南椰Ⅱ水电站岔管水压试验分析

邓智勇，黄成林

(中国水利水电第十工程局机电安装分局，四川 都江堰，611830)



南椰Ⅱ水电站岔管水压试验分析

邓智勇，黄成林

(中国水利水电第十工程局机电安装分局，四川 都江堰，611830)

本文主要对岔管水压试验封头的设计、参数确定、强度计算、水压试验操作程序、封头的拆除等进行了详细阐述，最后，提出了岔管水压实验的安全技术措施。

岔管 水压试验 封头设计 南椰Ⅱ水电站

1 概述

南椰Ⅱ(NamNgiepⅡ)水电站位于老挝川圹省(Xieng Khouang)查尔(Jars)平原的东南部，厂址距勐昆县(MuangKham)公路里程约32km，距丰沙湾(Phonsavan)公路里程约64km，距首都万象(经丰沙湾)公路里程约474km。

南椰Ⅱ水电站压力钢管主管长1202.879m，内径3.8m～3.4m，采用“四平三斜”的布置方案。主管分为1#主岔管、2#支岔管，2#支岔管又分为1#、2#、3#支管。岔管结构形式为非对称Y形月牙肋岔管。1#岔管为主岔管，公切球直径为φ3400mm，进口内径φ3000mm，出口内径分别为φ2500mm、φ1800mm，总重40.855t，最大壁厚58mm。2#岔管为支岔管，公切球直径为φ3000mm，进口内径φ2500mm，出口内径分别为φ1800mm、φ1800mm，重25.493t，最大壁厚50mm。1#、2#岔管的材质均为610MPa级高强钢WDB620。岔管设计内水压力为6.5MPa，水压试验最大压力为8.0MPa。

岔管水压试验目的，一是检验施工质量，尤其是焊缝施工质量；二是通过采用较高内水压力值的水压试验，部分消除岔管加工产生的附加应力及焊接残余应力。

2 水压试验方案

岔管的水压试验在安装现场进行，采用1#、2#岔管安装后联合一次试压方案。安装后的支岔管应可靠加固，且加固方式不应强制约束水压试验中试验体的变形。

2.1 水压试验岔管封头设计

根据现场实际加工能力及老挝项目经理部已有的两个封头，结合岔管结构要求，此次水压试验共需要制作4个封头。主管1#封头、支管2#采用变锥角平板封头，支管3#、4#封头采用已有的椭圆封头加变锥段。

考虑到制造工艺的情况，锥顶分别为d1=520mm、d2=520mm、d3=520mm设计成平面堵头。

封头锥体材质与岔管材质相同，为WDB620高强钢，已有的两个椭圆形封头材质为Q345R容器板。

钢板的允许应力[σx]≤0.67σeL，其中σeL为钢材屈服极限。

对于WDB620高强钢：σeL=490MPa

[σx]≤0.67σeL=0.67×490MPa=328MPa

对于Q345R钢板：σeL=305MPa(δ=26～36)

[σx]≤0.67σeL=0.67×305MPa=204MPa

打压试验最大压力：P=8.0MPa

焊缝折减系数:n=0.9

强度检验标准:σ≤[σx]

各封头结构参数及计算应力σ见表1所示。

表1 封头结构参数和强度计算成果

根据表1强度计算结果，1#、2#、3#、4#封头的所有计算应力均小于允许应力[σ]，以上封头满足本次水压试验的强度要求。

2.2 封头装焊

2.2.1 封头装焊施工流程

岔管主管进水口φ3000mm的1#封头装焊→排气管等附件装焊→岔管2#支管出水口φ1800mm的3#封头装焊→岔管3#支管出水口φ1800mm的4#封头装焊→进水管、排水管等附件装焊→管内排架、工装、压码等拆除→岔管1#支管出水口φ1800mm的2#封头装焊→外壁对水压试验有强制约束的工装拆除。

2.2.2 封头及附件装焊技术要求

(1)封头焊缝为一类缝，焊接及无损检测要求同其它一类焊缝；

(2)环缝组对错牙≤10%板厚；

(3)焊缝坡口：1#、3#、4#封头坡口形式与相邻管口匹配。2#封头采用25°单V型不留钝边坡口(相邻管口与之匹配)；

(4)焊缝组对间隙：1#、3#、4#封头焊缝组对间隙1mm～4mm；2#封头为保证带垫板的焊缝根部焊透(内壁垫板采用通长3×30mm扁铁，点焊于管壁一侧)，焊缝组对间隙可控制在4mm～6mm，且打底焊必须采用φ3.2mm焊条；

(5)工装、压码等临时构件应采用碳弧气刨或火焰切割法拆除，严禁用捶击法拆除。水压试验体内、外壁焊疤、凹坑、划痕等缺欠应进行修补打磨处理；

(6)阀件安装前应进行检验。压力表量程为试验压力的1.5～2倍，并经法定部门检定合格且在有效期内。接管采用开孔插入式装焊，焊脚高为2倍管壁厚度；

(7)排气管应顶在岔管内壁的最高处，与内壁间隙约为1mm，外端管口面应高于岔管的最高平面，保证在水压试验前排尽岔管内的空气。

2.3 水压试验要求

(1)试压时水温在5℃以上；

(2)设计工作压力6.5MPa，设计试验压力8.0MPa；

(3)水压试验压力值根据《南椰Ⅱ水电站钢岔管水压试验技术要求》确定，水压试验最大压力8.0MPa，按以下五级压力值进行：一级压力值P1=2.0MPa；二级压力值P2=4.0MPa；三级压力值P3=6.0MPa；四级压力值P4=7.0MPa；五级压力值P5=8.0MPa；

(4)在水压试验中，严禁呼吸阀关闭情况下进行充放水作业；

(5)充水作业采取缓慢注水方式，注水流量控制在20m3/h为宜；

(6)现场应有水源管及排水通道；

(7)水压试验中发现问题需要处理时，应先查清问题部位并标识，根据问题性质拟定处理方法。问题处理需要碳弧气刨、焊接作业的，应将试验体内水排空方可进行。

2.4 水压试验布置

1#、2#岔管及相应支管安装、焊接完毕并检验合格后，分别于1#岔管主管端及1#、2#各支管端口安装封头。封头安装焊接完毕，经检验合格后装上进排水管、排气阀门及压力表、升压泵等试压设施，并经检查无误后即可打开进水阀门向岔管内充水，同时打开排气阀，以便在充水过程中将管内空气排出。水充至排气管溢水为止。岔管充水完成，关闭进水和排气阀门，检查各压力表指示压力是否与水位高差相符。并对岔管各处焊缝及封头、压力表、各管路焊缝等进行全面检查，是否有渗漏现象，如有应立即进行处理。充水完毕，静置30min以上，养护后方可加压。

2.5 水压试验加压程序

2.5.1 水压试验过程中，应分级逐步加载，缓慢增压，加(减)压速度控制为每min不高于0.05MPa。加压速度不能过快，否则可能会使钢管某些变形在一定压力过程中出现突变，引起钢管冲击或振动，压力不平稳。若加压速度太慢，则可能会因某些焊缝或加压泵的细小渗漏而使压力加不上去。所以，加压速度应尽量控制在0.05MPa/min左右。

2.5.2 加压达到P1=2.0MPa时停止，稳压10min后，对岔管进行检查和应力测试。

2.5.3 在压力P1=2.0MPa作用下，各方面正常时，允许继续加压至P2=4.0MPa，稳压10min后，对岔管进行检查和应力测试。

2.5.4 在压力P2=4.0MPa作用下各方面正常时，允许继续加压至P3=6.0MPa，稳压10min，对岔管进行检查和应力测试。

2.5.5 在压力P3=6.0MPa作用下各方面正常时，允许继续加压至P4=7.0MPa，并对岔管进行检查，观察管内压力能否维持不变，用重0.5kg～1kg的木锤在各焊缝两侧15mm～20mm处轻轻敲击管壁及焊缝，检查焊缝情况，观察压力表指针计数且稳压30min后，对岔管进行应力测试。

2.5.6 在压力P4=7.0MPa作用下各方面正常时，继续加压至最大压力值P5=8.0MPa时，关闭加压泵的进水阀门，维持压力30min后，压力表指示的压力值应无变动，对岔管进行应力测试。

2.5.7 在压力P5=8.0MPa作用下各方面正常时，当检查及测试完成后，开始逐级减压，将加压回降至P4=7.0MPa，稳压10min后，对岔管进行详细检查及应力测试。

2.5.8 接下来的降压过程，各级段稳压10min，对岔管进行检查并进行应力测试。

2.5.9 当岔管内水压力回降至与外界大气压一致时，打开排气阀门，此后才容许岔管往外排水。

2.6 降压排水

岔管试验检查完毕，即可降压排水。将进水管又作为排水管，将岔管内试压用的水从住房边的水沟中排走。排水前应先将排气管阀门打开，以便岔管排水时向管内补充空气，防止在放水过程中管内产生真空，造成外压失稳事故。

2.7 封头撤除

岔管内的水放空之后，移开加压泵，卸下压力表、阀门等试验设备，然后将封头割掉。割除封头时，将钢管上封头焊接时的热影响区一起割除。全部封头割除后，将残留焊疤等打磨清除干净，剩下的钢管长度能满足施工图尺寸的要求。若水压试验中发现有缺陷，则待管内干燥后再行处理焊接。

表2 南椰Ⅱ水电站压力钢管岔管水压试验器材一览

2.8 水压试验成果报告

水压试验结束后，应编制《钢岔管水压试验成果报告》，其内容包括：水压试验措施、试验过程记录、岔管的外观情况及检查情况、应力测试成果及相应分析。

3 水压试验安全技术措施

(1)成立水压试验组织机构；

(2)试验现场设置警戒区，与试验无关的人员不得进行入试验现场；

(3)试验区配置满足试验、检查、问题处理所需的照明；

(4)试验区搭设满足作业、检查、问题处理的梯道及工作平台；

(5)由专人负责统一指挥试验过程的操作、检查、问题处理及相关协调工作；

(6)升压前必须确认各试验附件安装合格并检查完毕，确保岔管内空气已经排除干净；

(7)试验升压必须缓慢进行，并不断地进行观察；

(8)在升压过程中，所有人员均必须远离试验岔管。在试验岔管与试压泵之间必须设立隔离墩。每次升压完必须等待5min～10min后，确认岔管无异常时，观测及检查人员方可近前观测和检查。观测、检查完毕后，在全部远离试验岔管后，方可继续升压。

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