老撾會蘭龐雅水電站鋼岔管水壓試驗(yàn)方案

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 鋼岔管概述

1.1 岔管的結(jié)構(gòu)型式及技術(shù)參數(shù)

老撾會蘭龐雅水電站引水隧洞采用一洞二機(jī)布置型式，引水系統(tǒng)經(jīng)上平洞低壓引水隧洞-調(diào)壓井-明管-豎井-下平洞高壓引水隧洞-岔管、支管段與蝸殼進(jìn)口球閥相接。電站最高水位824m，裝機(jī)中心線高程206.14m，鋼管最大設(shè)計水頭617.9m(不含水錘水頭)。

岔管的結(jié)構(gòu)型式為“Y”形，由岔管主錐管、岔管支錐管、月牙肋組成。岔管結(jié)構(gòu)見圖1。

岔管選用Rm≥610N/mm2級容器用高強(qiáng)鋼WDB620，主管及支管壁厚為48mm，月牙肋板厚為108mm。主管及支管斷面為圓錐，主錐管小錐口內(nèi)壁直徑為2000mm，大錐口內(nèi)壁直徑最大處約為2243mm，主錐管整體重量為1.93t。支錐管與主錐管對稱布置，支錐管中心線夾角為60°，兩個支錐管外壁夾角為90°。支錐管小錐口內(nèi)壁直徑為1400mm，支錐管單重2.63t，兩個總重為5.27t。月牙肋內(nèi)弧線為拋物線，外弧線為橢圓，板厚為108mm月牙肋重量為1.5t。岔管總重8.7t，岔管最大外形尺寸為2.85m(長)×3.13m(寬)×2.70m(高)。

圖1 岔管結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，岔管在制造車間進(jìn)行下料、預(yù)彎卷制、單節(jié)組圓、縱縫焊接、單節(jié)管調(diào)圓、組裝、焊接、無損檢測和涂裝等工作，水壓試驗(yàn)合格后整體運(yùn)輸至安裝部位。

1.2 岔管材料

岔管選用的鋼板為河南舞陽鋼鐵股份有限責(zé)任公司生產(chǎn)的610N/mm2級容器用高強(qiáng)鋼WDB620，其機(jī)械性能及化學(xué)成分見表1和表2。

表1 WDB620機(jī)械性能參數(shù)

牌號交貨狀態(tài)拉伸試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)冷彎試驗(yàn)RmNmm2RelNmm2A%試驗(yàn)溫度Akv平均值J180°WDB620淬火+回火620～780≥490≥17-20℃≥47D=3a

表2 WDB620化學(xué)成分

牌號化學(xué)成分 %CSiMPSCrNiMoV其他WDB620≤0 090 15～0 41 0～1 6≤0 025≤0 010≤0 6≤0 5≤0 3≤0 02～0 08B≤0 003

2 岔管制造

2.1 岔管制造工藝流程

岔管加工工藝流程見圖2所示。

圖2 岔管加工工藝流程

2.2 岔管焊接

2.2.1 焊接方法。根據(jù)現(xiàn)場情況，岔管縱縫采用埋弧自動焊接工藝，環(huán)縫拼裝及月牙肋角焊縫焊接采用手工焊條電弧焊。岔管及二條支管的制造、安裝焊縫，均按一類焊縫要求進(jìn)行無損檢測。

2.2.2 焊接材料。岔管采用手工焊條電弧焊和埋弧自動焊相結(jié)合的方式。手工焊條電弧焊選用超低氫鈉焊條CHE62CFLHR(E6015-G)，采用直流反接，可進(jìn)行全位置焊接?？v縫焊接采用埋弧自動焊焊接，焊絲選用CHW-S7(HMn2MoA)焊絲和CHF101氟堿型焊劑。

3 水壓試驗(yàn)工藝設(shè)計

3.1 焊接要求

岔管在生產(chǎn)車間做整體水壓試驗(yàn)，充水量約20m3，為保證打壓安全，岔管及二條支管段所有管節(jié)的制造、安裝焊縫均按一類焊縫要求進(jìn)行無損檢測。

3.2 試驗(yàn)壓力

試驗(yàn)水壓Pc=7.73MPa(老撾會蘭龐雅水電站最大設(shè)計水頭617.9m，依公式P=ρgh算出，即工作水壓為6.18MPa，水壓試驗(yàn)壓力取工作壓力的1.25倍，即7.73MPa)。

3.3 悶頭設(shè)計

3.3.1 二個支管的末端焊接悶頭，悶頭(EHA)規(guī)格：d外=1304mm，共需2個。主錐管上焊接悶頭，悶頭(EHA)規(guī)格：d外=2024mm，只需1個。在過渡段上焊接進(jìn)、排水管，進(jìn)、排氣管和壓力表等。

3.3.2 悶頭的組裝焊接順序。首先分別組裝焊接2個支管末端的悶頭及排水管，然后組裝焊接岔管主錐管上的悶頭及進(jìn)氣排氣管、進(jìn)水排水管、壓力表等。環(huán)縫均采取雙面焊接成型，坡口形式對稱X60°，環(huán)縫均進(jìn)行100%超聲波探傷。

3.3.3 橢圓形悶頭設(shè)計計算

圖3 岔管主錐管示意

圖4 岔管支錐管示意

(1)基本參數(shù)

①岔管主錐管進(jìn)水口內(nèi)徑Di=1924mm；

②選岔管支錐管出水口內(nèi)徑，若選Di=1200mm；

③試驗(yàn)水壓Pc=7.73MPa(老撾會蘭龐雅水電站最大設(shè)計水頭617.9m，依公式P=ρgh算出即工作水壓為6.18MPa，水壓試驗(yàn)壓力取工作壓力的1.25倍，即7.73MPa。)；

④封頭材料選Q345R；

⑤[σ]t=157MPa(依規(guī)范GB150-1998取Q345R的許用應(yīng)力[σ]t=157MPa)。

(2)標(biāo)準(zhǔn)封頭厚度計算

其中，δ為封頭板厚(mm)；[σ]t為材料的許用應(yīng)力值(MPa)；φ為焊縫系數(shù)，一般取1即可；Di為封頭內(nèi)徑(mm)；Pc為試驗(yàn)最大水壓(MPa)。

經(jīng)計算，岔管主錐管進(jìn)水口大封頭板厚為47.96mm，取值δ=50mm，以減少封頭制作產(chǎn)生的負(fù)偏差。

岔管支錐管出水口小封頭板厚為32.31mm，悶頭厚度與支錐管壁厚(t=48mm)相差較大。封頭內(nèi)徑取值Di=1304mm，把Di=1304mm代入公式算出封頭板厚為32.5mm，封頭厚度取值δ=40mm，以減少悶頭與支錐管的壁厚差。(注：采用GB150-1998中的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材質(zhì)選Q345R(正火或熱軋)。其中，大封頭內(nèi)徑1924mm，壁厚50mm，數(shù)量1個；小封頭內(nèi)徑1304mm，壁厚40mm，數(shù)量2個。)此厚度滿足實(shí)驗(yàn)要求。

(3)其余尺寸計算

選用長短軸比值為2的標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭即滿足要求。

其中，Di為封頭內(nèi)徑(mm)；H為以內(nèi)徑為基準(zhǔn)橢圓型封頭總深度(mm)；h為封頭直邊高度(mm)。

封頭直邊高度可以取值h=50mm，并依該公式算出各封頭總深度H。

(4)封頭的數(shù)據(jù)確定

主錐管進(jìn)水口封頭的數(shù)據(jù)：封頭板厚δ=50mm；封頭內(nèi)徑Di=1924mm；直邊高度h=50mm；封頭總深度H=531mm。

支錐管出水口封頭的數(shù)據(jù)：封頭板厚δ=40mm；封頭內(nèi)徑Di=1304mm；直邊高度h=50mm；封頭總深度H=376mm。

3.4 供、排水

將水壓試驗(yàn)進(jìn)水管與生活區(qū)蓄水池水管相連，便可對岔管進(jìn)行充水。加壓時，試壓泵的進(jìn)水管與生活區(qū)蓄水池水管相連供水。

水壓試驗(yàn)結(jié)束后，將岔管底部的排水管與橡膠水管相連引到車間外側(cè)排水溝，排放至河流。

4 水壓設(shè)備布置

水壓試驗(yàn)所需設(shè)備及材料：電動試壓泵(4DSB-57/16A)1臺，壓力表(10MPa)3個，溫、濕度計1個，球閥(10MPa)3個，百分表3個，高壓軟管2根各1m，活接頭若干，無縫鋼管30m。

水壓試驗(yàn)設(shè)備布置：在支管末端悶頭底部安裝1個φ20mm的排水管和球閥，在支管悶頭的頂部安裝一塊壓力表，作為試驗(yàn)壓力的輔助觀察點(diǎn)。岔管上游端悶頭底部安裝1個φ25mm的排水管和球閥，腰部安裝試壓泵φ20mm進(jìn)水管和球閥，頂部安裝φ20mm排氣進(jìn)氣管和球閥及一塊壓力表，此壓力表作為試驗(yàn)壓力的主觀察點(diǎn)。百分表主要分布在岔管及其肋板上，用于測量水壓試驗(yàn)時結(jié)構(gòu)發(fā)生的應(yīng)變值。

5 水壓試驗(yàn)程序

5.1 充水

(1)記錄當(dāng)天的氣溫、濕度，水壓試驗(yàn)應(yīng)在氣溫水溫10℃以上的環(huán)境里進(jìn)行；

(2)記錄各種觀測設(shè)備、壓力表、百分計的讀數(shù)；

(3)開啟排氣閥，關(guān)閉排水閥；

(4)開啟岔管前端悶頭頂部的進(jìn)水管球閥，岔管內(nèi)充水，注水量控制在不大于3m3/h，至排氣閥溢水，關(guān)閉充水閥，然后關(guān)閉排氣閥；

(5)1h后，記錄各監(jiān)測設(shè)備、壓力表讀數(shù)，全面檢查岔管、過渡段、悶頭有無汽泡和滲漏情況并記錄，全面檢查岔管的支撐結(jié)構(gòu)有無變形或位移等異常情況并記錄；

(6)如出現(xiàn)滲漏等異常情況，應(yīng)開啟排氣閥、排水閥，將岔管內(nèi)水體排空后進(jìn)行處理，如無異常情況可進(jìn)入下一步。

5.2 水壓試驗(yàn)

岔管水滿后繼續(xù)加壓，升壓速度控制在0.2MPa/min左右，最大壓力值7.724MPa。試壓泵加壓按圖5分段進(jìn)行。

圖5 水壓試驗(yàn)壓力循環(huán)圖

水壓試驗(yàn)壓力變化過程：

(1)在壓力達(dá)到3.1MPa、6.2MPa、7.724MPa時，分別關(guān)閉進(jìn)水閥一次并穩(wěn)壓，檢查焊縫及試壓系統(tǒng)各連接處，看是否有泄漏降壓現(xiàn)象，確認(rèn)無異常情況后，繼續(xù)升壓；

(2)通過試壓泵向岔管內(nèi)加壓，試壓泵加壓、減壓應(yīng)緩慢、均勻；

(3)在每次試壓泵加壓、減壓操作前，應(yīng)記錄各監(jiān)測設(shè)備、壓力表、百分計讀數(shù)，全面檢查岔管、悶頭有無射水、漏水、滲水、氣泡情況并記錄，全面檢查岔管的支撐結(jié)構(gòu)有無變形或位移等異常情況并記錄；

(4)當(dāng)試壓泵加壓達(dá)到最大壓力7.724MPa后，保壓30min，期間用0.5kg的小木錘在焊縫兩側(cè)10cm～15cm處輕輕敲擊，并且每5min進(jìn)行一次觀測數(shù)據(jù)記錄；

(5)試驗(yàn)過程中，如果出現(xiàn)滲漏等異常情況，應(yīng)將管內(nèi)水壓緩慢降至自然狀態(tài)，然后開啟排氣閥、排水閥，將岔管內(nèi)水體排空后進(jìn)行處理，如無異常情況可進(jìn)入下一步；

(6)水壓試驗(yàn)全部完成后，如確認(rèn)岔管安全，即可進(jìn)行放水，結(jié)束試驗(yàn)。

5.3 編寫試驗(yàn)報告

岔管水壓試驗(yàn)完成后，對試驗(yàn)過程中所監(jiān)測記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，編寫岔管水壓試驗(yàn)報告，報工程師審批。報告內(nèi)容應(yīng)包括工程概況、自然條件、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)方法和程序、說明各點(diǎn)應(yīng)變情況以及岔管的外觀變化情況、試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題及處理情況，最后對岔管安裝質(zhì)量和安全度作出評價。

6 結(jié)論

通過水壓試驗(yàn)表明，岔管設(shè)計合理，鋼材性能可靠，焊接接頭良好，同時通過試驗(yàn)消弱了殘余應(yīng)力峰值，鋼岔管完全滿足充水發(fā)電要求。