PCCP管道水压试验技术研究

2020-12-22

山西水利科技 2020年4期

（山西水投汾河水务有限公司山西太原030031）

1 工程概述

某工程主体工程为管道建安工程，主要包括PCCP 管、管道阴极防腐各类阀井、阀门、管道附件、构（配）件、管道镇支墩等。主管道为4 根DN3200 的PCCP 管或钢管。

根据工程各因数综合分析比较，将水压试验分为1 km 水压试验和10 km 水压试验。两个试验段内的管道沿线均设计有排气阀井和排水阀井，便于注水时排气和试验结束时排水。

本工程管道水压试验采用的是注水法，对已敷设的PCCP 管道注满水后，在规定的时间和试验压力值的条件下检验并计量在恒压时间内补入该试验管道内的水量是否符合规定允许的渗水量标准的试验。它是对输水管道、接头、管件、各种阀件及镇墩、连通、分水口等附属构筑物的设计、施工、安装阶段的综合验证，是通水之前必须检测的一个主控项目，以验证管道及各附属构（建）筑物是否满足设计要求。

2 水压试验技术要求

PCCP 管材试验压力为工作压力加0.3 MPa。管道安装完成1 km 后，应进行首段水压试验。首段水压试验合格后，随安装进度利用打压管逐段进行水压试验，分段长度不宜超过10 km，解决管道水压试验的所有限制条件，按所规定的标注及要求进行水压试验。

因本工程水压试验采用注水法。依据《给排水管道工程施工及验收规范》将建安工程管道水压试验分为两个试验阶段，分别是预试验阶段和主试验阶段；两个试验阶段合格的判定标准是工程是否符合设计及规范要求的判定标准，即为设计文件要求和合同文本中规定的接口、管身无破损及漏水现象且补水量不超过规定渗水量时，判定为水压试验合格。

管道水压试验前，附属设备安装、管道回填土、排水设施、供电设施等需符合相关的规定，施工单位还应编经过监理工程师审核并批复后制试验方案（必要时还应经过专家论证）其内容必须包括：后背及堵板的设计，后背必须设在原状土或人工后背上（必要时需加固土质）后背墙体面应平整；加压设备及压力计的选择应满足本工程水压试验的要求；进水管路的铺设排水孔及排气孔的安装位置应在便于人工操作的位置；升压分级的划分及水压试验流程图和水压试验的具体步骤；试验管段的应急措施；注入的水应为无污染的天然水，冲洗排出的水，不得影响周围生态环境，应采取一系列措施保证人员、交通及本工程设施和周围人民群众生命财产的安全。

在从下游向管道缓慢注水的过程中，要将管道上游顶端和管道高点设置的排气阀打开，使管道内的气体随时排出管外，以免由于空气的影响，导致管道水压试验失败。

3 水压试验方案

成立PCCP 管道水压试验组织机构后，选取合理的1 km 和10 km 水压试验段，安排时间进行试验。

水压试验管段设施布置详见图1。

图1 水压试验管段设施布置图

水压试验工艺流程见图2。

图2 水压试验工艺流程图

4 水压试验施工方法

4.1 准备工作

巡查人员到位并做好充水前的巡查，最后一次检查供水及供电系统，确认系统能正常工作。

4.2 管道充水

1）1 km 水压试验

水压试验时，利用下游侧打压管的进人孔作为注水孔，采用250 QJ100-36 水泵取水，通过DN200 mm的水管向试验管道内注水，在水泵出水口一侧安装高压闸阀（241H-25-200）及流量计，控制和记录水量。本工程拟投入2 台水泵同时注水，水泵的综合效率取0.75，则需54 h 即可将1 km 水压试验段管道充满。

2）10 km 水压试验

本段试验拟投入3 台200L1-2/30 水泵注水，水泵综合效率取0.75，则需207 h（约8.7 d）可以完成注水作业。利用管道沿线的排气阀井作为初始的管道注水口，注水时在排气阀井距离的较近的河流中抽水，注水口附近设置20 m3的水箱作为临时储水箱，管道即将充满时，利用上游侧打压管的进人孔作为注水孔，该段由于距离较远，采用6 吋污水泵抽水。将敞开的排气阀井全部关闭封堵，安装临时排气阀作为管道充水时的排气通道。供水系统布置详见图3。

3）管道充满水后，在水压试验前，管道浸泡时间不小于72 h。

4.3 沿线检查

在管道充水过程中，巡查人员24 h 沿线巡查或检查排气阀井工作是否正常，有无地表渗水、变形现象并做好记录，同时对于重点部位应加强监测。

图3 10 km 水压试验供水系统布置图

4.4 加压及观测

1）试验压力

根据《给排水管道工程施工及验收规范》和设计要求，本工程压力管道水压试验压力为管道工作压力P+0.3 MPa。1 km 水压试验段的管道工作压力均为1.6 MPa，水压试验压力为1.9 MPa；10 km 水压试验段的管道工作压力变化较大，其中管道高程最高处的工作压力为1.0 MPa，则根据设计要求规定，水压试验压力为1.3 MPa。

2）压力分级

水压试验应采用分级增压，增压一次都必须检测管道、管件接口以及附属设施，是否出现异常，管道各部位的排气阀是否打开，增压过程中，压力表的指针刻度是否稳定上升，如出现异常摆动现象，首先考虑排气，只有在保证此级增压安全时，才可以进行下一级增压。

本工程水压试验第一次加压为0.3 MPa，以后每级均为0.2 MPa，每次升压后，稳压时间不少于15 min（为保持压力，允许向管内补水）。

每次升压完成后，分析巡查过程中出现的异常情况和记录的数据。发现问题及时处理。

压力分级表详见表1。

3）预试验阶段

预试验阶段是由下游将达标水缓慢的注入管道内，注意排气、渗水、损坏等，将压力稳压30 min，发现管道压力下降时，可以补水，但不能高于试验压力，如该阶段出现异常现象，查明原因，进行纠错后，重新预压力试验。

4）主试验阶段

主试验阶段是在预试验阶段补水后，压力值稳定15 min 未降低，或降低没有超过0.03 MPa 时，可以将压力调整到正常的工作压力，在30 min 内，外观没有出现各类部件、附属设施异常，各类值都在规范允许的范围内，则可以判断管道水压试验合格。

表1 压力分级表

5）渗水量测定

（1）水压试验允许渗水量计算

本工程PCCP 管道水压试验允许渗水量根据下式计算：

式中：Di——管道内径，mm；

q——允许渗水量，L/（min·km）；

代入数据可知，DN3200 的PCCP 管道水压试验的允许渗水量为7.918 L/（min·km）。

（2）实测渗水量计算

本工程PCCP 管道水压试验实测渗水量根据下式计算：

式中：q——实测渗水量，L/（min·km）；

W——恒压时间内补入管道的水量，L；

T——从开始计时至保持恒压结束的时间，min；

L——试验管段长度，m。

管道水压试验时，实测渗水量应小于允许渗水量。

6）后背计算

管道试压采用止推方式为试压堵头后管道与土壤摩擦力为反力方式，故考虑到管线中不同工压，覆土的管道，按最不利情况计算止推长度。即：工压按设计工作压力1.6 MPa，覆土厚度均按最小2.5 m 为基本条件计算止推长度。计算结果止推长度为106 m，管节为22 节。具体计算见下式。

堵头止推长度计算：

输入管内径Di=320 cm；输入接头直径Dj=334.3 cm；

输入管外径Do=378.8 cm；输入土壤单位重Rs=1.9 t/m3；

输入设计压力Pw=16 kg/cm2；输入试水压力PS=19 kg/cm2；

输入土壤磨擦系数C=0.3；每米管长单位重Wp=8.6 t；

设计压力时轴向拉力Tw=Pw×3.14×（Dj/2）2=1 404.4 t

试水压力时轴向拉力Ts=PS×3.14×（Dj/2）2=1 667.7 t

每米长覆土重Wr=Rs×Do×B=17.9 t

每米公尺长管内水重Ww=3.14×（Di/2）2=8 t

止推长度L=Ts ［C×（2Wr+Wp+Ww）］=106 m

最少所需管道数量22 根。

7）排气孔和排水孔设计

试验段管道包括有排气阀井，排气阀井可以作为排气通道，同时在上下游管道打压管上分别安装一个复合式高速排气阀（型号为PG4X），排气管路与上下游进人孔相连接，安装水泵，管道内剩余的少量水可以通过排水阀井排出。

8）打压设备、压力表的选择及安装

按照设计及规范要求，如果要用弹簧压力计时，使用前要有关部门校正，并出具符合相关规范的校核合格证书，精度要大于或等于1.5 级，最大测量范围为该管道试验压力的1.3～1.5 倍，表壳公称直径大于或等于150 mm。为满足试验要求，在上下游侧分别安装1 个精密压力表（YB-150A），压力表参数见表2。管道的试验压力以最高点（上游侧）为准。

表2 压力表参数表

根据试验要求，本次试验压力为1.9 MPa，管道允许最大渗水量为7.2 L/（min·km），则1 km 水压试验和10 km 水压试验时打压泵的供水流量分别为0.4 m3/h和4 m3/h。所以打压水泵选型时流量应大于4 m3/h，扬程应大于190 m，故选用CDLF16-160 多级离心泵作为加压泵，扬程222 m，满足试验要求。加压泵（加压水泵参数见表3）从储水池取水，在出水管道上安装闸阀（Z414-25-100）和截止阀（DN100 mm）及流量计表。