抽水蓄能电站高强度压力钢管制造及安装技术

抽水蓄能电站高强度压力钢管制造及安装技术

张俊杰

中国葛洲坝集团机电建设有限公司  四川成都  610000

摘要：压力钢管是由柱、锥、球壳、加强构件和附件等组成的空间钢结构，乃是水利水电工程引(输)水建筑物的重要组成部分之一。近年来，由于能源危机的影响和能源结构政策的调整，国内大力推进抽水蓄能电站建设，抽水蓄能电站因水流压强较大，输水管道一般采用钢衬衬砌，且钢衬一般使用高强度钢板，现阶段已将压力钢管的科研、设计、施工和运行技术、管理水平推向到一个崭新的阶段。

关键词：抽水蓄能;电站;高强度;压力钢管

引言

抽水蓄能电站压力钢管一般强度较高，属于中高压压力容器范畴，所以钢板的性能要求一般应符合压力容器用钢板的相关标准要求。采用回火试制的钢板，其碳当量和值均较低，可保证钢板具有优异的焊接性能，现阶段我国常规抽水蓄能电站压力钢管承压能力一般分为500Mpa、600Mpa、800Mpa等级别。

1压力钢管制作

1.1技术准备

钢管制作前，应充分熟悉设计图纸、技术规范和相关标准，在此基础上进行技术文件编写，主要包括：钢管施工组织设计、工厂制作工艺图、钢板采购清单、制作工艺文件、钢管焊接工艺评定，钢管焊接、钢管质量检验检测计划、发货清单、钢管安装指导书等等。

1.2压力钢管制作工艺及主要技术措施

压力钢管制造从原材料进场检测合格后，包括划线放样、下料、卷板、拼装、焊接等主要施工工序。抽水蓄能电站的钢管一般直径较小，板厚较厚，板材级别较高，一般需配置一台压力机。为了消除钢板卷制时的剩余直边，高强钢在卷制前，采用压力机配合专业预弯模具对钢板两端头进行预弯。根据项目钢管直径定制预压模具，有效的减小了剩余直边，提高了瓦片卷制的质量。由于钢管纵缝焊接时通常处于无约束状态，焊接时的热输入会使钢管纵缝局部变形及钢管的圆度发生较大变化，因此需采取校正措施以满足要求，采用米字型内部活动支撑调圆是常用的方法。

1.3高强度压力钢管焊接

抽水蓄能电站因引排水压力钢管强度较高，针对高强钢焊接主要注意焊缝焊接前清理坡口两侧各20mm范围内的油污、铁锈、水迹等污物。对拼装焊缝进行定位焊，定位焊预热温度应比主焊缝的预热温度高25℃，焊缝焊接时预热采用履带式红外线加热垫，预热时必须均匀加热，预热区的宽度为焊缝中心线两侧各150mm，其温度测量采用远红外线测量仪在距焊缝中心线各50mm处对称测量，每条焊缝的测点不少于3对。预热温度、层间温度、后热温度根据焊接试验成果或有关标准规范的要求确定。

焊接采用多层多道焊，纵缝焊接前，坡口两端加装引弧板和熄弧板，以保证焊缝两端头的内部质量。焊接电流严格按照焊接工艺评定参数进行，并随时用弧度样板检查焊缝的变形情况，及时调整焊接顺序，尽量减少焊接变形。纵缝背缝清根后，仔细打磨干净，并作相应检查，确认缺陷清除干净后方可继续焊接。为减少焊接应力，焊缝焊接采取偶数名焊工同步对称、分段、退步焊接，焊接前将焊缝坡口全面打磨光滑，以免影响焊缝内部质量。主缝填充2～3层后对背缝进行清根处理，气刨清根时注意不要损伤到母材，将背缝打磨干净后做相应进行检查，缺陷消除彻底后再进行背缝焊接。焊接过程根据地样随时监测压力钢管整体变形情况，特别注意焊接过程有无炸（裂）焊现象，根据变形情况及时合理调整焊接顺序，有效控制焊接变形。

1.4压力钢管防腐

钢管管节或瓦片验收合格后，转运至喷砂（丸）、防腐车间进行防腐施工处理。防腐施工主要包括表面处理和涂料喷涂两过程。表面处理一般施工采用喷丸处理为主其他方法为辅的表面处理工艺，表面除锈等级应达到《涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定 第2部分：已涂覆过的钢材表面局部清除原有涂层后的处理等级》GB/T8923.2中规定的P级。涂料喷涂施工有人工涂刷、空气喷涂和高压无空气喷涂、电弧喷涂，常采用成形质量好、效率高的高压无空气喷涂方法，高压无空气喷涂系统主要由无气喷涂机、空气压缩机、空气油水分离器、喷枪等组成；涂装后涂层表面应光滑、颜色均匀一致，无皱皮、起泡、流挂、针孔、漏涂等缺欠。水泥浆涂层厚度应基本一致，黏着牢固，不起粉状。

2 压力钢管起重运输

抽水蓄能电站压力钢管的运输可根据压力钢管的几何尺寸不同、地域不同采用不同的运输方式，通常运输方式有：现场运输和场外运输。其中现场运输又分为公路运输和洞内运输，场外运输又分为公路运输、铁路运输和水路运输。

（1）场外运输。在现场运输道路允许的条件下（无桥、涵宽度限制），大型压力钢管优先采用平运（运输的重心较低），以保证运输平稳安全。在平板拖车上设置支撑托架，将压力钢管平放至托架上捆绑加固，抽水蓄能电站小直径钢管采用立式运输。

（2）洞内运输。对于洞内安装和洞内无法采用起吊设备吊装的压力钢管，通常采用辅轨拖运的方式进行运输。由于洞内无法直接使用起吊设备就位，常采用预埋天锚吊装，而有轨运输台车则通过滑轮组利用卷扬机牵引和安装下放。

3压力钢管安装

3.1钢管安装主要技术措施

（1）钢管吊装与洞内运输。抽水蓄能电站压力管道一般为洞内埋管，洞内埋管一般包括上平段、上弯段、斜井段（或竖井段）、下弯段、下平段、岔管、支管段几部分。洞内埋管由于受空间和施工环境的制约，一般在洞口利用龙门吊、移动式吊车等装卸车。洞内利用卷扬机拖动运输台车的方式将钢管运输至安装工作面，也可以利用予埋于洞内岩体顶端的天錨吊点进行缷车。

（2）主要尺寸控制。压力钢管以下弯段下游的安装单元为首装节，首装单元安装后其里程、高程、中心位置偏差不应超过±5mm，弯管起点的里程允许偏差为±10mm，始装节两端管口垂直度为±3mm。为了调整、检查安装时钢管的中心、高程和里程，每管节或管段的管口底及两腰位置都应设置控制点，控制点设置于预埋两侧和底部混凝土中的小铁板上或平整的混凝土面上，用洋冲眼和红油漆明显标记，并注意保护，防止因磨损或水冲丢失。

（3）首装节安装。首装节是每条、每段钢管中最先安装的基准节（或单元），对整条钢管的安装质量有直接影响。安装时应注意下列事项：为增加钢管稳定性，便于找正，应尽量组成大节（即单位）进行安装；每个管节加劲环下面，均需设置混凝土或钢支墩；钢管管口椭圆度应严格控制，如钢管刚度较差，为防止运输和吊装变形，应在管内设井字或米字形支撑；将其管口两端的中心，里程偏差等指标调整至标准允许偏差值之内，然后加固定位，防止因与上、下游管节压缝而产生位移。首装节安装检查合格加固后复测，并经监理工程师确认后方可进行其余管节的安装和加固。

（4）弯管、斜管安装。弯管安装要注意各节弯管下中心的吻合和管口倾斜，当下弯管吊入后，即将其下中心对准首装节钢管的下中心。如有偏移，可以在相邻管口上，各焊接一块挡板，在挡板间用千斤顶顶转钢管，使其中心一致。然后，再用千斤顶和拉紧器调整好两相邻管口的间隙，便可以开始由下中心分两个工作面进行压缝，压缝时要注意钢板错牙和环缝间隙，常用的压缝方法有两种：1）用压码和锲子板压缝；2）用压缝台车压缝。用压缝台车压缝可减少工装临时焊接工作，提高安装质量。

（5）凑合节安装。凑合节一般称为合拢段，主要是在环缝全部焊接完成后开始安装，为了便于安装，在安装接近凑合节的钢管时，要有意识的控制上、下游钢管的几何中心，使其相对偏差不要太大。凑合节有两种形式：整体式和分块式两种。整体式凑合节多数是安装在控制里程的部位，整体式凑合节和普通钢管一样，但其长度要较设计值长150~200mm，先制成管节，在现场再按照测量点量出实际需要的长度，割去多余部分进行安装。这节管口的几何中心一定要严格控制，以免因其误差而影响下一段钢管的质量。

3.2压力钢管安装焊接工艺

压力钢管安装焊接材料品种与母材和焊接方法相适应，焊接材料的机械性能和化学成分必须符合现有的国家标准，并具有产品合格证方可使用。钢管安装前，根据已批准的焊接工艺评定制定详细的、切实可行的焊接工艺，编制的工艺包括以下内容：焊接位置和焊缝设计（包括坡口型式、尺寸和加工方法等）；焊接材料的型号、性能、熔敷金属的主要成份、烘烤及保温措施等；焊接顺序、焊接层数和道数；电力特性；定位焊要求和控制变形的措施；预热、后热和焊后热处理；焊接工艺试验；质量的检验方法及标准；焊接工作环境的要求。

4.压力钢管质量控制

钢管制造和安装所需的钢材、焊接材料、连接件和涂装材料等均应按有关技术条款及国家规范进行检验和验收。应加强钢管制作、焊接以及防腐过程中各重点工序以及制造完成后的自检工作，合格后提交质量检查及验收资料。质量检查包括原材料检查、制作质量检查、防腐质量检查等以及过程控制中的工序间质量检查。

结语

抽水蓄能电站压力钢管制造及安装通过对上述施工方案及技术措施的实施与运用，极大的提高施工效率和焊接一次合格率，保证了工程质量、安全和进度，降低了工程造价，同时使我们积累了抽水蓄能高强度压力钢管制造及安装方面的施工经验，对于相类似水电站明管和埋管安装确实有一定借鉴意义。

参考文献

［1］水利水电压力钢管设计规范SL/T 281-2020．

［2］水工金属结构防腐蚀规范SL105-95.

［3］水利水电工程压力钢管制造安装及验收规范DL/T5017－2007.