狮子坪水电站压力钢管岔管水压试验

肖 兵， 代川平

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072)

1 概况

狮子坪水电站压力管道采用埋藏式，为一管三机，由上平段、上斜段、中平段、下斜段、下平段组成，圆形断面，主管内径为3.9 m，压力管道主管长 511.87 m。

主管末端设置了两个月牙肋岔管，材质为WDB620高强钢，设计压力为5.16 MPa。1#岔管为不对称“卜”形，管角50°，管壁厚40 mm，肋板壁厚70 mm，主管内径3.4 m，支管内径为2.89 m及1.986 m，岔管公切球半径 RT=1.965 m，钝角区的折角为10°。2#岔管为“卜”形，管角 50°，管壁厚36 mm，肋板壁厚70 mm，主管内径为2.894 m，支管内径1.99 m，岔管公切球半径 RT=1.742 m，钝角区的折角为10°。

2 水压试验的目的

(1)岔管水压试验以超载内压暴露结构缺陷、检验结构整体安全度，为岔管的长期安全运行提供可靠保证。

(2)通过水压试验，可以削减焊接残余应力及不连续部位的峰值应力。

(3)通过水压试验，在缓慢加载条件下，缺陷尖端发生塑性变形，进而使缺陷尖端钝化，卸载后产生预压应力。

3 水压试验的基本原则

水压试验严格按照《水电站压力钢管设计规范》DL/T5141－2001、《压力钢管制造安装及验收规范》DL5017－93等相关规程规范实施。

4 水压试验前的准备工作

(1)岔管的主管及支管端头均应设置连接段钢管;连接段管材、壁厚与岔管相同，连接段长1 200 mm。连接段钢管的制作、安装要求按照《压力钢管制造安装及验收规范》DL5017－93进行。

(2)岔管、连接钢管防腐处理完毕并验收合格，清除管内的污物。

(3)岔管的主管和两个支管连接钢管未端并设置闷头。

(4)在三个连接钢管上设置压力表(精度1.5级，量程为试验压力值的1.5～2倍);在主管的连接钢管上，试件最高处设置一个补排气管(配有10 MPa的高压补气阀)、一个充水阀及一套高压水泵(额定压力大于10 MPa)，并在高压水泵的管路上设置逆止阀，逆止阀前后各设置一个压力表(量程为10 MPa)。不得用排水阀替代逆止阀。在一个支管的连接钢管上，试件最低处设置一个排水管(配置10 MPa的高压排水阀);岔管水压试验的观测设备及应力应变测试装置安装和调试完毕并初步验收合格。

为满足水压试验要求，在连接段钢管上的开孔应距离主要焊缝小于300 mm。

(5)岔管水压试验的支撑结构安装完毕并通过验收，满足支撑岔管水压试验的结构要求，并要求其尽可能地减少对岔管位移的约束;应适当倾斜岔管，令排气管在岔管相对高的位置，排水管在岔管相对低的位置。

(6)岔管、连接钢管和闷头的制作、安装、焊接质量符合要求。

(7)岔管各部位及监测设备、压力表均应安排专人监视、记录，并配置照明设施。

5 水压试验程序

5.1 充 水

(1)记录试验当天的气温、湿度、风向、风力等，水压试验宜在气温10℃以上的环境进行。

(2)记录各观测设备、压力表的读数。

(3)开启排气阀，关闭排水阀。

(4)用高压水泵向岔管注水，注水量控制在20 m3/h，至排气阀溢水，关闭高压水泵，然后关闭排气阀。

(5)1 h后，记录各监测设备、压力表读数;全面检查岔管、连接钢管和闷头有无水汽泡和渗漏情况并记录;全面检查岔管的支撑结构有无变形或位移等异常情况并记录。

(6)如果出现渗漏等异常情况，应开启排气阀、排水阀，将岔管内的水排空后进行处理;如无异常情况，可进入下一步工作。

5.2 水压试验

岔管水压试验最大水头采用 4.6、5.8 MPa，分两阶段进行，一阶段与二阶段时间间隔需大于30 min。

水压试验通过高压水泵向岔管泵水加压进行。高压水泵加压、减压应缓慢、均匀(压力变化速率不得大于0.05 MPa/min)。在每次高压水泵加压、减压操作前应记录各监测设备、压力表读数;全面检查岔管、连接钢管和闷头有无射水、漏水、渗水等情况并记录;全面检查岔管的支撑结构有无变形或位移等异常情况并记录;当高压水泵加压达到最大压力后，在减压前的60 min稳定时间里应当用0.5～1 kg的小锤在焊缝两侧各15～20 cm处轻轻敲击，并且每20 min进行一次观测数据记录。如出现渗漏等异常情况，应将管内的水压缓慢降至自然状态，然后开启排气阀、排水阀，将岔管内的水体排空后进行处理;如无异常情况，可进入下一步工作。

第一阶段:最大采用4.6 MPa压力进行水压试验。

岔管正常运行时承受的最大内水压力为4.6 MPa，第一阶段最大采用4.6 MPa进行水压试验。

第二阶段:最大采用5.8 MPa压力进行水压试验。

岔管的设计压力为5.16 MPa，第二阶段最大采用5.8 MPa的压力进行水压试验，约为正常运行水头的1.26倍、设计水头的1.12倍。

6 结语

水压试验是对岔管设计和施工质量的总体检验，计算参数和成果、部件设计、选型、材料选择及施工焊接工艺等均在检验之列，是保证电站安全的重要依据。水电站压力钢管岔管体形复杂，相应的应力计算和制作也比较复杂，为确保水电站运行安全，特别是高水头机组电站，避免其在安装后出现质量问题而较难处理，建议在岔管制作安装完成后现场进行水压试验。试验过程中，因钢管结构塑性变形需要发展的时间，缓慢加载有利于缺陷尖端塑性发展，待其达到设计压力后需要分级稳压加载，一旦出现问题，可及时进行补救。