火电厂新型事故贮油池设计研究.pdf

火 电厂新型事故贮油池设计研究 黄建城 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏南京2 1 l 1 0 2 摘要 基于连续性方程和伯努利方程 ，探讨 了虹吸管 内液体平均流速 的影响因素。设计并制作 了虹吸破坏试 验装置，用于研 究排 水管的虹吸破坏机制。在此基础上 ，详细阐述 了新型事故贮油池的设计方案及工作原理 。 研 究表明 在进 油水管的端部设置 9 0 。弯头，并在油水分离室内设置交错 隔墙，能有效改善整流效果 ； 将连 通孔布置于集水坑 内，既可实现水封 ，又能增加有效储油容积 ； 设置于 U形排 水管驼峰段下方的 L形进 气管， 能有 效触发虹吸破坏，避 免事故油排 出池外，造成环境污染 ； 此外，排 水管外接 的雨水井应就近布置，以减 小 沿程 水头损 失 ，从 而实现 快速排 水。 关键词 事故贮油池 ； 环境保护 ； 油水分离 ；自动排 水 ； 虹吸破坏。 中图分类号 T M6 2 1 文献标志码 B文章编号 1 6 7 1 - 9 9 1 3 2 0 1 6 0 1 0 0 5 4 0 4 De s i g n o f a No v e l Ac c i d e n t Oi l Po o l f o r Fo s s i l fi r e d Po we r Pl a n t s HUANG J i a n ’ c h e n g J i a n g s u P o w e r D e s i g n I n s t i t u t e C o ． ， L t d ． o f C h i n a E n e r g y E n g i n e e r i n g G r o u p ， N a n j i n g 2 1 1 1 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e c o n t i n u i t y e q u a t i o n a n d Be mo u l l i ’ S e q u a t i o n ． t h e I n fl u e n c i n g f a c t o r s o n t h e me a n f l o w r a t e o f l i q u i d e me r g i n g fro m a s i p h o n a r e d i s c U s s e d ． Th e n a s i p h o n d e s t r u c t i o n t e s t i n g a p p a r a t u s i s d e s i g n e d a n d c o n s t r u c t e d t o i n v e s t i g a t e t h e s i p h o n d e s t r u c t i o n me c h a n i s m o f a d r a i n p i p e ． Ba s e d o n t h i s ，t h e d e s i g n s c h e me a n d o p e r a t i n g p r i n c i p l e o f a n o v e l a c c i d e n t o i l p o o l a r e e x po u n d e d ． I t i s f o u n d t h a t t h e 9 0 。 e l b o w c o n n e c t e d t o t h e e n d o f a o i l wa t e r i n t a k e p i p e a n d t h e s t a g g e r e d p a i t i o n s s e t u p i n t h e o i l wa t e r s e p a r a t i o n c ha mb e r c a n e ffe c t i v e l y am e l i o r a t e t h e flo w p a Re r n． I t i s a l s o f o u n d t h a t t h e c o mmu n i c a t i n g h o l e s e t u p wi t h i n a s u mp b o t h i mp l e me n t s h y d r a u l i c s e a l a n d i n c r e a s e s e ffe c t i v e o i l s t o r a g e v o l u me ． Mo r e o v e r ，a L s h a p e d a i r i n l e t p i p e b e l o w t h e h u mp o f a U s h a p e d d r a i n p i p e c a n e ffe c t i v e l y t r i g g e r s i p h o n d e s t ru c t i o n ． I n a d d i t i o n ， t h e r a i n wa t e r we l l s h o u l d b e l a i d o u t n e a r t h e a c c i d e n t o i l p o o l t o r e d u c e t h e fri c t i o n a l h e a d l o s s ， t h e r e b y t o r e a l i z e h i g h s p e e d d r a i n a g e ． K e y WO r d s a c c i d e n t o i l p o o l ； e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n ； o i l wa t e r s e p a r a t i o n ； a u t o ma t i c d r a i n a g e ； s i p h o n d e s t ruc t i o n ． 1概述 油浸式变压器具有绝缘散热性好、投资经 济、维护 简便等优 点，已广泛应 用于发 电厂、 变 电站等 电力工程。变压器 内的绝缘油属可燃 性液体 ， 闪点为 1 3 5℃左右， 一旦发生事故喷油， 短时间内大量的绝缘油喷涌而出，如不采取专 门的防护措施，将造成环境污染，且极易引起 火灾。为避免环境污染、防止油火蔓延 ，必须 将事故喷油与大量消防水 的混合液排至具有贮 油排水功能的事故贮油池 ， 以便回收利用。 另外， 大型变压器一般 为露天布置 ，平时将有大量的 雨水通过变压器 下方 的挡油设施排至事故贮油 收稿 日期2 0 1 5 一 l 1 2 l 作者简介黄NN 1 9 8 0 一 ，男，福建连城人，博士， [ 程师，主要从事火电厂土建结构设计。 5 4 ． 2 0 1 6 年 4 月 第 2 期 发 电 设 计火 电 厂 新 型 事 故 贮 油 池 设 计 研 究 姗 哪 岫 2 池 。因此 ，合理的事故贮油池设 计应具有油水 分离功能，并能将分离后 的消防水迅速排 出。 目前，关于事故贮 油池 的报道并不 多见 。 周声震采用单池式事故贮油池，通过 L形排水 管实现贮油排水。但是，在油水混合液 的冲击 下，单池式 事故贮油池 的油水分离流程过 短， 流态紊乱，油水很难完全分离 ；况且，排水管 一 般略带放坡，容易触发虹吸排水，若不设置 虹吸破坏机制，贮油池中的事故油可能排入雨 水管网，造成环境污染 。刘春昊等提 出的带油、 水分离装置的事故贮油池 中，粗滤室、精滤室 和排水室问流程短，且底部连通，容易出现短 流，造成部分事故油排 出池外，污染环境 ； 另 外 ，采用潜水泵抽吸排水，需要动力消耗和人 员检修 ，增加了营运成本。文献 [ 3 ] 提 出的事故 贮 油池 中，一、二级分离室和排水室之 间通过 底部连通孔交错连通，延长 了含油废水的流程， 且不易出现短流 ； 分离室 内设置斜管填料，增 加 了油水接触表面积，从而提 高除油效率，但 是所用的 L形排水管也没有设置虹吸破坏机制。 此外，文献 [ 4 ] 、[ 5 ] 尝试在排 水管附近设一根 短直管作为进气管用于破坏虹吸，但是并未对 方案进行试验验证。 可见 ，现有事故贮 油池 的排水方式主要为 L形虹吸排水或潜水泵抽 吸排水。前者未设置 虹吸破坏机制， 易将事故油排出池外， 污染环境； 而后者需要动力消耗和人员检修，增加 了建造 成本和维护 费用 。另外 ，双池式或 多池式事故 贮油池下方一般设有连通孔 ，且应预先灌水没 过孔顶，方可实现油水分离功能。本文针对上 述 问题展开研 究，旨在提供一种油水分离效果 好、建造维护成本低、含虹吸破坏机制 的 自动 排水环保事故贮油池。 2虹吸现象及其实现条件 虹吸是一种常见的流体力学现象 ，见图 1 ， 液体在液面压力 通常为大气压力 的作用下从 液面较高的容器沿着 曲管一侧升高至最高点 C， 而后在重力的作用下再沿着 曲管 的另一侧流入 液面较低 的容器，所经路径其形如虹，故名之 日虹 吸 。 C 图1 虹吸示意 图 根据连续性方程，不可压缩流体作稳定流 动时，同一流管的流量保持不变 ，即 AS B 1 ， B 1 可见，液体的流速 与流管的横截面积成反 比。由于容器截面积 远远大于曲管截面积 ，因 此容器液面下降速度相对于 曲管出口的流速 很 小，可以忽略不计。 根据伯努利方程 ，不可压缩流体作稳 定流 动时，单位重量流体从 A点流到 B点的过程 中 机械能保持不变，即 ” B 母 等 h w h f h j 2 丢 VB2 式中 h 、 h B 为位置水头 ； PA 、 PB 为压力水头 ； 、 为速度水头 ； 、a B 为动能修正 2 g 2 g 系数，工程计算 中常取 l； h 、 h 、向 ； 分别 为平均能量损失、沿程水头损失和局部水 头损失 ；， 、 d分别为曲管的长度和直径 ； 为沿程阻力系数 为局部阻力系数 ；y 为 液体比重 ； g为重力加速度 。 当P A P P 0 时，联立式 1 ～式 3 可得， V B 4 式 中 为流速损失系数 。可见，曲管出1 5的 流速主要取决于容器液面 A与 曲管 出口端 B的水头压差 h 。当曲管形状确定后，液 体在 曲管 中流动所产 生的局 部损失基本不 2 0 1 6 年 4 月 第 2 期 ．5 5 发 电 设 计火 电 厂 新 型 事 故 贮 油 池 设 计 研 究皿 畴 朗 瞻 嗍 硼 已 篙 瑟 l 油水分离室 内设置两面用于增加油水分离 流程的隔墙 5 ，使油水分离路径呈 S形。S形的 油水分离路径可增加池 内液体流动的沿程损失 和局部损失，改善整流效果 ，从而使第一次油 水分离更加彻底。 油水分离室的底部设置有集水坑 4 。连通 孔 3位于集水坑 内，其高度小于集水坑的深度 。 如此 ，只 需将集水坑灌 满水，即可实现水封 ， 从而防止事故油进入排水室。并且，在满足有 效储油容积的情况下，可 以节约土建建造成本 。 为 了实现虹吸快速排水，并防止事故油排 出池外，可采用含虹吸破坏机制的 U形排水管， 见图 3 ，即在排水管驼峰段底标高 以下一定高度 设置一根用于破坏虹吸的 L形进气管 8 。 排水管外接雨水井 ，排水室根据虹吸原理 向雨水井排水。其 中，雨水井应就近布 置，以 减小沿程水头损失，实现快速排水 。 油水分离室和排水室 的顶部均设置有检修 孔 1 0 ，检修孔上方设置带通气孔的盖板 9 ，使 事故贮油池 内液面与大气相通 ，从而保证虹吸 顺利实现。另外，为了便于工作人员检修事故 贮 油池，油水分离室和排水室 的内壁均设置有 爬梯 1 1 ，爬梯分别从油水分离室、排水室的底 部延伸至检修孔。 事故发生时，随着大量的油水混合液排入 油水分离室，排水室 的液面不断升 高。当水面 上升至排水管驼峰段 的底标高时，排水管开始 溢流排水 ；当排水管充满水时，将触发虹吸排 水，直至排水室液面下降到 L形进气管的管 口 时，空气进入排水管，虹吸终止 。 了虹吸管 内液体平均流速 的影响因素。并且， 设计制作了虹吸破坏试验装置，用于研究排水 管的虹吸破坏机制。在此基础上 ，详细阐述 了 新型事故贮油池的设计方案及工作原理。通过 研究 ，可 以得出以下结论 1 在进油水管的端部设置 9 0 。弯头 ，并 在油水 分离室 内设置交错隔墙 ，能有效改善整 流效 果 。 2 将连通孔布置于集水坑内，既可实现水 封，又能增加有效储油容积 。 3 设置于 U形排水 管驼 峰段下方 的 L形 进气管，能有效触 发虹吸破坏 ，避免事故油排 出池外，造成环境污染。 4 排水管外接的雨水井应就近布置，以减 小沿程水头损失，从而实现快速排水。 参考文献 【 1 】周声震．变压器事故油池中国，2 0 0 4 2 0 0 6 0 3 1 6 ． 1 [ P 】 ．2 0 0 5 0 7 1 6 ． [ 2 ]刘春吴，戈广金，陆青．带油、水分离装置的事故 储油池中国，2 0 0 8 1 0 0 1 2 8 8 0 ．9 [ P ] ．2 0 1 0 0 2 2 4 ． [ 3 】袁 建 磊 ， 等 ． 一 种 事 故 油 池 中 国 ， 2 0 1 0 2 0 1 3 8 3 2 9 ． 1 【1 P ] ．2 0 1 0 1 2 2 9 ． [ 4 】王苏明．推荐一种 自流式环保事故油池[ J 】 ．电力 建设，2 0 0 3 ，2 4 1 1 1 ． 【 5 】王苏明．变电所土建防火及安全设计存在的问题及 解 决办法 『 J 】 ． 电力建设 ，2 0 0 7 ，2 8 5 ． 【 6 ]尤明庆，陈小敏．实现虹吸过程的条件[ J ] ．焦作 工学院学报 自然科学版 ，2 0 0 3 ，2 2 6 ． [ 7 】Hu g h e s S W ．T h e s e c r e t s i p h o n [ J ] ．P h y s i c s E d u c a t i o n ，2 0 1 1 ，4 6 3 ． [ 8 ] 4结论 [9 ] 本文基于连续性方程和伯努利方程 ，探讨 孔珑．工程流体力学[ M】 ．北京中国电力 出版 社 ，2 0 1 4 ． 屠大燕．流体力学与流体机械[ M】 ．北京中国建 筑 工业出版社，1 9 9 4 ． 2 0 1 6 年 4 月 第 2 期 ．5 7