獅子坪水電站壓力鋼管岔管水壓試驗

肖 兵， 代川平

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，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，由上平段、上斜段、中平段、下斜段、下平段組成，圓形斷面，主管內徑為3.9 m，壓力管道主管長 511.87 m。

主管末端設置了兩個月牙肋岔管，材質為WDB620高強鋼，設計壓力為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，主管內徑3.4 m，支管內徑為2.89 m及1.986 m，岔管公切球半徑 RT=1.965 m，鈍角區的折角為10°。2#岔管為“卜”形，管角 50°，管壁厚36 mm，肋板壁厚70 mm，主管內徑為2.894 m，支管內徑1.99 m，岔管公切球半徑 RT=1.742 m，鈍角區的折角為10°。

2 水壓試驗的目的

(1)岔管水壓試驗以超載內壓暴露結構缺陷、檢驗結構整體安全度，為岔管的長期安全運行提供可靠保證。

(2)通過水壓試驗，可以削減焊接殘余應力及不連續部位的峰值應力。

(3)通過水壓試驗，在緩慢加載條件下，缺陷尖端發生塑性變形，進而使缺陷尖端鈍化，卸載后產生預壓應力。

3 水壓試驗的基本原則

水壓試驗嚴格按照《水電站壓力鋼管設計規范》DL/T5141－2001、《壓力鋼管制造安裝及驗收規范》DL5017－93等相關規程規范實施。

4 水壓試驗前的準備工作

(1)岔管的主管及支管端頭均應設置連接段鋼管;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收規范》DL5017－93進行。

(2)岔管、連接鋼管防腐處理完畢并驗收合格，清除管內的污物。

(3)岔管的主管和兩個支管連接鋼管未端并設置悶頭。

(4)在三個連接鋼管上設置壓力表(精度1.5級，量程為試驗壓力值的1.5～2倍);在主管的連接鋼管上，試件最高處設置一個補排氣管(配有10 MPa的高壓補氣閥)、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置逆止閥，逆止閥前后各設置一個壓力表(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，試件最低處設置一個排水管(配置10 MPa的高壓排水閥);岔管水壓試驗的觀測設備及應力應變測試裝置安裝和調試完畢并初步驗收合格。

為滿足水壓試驗要求，在連接段鋼管上的開孔應距離主要焊縫小于300 mm。

(5)岔管水壓試驗的支撐結構安裝完畢并通過驗收，滿足支撐岔管水壓試驗的結構要求，并要求其盡可能地減少對岔管位移的約束;應適當傾斜岔管，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、焊接質量符合要求。

(7)岔管各部位及監測設備、壓力表均應安排專人監視、記錄，并配置照明設施。

5 水壓試驗程序

5.1 充 水

(1)記錄試驗當天的氣溫、濕度、風向、風力等，水壓試驗宜在氣溫10℃以上的環境進行。

(2)記錄各觀測設備、壓力表的讀數。

(3)開啟排氣閥，關閉排水閥。

(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，關閉高壓水泵，然后關閉排氣閥。

(5)1 h后，記錄各監測設備、壓力表讀數;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構有無變形或位移等異常情況并記錄。

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

5.2 水壓試驗

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

水壓試驗通過高壓水泵向岔管泵水加壓進行。高壓水泵加壓、減壓應緩慢、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、減壓操作前應記錄各監測設備、壓力表讀數;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構有無變形或位移等異常情況并記錄;當高壓水泵加壓達到最大壓力后，在減壓前的60 min穩定時間里應當用0.5～1 kg的小錘在焊縫兩側各15～20 cm處輕輕敲擊，并且每20 min進行一次觀測數據記錄。如出現滲漏等異常情況，應將管內的水壓緩慢降至自然狀態，然后開啟排氣閥、排水閥，將岔管內的水體排空后進行處理;如無異常情況，可進入下一步工作。

第一階段:最大采用4.6 MPa壓力進行水壓試驗。

岔管正常運行時承受的最大內水壓力為4.6 MPa，第一階段最大采用4.6 MPa進行水壓試驗。

第二階段:最大采用5.8 MPa壓力進行水壓試驗。

岔管的設計壓力為5.16 MPa，第二階段最大采用5.8 MPa的壓力進行水壓試驗，約為正常運行水頭的1.26倍、設計水頭的1.12倍。

6 結語

水壓試驗是對岔管設計和施工質量的總體檢驗，計算參數和成果、部件設計、選型、材料選擇及施工焊接工藝等均在檢驗之列，是保證電站安全的重要依據。水電站壓力鋼管岔管體形復雜，相應的應力計算和制作也比較復雜，為確保水電站運行安全，特別是高水頭機組電站，避免其在安裝后出現質量問題而較難處理，建議在岔管制作安裝完成后現場進行水壓試驗。試驗過程中，因鋼管結構塑性變形需要發展的時間，緩慢加載有利于缺陷尖端塑性發展，待其達到設計壓力后需要分級穩壓加載，一旦出現問題，可及時進行補救。