谈电站压力钢管焊接及安装

高敏

摘要：本文结合实际着重介绍电站压力钢管安装、 焊接的施工方法和工艺控制过程，压力钢管安装及焊接总体施工质量优良，可以确保安全运行，并为同类电站压力钢管的施工总结了经验。

关键词：压力钢管；安装；焊接

中图分类号：TV732.4+1文献标识码：A文章编号：

1.工程概况

某水电站安装 2台36MW 的水轮发电机组，压力引水系统布置在电站上游， 调压井后接压力钢管道，压力钢管为洞内埋管形式。压力管道主管直径为2.4m，支管直径1.3m，压力钢管轴线长2042m。锥管段、直管段及厂房内管段采用Q345C和Q390C钢材；主管管壁厚度为12-34mm；锥管的壁厚为34mm。电站设计水头413 m。

压力钢管外包 0.8m 厚钢筋混凝土，钢管总质量2084.5 t。压力钢管上平段进口管节设置了 1 道 300 mm高的止水环。 上平段及上平段弯管段的管节设置了 200 mm高的加劲环，上斜段、上斜段弯管段、中平段、中平段弯管段、下斜段、下斜段弯管段、下平段及下平段弯管段的管节设置了 250 mm 高的加劲环， 其间距均约为 2m，材质为 Q345C， 板厚 20 mm。

板厚 24 mm 的管节沿钢管外壁共设置了 3 个灌浆孔。 板厚 28 mm 的管节沿钢管外壁共设置了 5 个灌浆孔。

2.压力钢管安装

2.1 施工特点

2.1.1工作量较大

压力钢管安装的工期时间段相对集中， 工期重叠， 钢管对接环缝共 915 条， 总长度约 6898 m。 施工资源配置要求较高， 最高时已达到 150 人。

2.1.2受洞挖影响

洞内岩石渗水严重， 底部积水多， 空气潮湿， 焊接钢管底部外壁仰焊缝时焊工要躺在泥水里施焊。 环境温度在-5℃时， 必须停止施工， 因而会影响钢管安装的直线工期。

2.1.3钢管均由板车运至调压井内， 利用土法进行钢管就位， 施工工序繁琐， 危险性大。

2.1.4 钢管外壁与岩石安装空间应为 80 cm， 实际上许多地方的空间不足 50 cm， 从而增加了钢管安装外壁压缝及焊接的难度。

2.2 安装技术要求

2.2.1钢管始装节管口中心偏差≤5 mm， 桩号位置允许偏差±5 mm， 管口垂直度允许偏差±3 mm。

2.2.2弯管起点管口中心偏差≤10 mm， 桩号位置允许偏差±10 mm。 其他管节管口中心及桩号位置偏差≤20 mm。

2.2.3安装后管口圆度偏差≤24 mm， 在测量圆度时相互垂直直径的测量数据不少于 2 对。

2.3 钢管的安装顺序

2 号洞管道的管节安装顺序 ： 始装节 （与中平段相接的中平段第一节钢管为始装节） →中平段（同时安装下平段剩余管节、 渐变段） →上斜段弯管段→上斜段→上平段弯管段 →上平段。

1号洞管道的管节安装顺序： 始装节 （与蝶阀相接的渐变管节为始装节） →渐变段其余管节→下平段弯管段→下平段→下斜段弯管段→下斜段→中平段弯管段。

2.4 钢管的运输及吊装

2.4.1钢管管节从施工支洞运至调压井底部， 用5T 汽车吊卸下钢管放在自制的运输小车上， 用倒链、 钢丝绳捆绑牢固， 由卷扬机牵引溜放到下平段， 人工将钢管推拉到安装位置。

2.4.2钢管厂房用分支管管节经厂房施工道路运输到下平段洞口， 用5T 汽车吊卸下钢管放在型钢制成的轨道上， 用手拉葫芦牵引到安装位置及厂房碟阀连接处。

2.5 管节的安装及工艺措施

2.5.1钢管安装前， 按设计图纸放出钢管管口上顶、 下底、 左中、 右中 4 点的水平投影位置， 作为调整依据。

2.5.2将钢管利用导链及千斤顶吊装就位， 并临时支撑加固， 利用上中吊线锤及下中拉轴线配合钢卷尺测量的方法检查管口偏差。 压缝在钢管外壁适当位置用曲尺土压码配合千斤顶或楔块完成， 个别部位不能在外壁完成压缝的可转自内壁压缝。

2.5.3压缝完成后， 再次对管口进行复测， 然后对钢管加固， 加固完毕后进行管口中心、 桩号、 圆度复测， 确认无误后实施焊接。

2.6 空间弯管的安装

空间弯管的安装是压力钢管安装的难点。 因现场条件限制， 用全站仪只能作弯管轴线控制点， 不能测放空间角控制点， 更不可能进行安装过程的测量控制。

安装时利用吊线锤配合量具人工进行检测、 调整弯管的角度和端口底中高程， 利用地面拉粉线和配合吊线锤进行弯管轴线的测量控制。

3 钢管环缝焊接

3.1 焊接方法及材料

钢管安装环缝焊接及定位焊为二类焊缝， 均采用手工电弧焊。 手工电弧焊设备为 ZX7-400S 和ZX7-500 型直流逆变焊机， 采用直流反接法焊接。按等强选用焊接材料的原则， 钢管安装选用高韧 性 底 氢 钠 型 的 E5015 （ J507） 焊 条 ， 规 格 为准3.2 mm、 准4.0 mm 两种， 以 准4.0 mm 为主。

3.2 焊前准备

3.2.1清理焊口及焊缝破口两侧各 20 mm 范围内的氧化物、 铁锈、 油污及其他杂物， 并打磨出金属光泽。

3.2.2 焊条的烘烤。 烘焙温度 350 ℃， 保温 1 h。烘烤的焊条保存在 100～150 ℃的恒温箱内， 焊条在保温箱内的时间不宜超过 4 h， 超过 4 h 应重新烘烤， 重复烘烤的次数不宜超过 2 次。

3.3施焊及要求

3.3.1环缝焊接采用微摆动多层多道、 对称、 分段退步的焊接方法， 分段长度在 400～500 mm， 层间接头错开 30～50 mm， 层间温度小于 150 ℃， 焊接线能量 20～40 kJ/cm。

3.3.2焊接人员分三班连日施焊， 每班安排 4 名焊工同时施焊。 对称、 均匀占位， 焊接时在大坡口侧封底、 填充 2～3 层后， 在背面清根并打磨干净焊道， 将背面焊接完后再回到正面继续施焊， 直至整条焊缝焊完。

3.3.3环缝焊接顺序应逐条焊接， 不得跳越焊缝焊接。 封底焊用 准3．2 mm 焊条封底， 用 准4.0 焊条填充盖面。

3.3.4焊缝检验 。根据现场施工条件，焊缝检验采用超声波检测，二类焊缝内部质量50％超声波检测，并委托第三方持证专业无损检测人员完成。

4.安装中的问题及处理

4.1 压力钢管灌浆孔封焊

4.1.1由于灌浆前没有按规定将灌浆孔安装旋塞，加之钻孔灌浆时钻杆摆动幅度过大损坏了丝扣， 致使原设计堵头无法旋进。 经监理同意， 施工中将原全埋入式丝堵堵头改为平埋式封焊堵头， 堵头靠钢管外壁补强板受力， 减少封焊的拘束力， 减弱产生焊接裂纹的几率。

4.1.2由于灌浆孔漏、 渗水严重， 无法进行封焊施工， 且勉强封焊的灌浆孔多数产生裂纹， 渗水严重， 只得刨除。 在试用锚固剂和水玻璃材料进行渗水灌浆孔封堵后， 再进行钢堵头的封焊施工， 渗水轻微的用堵漏材料封住渗水。

最后， 多方研究确定， 对原灌浆孔部位打孔插管进行化学灌浆， 成功封水后再进行封焊。 采用KLY-G3 水溶性聚氨酯和快干型堵漏剂， 灌浆压力为 1 MPa， 堵漏、 防渗效果十分明显。 用该方案进行灌浆孔封焊施工， 成功率 100％。

4.2 蝶阀连接管与钢管锥管对接环缝错台处理

压力钢管锥管由于在混凝土回填浇筑时产生挤压微移位， 加之在混凝土回填后钢管焊接、压缝造成的应力释放产生不同程度的圆度局部变形，再加上安装的蝶阀轴线偏差过大， 两个轴线误差叠加致使锥管与碟阀连接管的对接环缝最大错台量达15～20 mm。 此外， 锥管管壁厚度 34 mm， 蝶阀连接管管壁厚度 32 mm，锥管外露部分只有 900 mm， 使用多台 320 KN千斤顶进行错位调整， 圆度偏差只能调节 3～5 mm， 不能满足规范规定的环缝错台要求。

对此， 提出以下处理方案： ①将外露锥管全部割除，重新制作 3 块钢管瓦片， 按照凑合节要求进行安装压缝以解决安装环缝错台过大的问题。 ②使用土压码及千斤顶进行锥管瓦片的纵缝和环缝调整， 使其圆度与球阀连接管一致， 确保相连环缝错台量符合规范要求， 严禁锤击钢管和进行火焰校正。

5.结语

电站压力钢管安装单元工程全部合格，优良率高达 95%， 被监理部评为优良项目。 实践证明，钢管安装施工方法是可行的，并取得了良好的效果，为探索洞内复杂条件下的钢管安装工作积累了一定的经验。

参考文献：

[1] DL5017—93 压力钢管制造安装及验收规范 ［S］.

[2] DL/T 5141—2001, 水电站压力钢管设计规范[S].

[3] DL/T 5017—2007, 水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范[S].