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
序号 | 设备 | 规格 | 数量 | 备注 |
1 | 注水泵 | 20m3/h | 2台 | 1台备用 |
2 | 加压泵 | 6.3MPa | 1台 | 注水加压 |
3 | 充排水管 | Φ50 | 200m | |
4 | 压力表 | 4.0MPa | 2只 | 出示合格证 与检验报告 |
5 | 闸阀 | Φ50mm | 6个 | 耐压不小于6.0MPa |
6 | 注压闸阀 | Φ15mm | 3个 | 耐压不小于6.0MPa |
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
序号 | 开始 加压时间 | 压力表读数(MPa) | 加压 结束时间 | 压力表读数(MPa) | 时长 | 稳压 时间 |
1 | 17:42 | 0 | 18:05 | 0.5 | 23min | |
2 | 18:05 | 0.5 | 18:30 | 1 | 25min | |
3 | 18:30 | 1 | 18:56 | 1.5 | 26min | 15min |
4 | 19:11 | 1.5 | 19:39 | 2.02 | 28min | |
5 | 19:39 | 2.02 | 20:10 | 2.5 | 31min | |
6 | 20:10 | 2.5 | 20:45 | 3 | 35min | 30min |
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:
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[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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