水位分析（精选12篇）
水位分析 篇1
0 引言
汽包水位计是现代火电厂最重要的监视仪表之一, 其测量准确与否对生产过程影响很大。汽包水位过高, 降低了汽包内汽水分离器的分离效果, 使供出的饱和蒸汽携带水分过多, 含盐量也增多。由于蒸汽湿度大, 过热蒸汽过热度降低, 这不但降低了机组出力, 而且容易造成汽机末几级叶片的水冲击, 造成轴向推力过大使推力轴承磨损;含盐量过多, 使过热器和汽机流通部分结垢, 使机组出力不足且易使受热面过热而造成爆管。汽包水位过低, 则破坏了锅炉的汽水自然循环, 致使水冷壁管被烧坏, 严重缺水时还会发生爆管等事故。所以准确测出汽包内水位, 以提高机组的安全性是技术人员重点关注的问题[1]。
1 几种水位测量仪表的应用介绍
1.1 双色水位计
双色水位计采用连通器原理制成, 通过光学原理中水汽两种介质的折射率不同而显示出锅炉水汽颜色的不同, 汽红水绿。这种水位计属于锅炉的附属设备, 就地安置。直接观测水位, 汽满呈现红色, 水满呈现绿色。随水位变化自动而连续。在锅炉启、停时用以监视汽包水位和正常运行时定期校对其他型式的水位计。
1.2 电接点式水位计
利用饱和蒸汽与蒸汽凝结水的电导率的差异, 将非电量的锅炉水位转换为电信号, 并由二次仪表远距离地显示水位。电接点式水位计基本上克服了汽包压力变化的影响, 可用于锅炉启停及参数运行中。电接点式水位计离汽包很近, 电极至二次仪表全部是电气信号传递, 所以这种仪表延迟小, 误差小, 不需要进行误差计算和调整, 使得仪表的检修与校验大为简化[3]。
1.3 差压式水位计
差压式水位计的工作原理是在汽包水位取样管上安装平衡容器, 利用液体静力学原理使水位转换成差压, 用引压管将差压信号送至差压计, 由差压计显示汽包水位。经过发展现在采用智能式差压变送器来测量汽包水位, 特别计算机控制技术的引入, 从技术性能、安全性、可靠性都有了极大的提高, 现在亚临界锅炉均采用差压式水位计作为汽包水位测量的主要手段, 并作为汽包水位控制、保护信号用。
平衡容器又叫“凝结球”, 根据测量准确性的要求不同, 有以下几种平衡容器:单室平衡容器、双室平衡容器、带蒸汽罩补偿式平衡容器等。下面就简单介绍单、双平衡容器的原理。
(1) 单室平衡容器的测量原理
1-正压一次门2-单室平衡容器3-负压一次门4-汽包
如图1所示, 单室平衡容器结构简单, 安装方便, 但测量误差较大。当锅炉在额定气压运行, 水位为正常水位时, 其输出的差压△p比较稳定, 测量较准确;当气压下降时 (即使此时的水位保持不变, 正压侧压力p+变化不大) , 负压侧的压力p-将显著增大, 致使平衡容器输出差压减小, 水位表指示偏高。
由图可以得到水位测量关系式:
式中:ρc:平衡容器内水密度, 单位:kg/m3;
ρw:汽包内饱和水密度, 单位:kg/m3;
ρs:汽包内饱和汽密度, 单位:kg/m3;
g:重力加速度, 单位:m/s2;
H:汽包水位, 单位:m;
△P:平衡容器输出差压, 单位:k Pa;
L:水位计量程, 单位:m。
由图1和上式可以看出, 正压侧压力p+由恒定的水柱高度维持, 负压侧压力p-则随汽包水位变化而变化, 所以△p即随汽包水位而变化。但是, 由于汽包内的饱和水与平衡容器内的冷凝水温度不同 (即密度不同) , 会导致测量误差。单室平衡器一般用于测量低温、低压容器的水位, 在用于测量锅炉汽包水位时, 要运用水位测量的汽压自动校正系统才能实现较准确的测量。
(2) 双室平衡容器的测量原理
1-正压一次门2-双室平衡容器3-负压一次门4-汽包
由图2所示, 负压侧置于平衡容器内, 下部与汽包的水室相连通, 内外2根管内水的温度比较接近, 减少了采用单室平衡容器因正负压取样管内水的密度不同所引起的测量误差, 但是, 由于平衡容器内的温度还是低于汽包内的温度, 故负压管内的水位比汽包实际水位偏低, 因而产生测量误差, 而且也没有完全消除由密度引起的误差。因此, 必须要采取一定的措施, 进一步消除上述因素对汽包水位测量的影响。这种被用来消除密度或温度变化带来的影响的措施就叫做补偿[4]。通过补偿以准确地测定汽包中的水位。我们可以通过以下步骤建立补偿系统: (1) 确定双室平衡容器的0水位位置; (2) 确定差压变送器的量程, 它的量程是由汽包水位的测量范围、容器的0水位位置及补偿系统的补偿起始点3方面因素决定的; (3) 确定数学模型、通过函数的计算和查阅《饱和水与饱和水蒸汽密度表》确定函数。
采用补偿双室平衡容器是因为其在工作过程中, 饱和蒸汽在室中凝结释放热量, 对其中正压补偿管和负压补偿管加热, 并且平衡容器外层加以足够的保护层。减少了热量损失, 使平衡容器的温度接近于汽包内的温度。从而使正压补偿管及负压管内水的密度在任何工况下都近似等于汽包内水的密度;又由于正确的选择正压补偿管的高度, 在汽包水位一定时, 使汽包内的压力无论如何变化, 正压补偿管的压力与负压管的压力变化值均相等, 因此双室平衡容器输出的差压不变, 即低置水位表指示的水位不变。一旦汽包内水位发生变化, 则平衡容器输出的差压也随之线性变化, 所以低置水位指示可以适时显示汽包内的水位。
(3) 蒸汽罩补偿式平衡容器的测量原理
鉴于当汽压变化时, 单室平衡容器和蒸汽罩双室平衡容器的输出差压变化方向恰好是相反的, 于是提出了蒸汽罩补偿式平衡容器 (即带中间抽头的双室平衡容器) [5], 其结构如图3所示。
1-正压一次门2-蒸汽罩式双室平衡容器3-负压一次门4-汽包5-至下降管
蒸汽罩补偿式平衡容器正压侧取样管的水柱改由2段组成, ι段保持饱和温度, L—ι段保持室温。适当选择2段的比例, 即可获得在某一特定水位 (如正常水位) 下平衡容器输出的差压值不受汽压变动的影响。
目前, 测量中小型锅炉汽包水位时, 广泛采用蒸汽罩补偿式平衡容器, 用蒸汽罩对正压恒位水槽加热, 使槽内的水在任何情况下都与汽包压力下饱和水的密度相同, 不受环境温度的影响。蒸汽罩的加热蒸汽取自汽包的蒸汽室, 凝结水经疏水管“5”流至锅炉下降管。
为了使平衡容器能迅速达到正常的工作状态, 在汽包与平衡容器的连接管之间加装汽侧一次门, 当锅炉开始升压时, 要关闭该阀门, 使较高压力的炉水由疏水管注入平衡容器, 并迅速充满正压恒位水槽。这样, 待仪表管路冲洗后, 打开该阀门, 水位表即可正常投入[6]。
2 结语
实践证明, 补偿双室平衡容器指示精确度高, 表现出良好的稳定性, 应推广应用。俗话说, 办法总比困难多。随着测量技术的不断发展, 汽包水位的测量手段也越来越多, 汽包水位的测量也越来越精确。结合本厂的实际情况, 正确应用新技术以解决汽包水位测量偏差情况, 提高水位测量准确度。[2]
参考文献
[1]侯子良.锅炉汽包水位测量系统[M].北京;中国电力出版社, 2001.
[2]姬海军.锅炉汽包水位的测量分析及检验[J].水泥, 2001.
[3]祁延强, 李红蓉.大通电厂汽包水位监测保护系统改造[J].青海电力, 2009, S2期.
[4]吴业飞, 时敏.双室平衡容器汽包水位测量及其补偿系统的应用[J].自动化仪表, 2004, 7.
[5]陈欢.双室平衡容器在锅炉汽包上的应用[J].石油化工自动化, 2010, 5.
[6]魏庆韪.锅炉汽包水位的测量与控制[J].化工自动化及仪表, 2010, 11.
水位分析 篇2
罗骞 邓华锋 郭靖 胡鹏 朱敏
摘要：库水位骤降时边坡稳定性对确保水库工程的正常运行十分重要。以某堆积体边坡为研究对象，根据地质资料给出的材料参数范围，对天然工况和暴雨工况下该边坡的最危险搜索滑带进行参数反演，综合选定合理的材料参数，进而通过极限平衡法分析了堆积体边坡在库水位骤降时的稳定性，验证了边坡在上述工况下的不利性，并提出了合理可行的治理加固措施。
关键词：参数反演；库水位骤降；边坡稳定分析；削坡减载 中图分类号：TU457 文献标志码：A Stability and Management Measures of Slope under Sudden Drawdown of Reservoir Water Level LUO Qian1，DENG Huafeng2，GUO Jing3，HU Peng2，ZHU Min2 Abstract：Slope stability with sudden drawdown of reservoir water level is very important to ensure the safety operation of reservoir project．Taking a stacked slope as research object，according to the material parameter range given by geological data，the most dangerous sliding zone＇s parameter inversion is implemented under the natural condition and rain storm condition．And reasonable material parameter is selected．Then the stacked slope stability under the condition of sudden drawdown of reservoir water level is analyzed by using limit equilibrium method．At the same time，the proposed method is verified．Finally，reasonable reinforcement measures are put forward．
Key words：parameter inversion；sudden drawdown of reservoir water level；slope stability analysis；cutting slope and reducing load 研究库水位骤降时库岸边坡的稳定性对水库工程的正常运行有着十分重大的意义。赵家成等［1］采用模型试验方法模拟了降雨和水库水位综合作用下的滑坡变形规律，通过倾斜加载方式分析了滑坡可能失稳破坏形式，获取了滑坡失稳后的运动特征；刘庆华等［2］提出了基于ANSYS的水位骤降时坝体渗流场模拟；魏东等［3］在水库水位骤降情况下通过折线法和复合滑动面法对坝体土工膜防渗结构进行准确的稳定分析；覃勤等［4］通过建立大位移变形块体有限元模型，分析在水位骤降条件下重庆市涪陵地区某大型土质滑坡的稳定性。这些研究均是基于库水位骤降时的模型试验研究及有限元的数值分析，但基于竖直条分法极限平衡分析的库水位骤降研究则较少。鉴此，本文对某堆积体滑带进行参数反演，确定参数后对边坡库水位骤降稳定性进行分析，并结合边坡的实际现状进行了削坡减载处理，计算结果表明治理后边坡的安全系数满足规范［5］要求。工程概况 某堆积体顺河向长约420m，宽790～800m，厚30～100m，后缘高程约2 640m，体积约1 539×104 m3（其中正常蓄水位以上约1 162×104 m3）。
平面上呈圈椅状，地形中部平缓，上下部较陡，岸坡坡角20°～40°，局部最大约50°，自然边坡稳定。
主要由黄色、棕红色粘土夹变质砂岩、板岩块、碎石构成，碎屑部分粒径10～50cm。坡面植被较茂密，多为灌木；覆盖层部位下伏基岩面卧坡坡角20°～40°，局部达50°，基岩为三叠系中统板岩夹变质砂岩。根据勘探结果，可将该堆积体岩土体分为四层：①层1。为崩坡积块碎石夹黄色粘土，厚25．0～60．0m，块碎石成分为变质砂岩、板岩，粒径0．1～1．0m；②层2。为灰黑色粘土夹少量碎石，有腐味，厚1．5～3．0m；③层3。为冲洪积粉细砂夹少量卵石，厚5．0～40．0m；④层4。为基岩，岩性为灰色变质砂岩夹板岩。该剖面死水位高程为2 220．0m，正常蓄水位高程为2 288．5m。正常蓄水时，该边坡2 288．5m以下高程均受到静水压力的作用。当库水位由正常蓄水位骤降到死水位，即从高程2 288．5m处降至2 220．0m处，静水压力消失，稳定性变差。地质剖面见图1。
根据《水电水利工程边坡设计规范》［5］，该边坡属于B类Ⅰ级边坡，其持久工况（天然工况）和短暂工况（暴雨工况和库水位骤降工况）下的安全系数分别不应低于1．
25、1．15。计算模型和参数
根据现场地质踏勘及现有资料，建立该堆积体剖面模型见图2。通过对该堆积体的浅层、深层进行滑带搜索并比较其安全系数可知，该堆积体最不稳定滑带是覆盖层的浅层滑动。因此本文以分析覆盖层参数为主。
根据地质资料，覆盖层相关材料参数见表１。参数反演
通过调整滑带所在岩土层的抗剪力学参数，使最不利剖面在天然工况下处于极限平衡状态，此时的参数即为滑带所在的岩土层的抗剪力学参数的下限值。本文采用综合确定法，比较参数反演得到的暴雨工况和天然工况下的岩层参数，以选择合适的参数。根据对该堆积体的长期现场勘测可知，堆积体在天然和暴雨工况下的安全系数有一定裕度，根据水电水利工程边坡设计安全系数规定和堆积体现状，在参数反演分析中，天然工况安全系数取1．05，暴雨工况安全系数取1．00。
本文选取搜索的最危险浅层滑带为对象进行参数反演，对反演参数进行线性拟合，天然工况和暴雨工况下的滑带K—c关系曲线见图3。通过反演得到满足岩层安全系数的不同c值和φ值见表2。
结合试验范围值和以上分析，综合得出该剖面覆盖层（即层1）的参数见表3。库水位骤降工况下滑坡稳定性分析
库水位骤降在工程中十分常见，因此水位骤降是工程边坡稳定分析中必须考虑的一种不利工况。该边坡库水位骤降工况为从正常蓄水位高程2 288．5m骤降至2 220．0m，降幅达68．5m，下降速度为2．0m／d，骤降工况下的模型图见图4。
利用极限平衡法，计算出该堆积体最危险滑带在库水位骤降工况下的安全系数K 值为0．992，低于规范［5］中的安全系数，这是由于水体浸泡对边坡覆盖层材料的弱化，及库水位的骤降使堆积体内的超孔隙水压力无法迅速消散，形成边坡表面处的反向渗流而导致边坡稳定性变差。可见水位骤降确实对边坡稳定有不利影响，该工况下安全系数见图5。图中滑带高程范围为2 200．0～2 340．0m，最厚处约为20．0m。堆积体边坡治理
由于该边坡在库水位骤降工况下存在不利于稳定的滑带，因此需采取加固措施。根据上述滑带搜索及比较安全系数可知，该堆积体滑带属于覆盖层浅层滑带，最厚处约为20．0m，其滑动范围均在覆盖层处。因此选择处理方案为上部削坡方案，堆积体覆盖层的削坡坡比1∶1．5，每20．0m高程预留2．0m宽马道，开挖范围内采用浆砌石护坡，该堆积体高程2 360．0m至2 240．0m处共7级平台，每级平台高20．0m，处2 240．0m处平台宽7．0m，其余平台均宽2．0m，见图6。
对削坡后后的边坡进行极限平衡计算，可得其安全系数K 为1．152，满足短暂工况下的安全要求。结语
a．采用综合确定法，比较反演参数得到的暴雨工况下的岩层参数和天然工况下的岩层参数，得到覆盖层材料参数天然工况下的反演结果为c=50．8kPa，φ=33°。b．利用SLIDE建模，且选用水位骤降模块对边坡进行水位骤降模拟，计算得出水位骤降工况对于位置较为靠近正常蓄水位处的边坡稳定性存在较为明显的不利影响，安全系数K 值为0．992，低于规范中的安全系数。
c．对该边坡采取坡比为1∶1．5的上部削坡方案，每20．0m高程预留2．0m宽马道，开挖范围内采用浆砌石护坡；削坡后该边坡在库水位骤降工况下的安全系数K 为1．152，满足短暂工况下的安全要求，证明此措施有效可行，可为相关边坡工程提供一定的参考价值。
参考文献：
［1］赵家成，吴剑，晏华斌．白家包滑坡变形机制的模型试验研究［J］．水电能源科学，2012，30（4）：70-72，82．
［2］刘庆华，刘纯祥，薛克敏．基于ANSYS的水位骤降坝体渗流场模拟［J］．山东水利，2010（4）：17-18，25．
［3］魏东，孙晓林，侍克斌，等．库水位骤降情况下坝体土工膜防渗结构的稳定分析［J］．水利科技与经济，2008，14（4）：267-268，271．
［4］覃勤，梁莉，向鹏，等．水位骤降条件下某滑坡的稳定性分析［J］．大连交通大学学报，2011，32（2）：46-49． ［5］中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院．水电水利工程边坡设计规范（DL／T5353-2006）［S］．北京：中国电力出版社，2007．
高加水位的控制及原因分析 篇3
关键词机组;跳高加;预防措施
中图分类号TM31文献标识码A文章编号1673-9671-(2009)112-0043-01
1概述
近几年来,由于高加疏水调整门故障、人员调整不及时、管束的泄漏以及水位测量系统故障等原因引发高加跳闸。
2危害
高加跳导致机组汽温和管壁温度超温,机组过负荷、机组振动增大等事故。
3跳高加的原因
1)机组改造增容后,相同负荷下高加所对应的一、二、三段抽汽压力普遍降低,致使其与除氧器差压减小,使疏水流入除氧器困难。
2)升降负荷时,忽视对高加水位的监控。
3)保护用与测量用水位测量筒“0”位不一致,影响水位监视。
4)负荷变化较快时,水位计出现虚假信号。
5)疏水调整门调整品质差。
6)水位测量装置故障。
7)高加给水管束泄漏。
8)给水温度变化时,调整不及时。
9)当凝结水量发生大幅度变化时,忽视除氧器压力变化对高加水位的影响。
从运行角度讲,主要原因是:
1)机组增容改造后,由于高加系统未进行改造,说所对应的一、二、三段抽汽压力比改造前普遍降低0.1Mpa左右,致使高加汽侧压力与除氧器差压减小,造成疏水流入除氧器困难。
2)给水流量变化幅度较大,引起高加疏水量急剧变化,高加疏水调整门来不及动作,极易造成高加水位高保护动作,因此运行人员应提前做出预防措施,适当降低各高加水位。
3)保护用与测量用水位测量筒“0”位不一致,在进行校对水位时容易出现偏差。
4)负荷变化较快时,水位计显示水位滞后,造成运行人员容易出现误判断,以致延误事故处理时间,增加高加保护动作次数。
5)给水温度变化大: 当进行倒换给水泵操作时,因备用泵内积存的给水温度相对较低,当倒换后,大量低温给水进入高加,造成高加疏水量急剧增大,引起高加水位突升,保护动作。
6)水位测量装置故障。由此引起自动调节装置误调整保护误动作。
7)高加给水管束管板及胀口渗漏。给水管束渗漏,运行人员对疏水调整门开度变化不敏感,而导致管束大面积泄漏引起高加保护动作。
8)高加疏水调整门调整品质差。由于高加疏水调整门在高加水位变化时反应严重滞后,引起高加水位突升,保护动作。发生次数较多。
4对策措施
4.1当给水流量大幅度变化时,调整门调整不及时
对于计划内的工作,提前做好预调措施:
1)提高人员的综合素质。
2)严密监视高加水位。
3)做好事故预想,提高事故情况下的快速反应和处理能力。
正常运行中注意监视疏水调整门开度与负荷的关系,结合水位的变化情况,判断故障的性质。防止因给水流量大幅度变化时,使疏水量增大导致高加水位高。
4.2给水温度的大幅度变化
预调整措施:
1)提高运行人员的操作能力和技术水平。
2)除氧器水温发生较大幅度变化时,应考虑到高加水位的变化。
3)当进行给水泵倒换时,应尽量将刚启动给水泵中的低温水打至除氧器中,以防止高加水位的大幅度波动。
防止因给水温度的变化使高加疏水量增大导致高加水位上升。
4.3水位测量装置故障:专人监视检查高加水位测量装置,及时发现故障采取相应措施
1)专人监视检查就地水位计、电接点水位计、差压水位计、保护水位计的工作情况及各水位计偏差,发现问题及时通知检修处理并采取必要措施防范,防止因汽水管路堵塞造成保护误动作。
2)经常检查差压水位计的工作情况,防止疏水调整门误动作。
3)在高加投入时,必须检查汽水侧考克门全开。
防止疏水调整门误动及保护测量系统不正常造成高加保护动作
4.4管束泄漏:加强监视高加各参数及与负荷的对应关系及时发现问题
1)专人监视疏水调整门开度、疏水温度、高加出入口温度、给水泵勺管开度及电流与负荷的对应关系,当怀疑高加水侧泄漏时及时汇报有关领导,研究处理。
2)做好高加水侧大面积泄漏的事故预想。
3)每次停机后进行高加查漏。
4)进行高加启停操作时,严格控制高加温度变化率。
5)任何情况下,严防管束超压。
防止高加管束大面积泄漏造成水位高,严重时汽轮机发生水冲击。
4.5高加疏水调整门调节品质差
1)加强监视调整门工作情况。
2)人员加强预调整以弥补设备不足。
防止疏水调整门动作不及时造成高加保护动作。
5对策实施
1)升降负荷,加强调整。设专人监视高加水位。提前降低各高加水位,尤其#1高加水位,必要时可解手动调节。
2)讲明高加水位高危害。利用业余时间讲课,提高本机组人员安全敏感性,提高安全意识,加强分析。
3)高加水位高(高加保护动作水位以下)。
如果水位上升较快应立即开启高加危急放水门。当#3或#2高加水位高,开大疏。
如果水位上升速度不快,可适当开大本台高加的疏水调整门。
水调整门时,应考虑对下一级高加水位的影响,提前或同时开启下一级高加疏水调整门。当#3或#2高加水位高开启危急放水门时,须避免下一级高加危急放水门同时开启。
水位分析 篇4
某电厂新上一台260t/h高温高压循环流化床锅炉, 过热器出口蒸汽压力9.81 MPa, 过热器出口蒸汽温度540℃。汽包水位测量方面, 配置两个彼此独立的高压磁浮双色液位计就地水位计, 并设有彩色工业电视探头;两套电接点水位计, 包括测量筒、电极和二次仪表, 二次仪表带4~20mA输出至DCS;三套差压式水位计, 包括双室平衡容器、仪表管路、罗斯蒙特3051DP型差压变送器。DCS分散控制系统采用北京国电智深控制技术有限公司EDPF-NT+系统, 通过其完成差压式水位计算的逻辑组态。
1 平衡容器结构及出厂水位计算公式
该锅炉厂配套的差压式水位计平衡容器是一种双室平衡容器 (图1) , 包括蒸汽罩、漏斗、基准水槽、正压管、负压管。锅炉运行过程中, 正压管中始终充满凝结水至基准水槽上沿, 负压管与汽包联通, 随汽包水位升降, 通过测量正负压管内水位差压值计算转换为水位值。
在锅炉厂平衡容器图纸中, 给出了差压计算公式:
由此公式得到容器内实际水位计算公式:
式中, ΔP为容器水位的差压 (Pa) ;ρ′为容器内饱和水的密度 (kg/m3) ;ρ″为容器内饱和蒸汽的密度 (kg/m3) ;g为重力加速度 (m/s2) ;H为容器水位最大测量范围 (m) ;H0为容器内实际水位高度 (m) 。
2 测量异常情况
依照上述锅炉厂出具的水位计算公式, 在DCS中完成了相关计算逻辑, 同时按照《防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义》中“差压水位计 (变送器) 应采用压力补偿”[1]的要求, 在DCS中, 用汽包压力信号, 通过VLP和VGP算法模块分别对饱和水和饱和蒸汽密度进行了压力补偿, 并对三台差压式水位计测量值采取了三取中的方式进行优选。完成上述DCS逻辑组态后, 在汽包压力相对稳定的情况下, 进行了热态水位升降试验, 发现通过差压式水位计测得的汽包水位值在各水位点均比电接点、就地水位计测得的水位低150mm左右, 而三台差压变送器输出的差压信号基本一致。
按照DRZ/T01—2004《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》的要求:锅炉正常运行中应经常核对各个汽包水位测量装置间的示值偏差, 当偏差超过30mm时应尽快找出原因, 进行消除[2]。这里差压式水位计水位测量误差远远超过了规定的30mm, 热工人员随即对误差产生的原因进行分析。
3 水位计算公式分析及改进
从锅炉厂出具的平衡容器水位计算公式可以看出, 该公式适用于一种正负压侧取压管均从容器下部引出的双室平衡容器 (图2) , 这种平衡容器可以将正压侧水柱全部视为饱和水。
但此次锅炉配套的双室平衡容器结构与之不同, 正压侧取压口开在容器侧面, 正压侧取压口至基准水槽上沿的一段正压管因处于蒸汽罩中, 内部温度接近于汽包内温度, 该段水柱密度可以视为汽包内的饱和水密度。但锅炉厂平衡容器安装要求中说明平衡容器正负压侧取压口之后的引压管要求水平引出大于1m后再向下敷设到变送器, 这时正压侧垂直段的引压管处于环境温度中, 管内的参比水柱温度远低于汽包内饱和水温度, 在计算时应该采用近于环境温度下的密度值ρ1, 而不是汽包内饱和水密度值ρ′。锅炉厂出具的水位计算公式是不合适的, 不适用于实际配套的双室平衡容器, 热工人员随即对差压水位计算公式进行了改进。
按照实际情况, 正压侧压力计算公式:
负压侧压力计算公式:
此时, 汽包水位的差压为:
由此公式得到容器内实际水位计算公式:
式中, H1为平衡容器正压侧取压口与负压侧取压口之间的垂直距离 (m) ;ρ1为环境温度下正压侧引压管中水的密度 (kg/m3) 。
按照修改后的水位计算公式重新在DCS中进行了相关逻辑组态, 热工人员用测温仪测量了H1段引压管周围的环境温度和仪表管表面温度, 决定在汽包压力下采用50℃水的密度作为ρ1代入公式进行计算, 并认识到要加强对环境温度的监测, 做好不同季节ρ1值的修正。按照新公式计算并依次进行DCS逻辑组态后, 平衡容器差压式水位计水位值与就地水位计、电接点水位计示值基本一致, 偏差在30mm以内, 属于可允许范围, 符合规范要求。
4 投仪表管伴热对水位测量的影响及处理
该锅炉建设竣工时已入冬季, 启动后几天因气温降低仪表测量系统投入了蒸汽伴热。热工人员在检查DCS水位测量逻辑时发现三台汽包水位测量差压变送器中的一台差压输出值比其他两台小, 换算成水位偏高约100 mm。热工人员对该台差压变送器重新进行了校验, 变送器测量准确, 排除了变送器自身问题后, 热工人员判断可能是仪表管伴热对水位测量产生了影响。临时退出该变送器的仪表管伴热, 随后观察发现随着伴热温度的逐渐降低消失该变送器差压输出值逐步接近另外两台变送器。此时确定了仪表管伴热对水位测量产生影响的判断。随后对该变送器仪表管保温层进行了拆除, 拆除后发现输出异常的变送器负压侧仪表管路与伴热管直接接触, 而退出伴热前测量的伴热管表面温度在120℃左右。因为正负压侧差压值很小, 负压侧仪表管路直接接触伴热管, 会使得正负压管内水柱产生温差, 进而使得密度不一致产生水位测量误差。确定误差产生原因后, 在仪表管与伴热管之间用保温材料进行了整体隔离, 重新投入仪表管伴热后, 观察该差压变送器水位测量与另外两台测量值基本一致, 测量恢复正常。
5 结语
汽包水位平衡容器差压式水位计测量受汽包压力、平衡容器安装、仪表管路安装、环境温度、仪表管伴热、差压变送器安装及准确性等诸多因素影响, 想要保证测量的准确可靠性, 必须从图纸审查开始, 遵循正确的图纸和计算方法, 并严格按照电力建设热工仪表及控制装置相关施工技术规范要求做好从安装到调试的每一步工作, 投运后还要加强对水位测量系统的观察, 发现问题及时分析解决, 才能保证汽包水位这一影响锅炉安全运行的重要参数的长期有效可靠测量。
参考文献
[1]国家能源局.防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义[M].北京:中国电力出版社, 2014.
《观念的水位》读书笔记 篇5
数学组 林莉莎
虽然作者的这些杂文短篇看起来畅快淋漓，似乎想象她是一气呵成行云流水的，但是作者却说这些文字都是她经过长久思考，不是在飞机上赶的，也不是在催稿的忧虑中逼出来的。自序叫做《春天里》，坦然地道出了这位可爱的政治老师的心声，其实这里面收录的一些文章早已公开，但是“希望各奔东西的文字能够有家可归”“相信这些文章集结在一起所传递的信息，相比它们零散的存在，其重量和清晰度是不一样的”，让喜欢她的读者再一次品尝了思维的盛宴、观念的盛宴。
事实上，对于一个非政治专业的学生，既没经历过什么政治运动、大风大浪的几落几起波澜年代，没亲眼目睹过批斗酷刑没探究过历史中那些不为人知的秘密，只是通过坊间组织参与一些活动和网上那些零碎消息，以及不知真假的爆炸新闻，来窥测这个世界、这个社会。才慢慢发现，联播里的美好世界和教科书上的谆谆教诲也许并不是那样，想象中的社会也和现实有太大差距，还会因为婴儿被偷车贼所害而心痛，还会因为瓜农倒地血淋淋的样子而愤慨，还会因为某些学者专家的扼腕叹息而轻叹……是不是因为那些不能提不能聊不能痴心妄想的东西，让生命竟然变得如此脆弱。所以在《观念的水位》这篇文章中，作者这样开篇——“据说坊间盛行绝望”。但是，在接下来的文字中，你能看到绝望的背后，还有像刘瑜等人带来的曙光。她说，“我心目中理想的社会变革应当是一个水涨船高的过程：政治制度的变革源于公众政治观念的变化，而政治观念的变化又植根于人们生活观念的变化。”这里面水有多深，谁也说不清楚，但是，人们的观念在变，变革的水位在提升，就能托起政治改革这条船行驶，这船要怎么走，一部分来自于船夫，一部分来自于水。水位高了，水涨船高；水速快了，船就行进得快；水静默着，船就停滞不前。
所以，我们才会看到，从前对城管避之不及不敢提，现在可以微博上骂城管声讨他们的暴力执法；从前谁管政府怎么花钱，那可是咱头上的太岁爷，怎么能质问？现在研究政府预算的学者越来越多，纳税人开始想要知道自己交上去的钱都到哪儿去了。这就是刘瑜所说的“问责意识或权利意识渗透进生活之机理的体现”。
曾经和老师讨论过，公民在渐渐觉醒，他们已经不是那个你说什么他们就做什么一致向前进的一代人了，也许旧社会的阴影还未褪去，但是新社会的曙光昭示着黎明的到来。百姓可能感受到，电视上播放的国外内阁出问题、内乱引发流血冲突、政治首脑又换来换去等新闻已经离他们太远，至少一个市井百姓再怎么也管不了庙堂的事，更何况是远在千里之外对自己无关痛痒的事，想管也八竿子打不着啊，而每天亲身感受的生态环境变化、柴米油盐酱醋茶、吃在嘴里看在眼里的小事，才是关乎自己及家人的，让自己过得好让自己所爱的人过得好，才是最重要的。这不能说是自私，如果每个个体都过得不错，那这个社会也就少了很多冲突少了很多牺牲。这当然只是种理想状态，每个人都渴望自由，但是却不能承担自由的代价。不过要是能达到哈耶克所说的那种状态——社会中他人的强制被尽可能地减到最小的限度——也是极好的。因此，我们还是不能彻底绝望，新东方不是说了吗，从绝望中寻找希望，人生终将辉煌。就像刘瑜在书中说的，“既然水位在上涨，没有理由认为它会停止上涨。”我们能够做的，不是一味绝望，这样水位会降低，水会枯竭，船走不动，大家最终都会渴死。我们更应该做的是积蓄，不仅提升观念意识，更要提升观念水平和观念素质。意识到位了，水位还不一定能够一直保持高位，要让水位一直保持高位，除了更多的人的观念有所改变，也还需要人们的持之以恒。水位的势能转化为动能尚需要一段时间，但是要使动能更大，只有势能大才行，所以，与其在这里唉声叹气，不如提起精神来蓄足势能，才能有更大的力量推动改革。
当然，如果这本书只是在政治的圈圈里打转，那就不会吸引更多的读者了，也许只是换换政治系学生的胃口而已。这本书和《送你一颗子弹》一样，也穿插了一些作者业余生活的点滴，她和读者聊电影聊书，聊她的生活，就像在一个午后的咖啡馆里，坐在你面前，笑呵呵地谈着，你也全神贯注地听着，不时插几句嘴，发发自己的牢骚，说说自己喜欢的影音，聊一场自己最难忘的旅行，甚至和她聊自己以前的男友。书的后半部分，就是这样和你对话着，这真是让人享受。
潘家口水库汛限水位动态控制分析 篇6
关键词：水库汛限水位；动态控制；防洪；兴利；风险
1.工程概况
潘家口水库位于河北省唐山市与承德市交界的滦河干流上，是开发滦河水利资源、调节径流、除害兴利的重要控制性工程，由水库大坝、下池枢纽、两座副坝和坝后式水电站组成，是整个引滦工程的源头。以供水为主，结合供水发电，兼顾防洪和水产养殖，为多年调节水库。控制流域面积33700平方公里，占滦河流域总面积的75%。
2.研究必然性
潘家口水库所在的滦河流域地处副热带季风区，夏季较短，炎热多雨，冬季较长，寒冷干燥，降雨分布受地形影响，自东南向西北递减。气候及地形原因，造成了该地区雨量集中和暴雨频率多水量大的显著特点。
潘家口水库现有的库容虽然能够对出入库径流进行调节，但其主要功能是承担防洪任务，汛期需要预留部分防洪库容来确保水库下游防洪保护对象的安全。因此，当汛期水库水位高于汛期限制水位时，水库不能蓄水，造成弃水，汛期过后，来水量减少，水库难以蓄水，导致水资源浪费，加剧了用水矛盾。
此外，潘家口水库作为引滦工程的主要蓄水工程，还承担了向河北省、天津市供水的任务，但自 1999 年以来，天津市连续 8 年供水水源不足，1999 年～ 2007 年潘家口水库的年平均供水量仅 5.28 亿立方米，远低于原设计供水保证率P = 75%时供水10 亿立方米的要求，河北省同样面临供水严重不足情况。因此，作为天津市和河北省的供水源水库，潘家口水库已不能满足地区的用水需求，必须在现有的工程基础上在汛期实施汛限水位动态控制，提高洪水的利用效率，优化来水过程的调蓄。
3.研究可行性
3.1汛限水位背景
潘家口水库主汛期汛限水位216.00米，8月16日至8月31日汛限水位222.00米，9月1日以后，视天气形势可逐步蓄高到224.70米。
3.2流域现状分析：
（1）水库现状
主坝为砼低宽缝重力坝，按千年一遇洪水设计，五千年一遇洪水校核，坝顶长1039米，分为56个坝段，最大坝高107.5米，溢洪道最大泄洪能力为53100m3/s。31#和32#坝段为底孔坝段，底孔最大泄洪能力为3100m3/s。
下池枢纽由闸坝和电站组成，有效库容为1000万立方米，属于日调节水库，与潘家口电站抽水蓄能机组配合使用。
（2）上下游现状
潘家口水库上游是海河流域四片水土流失重点治理区之一，由于自然地理因素及人为因素造成的水土流失情况严重，使得潘家口水库出现淤塞情况，抬高了水库河床，减小了水库的可用库容，造成水资源浪费。
潘家口水库下游迁西白龙山电站设计过水能力仅3000m3/ s，乐亭小埝设计流量5000m3/s，滦河大堤设计行洪能力为25000m3/s，相当于潘家口水库五十年一遇洪水。在实际调度过程中，结合水文、气象预报，需要依据现代化的通讯手段，充分发挥潘家口水库的调洪、滞洪的作用，为下游适时错峰，减轻洪水对下游造成的损失。
（3）控洪变更标准
根据水库调度手册，潘家口水库上游来水达到五十年一遇标准及以下洪水，控泄10000m3/s，保京山铁路大桥安全；五十年至五百年一遇洪水限泄28000m3/s，保潘家口电站安全；大于五百年一遇洪水不限泄，即坝前水位超过221.05 米时，保潘家口大坝安全，但各级泄量均不得大于入库洪峰流量。
3.3洪水分析
（1）预报方案
潘家口水库目前主要采用的两种洪水预报作业方案， 分别为中国水利水电科学研究院编制的三水源新安江模型（以下简称水科院方案）和河海大学编制的三水源新安江模型（以下简称河海大学方案）， 这两套方案于 2004 年通过专家评审， 均为乙级方案。
本文选取水科院方案进行洪水预报，洪峰预报许可误差，取实测洪峰流量的 20%；峰现时间预报许可误差， 取两个计算时段长， 即 6 h；洪量预报许可误差， 取实测洪量的 20%。
根据计算，建议洪水预报有效预见期取6h，即在预报洪水入库前6h开始预泄流量。
（2）调洪计算成果
潘家口水库主汛期、后汛期常规调度调洪成果见表2、表3。
由表中调洪计算成果可知，主汛期时较低频率洪水如10a一遇、20a一遇洪水等来水调节后的最高库水位为220.51米，低于正常蓄水位222米，而后汛期时最大频率10000a一遇洪水经过水库调洪后的最高水位只有219.16米，远小于水库的正常蓄水位222米。因此，水库在日常调度中库容利用还有较大的提升空间，在较低频率洪水来临时可适当提高水库水位，保持较高水位运行，以此增加水库对洪水的调蓄作用。
（4）动态控制域的确定
根据水科院预报方案，预报100a一遇洪水过程，考虑预报误差的最不利组合，将该洪水放大20%，洪水提前入库6h，经计算得，有效预见期72h内水库在正常调度下可泄流118310万，因此，根據水库库容-水位曲线，水库可将起调水位上浮至218.02米，取218米进行调洪计算，结果如下表所示：
nlc202309090453
由表4可得，洪水来临过程中，当运行水位提至218米时，100a一遇及以下频率洪水调洪过程中最高水位均不超过正常蓄水位222米，并且最大下泄流量均低于下游防洪安全标准25000，不威胁下游安全。并且在考虑最不利预报误差的情况下，水库在有效预见期内，100a一遇以下量级洪水来临前，有能力将水库汛限水位216米和最高控制水位218米之间的洪量预泄出去，使库水位回至216米，从而不威胁水库安全，满足防洪要求。因此，潘家口水库可视情况将控制水位上浮至218米。
4.风险与效益分析
根据以上分析计算，当水库主汛期汛限水位在 216～218 m 之间动态运行（供水保证率 P=75%）时，可使水库增加0.4亿供水量，电量增加0.3亿 kW·h，既提高了水库的蓄水能力，又增加了水电站效益.同时，根据洪水预报，可以在洪水入库前进入预泄阶段，保证水库水位在一天内能回落至216米，保证百年一遇以上洪水调洪水位不超过原水位。对于百年一遇及以下洪水，水库可以保持较高水位运行，其调洪过程的最高水位较低，不威胁大坝及下游安全。因此，在主汛期进行汛限水位动态控制不会影响水库的防洪安全。
结语：潘家口水库自建成以来，作为重要的蓄水工程，发挥的效用还不够充分。本文通过对水库的工程概况及流域特点、降雨径流规律、上游水土流失状况、下游防洪能力等方面的分析，发现潘家口水库在现有的调度方式下，在汛期进行径流调节后的水位远低于水库的设计洪水位，不能满足水库供水、调蓄的更高要求，对洪水资源的利用率较低。而根据水库的洪水预报方案和泄流能力对水库进行汛限水位动态控制，不但增加了水库效益，而且没有对大坝安全造成威胁，因此在保证上下游及水库安全的前提下，对潘家口水进行汛限水位动态控制，是可行且必要的。
参考文献
[1]张民强，安莉娜，陈步进，钱镜林，郑敏森。青山水库汛限水位动态控制可行性分析[J]。人民长江，2007，04：100-102。
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[3]贺平，刘松。丹江口水库汛限水位动态控制的可行性研究[J]。人民长江，2012，02：36-38。
[4]仇新征，徐亮。关于潘家口水库汛限水位动态控制的分析[J]。四川水力发电，2010，04：131-133。
[5]闻立芸，仇新征。潘家口水库汛限水位动态控制影响分析[J]。海河水利，2013，03：50-51。
[6]李林，翁建平。潘家口水庫主汛期汛限水位动态控制研究[J]。海河水利，2007，01：34-35+53。
昌马水库旱限水位确定分析 篇7
昌马水库位于甘肃省河西走廊西端疏勒河上游, 距离玉门市55公里, 地理坐标东经96°48′48″, 北纬39°57′40″。水库主体工程于1997年开工建设, 2003年11月建成。大坝为壤土心墙砂砾石坝, 坝顶长365.5米, 坝高54.8米, 总库容1.934亿立方米, 水电站装机容量1.425万千瓦。昌马水库是以农业灌溉为主, 兼顾工业供水、水力发电、渔业养殖、防洪的综合型水库。
水库所在区域代表站昌马堡水文站多年平均降水量92.2毫米, 蒸发量1714.7毫米, 降水稀少, 年内分配极不均匀, 蒸发量大, 气候干燥, 为典型的大陆型气候。近年来随着下游玉门市经济社会的快速发展, 城市工业、农业灌溉及环境生态需水量的不断增加, 持续干旱天气的出现, 水库蓄水量持续偏低, 水资源供需矛盾日益突出, 严重影响了区域经济社会的发展。
二、旱限水位确定原则
旱限水位指江河湖库水位持续偏低, 流量持续偏少, 影响城乡生活、工农业生产、生态环境等用水安全, 应采取抗旱措施的水位。
昌马水库旱限水位确定应综合考虑水库所承担的农业灌溉、工业生产、环境生态等供水需求, 结合一定设计来水情况综合分析, 以逐月或双月滑动计算的水库应供水量与死库容之和最大值对应的水库水位作为依据, 并考虑库内取水设施高程等因素, 综合分析确定。
三、旱限水位确定方法
㈠用水需求
昌马水库主要承担中核四零四工业供水、下游灌区农业灌溉供水及环境生态用水任务, 同时考虑水库的蒸发和渗漏损失, 选择以上主要因子分析计算总需水量, 公式如下:
1.工业用水。中核四零四是我国重要的核工业基地。据调查, 昌马水库每年向该基地供水94.61×106立方米, 平均到每月为7.88×106立方米。
2.农业灌溉。昌马水库主要承担着玉门市昌马灌区和花海灌区两个灌区的灌溉任务, 设计灌溉面积106万亩, 实际灌溉面积达134.42万亩。农作物种类以耐旱作物为主, 有小麦、玉米、棉花、瓜果、啤酒花等。依据2002~2011年共计10年的灌溉用水资料分析, 各月灌溉用水量取历年的平均值, 具体数据见表1。
3.环境生态。近年来, 为了抵御戈壁荒漠的侵袭扩张, 维护脆弱的生态系统, 环境生态用水也越发显得重要, 估算方法如下:
(1) 取水库径流量的10%~15%作为环境生态用水。昌马水库多年平均径流量为1031×106立方米, 取其因为地处干旱地区, 故环境生态需水量取多年平均径流量的15%, 即154.6×106立方米, 每月为12.89×106立方米。
(2) 取昌马水库2002~2011年最小月平均流量的90%保证率的流量作为环境生态用水, 经频率计算为14.88×106立方米。
综合考虑取上述两种方法最小值12.89×106立方米作为昌马水库各月的环境生态用水量。
4.蒸渗损失。蒸发量选用器测折算法, 将临近昌马堡水文站陆地蒸发测得的蒸发量折算成昌马水库自然水体的水面蒸发。
根据昌马水库各级水位观测的进出库水量平衡资料, 估算各级库水位的渗漏量, 绘制水库水位与渗漏流量关系曲线, 用水库逐月平均水位, 从关系曲线上查得逐月平均渗漏流量。通过对典型水库渗漏损失量的计算分析, 昌马水库蒸发和渗漏损失量见表1。
㈡水库来水量
选取昌马堡水文站2002~2011年的月径流量作为水库来水量, 点绘各月来水量频率曲线图, 选皮尔逊-Ⅲ型曲线进行适线, 偏旱年景来水按75%设计频率考虑, 各月来水量及来水总量见表1。
㈢水库应供水量
水库各月应供水量为月用水总量与来水量之差。当来水量大于月用水总量时, 表示水库来水量满足用水需求, 水库应供水量为零。当月来水量小于月用水总量时, 月应供水量取用水总量与来水量的差值。昌马水库各月应供水量计算见表1。
㈣旱限水位分析确定
从表1昌马水库应供水量单月滑动计算结果可以看出, 最大应供水量为10月份的51.53×106立方米。加上死库容80.00×106立方米, 相应库容为131.53×106立方米, 查库容曲线得相应库水位为1995.18米, 该水位高于水库输水洞高程1970.00米, 昌马水库旱限水位初步定为1995.18米。
㈤合理性分析
根据2003~2011年的历年月最低水位为1950.00~2000.40米。从表2昌马水库重现期分析, 历年低于旱限水位的资料有82个, 占总数的76.0%, 重现期为1年一遇。水库灌溉供水期为每年3~11月份, 最小重现期为1年一遇, 主要出现在5~8月及11、12月, 最大重现期出现在9月, 为5年一遇。综合考虑水库供水设计标准、用水需求、抗旱工作要求及历史最低水位重现期分析, 昌马水库旱限水位确定为1995.18米是合理的。
四、结论
锅炉汽包水位计量误差分析及校正 篇8
锅炉在正常的运行过程中, 汽包水位应控制在参考零点的附近。当锅炉负荷、燃烧工况以及给水流量等因素发生变化时, 都会使汽包水位的平衡被打破;当水位过高或急剧波动时都易引起蒸汽的品质恶化和带水, 造成受热面结盐, 严重时会导致蒸汽带水、汽轮机发生水冲击甚至造成叶片的损坏;水位过低时则会引起排污失效、炉内加药进入蒸汽、下降管带汽, 破坏锅炉炉水循环而造成大面积炉管爆破。因此锅炉汽包水位能准确测量和运行中维护、调整和控制到位, 在锅炉正常运行过程中具有十分重要的地位。
1 锅炉汽包水位的静态和动态误差分析
1.1 锅炉汽包水位的静态误差
锅炉在稳态负荷下, 汽包内汽、水界面有时是“模糊”的, 介质的密度处于饱和汽和饱和水之间, 而且是激烈波动的, 且汽包水位沿汽包长度方向上甚至会有很大偏差, 这种偏差是客观存在的。
(1) 汽包安装条件影响。
安装过程中汽包两侧中心线存在高度差 (尽管要求不大于5 mm) , 定位时存在定位误差, 锅炉投入运行后, 随着时间的推移, 会受到各种因素的影响, 如锅炉支架不平衡下沉等等, 而这些偏差应当说是客观存的、正常的。
(2) 下降管的影响。
锅炉正常运行过程中, 汽包内的水是以很高的速度连续不断地进入下降管, 有的甚至达到3 m/s以上;因下降管布置位置的不同, 也会引起汽包内的水面高低不一, 即位于下降管正上方的水面较低, 而其它部位则会较高, 这种差别将随着锅炉负荷变化以及下降管流速变化而变化, 从而造成局部偏差事实上是存在的。
(3) 燃烧偏差的影响。
当锅炉燃烧出现偏差时, 炉膛两侧水冷壁热强度不同, 炉水循环倍率差别较大, 同样会造成两侧水位偏差。
1.2 锅炉汽包水位动态特性
锅炉汽包水位测量对象动态特性是指锅炉给水流量、蒸汽流量与燃烧扰动时汽包水位变化的特性。当锅炉负荷急剧变化时, 所出现的“虚假水位”现象, 而实际上是由于汽包压力急剧变化引起炉水中的汽泡含量瞬间增减而造成汽包水位瞬时变化, 当压力恢复后, 水位亦会恢复到原先状态。
汽包水位上升到没有影响汽水分离器正常工作或下降到没有破坏锅炉水循环的程度, 都允许锅炉继续运行, 但一般要求控制在汽包的零水位, 并在其+50 mm内。如果水位变动范围过大, 达到不允许的范围时, 应立即停止锅炉的运行, 以保证设备安全。
2 锅炉汽包水位测量过程中引起的误差分析
由于汽包水位对象的复杂性, 以及联通管式和差压式测量原理的固有特性, 决定了汽包水位测量的复杂性, 加之实际运行中存在着许多不确定性因素, 以致多个水位计间出现很大偏差, 使运行人员无所适从, 甚至酿成事故。
锅炉汽包水位的测量主要是基于联通管式和差压式这两种基本原理的水位计。
2.1 联通管式水位计的测量原理和误差分析
联通管式水位计主要基于联通器原理实现对水位的测量, 主要是应用水位计中的水柱与汽包中的水柱在联通管处有相等的静压力原理, 然后通过测量联通管中的水柱高度来间接反映汽包中水位的高度。例如:云母水位计 (双色水位计) 、电接点水位计都采用此类测量原理 (如图1) 。
式中:H为汽包实际水位高度;
H′为水位计的显示值;
ρs为汽包内饱和蒸汽密度;
ρw为汽包内饱和水密度;
ρa为水位计测量管内水柱的平均密度。
联通管式水位计引起误差分析:由 (1) 式可计算得到汽包水位高度值, 但由于联通管内的水柱温度总是要比汽包内饱和水的温度要低, 那么联通管中水位密度ρa必定总是大于汽包内饱和水密度ρw, 因此, 水位计反应的显示值总低于汽包内实际水位高度, 它的示值偏差为:
由上式 (2) 可知:汽包水位的测量值与真实值间的差值与联通管内的水柱温度、汽包工作压力以及汽包内实际水位高度等多种因素有关, 从而使得水位计的显示值与汽包内实际水位间不能形成一个确定的一一对应的关系;若能保证联通管内水柱的密度与汽包内饱和水的密度一致或接近时, 则ρa=ρw, 即H1=H, 由此可见, 温度是引起汽包测量水位与真实水位偏差的主要因素。事实上要消除汽包内饱和水与水位计间的密度差对测量水位计本体的材料和制造工艺将会提出了更高要求。
2.2 差压式水位计测量原理和误差分析
(1) 差压式水位计主要是将汽包水位高度的变化转换成差压的变化的工作原理, 来实现对汽包水位的测量。实现汽包差压式水位计准确测量关键是解决水位与差压之间的准确转换。通常是采用单室平衡容器形成的参比水柱与真实水位间所产生的差压来实现 (如图2) 。
正负压管输出的压差值△P按下式计算:
或改写成
式中:ρa为参比水柱 (P+侧水柱) 的密度;
ρw为汽包内饱和水密度;
ρs为汽包内饱和蒸汽密度;
H为汽包内实际水位。
(2) 差压水位计引起误差分析:根据 (3) 式和 (4) 式以及 (图3) 可以看出, 汽包水位与差压之间实际上不是一个单变量函数关系, 也不是一个线性函数关系;仍然存在饱和水密度与饱和蒸汽密度的变化将影响测量结果, 而饱和水密度、饱和蒸汽密度与汽包压力的函数关系如图3所示, 当压力越低时, 差压信号的相对误差越大。此外参比水柱温度变化同样也会影响差压水位计的测量结果。
3 锅炉汽包水位测量系统的误差校正
3.1 锅炉差压式水位计测量误差的纠偏
(1) 采用单室平衡容器的差压式水位计测量误差的补偿。
在实际应用中, 汽包水位的显示值是以汽包零水位为基准的, 因此, 有H=H0+ΔH, (H0为零水位, ΔH为水位计显示值) 。则可写成:
式中
ρa-ρs为平衡容器参比水柱与汽包内饱和蒸汽的密度差;
ρw-ρs为汽包内饱和水与泡和蒸汽的密度差。
若将参比水柱温度近似看作等于室温, 则式中 (ρa-ρs) , (ρw-ρs) 与汽包压力的关系如图3所示;将汽包压力与这个密度差的关系近似用线性关系式来表达:
代入 (5) 式, 可得水位与汽包压力及差压之间的关系为:
其中:K5=L K3-H0K1;
K (1…6) 都为常数。这样汽包水位测量经汽包压力校正后, 测量精确度已得到提高, 但这种补偿计算的前提是假定正压侧参比水柱温度恒定, 而事实上上部受饱和蒸汽凝结水的加热, 参比水柱温度总是高于室温, 从而对差压测量产生一定的影响。
(2) 采用双室平衡容器和内置式单室平衡容器差压式水位计测量误差的补偿。
将平衡容器内的参比水柱温度接近饱和温度方法, 排除温差对于密度的影响, 从而减少环境温度对差压式水位测量的影响;只需利用汽包压力对水位测量进行校正即可达到准确测量水位的目的 (如图4) 。
3.2 安装过程中的纠偏
锅炉汽包水位取样管和仪表引压管的选型、敷设路线的选择、安装方法以及管路严密性等都直接影响测量的准确性, 而且这些误差随机性大, 难以发觉和消除, 严重时还会引起汽包水位保护误动和拒动。
安装必须注意下列情况:
(1) 汽包内的取样器及管路绝对禁止出现垂直凸凹的弯曲, 防止发生“汽塞”或“水塞”现象。
(2) 平衡容器取样管:汽侧管应向下、水侧管应向上倾斜不小于1∶100;水平延伸不少于1 m;管路水平敷设时也应保持坡度大于1∶100。
(3) 检查试验管路的严密性, 应无漏焊、堵塞和错焊等情况。
(4) 仪表管路的保温对于测量产生影响。如:单室平衡容器外部和冷凝器出口参比水柱不准保温, 而在引压管的其他部分则需要加装保温材料等等。
(5) 在冬季伴热投用的情况下仪表管温度提高, 而外界温度降低时, 热交换剧烈时对水位测量影响就更大。
3.3 调试过程中的纠偏
(1) 根据锅炉厂家确定汽包零水位参考点, 相应调整差压变送器的迁移量。
(2) 调试和校验过程中, 检查变送器在全量程范围内是否成线性变化。
(3) 利用锅炉水压试验前给各平衡容器注水, 并打开汽、水一次阀、排污阀进行排污, 待水流连续没有间断时为止, 再关闭排污阀投入水位计。差压式水位计的测量实际上是水位与差压之间的准确转换, 只有该过程中将引压管中气泡排尽是准确投用水位过程非常重要一个环节。若这过程中没有将引压管中的气泡排尽, 则会在变送器测量过程中形成近同样高度的水柱误差。若参照水柱引压管中存在一点气泡, 则就会引起测量值高于实际值情况;若测量管中存在气泡, 则反之。现实工作中往往因为排污不彻底, 引压管中存在气泡而产生数10 mm的偏差, 甚至有时汽包水位两侧差压计的测量偏差大于30 mm, 这严重影响锅炉安全运行。
3.4 运行维护过程中的纠偏
(1) 为了防止仪表管冬季结冻, 在仪表管路上加装了伴热装置, 伴热温度一般稳定在40℃~65℃范围时。
(2) 利用停炉的机会对一次阀、排污阀及管路进行有效的压力传动试验。
(3) 锅炉起动前应确保差压水位计形成参比水柱。经过长期研究试验发现:在锅炉做水压试验时, 对水位变送器排污, 可以有效减少引压管内气泡且易形成良好的参比水柱。
(4) 机组长期运行中, 由于管道内腐蚀而引起杂质增多, 管道内存在气泡或管道局部有轻微渗漏, 都会影响测量准确性, 造成两侧测量偏差增大。
4 结语
汽包水位测量系统是一个系统工程, 在实际工作中因受各种因素的影响, 都会使水位测量产生偏差。我公司成功通过对锅炉水位计测量原理、动静态特性和锅炉水位计安装、调试以及运行过程中的注意事项进行分析总结, 成功有效地使多套水位间偏差符合规定, 同时使给水自动和汽包水位保护正常投入运行且效果明显。
参考文献
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汽包水位模糊PID控制策略分析 篇9
1模糊PID开关切换控制
1.1方案设计
模糊PID开关切换控制器以误差e为切换依据:当e小于e0时采用PID控制,而当e大于e0时采用模糊控制。二者的切换依据由事先给定的标准偏差e0自动实现。其设计方案框图如图1所示。
1.2系统仿真及结果分析
汽包水位的模糊PID开关切换控制器中,模糊控制部分采用二维模糊控制器,由于汽包水位容易受到蒸汽的扰动,引入微分作用会影响其品质因数,故PID控制器部分仅采用PI控制。但去掉微分作用会影响控制的动态特性,超调量增加,为提高响应速度,可适当提高积分系数Ki,其值可取0.09。另外,采用该控制器时,控制效果受切换条件e0影响较大,为得到较为合适的e0,本文对e0分别取值0.15及0.25进行仿真实验,仿真结果如图2所示。
该仿真图中,虚线为|e0|取0.15的仿真结果,实线为|e0|取0.25的仿真结果。分析上图可发现:|e0|取较大值时的响应速度相对较快,但相应动态偏差也较大;而|e0|取较小值时的响应速度相应较快,但其动态偏差较小,因此应权衡考虑e0取值。与此同时,二者在临界值|e0|附近均产生较大振荡,这也是该控制器的弊端所在。
实验结果表明,和常规PI控制相比,本控制器在|e0|取值合适时可明显减小虚假水位现象及动态偏差,但由于其在|e0|附近易产生振荡,会增加响应时间,同时使切换开关频繁动作,影响控制器的寿命。若e0取值较大或较小,都会相应影响动态偏差及相应速度。因此,采用模糊PID开关切换控制器的控制效果并不十分理想,考虑到其结果较为简单,可应用于要求不高场合。
2混合型模糊PID控制器
2.1方案设计
混合型模糊PID控制器由常规PID控制器和二维模糊控制器并联而成,如图3所示。控制器输出部分由常规PID控制器和二维模糊控制器的输出求和叠加而成,此组合方式可组成无差控制系统。
2.2系统仿真及结果分析
由结构框图可知,模糊控制部分采用二维模糊控制器,PID部分采用PI控制。仿真时各参数经寻优取Ki=0.15,Kp=6,Ke=6,Kec=120,仿真结果如图4。
由图分析可知,在设定水位的作用下,5%响应时间为120S,最大超调量为4mm左右,虚假水位在10%蒸汽扰动下变化范围为(-3.7mm,+5.0mm),相应响应时间为114S。
分析表明,与常规PI控制及简单模糊控制相比而言:本控制器的动态误差较小、响应速度较快、无静差。它既有模糊控制响应速度快的特性,又有PI控制无稳态误差的特点,因此,该控制器对汽包水位的控制效果较为理想。
考虑到该控制器结构简单,控制效果好等特点,因此属于较为理想的模糊PID控制器。
3自适应模糊PID控制
3.1方案设计
自适应模糊PID控制即根据偏差e和偏差变化率ec的变化,利用模糊推理方法在线不断修改PID控制的三个参数Kp、Ki、Kd。其中,Kp为比例系数,Ki为积分作用系数,Kd为微分作用系数。其结构框图如图5所示。
由经验分析总结出以下规律:当e较大时应取较大的Kp和较小的Kd,同时令Ki=0;当e适中时应取较小的Kp,适当的Kd和Ki;当e较小时应取较大的Kp和Ki,Kd的取值要恰当,以避免在平衡点附近出现振荡。
依据此规律可制定PID控制器各参数模糊调整规则库,如表1、表2、表3所示。
3.2自适应模糊PID控制器设计及其仿真
模糊PID控制算法采用下式:
式中Kp′、Ki′、Kd′分别为PID控制器的比例、积分、微分参数;Kp、Ki、Kd为其设定初始值;ΔKp、ΔKi、ΔKd为模糊推理后的调整值。仿真时,采用PI控制方式,误差因子Ke和误差变化因子Kec分别取1.5取和12,模糊推理后的ΔKp、Δki分别取5、0.3,初始值Kp取10,Ki取0.15,仿真结果如图6所示。
由结果分析可知,系统最大超调量为8.8mm水柱,5%响应时间为48.0S,在10%蒸汽扰动作用下,5%响应时间为110S。在设定值及干扰作用下均无静差;与常规PI控制相比,虽然虚假水位及动态偏差的控制效果提高较小,同时动态偏差改善也较少,但响应时间有大幅提高,表现出较好的响应速度,同时在稳态均无静差。
3.3基于误差积分的自适应模糊PID控制
基于误差积分的自适应模糊PID控制即以误差e及其积分ei为输入变量,同时,以一维模糊控制器为输出调整参数的改进型模糊PID控制方式。
1)方案设计
方案设计框图由图7所示,该控制器采用PI控制方式,由两个模糊控制器并联组成,分别完成在线调整比例系数Kp及积分系数Ki的功能。
2)确定整定规则
根据系数Kp及Ki的作用及特点,可确定系统中模糊PI控制器参数的整定规则:
|e|取值较大时,为使系统响应速度加快,可取较大的Kp值;当|e|取值中等时,为使超调量较小,可取较小的Kp值;当|e|较小且接近e0时,为使系统具有较好的稳态性能并减小余差,可使Kp稍大些。
同理,当|ei|取值较大时,为防止积分饱和现象出现,Ki值应小些;当|ei|取值较大且接近于零时,为防止静态误差,Ki应适当大些。相应模糊规则见表4。
3)仿真结果
根据上述控制器的设计,可得相应仿真参数:Kp′=7,Ki′=0.009,控制器II的量化因子Kei=68,比例因子Kui=0.05;控制器I的量化因子Ke=12,比例因子Kup=3,仿真结果如图8所示。
由结果可知,系统最大超调为8.5mm水柱,5%的响应时间为42秒,在蒸汽干扰下5%的响应时间为165秒。系统无论在设定值还是在干扰的作用下均无静差,与以上所述的自适应模糊控制相比,无论在响应速度动态误差还是对虚假水位的控制效果上均有明显提高。因此,该类型的自适应模糊PID控制是较为理想的模糊PID控制方式,其应用范围较为广泛。
4结束语
通过相同条件下的仿真分析可知,各模糊PID控制的效果各异。其中,模糊PID开关切换控制结构最为简单,但其控制效果相对较差;混合型模糊PID控制结合了PI控制无稳态误差的特点,又具有模糊控制响应速度快的特性,对汽包水位的控制效果较为理想;普通自适应模糊PID控制结构稍微复杂,但其有较好的响应速度,同时在稳态均无静差;基于误差积分的自适应模糊PID控制作为普通模糊PID控制的升级,无论在响应速度动态误差还是对虚假水位的控制效果上均有一定提高。
参考文献
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水库汛限水位控制方法对比分析 篇10
1 水库汛限水位确定方法对比
1.1 基本概念
静态控制法主要包括固定汛限水位法和分期汛限水位法。所谓静态, 就是把汛限水位固定在一个值上, 不发生变动。其中固定汛限水位法是在水库的设计施工阶段确定水库的汛限水位。目前北方绝大多数水库运用的防洪调度方式还停留在固定汛限水位, 制定防洪调度图上。这种方法过于保守, 虽然能确保防洪安全, 但是在汛期水库的兴利效益得不到保障。分期汛限水位法是根据流域的多年统计资料, 确定汛期以后, 再把汛期进一步划分, 一般分为汛前, 汛中和汛后3个时期, 对这3个时期分别根据各期的最大暴雨或者最大洪水来确定该水库的汛限水位[2]。
动态控制法是由静态控制发展而来的, 最早由大连理工大学王本德等人提出。此种方法是在合理运用水文气象信息的基础上, 根据实时的降雨和洪水预报信息, 在不降低下游的防洪标准和保证大坝安全的前提下, 进行实时预报调度, 对水库水位进行动态控制[3]。目前动态控制法尚没有统一的理论与方法, 其关键在确定汛限水位的控制域上, 常用设计时的固定汛限水位作为控制域的下限, 再运用预报调度法、预泄能力约束法、库容补偿法等方法确定汛限水位的上限。实际运用中, 根据实时信息控制汛限水位在这个控制域内浮动。
1.2 分期汛限水位法与动态控制法对比分析
分期汛限水位法与动态控制法的宗旨都是在不增加大坝防洪压力和下游防洪风险的情况下, 提高水库的汛限水位 (与原设计值相比) , 以期在防洪的同时, 增加水库的兴利效益, 促进地区的经济社会发展。
与固定汛限水位法相比, 分期汛限水位法和动态控制法显示出了其优越性。分期水位法确定的汛限水位, 更能兼顾水库的防洪和兴利效益。避免水库“前期放空过多, 后期无水可蓄”局面的发生;分期汛限水位法确定的分期汛限水位在保证防洪安全的同时, 还增加水库了的兴利效益。与传统的静态控制法相比, 动态控制法能够利用一切可以利用的信息来对水资源进行优化调度, 是现下比较高级的汛限水位确定方法。
分期汛限水位法与动态控制法在水位设计理念, 适用范围, 及风险控制等方面存在很大的差异。
1.2.1 设计理念的不同
分期汛限水位法在理念上继承了固定汛限水位法, 是以水文的不确定性为基础, 按照水文统计的原理确定分期最大洪水, 经过调洪演算确定各个分期的汛限水位。此种方法的一般过程为, 先根据历年的统计资料, 确定汛期的起止时间, 再结合水库区域的实际条件确定分期。如某水库的汛期为6-9月份, 可以划分6月份为汛前, 7、8月份为汛中, 9月份为汛后。当然可以根据当地的需要分为多个分期, 一般以3~5个为宜。确定水库的分期后, 根据各个分期的多年统计资料, 确定各分期的最大暴雨, 进而推求最大洪水, 确定各分期的汛限水位。需要注意的是, 为了保证防洪安全, 确定的分期汛限水位应该以固定汛限水位法为基准, 不应过度偏离。目前国内采用的方法主要有频率分析法、最小二乘法、神经网络法等。
汛限水位动态控制法是根据洪水的成因分析, 根据时事的水文气象条件, 进行洪水预报, 从而动态的确定汛限水位。此方法确定水库汛限水位的关键也在分期, 该方法的分期和分期汛限水位法中的分期有很大的差别, 这个分期是动态的, 是根据水文气象预报和洪水预报可以提前预报的天数, 以及洪水洪峰到达的时间来分期。根据水库的预泄能力和下游的防洪要求提前泄水。根据水文预报, 对汛期最后的洪水进行拦截, 以满足非汛期水库的兴利需求。
1.2.2 运用条件的不同
在选取防洪控制方法的时候, 必须结合水库流域的实际情况, 实事求是的进行分析。分期汛限水位法一般应用于地区年来水季节分明, 根据历史降雨洪水资料, 有明显的汛枯季划分, 并且汛期又有比较明显的分期的情况。而汛限水位动态控制法, 对降雨的季节分配却没有要求, 根据预报时事调度。但是汛限水位动态控制法对流域的水文自动化要求程度比较高, 需要及时监测流域的水文气象信息, 时事反馈给调度中心, 根据流域的地理特征, 作出洪水预报, 根据预报信息确定预泄水量和应该达到的水位。由此可以看出, 分期汛限水位法适合在降雨的季节分配分明的流域中使用。我国大陆性季风气候显著, 大部分地区降雨年际变化大, 季节分配分明, 使用分期控制法确定汛限水位比较适宜。
我国的大部分河流的水文信息化系统建设还没有实现, 存在很多问题, 因此动态控制法的使用得到了制约。但是对于一些降水量预报测报水平比较先进的流域用动态控制法确定的汛限水位可以大幅度提高水库的兴利效益, 应优先选取。
1.2.3 实际操作复杂程度不同
分期汛限水位法只需要根据地区降雨规律划定分期, 再根据雨洪规律确定分期的汛限水位, 制定防洪调度图。每年汛期来临时, 按照防洪调度图进行调度, 即在各个分期开始时, 水库水位达到规定的汛限水位值即可。
汛限水位动态控制法就比较复杂, 其计算确定的只是一个范围, 而在水位在这个范围内的浮动过程, 就要根据实时的天气降雨预报, 经过洪水预报来确定。期间必须做到预报准确, 通讯无中断, 调控及时, 才能实现。人为操作复杂, 一般要实现闸门的自动化才能在实际的调度中运用。
1.2.4 风险控制因子不同
分期汛限水位法是基于传统的水文不确定性理论, 运用水文统计的方法得出的水位。由于我国的大部分流域的水文监测起步较晚, 会出现历史降雨洪水系列资料不足等问题, 传统上采用插补的方法来补足, 但难免会出现误差, 与实际情况不符。因此, 分期汛限水位法的风险主要来源于对洪水的推求过程中暴雨资料的不确定性。
动态控制法由于其水位的确定主要是根据实时的降雨洪水预报信息, 经过及时的调洪演算来确定水位, 在汛限水位范围内来调控水位。其中及时的水文气象信息、洪水预报信息, 稳定的通讯保障以及闸门的有效控制等是关键。因此其风险的来源主要有预报误差、通讯可靠性以及闸门启闭功能的稳定性。
综上所述, 影响动态控制法的因素要比分期汛限水位法的因素复杂得多。风险是可以控制不可以消除的, 但可以找到风险来源, 通过各种方法来对风险进行控制。目前常用的风险的分析方法有概率统计法、多目标决策法、蒙特卡洛模拟法等。
2 实例分析
门楼水库和碧流河水库均是以城市防洪、供水为主兼顾发电、养殖等的多功能大型水库。门楼水库降雨资料系列长, 采用分期汛限水位法确定控制水位。门楼水库汛期为6-9月份, 原设计汛限水位为28.5m, 根据水库流域降雨的统计规律, 把水库的汛期分为5个时期[5], 各分期的汛限水位值见表1。
碧流河水库控制面积2 085m2, 水库原设计主汛期汛限水位68.1m, 正常高水位69.0m, 流域自动预报测报调度系统完善, 流域的降雨预报可利用性高, 水库闸门已经实现自动控制。运用预报调度方式, 确定的主汛期汛限水位范围为68.5~68.8m[6]。采用该种调度方案可以在不改变原设计风险率的情况下, 极大地提高水库的兴利效益, 该方案已经得到实施。
对这2种方法确定的汛限水位在这2个水库中的应用, 进行对比分析, 分析结果见表2。
3 结论与展望
水库汛限水位的分期确定法和动态控制法在设计原理、运用条件、实际运用操作的复杂程度、风险来源等方面都存在很大的差异, 在计算结果上也会有所不同。因此, 在实际的防洪调度运用中要结合流域的实际情况来确定汛限水位值 (或范围) 。以期在不增加大坝和下游防洪安全的前提下, 尽量增加水库的兴利效益。
(1) 我国大部分流域的水文自动化系统还很不完善, 分期汛限水位法由于其实际调度中操作简单, 易于执行等特点, 在我国北方缺水、经济欠发达地区, 这种汛限水位确定方法值得推广。
(2) 动态控制法随着水文自动化的逐渐完善, 降雨预报洪水预报的准确性和水库泄水建筑物自动控制水平的逐渐提高, 会逐步得到普及。特别是在沿海短历时台风暴雨洪水水库的水位控制中, 该种方法具有很大的优势。
(3) 分期汛限水位法理论已经成熟, 但是由于管理机制等问题, 在实际的水库调度运用仍不普遍, 此种方法应该推广。汛限水位动态控制法, 理论还很不完善, 但是其在试点区取得的经济效益十分明显, 未来应加大研究力度, 同时加强流域的自动化测预报水平。
参考文献
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水位分析 篇11
关键词: 土坝 渗流场 稳定性
中图分类号: P62 文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-040-01
1 概况
某水库是一座以农业生产灌溉为主、兼顾防洪、水产养殖等综合利用的小(一)型水库。该水库竣工运行后,于1997年溢洪道西八字墙垮塌,引起大坝溃口,导致库水位快速下降,沿迎水坡发生大大小小脱坡、跨方十余处。在该大坝钻探取样发现该土坝坝体并非均质,坝体材料分为上层粘土,下层粉质粘土,两者渗透性有差异,下层渗透性比上层稍强。所以研究库水位快速下降条件下,坝体下部粉质粘土层厚度对迎水坡稳定性影响有重要意义。
本文以该非均质土坝为研究对象,利用非饱和及非稳定渗流理论,建立渗流计算的数学模型。利用非饱和非稳定渗流理论,计算在2m/d的水位下降条件下,坝体下部渗透性稍强粉质粘土厚度对渗流场的影响,并在此基础上考虑了渗流场变化对坝体迎水坡稳定性的影响,为水库调水管理及治理措施提供参考。
2 二维饱和-非饱和渗流控制方程
非饱和土中的水流受到与饱和土中相同的定律控制(即Darcy定律),其主要区别是对饱和土假定渗透系数为常数,而对于非饱和土则需设为基质吸力、含水量或某些其他变量的函数。将达西(Darcy)定律和水的质量守恒定律结合起来便可导出描述土中水分运动的基本方程。
3 工程算例计算分析
3.1 物理模型和计算参数
某土坝,坝高15.0m,顶宽5.0m,,上游坝坡为1:2.0,下游坝坡为1:2.0,均质坝坝体材料分为上下两层,上层为粘土,饱和渗透系数3.4×10-6m/s,孔隙率为0.46;下层为渗透性稍强粉质粘土,饱和渗透系数1.0×10-5m/s,孔隙率为0.40。
假定上下两层粘聚力和内摩擦角均为20kpa、15°,所以文中仅考虑渗透性的差异性对坝体迎水坡渗透场的影响。
3.2 算例分析
为了定量分析上述水库使用过程中今后可能出现的水位下降对坝坡稳定性的影响,为水库安全运行科学管理制度及防治措施提供参考依据,特设计了在2m/d的水位下降条件下三个坝体横截面概化模型的算例。
表1 设计计算模型
4 计算结果及分析
4.1浸润线变化情况
计算模型及边界条件:选取坝体下部粉质粘土层厚度不同的三种算例,上游库水位从49m以2m/d的速度下降到41m,下游水位保持在37m。
大坝底部按不透水边界处理,初始渗流场为大坝上游水位保持在49m的非饱和渗流计算结果, 5d之内坝体内部浸润线呈上凸形,说明以2m/d的速度下降初期把体内会形成超孔隙水压力,坝体内水分来不及排出,容易形成“倒流”。坝体下部渗透性稍强的粉质粘土的厚度对坝体渗流场影响较大,图中可看出坝体下部土层厚度越大,浸润线上半段的下弯程度越缓,下半段的下弯程度亦越缓。这是由于孔隙水压力消散的时间与坝坝底粉质粘土层厚度有很大的关系,若该层厚度大,则需要较短时间孔隙水压力便能消散,浸润线下降的速度会更快,“倒流”现象持续的时间会更短。
4.2非稳定渗流下坝坡迎水坡稳定性分析
在上述非稳定渗流计算结果基础上,分析了三个模型的坝坡稳定性。整个计算过程在GEO-STUDIO2004下完成。库水位在49.0m初始库水位下以2m/d下降时,坝体迎水坡最危险滑弧半径及滑面截面面积开始先增大,直至降到41.0m稳定水位后,逐渐趋于稳定值。与此同时,迎水坡的稳定系数先急剧降低、后逐渐增大。坝体下部粉质粘土的厚度对坝体迎水坡稳定性影响较大,特别在库水位下降第4天,差异最明显。
5 结论与建议
(1)库水位以2m/d下降时,各个算例中坝体下部透水性稍强的粉质粘土层厚度越大,越有利于坝体迎水坡内孔隙水压力消散,浸润线下降的速度会更快,“倒流”现象持续的时间会更短。
(2)库水位以2m/d下降时,迎水坡最危险滑面稳定系数先降低、后增大。
(3)库水位下降第3、4时滑弧半径较大,最危险滑面截面积较大,稳定系数最小,此时土坝迎水坡最易发生滑动,且危害最大。
参考文献:
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水利工程施工中地下水位控制分析 篇12
地下水与水利工程施工密切相关, 相互影响。一方面, 地下水对水利工程存在着各种不良性 (如流砂、管涌等) 和影响;另一方面, 各种水利工程活动又会诱发和加剧地下水的活动。地下水发育、丰富的情况下, 如何有效、合理地控制地下水的作用与影响, 是水利工程建设必须考虑和解决的重大问题。地下水对水利工程的影响主要表现在两方面:
1.1 地下水与岩土体相互作用, 使岩土的
坡度和稳定性降低、性能变差, 从而产生各种不良的现象, 如滑坡、岩溶、流砂、管涌、土拂、地沉陷、隧道涌水、道路翻浆、水坝渗漏等, 给各种水利工程的施工和建 (构) 筑物的正常使用造成困难与危害, 甚至酿成灾难性事故。如美国加里尼亚圣杰新拖隧道施工中遇到断层破碎带大量涌水、墨西哥市地面发生严重不均匀沉陷, 意大利依昂水库的大滑坡等等, 都与地下水活动有关。
1.2 地下水中的有害化学成分二氧化碳、
四氧化硫离子、氯离子等, 对水位下的混凝土结构和钢结构产生侵蚀、破坏作用, 缩短水工建筑物的使用寿命。
2 水利施工中地下水位的控制方案
为了使水利工程具备安全可靠的良好施工条件, 确保已有水工建筑物的正常运行, 有效地保护自然环境、防止地下水造成危害, 在勘察、设计、施工过程中, 必须针对具体情况, 采取相应措施及对策, 有效地对地下水进行控制。目前, 控制地下水的方法与措施多种多样。根据其基本原理, 通常可分为施工导流、基坑排水、人工截渗漏水等几类控制方法。其中人工截渗漏水包括土井点法、井管法、井点法等降水方法。隔渗是通过各类防渗墙、止水帷幕或冻结法等进行止水。在选择控制地下水的方法时, 应综合考虑工程的具体情况与要求, 按照技术可行、安全可靠、经济合理的基本原则, 通过分析比较, 优先控制地下水的最佳方案。
2.1 施工导流
在河、渠施工时, 首先在基坑的上下游修筑围堰围护基坑, 用临时泄水建筑物或者深挖沟渠的办法排泄上游来水, 这是地下水位控制的第1步.必须做好做细。围堰应就地取材, 用砂壤土、壤土筑成, 注意中间不要夹杂树根、木棍、冰块、冻土块, 靠渠背两侧的部位要夯实以防渗漏, 如果能够使用土工织物以及塑料薄膜则效果更好。土固堰的顶宽一般不小于2m, 如兼作交通用时, 应按道路要求确定顶宽, 围堰的坡度应符合稳定要求, 一段采用1:2为宜。在水中填土时, 坡度应较缓, 坡度采用1:2.5或者1:3。在布置围堰时, 上下游围堰距基坑边缘应保持一定距离, 距离应根据基坑边坡稳定及施工场地布置要求来确定。围堰筑成后, 要安排专门人员看管, 以防上游突然涨水及人为破坏淹没工程基坑, 影响工期, 造成不必要的损失。过去就有工地出现过上游突然来水而冲垮围堰的现象, 必须引以为戒。
2.2 基坑排水
上下游围堰筑成后, 只要基坑内有积水, 就应先排出基坑内积水。一般根据积水多少采用水泵明排几次就能解决。明式排水适用于新、旧基础的开挖, 通常是在基坑中布置排水干沟, 以利两侧取土。当基础较窄, 排水干沟应设在上游侧。与排水干沟垂直设若干排水支沟。使渗水中支沟流入干沟, 由干沟再汇入设在基础范围以外的集水井或蓄水池内, 然后用水泵抽出围堰以外。排水用的水泵根据水量及扬程适当选择, 考虑到机泵可能发生故障要准备有一定数量的备用泵。水泵采用潜水泵和离心泵均可, 我们一般使用电动力泥浆混流泵, 这种泵方便、快捷、适应性强。在没有电力或电力困难的地方, 还考虑用发电机组、柴油机等来解决动力问题进行排水。
2.3 人工截渗降水
人工降低地下水位是在基坑周围布设若干井和孔进行抽水, 在明排不能使地下水位降低到基坑底面以下时就要采用此法。根据工程量、工程地质及水文地质条件的不同, 可供选择的方法有土井点法、井管法和井点法, 都能够有效地控制地下水位。
2.3.1 土井点法
在土壤为砂土或砂壤土, 工种规模不大、控制范围较小, 开挖基础深度较浅, 地下水位
下降到基坑底面以下0.5~0.8m就能保证工程的施工, 这时采用土井点法。具体做法是:在基坑周围每隔1.0~1.5m布设一个井点, 用集水管将各井点连接起来, 集水管与抽水泵连接。所设井点可多可少, 也可用三通、五通管将外井点连接起来, 分几组抽水。井点的井管用3cm 1.2寸) 塑料管, 采用压水井下塑料管的方法把管插入井内。管的下端为花管, 花管外用棕皮或细窗纱包好, 井壁与井管之间的空隙填充粗沙等反滤料。采用4.5 HP柴油机或是用3.4kw电动机配5cm (2寸) 水泵, 每台水泵用变径接头接5个井点, 出2-3台水泵同时作业就能控制。在基础挖到设计要求之后的混凝土浇铸阶段, 要绝对保证抽水机器的正常远行, 否则只要有一台泵故障停机、基坑地下水位就会马上回升, 直接影响施工进度。我们近几年施工的小型水利下程采用这种方法控制水位效果良好, 且操作方便价格低廉。
2.3.2 井管法
若干的渗透系数较大, 基坑控制面积较小, 水位控制要求下降较深则采用并管法。一般是沿基坑周围或上下游两侧, 按一定间距凿若干口井进行抽水。方法是基坑开挖前, 在井位设计位置用钻凿, 井内设混凝土滤水管。每眼井用1台10 cm (4寸) 泵抽水就能保证水位控制, 抽出的水由出水胶管或排水沟排走。水位要求下降不超过7m时, 采用普通离心泵抽水;如果水位下降较大, 则需采用深井泵抽水、井的间距和深度, 根据地基情况、土壤渗透系数大小, 用计算和抽水试验的方法来确定的。我们的施工经验数据是:每眼井深度为15~25m, 间距为10~15m。控制半径就能达到8~10m, 控制地下水位在基坑以下3-5m。采用井点法控制水位在施工中必须注息以下几点:一是土壤的渗透系数过小, 控制效果不理想, 没有含水沙层, 就不能采用此法;二是工程的开工前进行凿井, 因为这时的道路场地宽畅, 便于打井没备的固定、安装和移动;三是在旧渠道上施工、应首先在两侧岸打井降水, 待地下水位控制下降到岸下水位以后再打岸下井, 这样打井成功率高, 出水效果好。
2.3.3 井点法
井点法和井点法的布设基本相同, 适用于土的渗透系数较小且基坑面积较大的情况, 一台泵可安20多口井, 井管为直径50mm的钢管, 成井用水射法下沉, 这种方法可降低地下水位4m左右。井点法施工难度大、成本高、运行管理复杂, 是不得已才使用的方法。
结束语
综上所述, 对于地下水的控制问题, 水利工程界历来很重视。在长期工程实践中, 总结和积累了大量控制地下水的宝贵经验, 摸索出许多行之有效的控制方法与措施。在施工中无论采取哪种方法降低地下水位进行基坑排水, 都必须根据工程的规模、特点、地理条件、设计要求等因素来确定和选择方案。我们的经验是:能用土井点法的就不用井管法, 能用井管法的就不用并点法。总之, 在不影响工程质量、工期的前提下, 尽量节约物质、节约资金、降低工程造价成本。另外, 随着水利工程建设的蓬勃发展, 现有的控制方法与技术已不能完全满足要求, 需要不断地探索研究控制地下水的新方法和新技术。
摘要：我们发现在水利工程施工中, 常常遇到的问题是地下水位过高, 影响工程基础开挖, 如基础较深的某水站工程、排水沟内的交叉工程、灌渠上较大型分水闸、进水闸工程等。如果水位控制达不到所要求的深度, 就不能保证工程基础施工的质量要求。根据我们多年的实践体会, 现对水利工程施工中控制地下水位的方法进行介绍、评价。在水利工程施工中, 控制地下水位分施工导流、基坑排水、截渗降水三步进行。
关键词：水利工程施工,地下水位控制,分析
参考文献
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