淺談沂蒙抽水蓄能電站尾水管安裝工藝

孫燎原（浙江華東工程咨詢有限公司， 浙江 杭州 311122）

1 概 述

沂蒙抽水蓄能電站位于山東省臨沂市費縣薛莊鎮(zhèn)境內，距費縣縣城公路里程 24 km，距臨沂市公路里程 69 km，距濟南市公路里程 264 km。上水庫庫址位于石嵐水庫的右岸劉家寨久俺溝溝腦處，下水庫位于石嵐水庫右岸的魯峪溝內，下水庫壩址位于溝口上游約 700 m 處。

電站總裝機容量為 1 200 MW，地下廠房內安裝 4 臺單機容量為 300 MW 的混流可逆式水輪發(fā)電機組，為大（1）型一等工程。其尾水管里襯形式為金屬里襯，材質為 Q345R，主要分為錐管、肘管和擴散段。其中，擴散段分 5 段到貨，為擴散段 1、擴散段 2-1、擴散段 2-2、擴散段 3-1、擴散段3-2，尾水肘管進口直徑為 2 549 mm，尾水擴散段出口直徑為 5 000 mm（見圖1）。其余參數(shù)，如表1 所示。

圖1 尾水肘管及擴散段示意圖

表1 尾水肘管及擴散段參數(shù)表

2 沂蒙抽水蓄能電站尾水管施工特點

根據(jù)沂蒙抽水蓄能電站水泵水輪機預埋部分安裝說明書，為保證尾水肘管進口中心方位及高程，尾水管安裝工藝是先將尾水肘管和擴散段全部安裝到位、調整加固，然后按從上游至下游焊接的順序完成環(huán)縫焊接工作，但在施工前初步認為尾水管安裝工藝可進一步得到優(yōu)化：將原施工工藝變更為在尾水擴散段 3 和擴散段 2 安裝就位后即可進行環(huán)縫焊接，焊接順序從下游至上游，在進行環(huán)縫焊接的同時進行剩余管節(jié)的安裝調整。變更施工工藝后，將原施工工藝中的順序作業(yè)變?yōu)槠叫凶鳂I(yè)，可以節(jié)省工期，節(jié)約成本，但也存在缺陷，主要是尾水管形體尺寸的偏差及焊接變形的影響，可能導致擴散段 1 與擴散段 2、尾水肘管與擴散段 1 之間的環(huán)縫間隙過大，影響尾水管的安裝精度。通過對尾水管結構形式的進一步分析，發(fā)現(xiàn)其存在如下特點。

（1）尾水管組圓、縱縫焊接和部分環(huán)縫焊接工作均已在廠內完成，在安裝現(xiàn)場只需對管節(jié)間環(huán)縫進行焊接即可。根據(jù)圖紙要求，尾水肘管和擴散段整體到貨共 6 節(jié)，共計 5 條環(huán)縫，焊接量不大，焊接變形易控制。

（2）對尾水管到貨形體尺寸進行檢查驗收后發(fā)現(xiàn)，到貨形體尺寸均較好，這樣可以保證尾水肘管無論是在其余環(huán)縫焊接前安裝還是在焊接后安裝，均對其安裝精度影響不大。

（3）根據(jù)水泵水輪機組預埋部分安裝說明書及規(guī)程規(guī)范要求，在安裝過程中發(fā)現(xiàn)環(huán)縫局部間隙過大，可通過鑲邊焊接的方式進行焊接。因此，前幾條環(huán)縫焊接完成后若后續(xù)環(huán)縫間隙過大，可用此兜底方法進行處理。

通過上述分析可知，變更施工工藝對尾水管安裝的影響是可以控制在允許范圍內的。為進一步保證尾水管安裝精度，盡量減少焊接變形的影響，還可以在焊接過程中采取如下措施。

（1）在尾水肘管及擴散段到貨后應全面復核其形體尺寸，測量數(shù)據(jù)應真實、準確、完整并進行記錄，以便提前計算模擬各管節(jié)的位置，均衡環(huán)縫間隙，防止焊接變形過大。

（2）在焊接之前應通過基礎板、拉緊器等對尾水管進行加固，確保尾水管在焊接過程中不發(fā)生位移和變形。

（3）焊縫的焊接由 2～4 名焊工以對稱、分段、退步的方式同時焊接（如圖2 所示）。打底焊使用 φ3.2 焊條，并在焊接過程中控制線能量和焊道寬度，采用多層、多道焊接的方法。

圖2 尾水管環(huán)縫焊接示意圖

（4）架設百分表對焊接過程中尾水管的位移和變形進行監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)其位移和變形過大，應適當調整焊接順序及焊接參數(shù)。

3 尾水管安裝前準備

（1）尾水肘管和擴散段到貨后，應對其進行全面清掃、檢查，全面復核形體尺寸，并做好詳細記錄。

（2）尾水肘管和擴散段到達施工現(xiàn)場后，由第三方金屬試驗室對焊縫進行無損探傷，對涂層厚度進行檢測，若不滿足要求應進行返修和補涂。

（3）按照圖紙要求測放 X-Y 軸軸線、尾水管軸線和高程控制點。控制點應鎖定在固定部位上，并進行有效的防護。

（4）制作安裝調整用的鋼支墩、運輸軌道和臺車，準備好楔子板，楔子板應成對使用。

（5）尾水肘管和擴散段施工前編制施工方案，在正式安裝前對作業(yè)人員進行安全技術交底，交底應詳細，并書面記錄。

4 尾水管的拼接及安裝

4.1 現(xiàn)場拼接

由于擴散段 3 分擴散段 3-1、擴散段 3-2 兩節(jié)到貨，擴散段 2 分擴散段 2-1、擴散段 2-2 兩節(jié)到貨，每段上僅有左右兩個安裝支座，同時擴散段 3、擴散段 2 均布置在廠房下游開挖面以下的尾水支管洞內，需要采用臨時軌道進行運輸。為保證運輸安全、穩(wěn)定，須在安裝間將尾水擴散段 3-1與擴散段 3-2 組裝成擴散段 3 整節(jié)，將擴散段 2-1 與擴散段2-2 組裝成擴散段 2 整節(jié)。由于在安裝間沒有任何固定措施，且焊接變形不可控，在安裝間僅對環(huán)縫進行定位焊，定位焊厚度及間距以保證吊裝安全為準。

4.2 尾水管安裝及焊接

擴散段 3 與擴散段 2 在安裝間定位焊接完成后，將其吊入基坑進行調整加固后，即進行環(huán)縫的焊接，環(huán)縫焊接順序為從下游至上游。在焊接之前，應先將坡口及其兩側10 mm～20 mm 的鐵銹、熔渣、油垢、油漆、水漬清除干凈，并應檢查定位尺寸、坡口間隙、錯牙及定位焊質量。由于從下游往上游焊接對焊接變形要求更高，焊接過程中應盡量消除環(huán)縫收縮對尾水管位置及變形的影響。

4.3 焊接檢查標準

單側坡口焊接完成后應對其背面進行清根處理，并將滲碳層打磨干凈，經(jīng)目視檢測（VT 檢測）合格后方可進行背面焊縫的焊接。對于 VT 檢測有疑問的區(qū)域應進行滲透無損檢測（PT 探傷）或磁粉無損檢測（MT 探傷）。焊接完成后，先使用砂輪機對焊縫表面進行打磨，焊縫外觀質量滿足要求后，再按照圖紙要求進行 100% MT 探傷和 100%超聲波無損檢測（UT 探傷），探傷合格后對焊縫及周邊部位進行補漆。

為保證焊接質量，焊工除應有相應資質外，還要有責任心。因此首臺機組尾水管焊接時，當首條環(huán)縫焊接完成后，應立即委托第三方金屬試驗室對其進行無損探傷，若發(fā)現(xiàn)某位焊工的焊縫一次性合格率不滿足要求時，應對其進行警告，若第二次仍不滿足要求，則應進行替換。

4.4 整體調整及加固

尾水肘管及擴散段環(huán)縫焊接完成后，應再次復核肘管進口高程、中心、方位及擴散段出口高程、中心方位等，滿足要求后檢查所有拉緊器和基礎板螺栓力矩，并按圖紙要求對拉緊器和螺栓進行焊接，基礎板、鋼支墩的焊縫滿縫，焊縫高度為 8 mm。

在對尾水管上的吊耳、壓板等臨時工器具進行割除時，不得使用錘擊法，應使用碳弧氣刨或熱切割在離內壁3 mm 以上處切割。切除后，管壁上殘留的痕跡和疤痕應磨平，經(jīng) PT 或 MT 探傷合格后補漆。

5 施工過程中出現(xiàn)問題及解決方案

尾水管安裝完成后，通過分析發(fā)現(xiàn)，變更施工工藝并未導致其他質量問題出現(xiàn)，所出現(xiàn)的問題均是由設計原因及設備缺陷所導致的。出現(xiàn)的問題主要有以下幾點。

（1）尾水管檢修排水口在廠內制安，其焊接量較大，焊接變形較大，導致與肘管出口處間隙及錯牙過大。對于局部間隙大于 3 mm 的部位，現(xiàn)場采用鑲邊焊，直至焊縫間隙小于 3 mm 為止；對于局部錯牙過大 2 mm 的部位，采用 3∶1 的過渡焊，使過流面平滑過渡。

（2）廠家圖紙中未提及在尾水肘管上端部外圍設置豎向支撐，僅用 1 條拉桿固定，使該部位尾水肘管安裝焊接完成后長時間處于懸空狀態(tài)，可能導致混凝土澆筑過程中尾水肘管發(fā)生位移，經(jīng)現(xiàn)場商議，決定增加 2 根 20# 工字鋼對肘管中部位置進行支撐。

（3）廠家圖紙上拉緊器預緊力矩為 600 N·m，無測量拉緊器力矩的專用工具。因此經(jīng)咨詢廠家經(jīng)商議決定，現(xiàn)場采用將 1 m 鋼管卡進拉緊器，然后一人進行預緊，直至扳不動為止。混凝土澆筑過程中，通過對尾水管位移的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其位移值在允許范圍內，證明此預緊方式可行。

6 結 語

沂蒙抽水蓄能電站 1 號機尾水肘管及擴散段安裝焊接完成后，通過對其中心方位、高程等各驗收項目進行復測，相關數(shù)據(jù)均滿足要求，證明尾水肘管及擴散段采用上述安裝焊接順序是切實可行的，較尾水管通常施工工藝相比，在保證了安裝質量的前提下，節(jié)省了工期，提高了工效。