鄧智勇，黃成林

(中國水利水電第十工程局機電安裝分局，四川 都江堰，611830)

?

南椰Ⅱ水電站岔管水壓試驗分析

鄧智勇，黃成林

(中國水利水電第十工程局機電安裝分局，四川 都江堰，611830)

本文主要對岔管水壓試驗封頭的設(shè)計、參數(shù)確定、強度計算、水壓試驗操作程序、封頭的拆除等進行了詳細(xì)闡述，最后，提出了岔管水壓實驗的安全技術(shù)措施。

岔管 水壓試驗 封頭設(shè)計 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)形式為非對稱Y形月牙肋岔管。1#岔管為主岔管，公切球直徑為φ3400mm，進口內(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級高強鋼WDB620。岔管設(shè)計內(nèi)水壓力為6.5MPa，水壓試驗最大壓力為8.0MPa。

岔管水壓試驗?zāi)康模皇菣z驗施工質(zhì)量，尤其是焊縫施工質(zhì)量；二是通過采用較高內(nèi)水壓力值的水壓試驗，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 水壓試驗方案

岔管的水壓試驗在安裝現(xiàn)場進行，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)強制約束水壓試驗中試驗體的變形。

2.1 水壓試驗岔管封頭設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場實際加工能力及老撾項目經(jīng)理部已有的兩個封頭，結(jié)合岔管結(jié)構(gòu)要求，此次水壓試驗共需要制作4個封頭。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)計成平面堵頭。

封頭錐體材質(zhì)與岔管材質(zhì)相同，為WDB620高強鋼，已有的兩個橢圓形封頭材質(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。

對于WDB620高強鋼：σeL=490MPa

[σx]≤0.67σeL=0.67×490MPa=328MPa

對于Q345R鋼板：σeL=305MPa(δ=26～36)

[σx]≤0.67σeL=0.67×305MPa=204MPa

打壓試驗最大壓力：P=8.0MPa

焊縫折減系數(shù):n=0.9

強度檢驗標(biāo)準(zhǔn):σ≤[σx]

各封頭結(jié)構(gòu)參數(shù)及計算應(yīng)力σ見表1所示。

表1 封頭結(jié)構(gòu)參數(shù)和強度計算成果

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

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→外壁對水壓試驗有強制約束的工裝拆除。

2.2.2 封頭及附件裝焊技術(shù)要求

(1)封頭焊縫為一類縫，焊接及無損檢測要求同其它一類焊縫；

(2)環(huán)縫組對錯牙≤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)焊縫組對間隙：1#、3#、4#封頭焊縫組對間隙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3×30mm扁鐵，點焊于管壁一側(cè))，焊縫組對間隙可控制在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。水壓試驗體內(nèi)、外壁焊疤、凹坑、劃痕等缺欠應(yīng)進行修補打磨處理；

(6)閥件安裝前應(yīng)進行檢驗。壓力表量程為試驗壓力的1.5～2倍，并經(jīng)法定部門檢定合格且在有效期內(nèi)。接管采用開孔插入式裝焊，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，保證在水壓試驗前排盡岔管內(nèi)的空氣。

2.3 水壓試驗要求

(1)試壓時水溫在5℃以上；

(2)設(shè)計工作壓力6.5MPa，設(shè)計試驗壓力8.0MPa；

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

(4)在水壓試驗中，嚴(yán)禁呼吸閥關(guān)閉情況下進行充放水作業(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)場應(yīng)有水源管及排水通道；

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

2.4 水壓試驗布置

1#、2#岔管及相應(yīng)支管安裝、焊接完畢并檢驗合格后，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)檢驗合格后裝上進排水管、排氣閥門及壓力表、升壓泵等試壓設(shè)施，并經(jīng)檢查無誤后即可打開進水閥門向岔管內(nèi)充水，同時打開排氣閥，以便在充水過程中將管內(nèi)空氣排出。水充至排氣管溢水為止。岔管充水完成，關(guān)閉進水和排氣閥門，檢查各壓力表指示壓力是否與水位高差相符。并對岔管各處焊縫及封頭、壓力表、各管路焊縫等進行全面檢查，是否有滲漏現(xiàn)象，如有應(yīng)立即進行處理。充水完畢，靜置30min以上，養(yǎng)護后方可加壓。

2.5 水壓試驗加壓程序

2.5.1 水壓試驗過程中，應(yīng)分級逐步加載，緩慢增壓，加(減)壓速度控制為每min不高于0.05MPa。加壓速度不能過快，否則可能會使鋼管某些變形在一定壓力過程中出現(xiàn)突變，引起鋼管沖擊或振動，壓力不平穩(wěn)。若加壓速度太慢，則可能會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 加壓達到P1=2.0MPa時停止，穩(wěn)壓10min后，對岔管進行檢查和應(yīng)力測試。

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

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

2.5.5 在壓力P3=6.0MPa作用下各方面正常時，允許繼續(xù)加壓至P4=7.0MPa，并對岔管進行檢查，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，觀察壓力表指針計數(shù)且穩(wěn)壓30min后，對岔管進行應(yīng)力測試。

2.5.6 在壓力P4=7.0MPa作用下各方面正常時，繼續(xù)加壓至最大壓力值P5=8.0MPa時，關(guān)閉加壓泵的進水閥門，維持壓力30min后，壓力表指示的壓力值應(yīng)無變動，對岔管進行應(yīng)力測試。

2.5.7 在壓力P5=8.0MPa作用下各方面正常時，當(dāng)檢查及測試完成后，開始逐級減壓，將加壓回降至P4=7.0MPa，穩(wěn)壓10min后，對岔管進行詳細(xì)檢查及應(yīng)力測試。

2.5.8 接下來的降壓過程，各級段穩(wěn)壓10min，對岔管進行檢查并進行應(yīng)力測試。

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

2.6 降壓排水

岔管試驗檢查完畢，即可降壓排水。將進水管又作為排水管，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)先將排氣管閥門打開，以便岔管排水時向管內(nèi)補充空氣，防止在放水過程中管內(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，移開加壓泵，卸下壓力表、閥門等試驗設(shè)備，然后將封頭割掉。割除封頭時，將鋼管上封頭焊接時的熱影響區(qū)一起割除。全部封頭割除后，將殘留焊疤等打磨清除干凈，剩下的鋼管長度能滿足施工圖尺寸的要求。若水壓試驗中發(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器材一覽

2.8 水壓試驗成果報告

水壓試驗結(jié)束后，應(yīng)編制《鋼岔管水壓試驗成果報告》，其內(nèi)容包括：水壓試驗措施、試驗過程記錄、岔管的外觀情況及檢查情況、應(yīng)力測試成果及相應(yīng)分析。

3 水壓試驗安全技術(shù)措施

(1)成立水壓試驗組織機構(gòu)；

(2)試驗現(xiàn)場設(shè)置警戒區(qū)，與試驗無關(guān)的人員不得進行入試驗現(xiàn)場；

(3)試驗區(qū)配置滿足試驗、檢查、問題處理所需的照明；

(4)試驗區(qū)搭設(shè)滿足作業(yè)、檢查、問題處理的梯道及工作平臺；

(5)由專人負(fù)責(zé)統(tǒng)一指揮試驗過程的操作、檢查、問題處理及相關(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)試驗升壓必須緩慢進行，并不斷地進行觀察；

(8)在升壓過程中，所有人員均必須遠(yuǎn)離試驗岔管。在試驗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)岔管無異常時，觀測及檢查人員方可近前觀測和檢查。觀測、檢查完畢后，在全部遠(yuǎn)離試驗岔管后，方可繼續(xù)升壓。

■

TV732.43：TV131.1

A

2095-1809(2015)01-0005-03