灰场 区域 的地形 、 汇水面积 、 洪水总 量等水文条件 以及规划坝体高度 的整体稳定因素 。通过对贮灰场 内水位 与排水 系统泄流量关系的计算 、 对贮 灰场 排水 系统排水能力 的复核 ， 对 现有 贮灰场排水系统 的泄水 能力 、 排水 竖井 与排水管的匹配选择进行 了分析 ， 提出 了 排水井与排水 管合 理匹配原则 ， 给出了适合本工 程排水 系统排水井直径为 3 0 0 0 i n m， 排水管直径 为 1 8 0 0 mm。 关键词 ： 山谷贮灰场 ； 排水系统 ； 排水井 ； 排水管 ； 匹配 中图分类号 ： T K0 9 ； X2 4 文献标 志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 5 3 0 6 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 3 6 0 5 贮 灰场 是火 力 发 电厂 的重要 组 成 部分 ， 其 设 计 合理 与 否直 接影 响工 程造 价 、 机 组安 全 运 行及 所 在 地 的环境保 护 等 。七 台河 发 电厂 的贮灰 场位 于七 台 河 市新 市 区正 南 ， 电 厂 的西 南 方 向 ， 距 离 电 厂约 1 6 k m 的左家沟“ u” 形狭长山谷 。灰场沟谷较开阔平 坦 ， 沟 谷 长 约 5 k m， 纵 向坡 度 1 2 ， 沟 口坝 址 处最 低点 自然 地面 高程 为 2 1 6 O 0 m， 两 侧分 水岭 高 程 在 4 0 0 0 0 m 以上 ， 相 对 高差 近 2 0 0 i n ， 库 区容 量 很大。当筑坝达到 2 8 0 0 0 i n高程 时， 其库容可达 7 4 0 0 1 0 m。 。贮灰 场 流域 面积大 ， 洪水 量大 ， 贮 灰 场排 水 系统 由排 水竖 井和 排水管 道组 成 的井 管式 排 水系统， 兼做贮灰场排洪系统， 其设计及排水井与排 水管 的 匹配十 分重要 。 l 贮灰场 的水文条件 贮 灰场 水 文条 件 包括 贮 灰 场流 域 地形 、 各 频 率 设计 暴雨 洪水 、 洪水过 程等 。 贮灰 场流域 地形 参数 为 流域面积 3 2 3 k m 、 河长 9 8 5 k m、 比降 1 2 8 ， 各 频率设计暴雨洪水结果见表 1 ； 贮灰场的洪水过程 曲线 见 图 1 。 灰场坝体按一级标 准设计洪水频率为 1 0 ， 校核 洪水 频率 为 0 2 。灰场 排洪 与排 水 系统 采 用 井管式排水系统 。设计坝高 2 6 0 O 0 I n ， 贮灰限制标 高 为 2 5 6 7 0 r n 。 表 1 设计贮灰场各频率暴雨洪水数据 0 2 21 3 0 5 1 7 7 1 O 1 4 9 2 O 1 2 4 5 0 86 4 4 38 4 58 47 8 5 O1 5 48 24 1 l 23 9 5 23 4 5 2 3 6 23 1 2 4 49 6 3 72 9 3 08 8 2 6O O 1 78 8 ， 吕 吲 譬 越 一 05 J P： l 0 r P= O =5 0 L | 、 、 萎萋羹 l l ， O 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 洪水历时 h 收 稿 日期 ： 2 0 1 5 - 1 0 一 l 2 作者简介 ： 李春 雨( 1 9 6 4 ) ， 男， 高级工程师 ， 从 事火力发 电厂水工结构设计工作 。 3 6 图 1 贮 灰 场 的 洪 水 过 程 曲线 猢 舳 加 2 0 1 5年 1 O月 第 4 3卷 第 5期( 总第 2 4 0期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Oc t 20 1 5 Vo 1 4 3 No 5 ( S e r No 2 4 0 ) 2 贮灰场 内水 位与排水系统泄流量 的关 系 贮灰场 内水位较低时， 排水井中的水位亦较低 ， 排水井上为薄壁堰 自由溢流 ， 而排水管中为明渠流。 当贮灰场内水位较高时 ， 排水井 中的水位亦较高 ， 从 薄壁堰上下泄的水舌被排水井 中的水体淹没 ， 这时 的 薄壁堰 为 淹没 溢流 ， 而排 水 管 中为有压 管流 。 排 水 井 上 由薄壁 堰 自由溢 流 向淹没 溢流 过渡 时 的孑 L 流 时 间短暂 。排水竖井进流量按照薄壁堰 自由溢流的界 限 流量计 算 ， 见 式 ( 1 ) 、 ( 2 ) 、 ( 3 ) 。 QY =mLY 2 gH ( 1 ) 式 中： Qv为流量； 为流量系数 ； H 为作用水头； 为 溢流 堰长 度 。 当茜0 6 7 时， 按照薄壁堰计算： o 4 0 5 4 一 ( 2 ) J j Y 当 0 6 7 2 5时 ， 按照实用堰计算 ： 2 5 一 吾 O 3 6 + 0 ) ( 3 ) 十 排水管的泄流量 Q按式( 4 ) 计算。 Q一 式 中： 为排水管过水断面 ； 为系数 。 1 一 1 + 专 + ( 4) ( 5) 式 中： 为沿程 水头 损失 系数 ； L 为排水 管 长度 ； d为 排 水管 管径 ； 为局 部水 头损 失 系数 。 复核 现有 排水 系 统 ： 排 水井 内径 为 3 1T I ， 排 水 管 直径为 1 8 I3 1 。经计算得出以下流量 2 关系式 ( 6 ) 、 ( 7 ) 。 堰 流关 系式 为 ： Q Y 一1 1 5 7 H ( 6 ) 管流关系式为： Q一2 4 3 9 H ( 7 ) 3 贮灰场排水 系统排水 能力复核 该灰场坝体设计的等级按一级吲设计 ， 洪水频 率 P 一1 0 ， 校核洪水频率 P j 一0 2 。灰场排洪 与排水系统结合 ， 采用井管式排水系统 ， 选定排水井 直 径为 3 0 0 0 mm， 排 水管 直径 为 1 8 0 0 mm。 a 设计 洪水频率 P 。 一1 0 工况 ， 贮 灰场 内水 式中： 为堰顶宽度 ； H 为溢流堰泄流水头。 位与排水系统泄流量的关系计算结果见表 2 。 表 2 P =1 0 工况贮灰场 内水位 与排水 系统 泄流 量的关系 3 7， 2 0 1 5年 l O月 第 4 3卷 第 5期( 总第 2 4 0期) 0c t 2 01 5 Vo 1 4 3 No 5( Se r No 2 40) b 校核洪水频率 P 一0 2 工况 ， 贮灰场 内水 位与排水系统泄流量关系计算结果见表 3 。 从 以上 计算 结 果 可 以看 出 ： 对 于设计 洪水 频率 P 一 1 0 工况 ， 在 洪 水历 时 时段 内 ， 排 水 系统 可 以 排 泄掉 1 0 5 2 1 1 0 m。 ， 接 近 1 3 洪 水量 。 灰 场 内最 大 洪 水 位 为 2 5 7 8 9 m， 可 以调 解 洪 水 深 度 约 3 3 0 mm。对于校核洪水频率 P i 一0 2 工况 ， 在洪水历 时时段 内 ， 排水 系统 可 以排 泄掉 1 1 4 9 9 1 0 m。 ， 接 近 1 4的洪水 量 。灰场 内最 大洪 水位 为 2 5 8 5 2 m， 可 以调解 洪水 深度 约 5 0 0 mm。 计 算 结果 表 明 ： 灰场 内的水 位 高度 对 下 泄 流量 影 响较 小 ， 排水 系 统 的泄 洪 能力 受 制 于排 水 管 的管 径 。 贮灰场内的大部分洪水仍将蓄存在灰场 内， 设计 中需要留有足够的蓄洪库容。 4 排水竖井 与排水管 的匹配选择分析 各 种 井 径 和管 径 排 水 系统 的泄 洪 能力 计 算 _ 4 结果见 表 4 。 对表 4中计算结果进行分析 ， 排水竖井与排水 管道 匹配具 有如下 关 系 。 a 排水竖井直径 为 2 5 m， 对应 匹配的排水管 直径 为 1 4 m、 1 6 m、 1 8 m； 排水 竖 井 直径 为 3 0 m， 对 应 匹配 的排 水 管直径 为 1 6 m、 1 8 m、 2 0 m； 排水 竖 井 直径 为 4 0 m， 对 应 匹配 的 排水 管 直径 为 2 2 m； 排水竖井直径为 5 0 m， 对应匹配的排水管 直径为 2 4 m、 2 6 m； 排水竖井直径为 6 0 m， 对应 匹配的排水管直径为 2 6 m。以上这些排水竖井与 排水 管 直径 匹配 。无 论是 排泄设 计洪水 还 是校核 洪 水 ， 在全部洪水历时内， 当灰场内的洪水水位达到一 定高度时 ， 排水系统的泄洪过程是由堰流过渡转换 成管流状态 ， 最大泄量由排水管道断面控制。 排水竖 井与排水管道匹配合理。 b 排 水 竖井 直 径 为 3 0 m， 对 应 匹 配 的排 水 管 直径 为 2 0 m、 2 4 m； 排 水竖 井直 径为 4 0 m， 对 应 匹配 的排 水管 直 径为 2 4 I T I 、 2 6 m； 排 水 竖井 直 径 为 5 0 m， 对 应 匹配 的排水 管直 径 为 3 0 m； 排水 竖 井 直径 为 6 0 m， 对应 匹 配 的排 水 管直 径为 3 0 m。 以上这些排水竖井与排水管直径匹配 ， 当排泄设 汁 洪 水时 为堰 流控制 ， 即在 全部 洪水历 时 内 ， 排水 竖井 的进流 量达不 到排 水管 道 的最 大泄 量 。由于堰 上水 头高度小 ， 排水竖井的进流量就小 ， 排水管道始终不 能形成压力流； 当排泄校核洪水时为管流控制 。 由于 洪水量增大致使堰上水头高度增加 ， 排水竖井的进 流量 加 大 ， 排 水 系统 的 泄洪 过 程是 由堰 流过 渡 转换 成管流状态 ， 最大泄量由排水管道断面控制。 排水竖 表 3 P j 一0 2 工况贮灰场 内水位与排水 系统 泄流量 O O 9 97 9 6 5 43 7 5 41 4 3 O 2 5 8 83 42 6 9 O 2 58 9 O 43 6 6 O 2 58 9 5 44 7 7 0 2 59 0 1 44 9 6 0 2 59 0 2 O 03 7 1 43 6 8 9 11 7 l 11 7 7 1 1 8O 11 82 11 8 3 11 8 4 1 1 8 4 1 1 8 5 11 8 5 O 0 37 1 8O 86 9 2 0 4 0 3 21 7 4 39 7 5 5 79 6 76 2 79 45 91 29 O 28 7 8 0 2 58 1 0 33 9 13 25 8 4 O 3 5 5 03 25 8 49 35 8 51 25 8 51 3 5 9 28 25 8 5 2 3 57 1 5 25 8 5O 3 5 2 31 25 8 47 3 8 钉 鸲 姐 O 1 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 0 0 M 加 0 0 0 M 2 0 1 5年 1 O月 第 4 3卷 第 5期( 总第 2 4 0期) 吉 林 电 力 Oc t 2 0 1 5 J i l i n El e c t r i c P o we r Vo 1 4 3 No 5 ( S e r No 2 4 0 ) 2 6 3 0 1 O O 2 1 0 O 2 25 7 74 2 25 8 21 2 25 7 74 2 25 8 13 2 41 7 7 4 21 4 51 9 1 6 O 47 22 5 29 2 83 O 8 28 4 9 4 38 9 06 1 2 管流 12 l 2 1 2 堰 流 管流 3 9 2 0 1 5年 1 0月 第 4 3卷 第 5期 ( 总 第 2 4 0期 ) Oc t 2 01 5 Vo 1 4 3 No 5( S e r No 2 40 ) 井 与排水 管道 匹配 一般 。 C 排 水 竖 井直 径 为 3 0 m， 对 应 匹 配 的排 水 管 直 径 为 2 6 m； 排 水 竖井 直径 为 4 0 m ， 对应 匹 配 的 排 水 管直径 为 3 0 m。以上 这些排 水 竖井 与排 水管 直径 匹 配 ， 无 论 是排 泄设 计 洪 水还 是 校核 洪 水 均为 堰流 控制 ， 说 明排 水竖 井 的直 径偏 小 ， 排 水管道 直径 偏大， 排水系统 的泄洪能力较差 ， 井管匹配不合理 。 即在全 部洪 水 历 时 内 ， 排 水竖 井 的进 流 量达 不 到 排 水 管道 的最大 泄量 ， 即排 水 管道 始 终不 能形 成 压 力 流 。排水 竖井 与排水 管道 匹配较 差 。 d 从 表 4可 以看 出 ， 所 有 匹配 工 况库 内的洪 水 位 相差 均较 小 ， 其 主要原 因是 贮灰场 的 面积较大 ， 导 致 灰 场 内水 深变化 较小 。 e 排水系统的泄洪水量与排水竖井和排水管的 直径有关 ， 直径越大， 其总 的泄洪水量越大 ； 同时也 与水 流流态 有关 ， 当为 堰流控 制 时 ， 排泄 水量受 排水 竖井 的进流 能 力控 制 ， 排 水管 管径 的继 续增 加 并不 能加 大下 泄流 量 。例 如 ： 在设 计 洪水工 况 ， 排 水竖 井 直径 为 3 m 时 ， 对 于直径 大于 2 2 m 排水 管其 最 大 泄 流量是 相 同的 。本 工程 排水 系统选 用排水 井直 径 为 3 0 0 0 mm， 排水管直径为 1 8 0 0 mm 是合适 的。 5 结 语 对于 山谷贮灰场， 排水系统的设置与灰场区域 的地形 、 汇水面积 、 洪水总量以及规划坝体高度的总 体稳 定等 因素有关 。合 理选择 排水 系统 的排水 井 与 排水管直径 ， 可以有效排放洪水， 同时降低贮灰场的 ( 上接 第 2 5页) b 在辐射型割节点处发生电气岛分裂 ， 通过确 定网络搜索方 向， 只需搜索包含少量节点的无环局 部 网络 ， 就可 以划分 电气 岛 ； C 在 环 网型 割 节点 处 发生 电气 岛 分裂 ， 只需 做 多次集合运算 ， 就可 以划分电气岛， 计算量小 ， 无需 在 线 网络搜索 。 参考文献 ： 1 张晋芳 ， 王增平 ， 张亚刚， 等 基于虚拟阻抗 的厂站 内拓 扑 分 析新方法 E J 电工技 术学报 ， 2 0 1 1 ， 2 6 ( 0 2 ) ： 1 8 7 19 4 2 1 徐岩 ， 宋艳争 ， 张亚刚 ， 等 基于广域测量 系统的改进电 网拓扑结构识别E J 3 电网技术 ， 2 0 1 0 ， 3 4 ( 0 9 ) ： 8 8 9 3 40 筑坝高度 ， 降低工程造价。 排 水竖 井 与排 水 管 的合 理 匹配 应该 满 足 ： 在全 部 洪水 历 时 内 ， 排 水 系统 的泄 洪 过程 是 由堰流 转换 成 管流 状态 ， 最大 泄量 由排水管 道断 面控制 ； 分析 库 内水位 变化 ， 灰场 内 的最 高洪水 位相 差接 近 ， 泄水 量 接近 ， 井 管 断面 尺寸 最 小 ； 灰 场 内存洪 量 越小 ， 排 洪 时 间越 短 ， 排 洪能 力越强 ； 加 大排水 系统 的排洪 能力 可以降低灰场内的最高洪水位， 减小蓄洪库容 。 降低 筑坝高度 ， 减小坝体工程量 ； 但加强排水系统泄洪能 力 时 ， 排水 系统 工程量 也增 加 ， 设计 中需 要合 理选择 排 水 系统 的井 管 匹配 以及 泄 洪 能力 ， 经技 术 经 济 比 较后确定 ； 山谷贮灰场设计 时应 留有一定的蓄洪库 容 ， 排 水 井 的直 径一 般 选择 为 2 5 3 0 m， 排 水 管 直径选择为 1 4 1 8 m为宜 。当洪水量较大时， 需 要通过对排水竖井与排水管道进行多种规格 匹配计 算， 选择合适的排水竖井与排水管道直径。 参 考 文 献 ： 1 尾矿设施设计 参考资料 编写组 尾矿设施设计参 考 资料 E M 北 京 ： 冶金工业出版社 出版 ， 1 9 7 8 E 2 3 崔莉 ， 杨景芳 七台河电厂贮灰场排洪 系统 水力模型 试 验研究 F R 大连 ： 大连理工大学 ， 1 9 9 7 E 3 张英 工程流体力学E MI 北 京 ： 中国水利水 电出版 社 ， 2 0 02 4 DI T 5 3 3 9 2 0 0 6火力发电厂水工设计规 范 s 1 E 5 1 李炜 ， 徐孝平 水力学 M 武汉 ： 武汉水利 电力大学 出 版 社 ， 2 0 0 0 ( 编辑韩桂 春 ) 宋少群 ， 朱永利 ， 于红 基 于图论与人工智 能搜索技 术 的 电网拓扑 跟踪 方法E J 电网技术 ， 2 0 0 5 ， 2 9 ( 1 9 ) ： 4 5 49 梅念 ， 石东源 ， 段献忠 基 于图论 的电网拓 扑快速 形成 与 局部 修正 新方 法 J 电 网技 术 ， 2 0 0 8 ， 3 2 ( 1 3 ) ： 3 5 39 陈 星莺 ， 孙恕坚 ， 钱锋 一种基于追踪技 术 的快 速电力 网拓扑分析方法 J 电 网技术 ， 2 o o 4 ， 2 8 ( 0 5 ) ： 2 2 2 4 段献 忠 ， 杨雄平 ， 石东 源 基于 电气耦 合路径分 析的割 支路和割节点辨识算法E J I 中国电机工程学报 ， 2 0 0 7 ， 2 7 ( 3 4 ) ： 2 6 3 2 蔡晓妍 ， 戴 冠 中， 杨 黎斌 谱 聚类算法 综述 E J 计算机 科 学 ， 2 0 0 8 ， 3 5 ( 7 ) ： 1 4 1 8 ( 编辑郝 竹 筠) J