貴州大田河水電站壓力鋼管伸縮節破損漏水原因分析

陳美春

（大唐桂冠山東電力投資有限公司 山東 煙臺 264003）

貴州大田河水電站壓力鋼管伸縮節破損漏水原因分析

陳美春

（大唐桂冠山東電力投資有限公司 山東 煙臺 264003）

波紋管式鋼管伸縮節是薄殼柔性結構，在壓力鋼管管線中承擔因內水壓力的波動和環境溫度發生變化時鋼管產生線膨脹量的補償裝置，其軸向受力狀態與環境溫度最佳匹配的控制是伸縮節安裝質量的關鍵項目。為準確控制伸縮節安裝時的長度，伸縮節與鋼管連接處應設置鋼管湊合節，待鋼管鎮墩澆筑完成后，利用伸縮節固定螺桿按照環境溫度精確調整伸縮節的長度后再焊接湊合節才能確保伸縮節的安裝質量。

鋼管伸縮節；鋼管湊合節；環境溫度；安裝質量

1 基本情況

貴州大田河水電站一級落生電站以“一管兩機”形式引水發電。壓力鋼管管線總里程811.636m，直徑3.0m，其中明管段長594.754m。管線中設計布置有6個波紋補償器（伸縮節、7個固定點和64組滑動支撐環。

壓力鋼管于2005年底完成安裝并通過質量驗收，2006年3 月28日正式充水，電站進入試生產期后尚未進行動水關閉球閥和雙機甩負荷試驗。2007年2月19日，電站水庫上游來水量不足，機組停機處備用狀態。2007年2月20日上午，電站機組停機處備用狀態下壓力鋼管2#、3#伸縮節出現開裂漏水。3月12日對引水系統實施排水作業時，5#伸縮節也相繼出現了漏水情況。

鋼管伸縮節系貴州省水力勘測設計院設計，南京晨光東螺波紋管有限公司制造，中水九局大田河工程項目部安裝。

伸縮節有關設計參數：

出廠長度：2100mm/15℃（含伸縮節前后連接短管長度）；

波紋管材料：304#不銹鋼；

工作環境溫度：-5～60℃；

最大溫升收縮量：≤70mm（壓縮量）；

最大溫降膨脹量：≤35mm（伸長量）。

2 現場檢查情況

2.1 外觀檢查

為了解伸縮節的損壞情況，去除漏水伸縮節波紋管的保護罩后做了進一步檢查，可見2#伸縮節波紋補償器上加強套環的連接板從母材中間斷裂，連接板尺寸：420mm×60mm×15mm（長× 寬×厚），波紋補償器上部及左側已部分膨脹變形，變形部位的不銹鋼板與鋼管連接處呈開裂外翻狀；3#、5#伸縮節外觀未見破損，3#伸縮節的上部及兩側、5#伸縮節的左側及右下側有漏水痕跡。

2.2 長度檢查

鋼管排空后伸縮節的長度隨著環境溫度變化而變化。管線長度變化范圍與鋼材的線膨脹系數的計算值相同。全部受損伸縮節的長度均大于安裝時的長度，其軸向受力狀態已不滿足設計和安裝使用說明書的要求。

（1）鋼管充水檢查情況，如表1。

表1 壓力鋼管充水后伸縮節長度測量記錄表（單位：mm）

（2）鋼管排空時測量伸縮節長度記錄（環境溫度15℃）：

2#伸縮節L=2115mm，與設計值相比長15mm（拉伸量）。

3#伸縮節L=2120mm，與設計值相比長20mm（拉伸量）。

5#伸縮節L=2120mm，與設計值相比長20mm（拉伸量）。

2.3 過水檢查

伸縮節更換修復前壓力鋼管實施排水放空時，可見2#、3#伸縮節漏水部位主要集中在上部，漏水呈噴射狀。5#伸縮節漏水方位主要表現在左側中心線和右側偏下45°的局部位置，漏水表現是滲漏狀。

2.4 割去波紋管導流筒檢查

2#、3#伸縮節拆除后拉出了管槽，割去導流筒后波紋管全部外露，可見伸縮節漏水點對應部位的波紋管不銹鋼板母材與鋼管連接焊縫邊緣已斷裂。2#伸縮節破損斷裂的部位大部分已與鋼管分離和翻卷。5#伸縮節在修復過程中，南京晨光廠技術人員退出導流筒后對伸縮節焊縫進行了著色檢查，發現波紋管焊縫上有6個焊接缺陷點。其缺陷性質是焊縫邊緣有未完全熔合和咬邊情況，現已進行修補并對全部焊縫作了加強性焊接處理，參見圖1。

3 伸縮節質量情況

3.1 制造質量

伸縮節制造過程，焊縫經過外觀和無損探傷檢查，整體經過1.5倍（設計值）/10min的水壓試驗后又進行了1.0倍（設計值）/10min的氣密檢查合格。出廠時，為防止運輸過程中伸縮節的波紋管部分受到外來力量的傷害，按照設計（環境溫度15℃時的）長度（L=2100mm）調整好后，在波紋管保護罩外兩側焊接有固定耳板用16根M30×1000的雙頭螺桿緊固固定。

圖1

3.2 設計質量

設計院壓力鋼管主設人員看過伸縮節漏水現場，并復核了伸縮節設計數據沒有錯誤。

3.3 安裝質量

壓力鋼管安裝過程是根據的土建施工進度，分三個作業點同時作業。2005年4月19日開始鋼管首裝節（69#管節）安裝后，繼續向上游方向安裝至1#鎮墩，另一條線是5月18日吊裝岔管，以岔管為基準安裝了支管后再向上游方向安裝至首裝節，用湊合節68#管連接；第三安裝段是調壓井至1#鎮墩的埋管，由洞內向外安裝至1#鎮墩處由湊合節連接。

4 伸縮節漏水原因分析

在現場觀察發現：壓力鋼管僅在首裝節（69#管節）與最后安裝段之間以及調壓井洞室內埋管段安裝至1#鎮墩處有湊合節，其它兩鎮墩之間均沒有設計湊合節。筆者認為：以上問題正是設計忽視了鋼管和伸縮節的安裝環境溫度并非是在固定的15℃，安裝時鋼管受環境溫度影響，其長度應根據環境溫度的變化進行調整。鋼管在不確定的環境溫度下安裝完成后松開伸縮節的固定螺桿，伸縮節的長度與環境溫度是不匹配的。2007年5月10日對落生電站1～6#鋼管伸縮節的長度進行了測量并對其受力狀況進行分析（見表2）。

從表2的數據中，可以判斷出2#、3#混凝土鎮墩澆筑時間的正值夏季，壓力鋼管溫度遠遠超過了15℃，即使是夜間溫度也有30℃左右。按照落生電站鋼管鎮墩間距100m左右布置和鋼管溫度較設計安裝溫度高出15℃計算，即鋼管安裝時因溫度高應伸長18mm。伸縮節的安裝長度在不同環境溫度下只能始終保持在15℃時的設置，當鋼管安裝完成松開伸縮節固定螺桿，鋼管充水后勢必鋼管溫度接近水溫（約15℃）遠低于安裝時的溫度，鋼管長度就會收縮，其收縮量是作用于伸縮節在軸向上的拉伸。伸縮節在溫差的作用下再次拉伸時其拉伸值疊加后就超出了伸縮節的最大設計拉伸量（35mm）。

5 結論

鋼管和伸縮節的安裝部位溫差變化大且管線較長，明管段受自然光的輻射及熱量的傳導、對流及散熱條件影響大，隨著環境溫度變化產生的變形量是一個不可忽視的問題。為了準確控制伸縮節安裝時的長度，伸縮節與鋼管連接處應設置鋼管湊合節，待鋼管鎮墩澆筑完成后，利用伸縮節固定螺桿按照環境溫度精確調整伸縮節的長度后再焊接湊合節才能確保伸縮節的安裝質量。

表2 落生電站伸縮節長度（軸向受力）分析表

TV732.4+1

A

1673-0038（2015）37-0303-02

2015-8-25

陳美春（1985-），男，江西萍鄉人，助理工程師，大專，從事電力工程工作。