基于安全評(píng)估的電站壓力鋼管二次防腐應(yīng)用實(shí)踐研究

屈直++王文龍

摘 要：壓力鋼管是水電站的重要組成部分，有效二次防腐可提高壓力鋼管的使用壽命，提升電站的綜合安全指數(shù)。本文結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用案例提出基于安全檢測(cè)評(píng)估技術(shù)的二次防腐實(shí)施創(chuàng)新新模式，有利于減少防腐施工費(fèi)用和停機(jī)次數(shù)。

關(guān)鍵詞：壓力鋼管 安全評(píng)估 二次防腐

中圖分類號(hào)：TV732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（a）-0026-02

壓力鋼管是電站極其重要的一個(gè)部件，壓力鋼管是由水庫、壓力前池和調(diào)壓室向水輪機(jī)輸送水量的水管，一般為有壓狀態(tài)。其特點(diǎn)是集中大部分或全部的水頭，另外坡度較陡，內(nèi)水壓力大，還承受動(dòng)水壓力沖擊。發(fā)電引水鋼管的結(jié)構(gòu)型式可分為：明管、地下埋管、壩內(nèi)埋管、壩后背管、其他管型（如回填管）[1]。壓力鋼管在設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行不同時(shí)期存在不同的缺陷。運(yùn)行期間防腐不到位、失穩(wěn)、膨脹受阻等諸多因素，只有采取全面安全檢測(cè)評(píng)估、科學(xué)管理才能確保管道的安全運(yùn)行。

1 工程應(yīng)用模式實(shí)施情況及分析

云南某二級(jí)電站裝機(jī)容量2×2000kW，水頭118m，流量2.14m3/s。1991年兩臺(tái)機(jī)投產(chǎn)。單管雙機(jī)，岔管段為埋管，其余管段為明管，明管直徑為1200mm，管長250m、管壁厚度8～12mm，材質(zhì)Q235。自投產(chǎn)以來管道未進(jìn)行安全檢測(cè)和有效防腐，期間僅靠人工簡單除銹防腐。現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，管道防腐層大面積脫落，管壁存在大量氧化皮。

1.1 基于安全檢測(cè)評(píng)估技術(shù)的應(yīng)用

1.1.1 外觀檢查與銹蝕量檢測(cè)

（1）整體形態(tài)較好，無明顯位移、變形和損傷；支墩無明顯變形、沉降；管壁及焊縫無裂紋及滲漏現(xiàn)象；

（2）明管段橋洞下方管節(jié)存在大范圍腐蝕，防腐層脫落，有明顯的銹斑，銹蝕坑，局部銹蝕坑連成片，最大腐蝕坑深度1～2mm；

（3）壓力鋼管管壁平均銹蝕量為0.51mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.45，平均銹蝕速率為0.021mm/a。

1.1.2 材料檢測(cè)

管道圖紙材質(zhì)為A3鋼。材料化學(xué)成分分析、硬度檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)材質(zhì)一致。

1.1.3 焊縫超聲波探傷

焊縫采用超聲波探傷，探傷部位為鋼管管壁的環(huán)縫和縱縫以及伸縮節(jié)焊縫，按照文獻(xiàn)[3]執(zhí)行。共計(jì)檢測(cè)Ⅰ類焊縫70m，檢測(cè)比例29%；Ⅱ類焊縫98m，檢測(cè)比例16%。壓力鋼管焊焊縫存在2處制造安裝缺陷，缺陷性質(zhì)為未焊透。所有受檢焊縫均未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷。

1.1.4 壓力鋼管應(yīng)力檢測(cè)

鋼管靜應(yīng)力檢測(cè)的測(cè)點(diǎn)布置在鋼管與廠房側(cè)靠近鎮(zhèn)墩段鋼管中部、加勁環(huán)附近，共布置4個(gè)三向測(cè)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)采用電阻應(yīng)變計(jì)、動(dòng)靜態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)。靜應(yīng)力檢測(cè)荷載為作用于鋼管的靜水壓力。檢測(cè)時(shí)，壓力鋼管充滿水，靜水頭為118m。動(dòng)應(yīng)力檢測(cè)荷載為作用于鋼管的靜水壓力和水錘壓力，水錘壓力2臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩75%額定負(fù)荷。

通過動(dòng)、靜應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果可知，鋼管的整體膜應(yīng)力區(qū)實(shí)測(cè)值相對(duì)較大，局部應(yīng)力區(qū)的實(shí)測(cè)值相對(duì)較小。在實(shí)際水頭下，鋼管最大環(huán)向應(yīng)力、最大折算應(yīng)力分別為75.9MPa、68.2MPa，機(jī)組甩3000kW負(fù)荷時(shí)，鋼管最大環(huán)向應(yīng)力為83.8MPa，最大折算應(yīng)力為75.1MPa；依據(jù)《水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5141）的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則可知：鋼管的整體膜應(yīng)力區(qū)、局部應(yīng)力區(qū)的抗力限值分別為134.4MPa、165.4MPa；在實(shí)測(cè)水位下，鋼管最大折算應(yīng)力值均小于抗力限值。

1.1.5 壓力鋼管有限元計(jì)算與分析

壓力鋼管是一種典型的空間薄壁結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和受力特點(diǎn)，將鋼管離散為板殼單元。據(jù)此所建立鋼管結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型，計(jì)算模型節(jié)點(diǎn)總數(shù)為62850個(gè)，單元總數(shù)為31219個(gè)。管承擔(dān)水壓力荷載的下側(cè)部分為固定約束。工況一：靜應(yīng)力鋼管作用總水頭118m。工況二：機(jī)組甩最大負(fù)荷時(shí)，考慮水錘影響的鋼管最大作用水頭156.4m。根據(jù)明管段鋼管有限元計(jì)算所得到的應(yīng)力云圖，可計(jì)算出對(duì)應(yīng)于測(cè)點(diǎn)位置的應(yīng)力值。

實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果表明：鋼管實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力差異相對(duì)較小，實(shí)測(cè)與計(jì)算方法二者互為驗(yàn)證，表明檢測(cè)成果和計(jì)算成果是可信的。

1.1.6 壓力鋼管振動(dòng)檢測(cè)與分析

在全廠25%、50%、70%負(fù)荷三個(gè)工況下測(cè)量。在各穩(wěn)定負(fù)荷工況下，電站壓力鋼管振動(dòng)幅值在50um以內(nèi)，振動(dòng)幅度較小，振動(dòng)頻率較小，無明顯有害影響。

1.2 安全檢測(cè)評(píng)估結(jié)論

該電站壓力鋼管整體外觀形態(tài)較好，無明顯移位、變形和損傷；連接部位完好、連接牢靠，未見異常；橋洞下管道存在嚴(yán)重腐蝕，最大腐蝕坑深度1～2mm；其余管道未見明顯腐蝕，未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷；下伸縮節(jié)法蘭處存在滲漏。在實(shí)測(cè)水位下，壓力鋼管明管段的實(shí)測(cè)與計(jì)算最大應(yīng)力值均小于抗力限值。綜合分析檢測(cè)與復(fù)核計(jì)算成果，其安全等級(jí)評(píng)定為“安全”可繼續(xù)使用。

1.3 基于評(píng)估結(jié)果防腐工藝及過程控制

1.3.1 防腐工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)電站現(xiàn)場(chǎng)勘查、水質(zhì)底質(zhì)分析結(jié)合電站氣候環(huán)境設(shè)計(jì)防腐工藝，工藝擇涂料防腐，即環(huán)氧富鋅底漆為底層、環(huán)氧云鐵中間漆為中間層、面漆采用無溶劑超強(qiáng)耐磨環(huán)氧漆的配套防腐方案如表1。

1.3.2 過程控制及質(zhì)量檢測(cè)

施工過程控制，嚴(yán)格按照方案及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行過程控制和檢測(cè)[4]，表面處理：控制好噴槍壓力、磨料粒度、除銹等級(jí)達(dá)Sa2.5，表面粗糙度Ry-60～90μm、清潔度無灰塵污染、空氣溫濕度、涂裝時(shí)機(jī)、督檢查及過程控制，重點(diǎn)檢查表面除銹級(jí)別[5]、涂裝前表面清潔度、空氣濕度、涂料涂裝時(shí)間、涂層配比及涂層厚度等指標(biāo)。認(rèn)真做好過程記錄。

2 結(jié)語

通過二次防腐結(jié)合安全檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行工程實(shí)踐，有利于降低實(shí)施成本、檢測(cè)更全面、減少停機(jī)時(shí)間、從而降低發(fā)電量損失，可作為創(chuàng)新型二次防腐施工模式進(jìn)行推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] NB/T 35056—2015，水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范[Z].

[2] DL/T709—1999，壓力鋼管安全檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[Z].

[3] GB11345-2013，鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)[S].

[4] SL105-95，水工金屬結(jié)構(gòu)防腐規(guī)范[Z].

[5] GB/T8923-1988，涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)[S].endprint