貴州大田河水電站壓力鋼管伸縮節(jié)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(tái) 264003）

貴州大田河水電站壓力鋼管伸縮節(jié)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(tái) 264003）

波紋管式鋼管伸縮節(jié)是薄殼柔性結(jié)構(gòu)，在壓力鋼管管線中承擔(dān)因內(nèi)水壓力的波動(dòng)和環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)鋼管產(chǎn)生線膨脹量的補(bǔ)償裝置，其軸向受力狀態(tài)與環(huán)境溫度最佳匹配的控制是伸縮節(jié)安裝質(zhì)量的關(guān)鍵項(xiàng)目。為準(zhǔn)確控制伸縮節(jié)安裝時(shí)的長(zhǎng)度，伸縮節(jié)與鋼管連接處應(yīng)設(shè)置鋼管湊合節(jié)，待鋼管鎮(zhèn)墩澆筑完成后，利用伸縮節(jié)固定螺桿按照環(huán)境溫度精確調(diào)整伸縮節(jié)的長(zhǎng)度后再焊接湊合節(jié)才能確保伸縮節(jié)的安裝質(zhì)量。

鋼管伸縮節(jié)；鋼管湊合節(jié)；環(huán)境溫度；安裝質(zhì)量

1 基本情況

貴州大田河水電站一級(jí)落生電站以“一管兩機(jī)”形式引水發(fā)電。壓力鋼管管線總里程811.636m，直徑3.0m，其中明管段長(zhǎng)594.754m。管線中設(shè)計(jì)布置有6個(gè)波紋補(bǔ)償器（伸縮節(jié)、7個(gè)固定點(diǎn)和64組滑動(dòng)支撐環(huán)。

壓力鋼管于2005年底完成安裝并通過質(zhì)量驗(yàn)收，2006年3 月28日正式充水，電站進(jìn)入試生產(chǎn)期后尚未進(jìn)行動(dòng)水關(guān)閉球閥和雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)。2007年2月19日，電站水庫(kù)上游來(lái)水量不足，機(jī)組停機(jī)處備用狀態(tài)。2007年2月20日上午，電站機(jī)組停機(jī)處備用狀態(tài)下壓力鋼管2#、3#伸縮節(jié)出現(xiàn)開裂漏水。3月12日對(duì)引水系統(tǒng)實(shí)施排水作業(yè)時(shí)，5#伸縮節(jié)也相繼出現(xiàn)了漏水情況。

鋼管伸縮節(jié)系貴州省水力勘測(cè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，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(xiàng)目部安裝。

伸縮節(jié)有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)：

出廠長(zhǎng)度：2100mm/15℃（含伸縮節(jié)前后連接短管長(zhǎng)度）；

波紋管材料：304#不銹鋼；

工作環(huán)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(zhǎng)量）。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

2.1 外觀檢查

為了解伸縮節(jié)的損壞情況，去除漏水伸縮節(jié)波紋管的保護(hù)罩后做了進(jìn)一步檢查，可見2#伸縮節(jié)波紋補(bǔ)償器上加強(qiáng)套環(huán)的連接板從母材中間斷裂，連接板尺寸：420mm×60mm×15mm（長(zhǎng)× 寬×厚），波紋補(bǔ)償器上部及左側(cè)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(jié)外觀未見破損，3#伸縮節(jié)的上部及兩側(cè)、5#伸縮節(jié)的左側(cè)及右下側(cè)有漏水痕跡。

2.2 長(zhǎng)度檢查

鋼管排空后伸縮節(jié)的長(zhǎng)度隨著環(huán)境溫度變化而變化。管線長(zhǎng)度變化范圍與鋼材的線膨脹系數(shù)的計(jì)算值相同。全部受損伸縮節(jié)的長(zhǎng)度均大于安裝時(shí)的長(zhǎng)度，其軸向受力狀態(tài)已不滿足設(shè)計(jì)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(jié)長(zhǎng)度測(cè)量記錄表（單位：mm）

（2）鋼管排空時(shí)測(cè)量伸縮節(jié)長(zhǎng)度記錄（環(huán)境溫度15℃）：

2#伸縮節(jié)L=2115mm，與設(shè)計(jì)值相比長(zhǎng)15mm（拉伸量）。

3#伸縮節(jié)L=2120mm，與設(shè)計(jì)值相比長(zhǎng)20mm（拉伸量）。

5#伸縮節(jié)L=2120mm，與設(shè)計(jì)值相比長(zhǎng)20mm（拉伸量）。

2.3 過水檢查

伸縮節(jié)更換修復(fù)前壓力鋼管實(shí)施排水放空時(shí)，可見2#、3#伸縮節(jié)漏水部位主要集中在上部，漏水呈噴射狀。5#伸縮節(jié)漏水方位主要表現(xiàn)在左側(cè)中心線和右側(cè)偏下45°的局部位置，漏水表現(xiàn)是滲漏狀。

2.4 割去波紋管導(dǎo)流筒檢查

2#、3#伸縮節(jié)拆除后拉出了管槽，割去導(dǎo)流筒后波紋管全部外露，可見伸縮節(jié)漏水點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(jié)破損斷裂的部位大部分已與鋼管分離和翻卷。5#伸縮節(jié)在修復(fù)過程中，南京晨光廠技術(shù)人員退出導(dǎo)流筒后對(duì)伸縮節(jié)焊縫進(jìn)行了著色檢查，發(fā)現(xiàn)波紋管焊縫上有6個(gè)焊接缺陷點(diǎn)。其缺陷性質(zhì)是焊縫邊緣有未完全熔合和咬邊情況，現(xiàn)已進(jìn)行修補(bǔ)并對(duì)全部焊縫作了加強(qiáng)性焊接處理，參見圖1。

3 伸縮節(jié)質(zhì)量情況

3.1 制造質(zhì)量

伸縮節(jié)制造過程，焊縫經(jīng)過外觀和無(wú)損探傷檢查，整體經(jīng)過1.5倍（設(shè)計(jì)值）/10min的水壓試驗(yàn)后又進(jìn)行了1.0倍（設(shè)計(jì)值）/10min的氣密檢查合格。出廠時(shí)，為防止運(yùn)輸過程中伸縮節(jié)的波紋管部分受到外來(lái)力量的傷害，按照設(shè)計(jì)（環(huán)境溫度15℃時(shí)的）長(zhǎng)度（L=2100mm）調(diào)整好后，在波紋管保護(hù)罩外兩側(cè)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(shè)計(jì)質(zhì)量

設(shè)計(jì)院壓力鋼管主設(shè)人員看過伸縮節(jié)漏水現(xiàn)場(chǎng)，并復(fù)核了伸縮節(jié)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)沒有錯(cuò)誤。

3.3 安裝質(zhì)量

壓力鋼管安裝過程是根據(jù)的土建施工進(jìn)度，分三個(gè)作業(yè)點(diǎn)同時(shí)作業(yè)。2005年4月19日開始鋼管首裝節(jié)（69#管節(jié)）安裝后，繼續(xù)向上游方向安裝至1#鎮(zhèn)墩，另一條線是5月18日吊裝岔管，以岔管為基準(zhǔn)安裝了支管后再向上游方向安裝至首裝節(jié)，用湊合節(jié)68#管連接；第三安裝段是調(diào)壓井至1#鎮(zhèn)墩的埋管，由洞內(nèi)向外安裝至1#鎮(zhèn)墩處由湊合節(jié)連接。

4 伸縮節(jié)漏水原因分析

在現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)：壓力鋼管僅在首裝節(jié)（69#管節(jié)）與最后安裝段之間以及調(diào)壓井洞室內(nèi)埋管段安裝至1#鎮(zhèn)墩處有湊合節(jié)，其它兩鎮(zhèn)墩之間均沒有設(shè)計(jì)湊合節(jié)。筆者認(rèn)為：以上問題正是設(shè)計(jì)忽視了鋼管和伸縮節(jié)的安裝環(huán)境溫度并非是在固定的15℃，安裝時(shí)鋼管受環(huán)境溫度影響，其長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度的變化進(jìn)行調(diào)整。鋼管在不確定的環(huán)境溫度下安裝完成后松開伸縮節(jié)的固定螺桿，伸縮節(jié)的長(zhǎng)度與環(huán)境溫度是不匹配的。2007年5月10日對(duì)落生電站1～6#鋼管伸縮節(jié)的長(zhǎng)度進(jìn)行了測(cè)量并對(duì)其受力狀況進(jìn)行分析（見表2）。

從表2的數(shù)據(jù)中，可以判斷出2#、3#混凝土鎮(zhèn)墩澆筑時(shí)間的正值夏季，壓力鋼管溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhèn)墩間距100m左右布置和鋼管溫度較設(shè)計(jì)安裝溫度高出15℃計(jì)算，即鋼管安裝時(shí)因溫度高應(yīng)伸長(zhǎng)18mm。伸縮節(jié)的安裝長(zhǎng)度在不同環(huán)境溫度下只能始終保持在15℃時(shí)的設(shè)置，當(dāng)鋼管安裝完成松開伸縮節(jié)固定螺桿，鋼管充水后勢(shì)必鋼管溫度接近水溫（約15℃）遠(yuǎn)低于安裝時(shí)的溫度，鋼管長(zhǎng)度就會(huì)收縮，其收縮量是作用于伸縮節(jié)在軸向上的拉伸。伸縮節(jié)在溫差的作用下再次拉伸時(shí)其拉伸值疊加后就超出了伸縮節(jié)的最大設(shè)計(jì)拉伸量（35mm）。

5 結(jié)論

鋼管和伸縮節(jié)的安裝部位溫差變化大且管線較長(zhǎng)，明管段受自然光的輻射及熱量的傳導(dǎo)、對(duì)流及散熱條件影響大，隨著環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的變形量是一個(gè)不可忽視的問題。為了準(zhǔn)確控制伸縮節(jié)安裝時(shí)的長(zhǎng)度，伸縮節(jié)與鋼管連接處應(yīng)設(shè)置鋼管湊合節(jié)，待鋼管鎮(zhèn)墩澆筑完成后，利用伸縮節(jié)固定螺桿按照環(huán)境溫度精確調(diào)整伸縮節(jié)的長(zhǎng)度后再焊接湊合節(jié)才能確保伸縮節(jié)的安裝質(zhì)量。

表2 落生電站伸縮節(jié)長(zhǎng)度（軸向受力）分析表

TV732.4+1

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1673-0038（2015）37-0303-02

2015-8-25

陳美春（1985-），男，江西萍鄉(xiāng)人，助理工程師，大專，從事電力工程工作。