基于安全评估的电站压力钢管二次防腐应用实践研究

屈直++王文龙

摘 要：压力钢管是水电站的重要组成部分，有效二次防腐可提高压力钢管的使用寿命，提升电站的综合安全指数。本文结合实际工程应用案例提出基于安全检测评估技术的二次防腐实施创新新模式，有利于减少防腐施工费用和停机次数。

关键词：压力钢管 安全评估 二次防腐

中图分类号：TV732 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0026-02

压力钢管是电站极其重要的一个部件，压力钢管是由水库、压力前池和调压室向水轮机输送水量的水管，一般为有压状态。其特点是集中大部分或全部的水头，另外坡度较陡，内水压力大，还承受动水压力冲击。发电引水钢管的结构型式可分为：明管、地下埋管、坝内埋管、坝后背管、其他管型（如回填管）[1]。压力钢管在设计、制造、安装、运行不同时期存在不同的缺陷。运行期间防腐不到位、失稳、膨胀受阻等诸多因素，只有采取全面安全检测评估、科学管理才能确保管道的安全运行。

1 工程应用模式实施情况及分析

云南某二级电站装机容量2×2000kW，水头118m，流量2.14m3/s。1991年两台机投产。单管双机，岔管段为埋管，其余管段为明管，明管直径为1200mm，管长250m、管壁厚度8～12mm，材质Q235。自投产以来管道未进行安全检测和有效防腐，期间仅靠人工简单除锈防腐。现场勘查发现，管道防腐层大面积脱落，管壁存在大量氧化皮。

1.1 基于安全检测评估技术的应用

1.1.1 外观检查与锈蚀量检测

（1）整体形态较好，无明显位移、变形和损伤；支墩无明显变形、沉降；管壁及焊缝无裂纹及渗漏现象；

（2）明管段桥洞下方管节存在大范围腐蚀，防腐层脱落，有明显的锈斑，锈蚀坑，局部锈蚀坑连成片，最大腐蚀坑深度1～2mm；

（3）压力钢管管壁平均锈蚀量为0.51mm，标准差为0.45，平均锈蚀速率为0.021mm/a。

1.1.2 材料检测

管道图纸材质为A3钢。材料化学成分分析、硬度检测结果与设计材质一致。

1.1.3 焊缝超声波探伤

焊缝采用超声波探伤，探伤部位为钢管管壁的环缝和纵缝以及伸缩节焊缝，按照文献[3]执行。共计检测Ⅰ类焊缝70m，检测比例29%；Ⅱ类焊缝98m，检测比例16%。压力钢管焊焊缝存在2处制造安装缺陷，缺陷性质为未焊透。所有受检焊缝均未发现裂纹缺陷。

1.1.4 压力钢管应力检测

钢管静应力检测的测点布置在钢管与厂房侧靠近镇墩段钢管中部、加劲环附近，共布置4个三向测点。结构应力检测采用电阻应变计、动静态信号测试分析系统。静应力检测荷载为作用于钢管的静水压力。检测时，压力钢管充满水，静水头为118m。动应力检测荷载为作用于鋼管的静水压力和水锤压力，水锤压力2台机组同时甩75%额定负荷。

通过动、静应力实测结果可知，钢管的整体膜应力区实测值相对较大，局部应力区的实测值相对较小。在实际水头下，钢管最大环向应力、最大折算应力分别为75.9MPa、68.2MPa，机组甩3000kW负荷时，钢管最大环向应力为83.8MPa，最大折算应力为75.1MPa；依据《水电站压力钢管设计规范》（DL/T 5141）的承载能力极限状态设计原则可知：钢管的整体膜应力区、局部应力区的抗力限值分别为134.4MPa、165.4MPa；在实测水位下，钢管最大折算应力值均小于抗力限值。

1.1.5 压力钢管有限元计算与分析

压力钢管是一种典型的空间薄壁结构体系。根据结构形式和受力特点，将钢管离散为板壳单元。据此所建立钢管结构有限元计算模型，计算模型节点总数为62850个，单元总数为31219个。管承担水压力荷载的下侧部分为固定约束。工况一：静应力钢管作用总水头118m。工况二：机组甩最大负荷时，考虑水锤影响的钢管最大作用水头156.4m。根据明管段钢管有限元计算所得到的应力云图，可计算出对应于测点位置的应力值。

实测结果与计算结果表明：钢管实测应力与计算应力差异相对较小，实测与计算方法二者互为验证，表明检测成果和计算成果是可信的。

1.1.6 压力钢管振动检测与分析

在全厂25%、50%、70%负荷三个工况下测量。在各稳定负荷工况下，电站压力钢管振动幅值在50um以内，振动幅度较小，振动频率较小，无明显有害影响。

1.2 安全检测评估结论

该电站压力钢管整体外观形态较好，无明显移位、变形和损伤；连接部位完好、连接牢靠，未见异常；桥洞下管道存在严重腐蚀，最大腐蚀坑深度1～2mm；其余管道未见明显腐蚀，未发现裂纹缺陷；下伸缩节法兰处存在渗漏。在实测水位下，压力钢管明管段的实测与计算最大应力值均小于抗力限值。综合分析检测与复核计算成果，其安全等级评定为“安全”可继续使用。

1.3 基于评估结果防腐工艺及过程控制

1.3.1 防腐工艺设计

根据对电站现场勘查、水质底质分析结合电站气候环境设计防腐工艺，工艺择涂料防腐，即环氧富锌底漆为底层、环氧云铁中间漆为中间层、面漆采用无溶剂超强耐磨环氧漆的配套防腐方案如表1。

1.3.2 过程控制及质量检测

施工过程控制，严格按照方案及相关标准进行过程控制和检测[4]，表面处理：控制好喷枪压力、磨料粒度、除锈等级达Sa2.5，表面粗糙度Ry-60～90μm、清洁度无灰尘污染、空气温湿度、涂装时机、督检查及过程控制，重点检查表面除锈级别[5]、涂装前表面清洁度、空气湿度、涂料涂装时间、涂层配比及涂层厚度等指标。认真做好过程记录。

2 结语

通过二次防腐结合安全检测同时进行工程实践，有利于降低实施成本、检测更全面、减少停机时间、从而降低发电量损失，可作为创新型二次防腐施工模式进行推广。

参考文献

[1] NB/T 35056—2015，水电站压力钢管设计规范[Z].

[2] DL/T709—1999，压力钢管安全检测技术规程[Z].

[3] GB11345-2013，钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级[S].

[4] SL105-95，水工金属结构防腐规范[Z].

[5] GB/T8923-1988，涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级[S].endprint