鄧智勇，黃成林

(中國(guó)水利水電第十工程局機(jī)電安裝分局，四川 都江堰，611830)

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南椰Ⅱ水電站岔管水壓試驗(yàn)分析

鄧智勇，黃成林

(中國(guó)水利水電第十工程局機(jī)電安裝分局，四川 都江堰，611830)

本文主要對(duì)岔管水壓試驗(yàn)封頭的設(shè)計(jì)、參數(shù)確定、強(qiáng)度計(jì)算、水壓試驗(yàn)操作程序、封頭的拆除等進(jìn)行了詳細(xì)闡述，最后，提出了岔管水壓實(shí)驗(yàn)的安全技術(shù)措施。

岔管 水壓試驗(yàn) 封頭設(shè)計(jì) 南椰Ⅱ水電站

1 概述

南椰Ⅱ(NamNgiepⅡ)水電站位于老撾川壙省(Xieng Khouang)查爾(Jars)平原的東南部，廠址距勐昆縣(MuangKham)公路里程約32km，距豐沙灣(Phonsavan)公路里程約64km，距首都萬(wàn)象(經(jīng)豐沙灣)公路里程約474km。

南椰Ⅱ水電站壓力鋼管主管長(zhǎng)1202.879m，內(nèi)徑3.8m～3.4m，采用“四平三斜”的布置方案。主管分為1#主岔管、2#支岔管，2#支岔管又分為1#、2#、3#支管。岔管結(jié)構(gòu)形式為非對(duì)稱Y形月牙肋岔管。1#岔管為主岔管，公切球直徑為φ3400mm，進(jìn)口內(nèi)徑φ3000mm，出口內(nèi)徑分別為φ2500mm、φ1800mm，總重40.855t，最大壁厚58mm。2#岔管為支岔管，公切球直徑為φ3000mm，進(jìn)口內(nèi)徑φ2500mm，出口內(nèi)徑分別為φ1800mm、φ1800mm，重25.493t，最大壁厚50mm。1#、2#岔管的材質(zhì)均為610MPa級(jí)高強(qiáng)鋼WDB620。岔管設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力為6.5MPa，水壓試驗(yàn)最大壓力為8.0MPa。

岔管水壓試驗(yàn)?zāi)康?，一是檢驗(yàn)施工質(zhì)量，尤其是焊縫施工質(zhì)量；二是通過(guò)采用較高內(nèi)水壓力值的水壓試驗(yàn)，部分消除岔管加工產(chǎn)生的附加應(yīng)力及焊接殘余應(yīng)力。

2 水壓試驗(yàn)方案

岔管的水壓試驗(yàn)在安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，采用1#、2#岔管安裝后聯(lián)合一次試壓方案。安裝后的支岔管應(yīng)可靠加固，且加固方式不應(yīng)強(qiáng)制約束水壓試驗(yàn)中試驗(yàn)體的變形。

2.1 水壓試驗(yàn)岔管封頭設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加工能力及老撾項(xiàng)目經(jīng)理部已有的兩個(gè)封頭，結(jié)合岔管結(jié)構(gòu)要求，此次水壓試驗(yàn)共需要制作4個(gè)封頭。主管1#封頭、支管2#采用變錐角平板封頭，支管3#、4#封頭采用已有的橢圓封頭加變錐段。

考慮到制造工藝的情況，錐頂分別為d1=520mm、d2=520mm、d3=520mm設(shè)計(jì)成平面堵頭。

封頭錐體材質(zhì)與岔管材質(zhì)相同，為WDB620高強(qiáng)鋼，已有的兩個(gè)橢圓形封頭材質(zhì)為Q345R容器板。

鋼板的允許應(yīng)力[σx]≤0.67σeL，其中σeL為鋼材屈服極限。

對(duì)于WDB620高強(qiáng)鋼：σeL=490MPa

[σx]≤0.67σeL=0.67×490MPa=328MPa

對(duì)于Q345R鋼板：σeL=305MPa(δ=26～36)

[σx]≤0.67σeL=0.67×305MPa=204MPa

打壓試驗(yàn)最大壓力：P=8.0MPa

焊縫折減系數(shù):n=0.9

強(qiáng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):σ≤[σx]

各封頭結(jié)構(gòu)參數(shù)及計(jì)算應(yīng)力σ見(jiàn)表1所示。

表1 封頭結(jié)構(gòu)參數(shù)和強(qiáng)度計(jì)算成果

根據(jù)表1強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果，1#、2#、3#、4#封頭的所有計(jì)算應(yīng)力均小于允許應(yīng)力[σ]，以上封頭滿足本次水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度要求。

2.2 封頭裝焊

2.2.1 封頭裝焊施工流程

岔管主管進(jìn)水口φ3000mm的1#封頭裝焊→排氣管等附件裝焊→岔管2#支管出水口φ1800mm的3#封頭裝焊→岔管3#支管出水口φ1800mm的4#封頭裝焊→進(jìn)水管、排水管等附件裝焊→管內(nèi)排架、工裝、壓碼等拆除→岔管1#支管出水口φ1800mm的2#封頭裝焊→外壁對(duì)水壓試驗(yàn)有強(qiáng)制約束的工裝拆除。

2.2.2 封頭及附件裝焊技術(shù)要求

(1)封頭焊縫為一類縫，焊接及無(wú)損檢測(cè)要求同其它一類焊縫；

(2)環(huán)縫組對(duì)錯(cuò)牙≤10%板厚；

(3)焊縫坡口：1#、3#、4#封頭坡口形式與相鄰管口匹配。2#封頭采用25°單V型不留鈍邊坡口(相鄰管口與之匹配)；

(4)焊縫組對(duì)間隙：1#、3#、4#封頭焊縫組對(duì)間隙1mm～4mm；2#封頭為保證帶墊板的焊縫根部焊透(內(nèi)壁墊板采用通長(zhǎng)3×30mm扁鐵，點(diǎn)焊于管壁一側(cè))，焊縫組對(duì)間隙可控制在4mm～6mm，且打底焊必須采用φ3.2mm焊條；

(5)工裝、壓碼等臨時(shí)構(gòu)件應(yīng)采用碳弧氣刨或火焰切割法拆除，嚴(yán)禁用捶擊法拆除。水壓試驗(yàn)體內(nèi)、外壁焊疤、凹坑、劃痕等缺欠應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)打磨處理；

(6)閥件安裝前應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)。壓力表量程為試驗(yàn)壓力的1.5～2倍，并經(jīng)法定部門(mén)檢定合格且在有效期內(nèi)。接管采用開(kāi)孔插入式裝焊，焊腳高為2倍管壁厚度；

(7)排氣管應(yīng)頂在岔管內(nèi)壁的最高處，與內(nèi)壁間隙約為1mm，外端管口面應(yīng)高于岔管的最高平面，保證在水壓試驗(yàn)前排盡岔管內(nèi)的空氣。

2.3 水壓試驗(yàn)要求

(1)試壓時(shí)水溫在5℃以上；

(2)設(shè)計(jì)工作壓力6.5MPa，設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力8.0MPa；

(3)水壓試驗(yàn)壓力值根據(jù)《南椰Ⅱ水電站鋼岔管水壓試驗(yàn)技術(shù)要求》確定，水壓試驗(yàn)最大壓力8.0MPa，按以下五級(jí)壓力值進(jìn)行：一級(jí)壓力值P1=2.0MPa；二級(jí)壓力值P2=4.0MPa；三級(jí)壓力值P3=6.0MPa；四級(jí)壓力值P4=7.0MPa；五級(jí)壓力值P5=8.0MPa；

(4)在水壓試驗(yàn)中，嚴(yán)禁呼吸閥關(guān)閉情況下進(jìn)行充放水作業(yè)；

(5)充水作業(yè)采取緩慢注水方式，注水流量控制在20m3/h為宜；

(6)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有水源管及排水通道；

(7)水壓試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題需要處理時(shí)，應(yīng)先查清問(wèn)題部位并標(biāo)識(shí)，根據(jù)問(wèn)題性質(zhì)擬定處理方法。問(wèn)題處理需要碳弧氣刨、焊接作業(yè)的，應(yīng)將試驗(yàn)體內(nèi)水排空方可進(jìn)行。

2.4 水壓試驗(yàn)布置

1#、2#岔管及相應(yīng)支管安裝、焊接完畢并檢驗(yàn)合格后，分別于1#岔管主管端及1#、2#各支管端口安裝封頭。封頭安裝焊接完畢，經(jīng)檢驗(yàn)合格后裝上進(jìn)排水管、排氣閥門(mén)及壓力表、升壓泵等試壓設(shè)施，并經(jīng)檢查無(wú)誤后即可打開(kāi)進(jìn)水閥門(mén)向岔管內(nèi)充水，同時(shí)打開(kāi)排氣閥，以便在充水過(guò)程中將管內(nèi)空氣排出。水充至排氣管溢水為止。岔管充水完成，關(guān)閉進(jìn)水和排氣閥門(mén)，檢查各壓力表指示壓力是否與水位高差相符。并對(duì)岔管各處焊縫及封頭、壓力表、各管路焊縫等進(jìn)行全面檢查，是否有滲漏現(xiàn)象，如有應(yīng)立即進(jìn)行處理。充水完畢，靜置30min以上，養(yǎng)護(hù)后方可加壓。

2.5 水壓試驗(yàn)加壓程序

2.5.1 水壓試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)分級(jí)逐步加載，緩慢增壓，加(減)壓速度控制為每min不高于0.05MPa。加壓速度不能過(guò)快，否則可能會(huì)使鋼管某些變形在一定壓力過(guò)程中出現(xiàn)突變，引起鋼管沖擊或振動(dòng)，壓力不平穩(wěn)。若加壓速度太慢，則可能會(huì)因某些焊縫或加壓泵的細(xì)小滲漏而使壓力加不上去。所以，加壓速度應(yīng)盡量控制在0.05MPa/min左右。

2.5.2 加壓達(dá)到P1=2.0MPa時(shí)停止，穩(wěn)壓10min后，對(duì)岔管進(jìn)行檢查和應(yīng)力測(cè)試。

2.5.3 在壓力P1=2.0MPa作用下，各方面正常時(shí)，允許繼續(xù)加壓至P2=4.0MPa，穩(wěn)壓10min后，對(duì)岔管進(jìn)行檢查和應(yīng)力測(cè)試。

2.5.4 在壓力P2=4.0MPa作用下各方面正常時(shí)，允許繼續(xù)加壓至P3=6.0MPa，穩(wěn)壓10min，對(duì)岔管進(jìn)行檢查和應(yīng)力測(cè)試。

2.5.5 在壓力P3=6.0MPa作用下各方面正常時(shí)，允許繼續(xù)加壓至P4=7.0MPa，并對(duì)岔管進(jìn)行檢查，觀察管內(nèi)壓力能否維持不變，用重0.5kg～1kg的木錘在各焊縫兩側(cè)15mm～20mm處輕輕敲擊管壁及焊縫，檢查焊縫情況，觀察壓力表指針計(jì)數(shù)且穩(wěn)壓30min后，對(duì)岔管進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。

2.5.6 在壓力P4=7.0MPa作用下各方面正常時(shí)，繼續(xù)加壓至最大壓力值P5=8.0MPa時(shí)，關(guān)閉加壓泵的進(jìn)水閥門(mén)，維持壓力30min后，壓力表指示的壓力值應(yīng)無(wú)變動(dòng)，對(duì)岔管進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。

2.5.7 在壓力P5=8.0MPa作用下各方面正常時(shí)，當(dāng)檢查及測(cè)試完成后，開(kāi)始逐級(jí)減壓，將加壓回降至P4=7.0MPa，穩(wěn)壓10min后，對(duì)岔管進(jìn)行詳細(xì)檢查及應(yīng)力測(cè)試。

2.5.8 接下來(lái)的降壓過(guò)程，各級(jí)段穩(wěn)壓10min，對(duì)岔管進(jìn)行檢查并進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。

2.5.9 當(dāng)岔管內(nèi)水壓力回降至與外界大氣壓一致時(shí)，打開(kāi)排氣閥門(mén)，此后才容許岔管往外排水。

2.6 降壓排水

岔管試驗(yàn)檢查完畢，即可降壓排水。將進(jìn)水管又作為排水管，將岔管內(nèi)試壓用的水從住房邊的水溝中排走。排水前應(yīng)先將排氣管閥門(mén)打開(kāi)，以便岔管排水時(shí)向管內(nèi)補(bǔ)充空氣，防止在放水過(guò)程中管內(nèi)產(chǎn)生真空，造成外壓失穩(wěn)事故。

2.7 封頭撤除

岔管內(nèi)的水放空之后，移開(kāi)加壓泵，卸下壓力表、閥門(mén)等試驗(yàn)設(shè)備，然后將封頭割掉。割除封頭時(shí)，將鋼管上封頭焊接時(shí)的熱影響區(qū)一起割除。全部封頭割除后，將殘留焊疤等打磨清除干凈，剩下的鋼管長(zhǎng)度能滿足施工圖尺寸的要求。若水壓試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有缺陷，則待管內(nèi)干燥后再行處理焊接。

表2 南椰Ⅱ水電站壓力鋼管岔管水壓試驗(yàn)器材一覽

2.8 水壓試驗(yàn)成果報(bào)告

水壓試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)編制《鋼岔管水壓試驗(yàn)成果報(bào)告》，其內(nèi)容包括：水壓試驗(yàn)措施、試驗(yàn)過(guò)程記錄、岔管的外觀情況及檢查情況、應(yīng)力測(cè)試成果及相應(yīng)分析。

3 水壓試驗(yàn)安全技術(shù)措施

(1)成立水壓試驗(yàn)組織機(jī)構(gòu)；

(2)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置警戒區(qū)，與試驗(yàn)無(wú)關(guān)的人員不得進(jìn)行入試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)；

(3)試驗(yàn)區(qū)配置滿足試驗(yàn)、檢查、問(wèn)題處理所需的照明；

(4)試驗(yàn)區(qū)搭設(shè)滿足作業(yè)、檢查、問(wèn)題處理的梯道及工作平臺(tái)；

(5)由專人負(fù)責(zé)統(tǒng)一指揮試驗(yàn)過(guò)程的操作、檢查、問(wèn)題處理及相關(guān)協(xié)調(diào)工作；

(6)升壓前必須確認(rèn)各試驗(yàn)附件安裝合格并檢查完畢，確保岔管內(nèi)空氣已經(jīng)排除干凈；

(7)試驗(yàn)升壓必須緩慢進(jìn)行，并不斷地進(jìn)行觀察；

(8)在升壓過(guò)程中，所有人員均必須遠(yuǎn)離試驗(yàn)岔管。在試驗(yàn)岔管與試壓泵之間必須設(shè)立隔離墩。每次升壓完必須等待5min～10min后，確認(rèn)岔管無(wú)異常時(shí)，觀測(cè)及檢查人員方可近前觀測(cè)和檢查。觀測(cè)、檢查完畢后，在全部遠(yuǎn)離試驗(yàn)岔管后，方可繼續(xù)升壓。

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