Tkc q5 chuong 05 thiet ke kết cấu lấy nước và thải nước (rev3)

Chương THIẾT KẾ KẾT CẤU LẤY NƯỚC VÀ THẢI NƯỚC LÀM MÁT Tháng 10/2017 Người thực hiện: Trương Minh Đức Người kiểm tra: Nguyễn Văn Đức Ngày Ký tên MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LẤY NƯỚC VÀ THẢI NƯỚC LÀM MÁT NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN YÊU CẦU THIẾT KẾ 2.1 Mục đích 2.2 Thông số thiết kế 2.3 Ngun lý tính tốn 2.2.1 Tính tốn hình dạng kích thước 2.2.2 Tính tốn tổn thất cột nước 2.4 Tiêu chuẩn áp dụng 2.5 Phần mềm áp dụng PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 3.1 Phân loại cơng trình lấy nước: 3.1.1 Theo phương tách dịng chảy khỏi dịng vào cơng trình lấy nước 3.1.2 Theo hình thức có đập hay khơng có đập 3.1.3 Theo khả điều tiết lưu lượng 3.2 Phân tích lựa chọn cơng trình lấy nước cho nhà máy nhiệt điện 3.2.1 Cơng trình lấy nước kênh 3.2.1.1 Kênh gia cố đá xếp: 3.2.1.2 Kênh gia cố đá xây: 3.2.1.3 Kênh gia cố BTCT: 3.2.1.4 Kết luận: 3.2.2 Cơng trình lấy nước cống 3.2.2.1 Phân loại 3.2.2.2 Kết luận: 12 3.3 Cơng trình thoát nước cửa thải nước 12 3.3.1 Phân loại 12 3.3.2 Giải pháp cửa nhận nước, cửa thải nước taluy kênh 12 PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM 14 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LẤY NƯỚC VÀ THẢI NƯỚC LÀM MÁT NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Kết cấu lấy nước thải nước làm mát hệ thống quan trọng nhà máy nhiệt điện Chức chủ yếu kết cấu lấy nước để làm mát hệ thống turbine, đảm bảo turbine vận hành tốt Hình Sơ đồ hệ thống nước làm mát  Nước làm mát vận hành theo lưu đồ sau : {Miệng lấy nước → kênh / cống hộp / ống → trạm bơm → bình ngưng → hố siphon → kênh / cống hộp / ống → miệng thải nước} YÊU CẦU THIẾT KẾ 2.1 Mục đích Thiết kế kết cấu cửa lấy nước thải nước nhằm mục đích đảm bảo khả lấy nước thải nước cho Nhà máy nhiệt điện cho tối ưu nhất: diện tích mặt cắt nhỏ khả lấy nước thải nước lớn nhất; dễ dàng kết nối với hạng mục khác nhà máy; phù hợp với cảnh quan không gây ảnh hưởng cho môi trường biển (hoặc sông) Rev Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Tiêu chí thiết kế cho kết cấu cửa lấy nước thải nước nhà máy Nhiệt điện phải theo sát quy định Hợp đồng tiêu chuẩn áp dụng quy định Các yêu cầu cụ thể cho công tác thiết kế liệt kê sau:  Xác định hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn áp dụng Rev  Xác định hệ thống phần mềm, ứng dụng phép áp dụng thiết kế  Xác định đặc trưng đất từ báo cáo khảo sát địa chất khu vực nhà máy Thông qua việc đánh giá điều kiện địa chất, kỹ sư thiết kế phân tích, kiến nghị xem có cần phải gia cố đất hay khơng (CDM, bấc thấm, hút chân không …)  Xác định kết cấu (kênh hở, cống, ống …) loại vật liệu sử dụng cho kết cấu cửa lấy nước thải nước: bê tông, bê tông cốt thép, đá xây, đá xếp  Xác định tiết diện kết cấu lấy thải nước làm mát ứng với tần suất thiết kế 2.2 Thông số thiết kế Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát phụ thuộc vào nhiều yếu tố điều kiện tự nhiên như: điều kiện địa chất, điều kiện thủy văn …nhưng yếu tố định ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế là:  Thông số mưa trạm thủy văn gần địa điểm xây dựng nhà máy  Mực nước triều lớn thiết kế (theo tần suất thiết kế 1%)  Mực nước triều nhỏ thiết kế (theo tần suất thiết kế 97%)  Tổng lưu lượng nước làm mát cho nhà máy  Bản đồ địa chất  Bản đồ địa hình  Vật liệu thiết kế (đá hộc, ống thép, đá lát, bê tơng …) 2.3 Ngun lý tính tốn Để hạn chế chi phí xây dựng thiết bị, hệ thống thủy lực nhà máy nhiệt điện ưu tiên thiết kế theo nguyên tắc tự chảy (nước chảy từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp) tổn thất thủy lực nhỏ 2.2.1 Tính tốn hình dạng kích thước Từ cơng thức Sêzi: v  C Ri Cơng thức tính lưu lượng: Q  AC Ri Diện tích mặt cắt ướt Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện A  (b  mh)h Chu vi mặt cắt ướt P  b  2h  m Khi thiết kế phải xét đến vấn đề kinh tế kỹ thuật cho đáp ứng nhu cầu sử dụng lâu dài, khơng bị xói lở bồi lắng Do thiết kế vận tốc phải thỏa điều kiện không lắng không xói vkl  v  vkx 2.2.2 Tính tốn tổn thất cột nước Để đảm bảo nước làm mát từ bình ngưng chảy biển (sơng) theo ngun tắc tự chảy cần phải tính tốn cẩn thận tất tổn thất xảy tồn mạng lưới đường ống thải nước làm mát nhà máy nhiệt điện Các tổn thất cột nước chia thành nhóm:  Tổn thất cột nước dọc đường (tuyến tính) Trong ống trịn (cơng thức Đácxi Vâyxbac): hd   l v2 d 2g Trong kênh hở (hoặc ống có mặt cắt bất kì): hd  v2 l C2R Trong đó:  : hệ số sức cản dọc đường g : gia tốc rơi tự l : chiều dài ống kênh d : đường kính ống v : vận tốc trung bình dịng chảy R : bán kính thủy lực C : hệ số Sêzi i : độ dốc thủy lực Công thức Sêzi : v  C Ri Công thức Maning : Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 15 EVNGENCO3 PECC2 C Thiết kế chuẩn công trình Nhà máy Nhiệt điện 16 R n  Tổn thất cột nước cục Sức cản cục tạo nên phận định hình, phụ kiện thiết bị khác đường ống Chúng gây thay đổi giá trị phương vận tốc chuyển động chất lỏng đoạn riêng rẽ đường ống Công thức Vâyxbac: hc   v2 2g  : hệ số sức cản cục Trị số hệ số sức cản cục phụ thuộc vào hình dạng hình học sức cản cục số Râynơn dịng chảy qua sức cản cục Các trường hợp tổn thất cột nước cục bộ:  Đường ống mở rộng đột ngột  Đường ống co hẹp đột ngột  Đường ống mở rộng  Đường ống thu hẹp  Từ hồ chứa vào ống  Ống ngoặt  Mối nối đường ống  Các lưới  Tổn thất cột nước rẽ nhánh 2.4 Tiêu chuẩn áp dụng  QCVN 02: 2009/BXD: Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam thông số điều kiện tự nhiên  QCVN 04-05:2012/BNNPTNT - Cơng trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu thiết kế  TCXDVN 372 : 2006: Ống BTCT thoát nước  14TCN 197 : 2006: Thiết kế cống lấy nước BTCT  TCVN 7957: 2008: Thoát nước – Mạng lưới cơng trình bên ngồi – Tiêu chuẩn thiết kế  TCVN 8305 – 2009: Kênh Đất- Yêu Cầu Kỹ Thuật Trong Thi Công Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện  Sổ tay tính tốn thủy lực P.G.Kixêlep  Và tiêu chuẩn khác 2.5 Phần mềm áp dụng  Exel: tính tốn kích thước kết cấu, tính tốn tiêu …  EHPro: tính tốn thủy lực cơng trình  Hecras: tính tốn thủy lực cơng trình  GeoSlope: tính tốn ổn định mái dốc kênh, tính tốn dịng thấm … PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT Cửa lấy nước cơng trình trực tiếp lấy nước từ sơng biển vào cơng trình dẫn nước trực tiếp vào trạm bơm nhà máy nhiệt điện Hình dạng kết cấu cửa lấy nước phụ thuộc vào sơ đồ bố trí cơng trình đấu nối, điều kiện địa hình, địa chất, lượng hàm cát dịng chảy điều kiện kinh tế thi cơng Đường dẫn nước từ cửa lấy nước vào trạm bơm thường kênh, cống ống  Phải đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng nước cần thiết cho nhà máy nhiệt điện  Giữ cho bùn cát, rác bẩn khỏi đường dẫn làm hư hại cơng trình thiết bị  Cửa lấy nước phải có hình dạng, kích thước, vị trí cho nước chảy vào thuận dịng, tổn thất thủy lực nhỏ Với dòng chảy sau cửa có áp phải giữ cho khơng khí khơng cuộn theo dòng chảy vào đường dẫn  Đảm bảo ổn định, bền vững, vận hành tiện lợi Giá thành xây dựng chi phí vận hành thấp 3.1 Phân loại cơng trình lấy nước: 3.1.1 Theo phương tách dịng chảy khỏi dịng vào cơng trình lấy nước  Cơng trình lấy nước bên cạnh: phương dịng chảy vào cơng trình lấy nước hợp với phương dịng chảy sơng (biển) góc xấp xỉ 900  Cơng trình lấy nước diện: phương dịng chảy vào cơng trình lấy nước gần song song với phương dịng chảy sơng (biển) 3.1.2 Theo hình thức có đập hay khơng có đập  Cơng trình lấy nước có đập Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Khuyết điểm:  Có kết cấu phức tạp, giá thành cao  Khó thi cơng, thời gian thi cơng dài Ưu điểm:  Không chịu ảnh hưởng trực tiếp dòng chảy tự nhiên  Chất lượng nước lấy tốt, hạn chế bùn cát  Quản lý khai thác đơn giản  Cơng trình lấy nước khơng đập Ưu điểm: Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện  Có kết cấu đơn giản, giá thấp  Dễ thi công Khuyết điểm:  Chịu ảnh hưởng trực tiếp dòng chảy tự nhiên  Chất lượng nước lấy tương đối thấp, mang theo nhiều bùn cát  Quản lý khai thác khó khăn, tốn 3.1.3 Theo khả điều tiết lưu lượng  Cơng trình lấy nước có cống  Cơng trình lấy nước khơng cống 3.2 Phân tích lựa chọn cơng trình lấy nước cho nhà máy nhiệt điện Cơng trình lấy nước cho nhà máy nhiệt điện thường đặt sông lớn biển,có điều kiện địa chất tương đối tốt, có chất lượng nước tốt, độ sâu lấy nước lớn để giảm bớt khối lượng thời gian nạo vét Cơng trình lấy nước cho nhà máy nhiệt điện thường kênh (kết cấu đá bê tông), cống BTCT ống trịn (thép, HPDE …) 3.2.1 Cơng trình lấy nước kênh Theo hình thức kết cấu có loại: kênh đất kênh xây Kênh đất: có kinh phí xây dựng ban đầu thấp lượng nước thấm lớn, chiếm nhiều diện tích mặt đất, thường xảy xói, hàng năm phải đầu tư kinh phí để sửa chữa Việc sửa chữa kênh không gây tốn chi phí mà cịn làm gián đoạn việc vận hành hệ thống  thay kênh đất kênh xây đá BTCT Hình dạng mặt cắt kênh phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên, điều kiện địa chất, điều kiện sử dụng, hình thức kết cấu, điều kiện thi công … Mặt cắt kênh phổ biến hình thang hình chữ nhật Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Mặt cắt kênh phải thiết kế lợi mặt thủy lực (với diện tích ướt nhỏ lưu lượng nước chuyển qua phải lớn nhất)  tiết kiệm khối lượng đào, đắp Kênh thiết kế cần đảm bảo điều kiện khơng xói, khơng lắng khơng mọc cỏ kênh Khi có cỏ mọc kênh, độ nhám lòng kênh tăng, lực vận chuyển nước bị giảm Để tránh cỏ mọc vận tốc kênh nên lớn 0.6 m/s chiều sâu nước kênh nến lớn 1.5m 3.2.1.1 Kênh gia cố đá xếp: Đường kính viên đá chừng 0,3 – 0,4m Chiều dày lớp đá 0,3 ÷ 0,6m Bên có lớp đệm vải địa kỹ thuật lớp đá dăm dày 15 – 20cm Ưu điểm:  Thi công nhanh  Giá thành rẻ Khuyết điểm:  Độ nhám lớn, tổn thất ma sát dòng chảy nhiều  Diện tích kênh lớn 3.2.1.2 Kênh gia cố đá xây: Chiều dày lớp đá 0,15 ÷ 0,4m Bên có lớp đệm vải địa kỹ thuật lớp đá dăm dày 15 – 20cm Sau xếp lớp đá xong ta chít mạch lớp vữa M200 để làm giảm độ nhám, tăng khả tải nước 3.2.1.3 Kênh gia cố BTCT: Các BTCT đổ chỗ đúc sẵn Chiều dày BTCT khoảng 0,1 – 0,2m Bên có lớp đệm vải địa kỹ thuật lớp đá dăm dày 0,1 – 0,4m Để đề phòng chống nứt nhiệt độ thay đổi lún khơng theo chiều dài kênh, khoảng ÷ 5m bố trí khe hở rộng ÷ cm (đổ nhựa đường để chống thấm) 3.2.1.4 Kết luận: Công trình lấy nước cho nhà máy nhiệt điện kênh tương đối nhiều ưu điểm mà phương pháp mang tới có mặt hạn chế Ưu điểm:  Thi công nhanh  Giá thành rẻ (chỉ địa điểm có trữ lượng đá dồi dào)  Tạo mỹ quan cho nhà máy Khuyết điểm: Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện  Độ nhám lớn, tổn thất ma sát dòng chảy nhiều  Chiếm diện tích tổng mặt nhà máy tương đối lớn  Khó kết nối với sở hạ tầng nhà máy 3.2.2 Cơng trình lấy nước cống  Cống ngầm loại cơng trình đặt đê, đập vật liệu địa phương, dùng vào việc lấy thải nước 3.2.2.1 Phân loại  Cống ngầm phân thành loại sau:  Theo vật liệu xây dựng: có loại cống sành, bê tông, BTCT ống kim loại Trong thực tế xây dựng, sử dụng nhiều cống BTCT kim loại  Theo hình dạng kết cấu: cống trịn, cống hộp cống vịm  Theo cách bố trí: cống đặt trực tiếp (chỉ trường hợp cống qua đá tốt) cống đặt hành lang BTCT  Theo hình thức lấy nước  Lấy nước kiểu đặt van khống chế hạ lưu        Hình thức lấy nước đơn giản, giảm khối lượng công trình Nhưng đường ống thường xuyên trạng thái có áp nên cống cần phải làm vật liệu bền BTCT, thép hay thép bọc BTCT  Lấy nước kiểu ống đặt nghiêng Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện  Ống đặt nghiêng mái đập sườn đồi, ống bố trí lỗ cao độ khác để lấy nước Ưu điểm:  Kết cấu đơn giản  Phương tiện đóng mở đơn giản Khuyết điểm:  Quản lý phức tạp  Hay bị rị nước, khó khống chế lưu lượng  Lấy nước kiểu ống đặt nghiêng          Ưu điểm:  Giá thành rẻ Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang 10 / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện  Phương tiện đóng mở đơn giản Khuyết điểm:  Cửa van dây kéo nằm nước nên dễ bị han rỉ hư hỏng  Kiểm tra sửa chữa khó khan  Khó kiểm sốt lưu lượng  Lấy nước kiểu tháp  Hình thức thường dùng nhiều nhất, hồ chứa loại vừa lớn, có cột nước cao, lưu lượng qua cống lớn  Khi ống qua có điều kiện địa chất không tốt cần đặt ống bệ đỡ BTCT Góc ơm bệ đỡ thường lấy 90o, 120o, 180o Bệ đỡ có góc ơm 1800 tốt tốn vật liệu  Nếu điều kiện địa chất yếu phải xử lý gia cố phương pháp như: cọc CDM, bơm hút chân không … Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang 11 / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện 3.2.2.2 Kết luận: Cơng trình lấy nước thải nước cho nhà máy nhiệt điện cống có ưu điểm nhược điểm sau: Ưu điểm:  Có thể lấy nước vùng biển sơng có cột nước thấp  Kết nối dễ dàng với sở hạ tầng nhà máy (do kết cấu ngầm) Khuyết điểm:  Chi phí đắt (vật liệu, sơn chống ăn mịn, chống thấm …)  Thi công phức tạp 3.3 Công trình nước cửa thải nước 3.3.1 Phân loại Cơng trình nước cửa thải nước nhà máy nhiệt điện thường theo nguyên tắc tự chảy để tiết kiệm chi phí đầu tư, thường có loại:  Loại hở: kênh  Loại kín: cống, đường ống … Cũng cơng trình lấy nước cửa lấy nước, cơng trình nước cửa thải nước sử dụng kết cấu hở hay kín có ưu nhược điểm tương tự nêu phần trước Tuy nhiên kết cấu hở (sử dụng kênh đá hộc) ngày sử dụng phổ biến so với kết cấu kín Nếu địa điểm chọn để xây dựng nhà máy nhiệt điện có địa hình cửa thải nước không sâu, chiều sâu cột nước không đủ nên sử dụng phương án thải nước đường ống thay thải thẳng biển (hoặc sơng) kênh 3.3.2 Giải pháp cửa nhận nước, cửa thải nước taluy kênh Tại cửa nhận nước cửa thải nước thường gia cố để tránh tình trạng xói mịn ngăn chặn tình trạng cát bồi lắng, làm giảm khả lấy nước thải nước nhà máy Biện pháp gia cố thường đá hộc xếp làm mái taluy (m = m = 5) để đảm bảo thuận dòng chảy, giúp lấy nước vào thải nước tối đa mà khơng làm tổn hại nhiều đến lịng biển (hoặc sông) Hệ thống lấy nước thải nước làm mát kênh hở thường đặt trực tiếp đất khu vực thi cơng khơng phải chịu tải trọng lớn Tuy nhiên khu vực đất Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang 12 / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện yếu trước đào mái taluy kênh ta phải gia cố đất biện pháp như: sử dụng cọc CDM (nhà máy nhiệt điện Ơ Mơn), sử dụng vải địa kỹ thuật, sử dụng bấc thấm, sử dụng bơm hút chân không sử dụng kết hợp bấc thấp bơm hút chân không (nhà máy nhiệt điện Duyên Hải) … Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Trang 13 / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM Bảng tính tốn kênh I THƠNG SỐ TÍNH TỐN Hình dạng mặt cắt kênh Áo kênh Lưu lượng thiết kế Hệ số mái dốc Độ dốc kênh Hệ số nhám Chiều dài kênh Gia tốc trọng trường II TÍNH TỐN Chiều rộng kênh Chiều sâu Diện tích mặt cắt ướt Chu vi ướt Bán kính thuỷ lực Hệ số Sêdy Môđun lưu lượng Môđun lưu lượng So sánh Vận tốc trung bình kênh KÝ HIỆU GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ CƠNG THỨC GHI CHÚ Hình Thang Đá xây Q m i n L g 54 1.5 0.0005 0.03 1250 9.81 m3/s Chọn m m/s2 Chọn b h   R C K1 K2  V 7.00 3.51 42.98 m m m2 19.64 2.19 m m R= m3/s m3/s K=Q/sqrt(I) K=w C.sqrt( R ) 37.98 2414.95 2414.95 Goal Seek 0.00 1.26 Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 3.51 m/s Trang 14 / 15 EVNGENCO3 PECC2 Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Bảng tính tốn cống Chiều rộng Chiều cao Số lượng cống Độ dốc Hệ số nhám Chiều dài cống Mực nước trước cống (LWL) Mực nước sau cống Chêch lệch mực nước thượng hạ lưu Diện tích ướt Chu vi ướt BK Thủy lực Hệ số Chezy b= h= i= n= L= 4 10 0.0001 0.014 50 m m % m Htl = 1.64 m Hhl = 1.57 m H =  =  = R= C= 0.07 160 160 71.43 m Hệ số lưu lượng c = 0.77 146.00 m3/s Qcan = 146 m3/s v= 0.91 m/s Lưu lượng cống Q= Lưu lượng cần Vận tốc nước cống 146 Q Quyển 5, Chương – Thiết kế kết cấu lấy nước thải nước làm mát Ấn 03, tháng 10/2017 Goal 0.000 seek Goal 0.000 seek Trang 15 / 15