某供水工程岔管与支管焊接及水压试验方案设计

某供水工程岔管与支管焊接及水压试验方案设计

丁娟

中国水利水电第十六工程局有限公司   福建福州 350000

摘要：岔管水压试验在供水工程中必不可少，目的是为了验证岔管的合理性，材料的可靠性以及焊缝的牢固性，以确保工程能够安全稳定运行。以某输水工程岔管及支管水压试验为例，介绍了水压试验的流程、方法、具备的条件、所需的仪表与设备以及注意事项，分析了水压实验测试结果的可靠性。本项目的水压试验方法与经验，可以为同类型项目的水压试验提供参考与借鉴。

关键词：供水工程；岔管；支管；焊接；水压试验；方案设计

0 引言

压力管道在供水工程中是非常常见，为保证管道能够安全稳定运行，对岔管及支管的水压试验尤为重要[1]。岔管水压试验可以通过超载内压暴露结构缺陷、检验结构整体安全度[2]，此外还可以检验岔管设计选型、材料选择以及焊接工艺等的合理性和安全性，为岔管的长期安全运行提供可靠保证[3]。

1 工程概况

某输水工程双三标段主要为泵站、管道工程，前接分水闸，后接埋涵及隧洞。主要包括泵站、压力管道（包括钢岔管）、出水池、埋涵、沿线防洪建筑物以及跨管交通桥布置。其中压力管道工程布置如下：

岔管段（桩号0+175.648～0+218.148m）：

泵站后单机接单根支管垂直泵站布置，通过卜型分岔接至岔管主管，四根支管接一岔管主管。

岔管主管管径2.4m，岔管支管管径1.2m，采用Q690CFD钢，壁厚36mm，外包钢筋混凝土。主管管径2.4m，采用Q355C、07MnMoVR钢，壁厚24/28/32mm，外包钢筋混凝土。支管管径0.7m/1.2m，采用Q355C、07MnMoVR钢，厚度为32/28/24/20/16/12mm，外包钢筋混凝土。

图1 压力管道岔管及支管布置示意图

根据《水利工程压力钢管制造安装及验收规范》（SL432-2008）要求，本项目岔管与各支管整体管路水压试验采用单侧一次性试验，钢岔管段设计未设定工作压力，设定试验压力为2.97Mpa。

2 水压实验的步骤

2.1压力管道焊接

2.1.1不同材质钢管焊接

工艺流程：装配校正→焊前清理→焊接（定位焊、检查、预热、打底、填缝、背缝清理、打磨、背缝焊接、盖面、正缝填充、盖面）→外观检查。

（1）装配校正：装配中的错边采用卡具校正。

（2）焊前清理：所有拟焊面及坡口两侧各10～20mm范围内的氧化皮、铁锈、油污及其它杂物清除干净，检查合格后才能施焊。

（3）焊接：除应遵守SL 432-2008第6.3节和SL 36-2016第6章的规定外，压力钢管的焊接工艺还应满足：

1、为了尽量减少变形和收缩应力，应在施焊前选定定位焊焊点和焊接顺序。

2、完成定位焊后进行检查，确定母材位置、角度等满足要求。

3、确定母材位置、角度无误后进行封底（焊缝宽＜3mm）。

4、填缝焊接分多层进行焊接，共12层（道），每层焊接厚度约4mm，每条焊缝应一次连续焊完；

5、完成填缝焊接后进行罩面施工。

6、高强钢预热、层间、后热温度：采用电加热，预热温度80℃～120℃，层间温度（允许最高值）200℃；后热温度180℃-250℃，保温时间不少于1h。

（4）质量检查：缝冷却到环境温度后，进行外观检测。焊缝外形尺寸使用焊缝检验尺、卡规等工具测量。表面裂纹的检查在合适的光照条件下进行。焊缝外观质量检验符合《水利工程压力钢管制造安装及验收规范》（SL432-2008）中表16的规定，焊缝余高不大于3mm。

2.1.2相同材质钢管焊接

工艺流程：装配校正→焊前清理→焊接（定位焊、贴陶瓷衬垫、检查、打底、陶瓷衬垫清理、填缝、罩面）→检查。

（1）装配校正：装配中的错边采用卡具或顶撑校正，不得用锤击或其它有损钢板的器具校正。当2m＜D（D为钢管内径）≤5m时，始装节管口中心极限偏差5mm，岔管连接的管节及弯管起点的管口中心极限偏差为10mm，其他部位管节的管口中心极限偏差为20mm；始装节的里程极限偏差为±5mm，弯管起点的里程极限偏差应为±10mm。始装节两端管口垂直不应大于3mm。

（2）焊前清理：焊面及坡口两侧各10～20mm范围内的氧化皮、铁锈、油污及其它杂物清除干净，检查合格后才能施焊。

（3）焊接：

1、焊前准备每组准备IGBT逆变二氧化碳气体保护焊机2台，防风蓬1个，以及角向磨光机、砂轮片、钢丝刷、砂布等打磨除锈工具。Q355C钢材主要采用IGBT逆变二氧化碳气体保护焊机，设备型号：NBC-500；焊丝采用金桥JQ•CE71T-1型结构钢气保护药芯焊丝，焊丝规格：A1.2mm。

2、组对及定位焊。将清理干净的管线组装定位，组对间隙为2.5-3mm，环缝板厚δ≤30mm的错边量允许偏差应为壁厚的15%，且不大于3mm。对于双面焊缝，应在后焊一侧的坡口内焊接定位焊缝。先分别在钟表12点、4点、8点处进行定位焊接。定位焊缝位置宜距离缝端部30mm以上，长度宜在50mm以上，以防止产生裂纹及焊接过程中收缩变形量过大，间距为100～400mm，厚度不应大于正式焊缝厚度的1/2且不大于8mm。定位焊接后在压力钢管内贴陶瓷衬垫。对于高强钢（标准屈服强度ReL≥650N/mm2或标准抗拉强度Rm≥800N/mm2），其定位焊缝的长度宜在80mm以上，至少焊两层。

3、焊前准备 ：(1)检查焊接电流:在等速送丝下使用平硬特性直流电源,极性采用直流反接。 (2)检查送丝系统:推丝式送丝机构要求送丝软管不宜过长(2~4m之间),确保送丝无阻。 (3)检查焊枪:检查导电咀是否磨损,若超标则更换。出气孔是否出气通畅。 (4)检查供气系统:预热器、干燥器、减压器及流量计是否工作正常,电磁气阀是否灵活可靠。  (5)检查焊材:检查焊丝,确保外表光洁,无锈迹、油污和磨损。

4、打底焊 焊接过程:焊接参数设置为焊机起弧电压35-45V，工作电压22-24V，电流170-210A。焊前角度:焊枪与坡口两侧保持90°,与后侧夹角80-90°。运条时采用锯齿形或者正月牙型运条,在焊缝左端定位焊缝上引弧，使电弧沿焊缝中心作小幅度锯齿形摆动，自左向右焊接，两侧停顿中间带过,防止两侧咬边,中间过高或者穿丝。焊接过程中不能让电弧脱离熔池，利用电弧吹力防止熔滴金属下淌。焊接打底焊道时，必须注意控制熔孔的大小，既保证焊根焊透，又防止焊道背面下凹、正面下坠。焊丝摆动时，间距要小而均匀，防止外穿丝。如发生穿丝时，可以将焊丝拉回少许，把穿出的焊丝重新熔化掉。如发现同一处有数根穿丝，就要中断焊接，把穿丝剔除，打磨后再继续施焊。当焊丝用完，或者由于送丝机构、焊枪出现故障，需要中断焊接过程时，焊枪不能马上离开熔池，应先稍作停留，待电弧熄灭，熔池完全凝固以后，才能移开焊枪，如可能应将电弧移向坡口侧再停弧，以防产生收缩孔和气孔。然后用砂轮机将弧坑焊道打磨成缓坡形，打磨时要特别注意不能磨掉坡口的棱边。接头时，焊丝伸出长度的顶端应对准缓坡的最高点，然后引弧，以小间距锯齿形摆动焊丝，将焊道缓坡覆盖。当电弧到达缓坡最低处时，稍微压低电弧，即可转入正常施焊。打底焊完成后进行清理陶瓷衬垫。

5、填充层和盖面层的焊接

将打底焊道清理干净后进行填充层和盖面层的焊接。局部凸出处应打磨平整。必须掌握好电弧在坡口两侧的停留时间，既保证焊道两侧熔合良好，又不使焊道中间下坠。掌握好填充层的厚度，保持填充层焊道表面距离坡口棱边1.5~2.0mm左右，不能熔化坡口的棱边。以便盖面时能够看清坡口，为盖面焊打好基础。施焊盖面层前应将填充层焊道表面清理干净，局部凸出处应打磨平整。

（4）质量检查：焊缝焊接完成后24h后，先进行外观检测。焊缝外观检测使用焊缝检验尺、目视的方法进行。

2.2 水压试验流程

水压试验流程简述：试压准备、测试；管路内注水、排空；管路加压；判断管道内空气是否超过0.2%；空气含量是否合格？合格下一步稳压15分钟；试压合格；直到卸压、试压结束。

水压试验流程图如图2所示。

图2 水压试验流程图

2.3 水压试验方法

水压试验的方法如下：

（1）试验准备：管路焊接→清理杂物→闷头封堵→连接好设备、管路、水电；

（2）注水：注水时打开排气开关，关闭排水阀→注水至排气阀溢水→关闭充水阀，关闭排气阀→注满水，管道浸泡24h；

（3）升压：关闭排气阀→缓慢上升→分级升压，升至试验压力一半，稳压15min→观察管路无泄漏，压力无明显下降，继续升压；

（4）稳压：在试验压力2.97Mpa下保持恒压30min→外观检查，无漏水，试验合格；

（5）卸压：打开泄压阀→缓慢卸压→压力降为0MPa；

（6）排水：压力降为0MPa→打开排气阀→打开排水阀排水。

2.4 水压试验具备条件

水压试验应具备以下几个条件：

（1）水压试验段闷头封堵，无损检测合格；

（2）水压试验段焊接完成，第三方磁粉探伤检测合格；

（3）水压试验段完成防腐涂层施工、阴极保护系统安装、观测仪器埋设；

（4）水压试验段完成应力检测仪器设备及水压试验所用设备安装。

2.5 水压试验仪表、设备

水压试验采用的设备、仪表规格见表1。

表1材料与设备表

2.6 水压试验注意事项

水压试验过程应注意以下几个方面：

（1）管道试压，首先对管道进行预试压，试压合格后再通知各方到场进行管道水压试验[4]。

（2）管道试压前，管件应采取加固措施；管道试压时，密切观察各处封板（含法兰片部位）的变形情况，如有异常，应暂停试压，査明原因后进行整改。

（3）管道试压时，关于管道渗漏的问题，密切观察压力表的变化。

（4）管道试压完成并合格，应待试压段内的水排除干净后，方可对端头的封板，进行整体或对称分块的割除干净，打磨[5]。

（5）管道试压安全规范要求：试压现场应设围栏和警告牌，管道的输入端应装设平安阀、带压设备，管道严禁收到剧烈的冲撞或气体冲击，升压或降压应缓慢进行。

试压用的压力表应经校验合格，且不得少于2块，法兰、盲板的厚度应符合试压的要求。在试压过程中，如发现泄露现象，不得带压紧固螺栓、补焊或修理，检查受压设备和管道时，在法兰、盲板的侧面和对面不得有人，试压过程中受压设备、管道如有异常响声、压力下降、表面油漆脱落等状况，应马上停止试验，查明缘由，确保试压平安。

3 水压实验的结果

水压试验过程参数收集详见表2。

表2 岔管与各支管整体管路水压试验加压过程压力表读数记录表

经过建设单位、设计单位、监理单位、施工单位及钢管厂家共同检验，完成了本项目右侧岔管与各支管整体管路水压试验全过程。在试验压力2.97Mpa下保持恒压30min，进行外观检查，无漏水、降压现象，水压试验结果满足《双三段I标压力管道工程施工技术要求》以及国家规范的要求。

4 结语

本项目右侧岔管与各支管整体管路通过注水泵注水，加压泵缓慢加压，达到工作压力，外观检查无漏水、管道内部无降压现象，水压试验结果满足要求，达到要求，同时说明右侧岔管与各支管整体管路焊接施工质量，满足设计文件要求，达到设计要求。本项目的水压试验方法与经验，可以为同类型项目的水压试验提供一定的参考价值，具有借鉴意义。

参考文献:

[1]杨小军, 杨宏. 锅浪跷水电站生态机组岔管水压试验及应力检测研究[J]. 水电站设计, 2021, 37(3): 93–96.

[2]余爱武. 涔天河水库扩建工程枢纽电站岔管水压试验方案设计[J]. 湖南水利水电, 2020(5): 40–42.

[3]余健, 刘蕊. 呼和浩特抽水蓄能电站钢岔管水压试验测试与研究[J]. 水电与抽水蓄能, 2019, 5(4): 97-100+112.

[4]韦庆华, 余金凤, 张宪民, 等. 引水式水电站压力钢管岔管水压试验[J]. 广西水利水电, 2019(2): 10–13.

[5]陈尚林, 喻冉. 抽水蓄能电站钢岔管水压试验技术[J]. 水电与抽水蓄能, 2019, 5(6): 128–132.

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