獅子坪水電站壓力鋼管岔管水壓試驗(yàn)

肖 兵， 代川平

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

1 概況

獅子坪水電站壓力管道采用埋藏式，為一管三機(jī)，由上平段、上斜段、中平段、下斜段、下平段組成，圓形斷面，主管內(nèi)徑為3.9 m，壓力管道主管長 511.87 m。

主管末端設(shè)置了兩個月牙肋岔管，材質(zhì)為WDB620高強(qiáng)鋼，設(shè)計(jì)壓力為5.16 MPa。1#岔管為不對稱“卜”形，管角50°，管壁厚40 mm，肋板壁厚70 mm，主管內(nèi)徑3.4 m，支管內(nèi)徑為2.89 m及1.986 m，岔管公切球半徑 RT=1.965 m，鈍角區(qū)的折角為10°。2#岔管為“卜”形，管角 50°，管壁厚36 mm，肋板壁厚70 mm，主管內(nèi)徑為2.894 m，支管內(nèi)徑1.99 m，岔管公切球半徑 RT=1.742 m，鈍角區(qū)的折角為10°。

2 水壓試驗(yàn)的目的

(1)岔管水壓試驗(yàn)以超載內(nèi)壓暴露結(jié)構(gòu)缺陷、檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)整體安全度，為岔管的長期安全運(yùn)行提供可靠保證。

(2)通過水壓試驗(yàn)，可以削減焊接殘余應(yīng)力及不連續(xù)部位的峰值應(yīng)力。

(3)通過水壓試驗(yàn)，在緩慢加載條件下，缺陷尖端發(fā)生塑性變形，進(jìn)而使缺陷尖端鈍化，卸載后產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。

3 水壓試驗(yàn)的基本原則

水壓試驗(yàn)嚴(yán)格按照《水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5141－2001、《壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》DL5017－93等相關(guān)規(guī)程規(guī)范實(shí)施。

4 水壓試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

(1)岔管的主管及支管端頭均應(yīng)設(shè)置連接段鋼管;連接段管材、壁厚與岔管相同，連接段長1 200 mm。連接段鋼管的制作、安裝要求按照《壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》DL5017－93進(jìn)行。

(2)岔管、連接鋼管防腐處理完畢并驗(yàn)收合格，清除管內(nèi)的污物。

(3)岔管的主管和兩個支管連接鋼管未端并設(shè)置悶頭。

(4)在三個連接鋼管上設(shè)置壓力表(精度1.5級，量程為試驗(yàn)壓力值的1.5～2倍);在主管的連接鋼管上，試件最高處設(shè)置一個補(bǔ)排氣管(配有10 MPa的高壓補(bǔ)氣閥)、一個充水閥及一套高壓水泵(額定壓力大于10 MPa)，并在高壓水泵的管路上設(shè)置逆止閥，逆止閥前后各設(shè)置一個壓力表(量程為10 MPa)。不得用排水閥替代逆止閥。在一個支管的連接鋼管上，試件最低處設(shè)置一個排水管(配置10 MPa的高壓排水閥);岔管水壓試驗(yàn)的觀測設(shè)備及應(yīng)力應(yīng)變測試裝置安裝和調(diào)試完畢并初步驗(yàn)收合格。

為滿足水壓試驗(yàn)要求，在連接段鋼管上的開孔應(yīng)距離主要焊縫小于300 mm。

(5)岔管水壓試驗(yàn)的支撐結(jié)構(gòu)安裝完畢并通過驗(yàn)收，滿足支撐岔管水壓試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)要求，并要求其盡可能地減少對岔管位移的約束;應(yīng)適當(dāng)傾斜岔管，令排氣管在岔管相對高的位置，排水管在岔管相對低的位置。

(6)岔管、連接鋼管和悶頭的制作、安裝、焊接質(zhì)量符合要求。

(7)岔管各部位及監(jiān)測設(shè)備、壓力表均應(yīng)安排專人監(jiān)視、記錄，并配置照明設(shè)施。

5 水壓試驗(yàn)程序

5.1 充 水

(1)記錄試驗(yàn)當(dāng)天的氣溫、濕度、風(fēng)向、風(fēng)力等，水壓試驗(yàn)宜在氣溫10℃以上的環(huán)境進(jìn)行。

(2)記錄各觀測設(shè)備、壓力表的讀數(shù)。

(3)開啟排氣閥，關(guān)閉排水閥。

(4)用高壓水泵向岔管注水，注水量控制在20 m3/h，至排氣閥溢水，關(guān)閉高壓水泵，然后關(guān)閉排氣閥。

(5)1 h后，記錄各監(jiān)測設(shè)備、壓力表讀數(shù);全面檢查岔管、連接鋼管和悶頭有無水汽泡和滲漏情況并記錄;全面檢查岔管的支撐結(jié)構(gòu)有無變形或位移等異常情況并記錄。

(6)如果出現(xiàn)滲漏等異常情況，應(yīng)開啟排氣閥、排水閥，將岔管內(nèi)的水排空后進(jìn)行處理;如無異常情況，可進(jìn)入下一步工作。

5.2 水壓試驗(yàn)

岔管水壓試驗(yàn)最大水頭采用 4.6、5.8 MPa，分兩階段進(jìn)行，一階段與二階段時間間隔需大于30 min。

水壓試驗(yàn)通過高壓水泵向岔管泵水加壓進(jìn)行。高壓水泵加壓、減壓應(yīng)緩慢、均勻(壓力變化速率不得大于0.05 MPa/min)。在每次高壓水泵加壓、減壓操作前應(yīng)記錄各監(jiān)測設(shè)備、壓力表讀數(shù);全面檢查岔管、連接鋼管和悶頭有無射水、漏水、滲水等情況并記錄;全面檢查岔管的支撐結(jié)構(gòu)有無變形或位移等異常情況并記錄;當(dāng)高壓水泵加壓達(dá)到最大壓力后，在減壓前的60 min穩(wěn)定時間里應(yīng)當(dāng)用0.5～1 kg的小錘在焊縫兩側(cè)各15～20 cm處輕輕敲擊，并且每20 min進(jìn)行一次觀測數(shù)據(jù)記錄。如出現(xiàn)滲漏等異常情況，應(yīng)將管內(nèi)的水壓緩慢降至自然狀態(tài)，然后開啟排氣閥、排水閥，將岔管內(nèi)的水體排空后進(jìn)行處理;如無異常情況，可進(jìn)入下一步工作。

第一階段:最大采用4.6 MPa壓力進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

岔管正常運(yùn)行時承受的最大內(nèi)水壓力為4.6 MPa，第一階段最大采用4.6 MPa進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

第二階段:最大采用5.8 MPa壓力進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

岔管的設(shè)計(jì)壓力為5.16 MPa，第二階段最大采用5.8 MPa的壓力進(jìn)行水壓試驗(yàn)，約為正常運(yùn)行水頭的1.26倍、設(shè)計(jì)水頭的1.12倍。

6 結(jié)語

水壓試驗(yàn)是對岔管設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的總體檢驗(yàn)，計(jì)算參數(shù)和成果、部件設(shè)計(jì)、選型、材料選擇及施工焊接工藝等均在檢驗(yàn)之列，是保證電站安全的重要依據(jù)。水電站壓力鋼管岔管體形復(fù)雜，相應(yīng)的應(yīng)力計(jì)算和制作也比較復(fù)雜，為確保水電站運(yùn)行安全，特別是高水頭機(jī)組電站，避免其在安裝后出現(xiàn)質(zhì)量問題而較難處理，建議在岔管制作安裝完成后現(xiàn)場進(jìn)行水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，因鋼管結(jié)構(gòu)塑性變形需要發(fā)展的時間，緩慢加載有利于缺陷尖端塑性發(fā)展，待其達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后需要分級穩(wěn)壓加載，一旦出現(xiàn)問題，可及時進(jìn)行補(bǔ)救。