基于安全評估的電站壓力鋼管二次防腐應用實踐研究

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。本文結合實際工程應用案例提出基于安全檢測評估技術的二次防腐實施創新新模式，有利于減少防腐施工費用和停機次數。

關鍵詞：壓力鋼管 安全評估 二次防腐

中圖分類號：TV732 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0026-02

壓力鋼管是電站極其重要的一個部件，壓力鋼管是由水庫、壓力前池和調壓室向水輪機輸送水量的水管，一般為有壓狀態。其特點是集中大部分或全部的水頭，另外坡度較陡，內水壓力大，還承受動水壓力沖擊。發電引水鋼管的結構型式可分為：明管、地下埋管、壩內埋管、壩后背管、其他管型（如回填管）[1]。壓力鋼管在設計、制造、安裝、運行不同時期存在不同的缺陷。運行期間防腐不到位、失穩、膨脹受阻等諸多因素，只有采取全面安全檢測評估、科學管理才能確保管道的安全運行。

1 工程應用模式實施情況及分析

云南某二級電站裝機容量2×2000kW，水頭118m，流量2.14m3/s。1991年兩臺機投產。單管雙機，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Q235。自投產以來管道未進行安全檢測和有效防腐，期間僅靠人工簡單除銹防腐。現場勘查發現，管道防腐層大面積脫落，管壁存在大量氧化皮。

1.1 基于安全檢測評估技術的應用

1.1.1 外觀檢查與銹蝕量檢測

（1）整體形態較好，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象；

（2）明管段橋洞下方管節存在大范圍腐蝕，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，標準差為0.45，平均銹蝕速率為0.021mm/a。

1.1.2 材料檢測

管道圖紙材質為A3鋼。材料化學成分分析、硬度檢測結果與設計材質一致。

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縫和縱縫以及伸縮節焊縫，按照文獻[3]執行。共計檢測Ⅰ類焊縫70m，檢測比例29%；Ⅱ類焊縫98m，檢測比例16%。壓力鋼管焊焊縫存在2處制造安裝缺陷，缺陷性質為未焊透。所有受檢焊縫均未發現裂紋缺陷。

1.1.4 壓力鋼管應力檢測

鋼管靜應力檢測的測點布置在鋼管與廠房側靠近鎮墩段鋼管中部、加勁環附近，共布置4個三向測點。結構應力檢測采用電阻應變計、動靜態信號測試分析系統。靜應力檢測荷載為作用于鋼管的靜水壓力。檢測時，壓力鋼管充滿水，靜水頭為118m。動應力檢測荷載為作用于鋼管的靜水壓力和水錘壓力，水錘壓力2臺機組同時甩75%額定負荷。

通過動、靜應力實測結果可知，鋼管的整體膜應力區實測值相對較大，局部應力區的實測值相對較小。在實際水頭下，鋼管最大環向應力、最大折算應力分別為75.9MPa、68.2MPa，機組甩3000kW負荷時，鋼管最大環向應力為83.8MPa，最大折算應力為75.1MPa；依據《水電站壓力鋼管設計規范》（DL/T 5141）的承載能力極限狀態設計原則可知：鋼管的整體膜應力區、局部應力區的抗力限值分別為134.4MPa、165.4MPa；在實測水位下，鋼管最大折算應力值均小于抗力限值。

1.1.5 壓力鋼管有限元計算與分析

壓力鋼管是一種典型的空間薄壁結構體系。根據結構形式和受力特點，將鋼管離散為板殼單元。據此所建立鋼管結構有限元計算模型，計算模型節點總數為62850個，單元總數為31219個。管承擔水壓力荷載的下側部分為固定約束。工況一：靜應力鋼管作用總水頭118m。工況二：機組甩最大負荷時，考慮水錘影響的鋼管最大作用水頭156.4m。根據明管段鋼管有限元計算所得到的應力云圖，可計算出對應于測點位置的應力值。

實測結果與計算結果表明：鋼管實測應力與計算應力差異相對較小，實測與計算方法二者互為驗證，表明檢測成果和計算成果是可信的。

1.1.6 壓力鋼管振動檢測與分析

在全廠25%、50%、70%負荷三個工況下測量。在各穩定負荷工況下，電站壓力鋼管振動幅值在50um以內，振動幅度較小，振動頻率較小，無明顯有害影響。

1.2 安全檢測評估結論

該電站壓力鋼管整體外觀形態較好，無明顯移位、變形和損傷；連接部位完好、連接牢靠，未見異常；橋洞下管道存在嚴重腐蝕，最大腐蝕坑深度1～2mm；其余管道未見明顯腐蝕，未發現裂紋缺陷；下伸縮節法蘭處存在滲漏。在實測水位下，壓力鋼管明管段的實測與計算最大應力值均小于抗力限值。綜合分析檢測與復核計算成果，其安全等級評定為“安全”可繼續使用。

1.3 基于評估結果防腐工藝及過程控制

1.3.1 防腐工藝設計

根據對電站現場勘查、水質底質分析結合電站氣候環境設計防腐工藝，工藝擇涂料防腐，即環氧富鋅底漆為底層、環氧云鐵中間漆為中間層、面漆采用無溶劑超強耐磨環氧漆的配套防腐方案如表1。

1.3.2 過程控制及質量檢測

施工過程控制，嚴格按照方案及相關標準進行過程控制和檢測[4]，表面處理：控制好噴槍壓力、磨料粒度、除銹等級達Sa2.5，表面粗糙度Ry-60～90μm、清潔度無灰塵污染、空氣溫濕度、涂裝時機、督檢查及過程控制，重點檢查表面除銹級別[5]、涂裝前表面清潔度、空氣濕度、涂料涂裝時間、涂層配比及涂層厚度等指標。認真做好過程記錄。

2 結語

通過二次防腐結合安全檢測同時進行工程實踐，有利于降低實施成本、檢測更全面、減少停機時間、從而降低發電量損失，可作為創新型二次防腐施工模式進行推廣。

參考文獻

[1] NB/T 35056—2015，水電站壓力鋼管設計規范[Z].

[2] DL/T709—1999，壓力鋼管安全檢測技術規程[Z].

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

[4] SL105-95，水工金屬結構防腐規范[Z].

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