若碧沟水电站压力钢管安全检测与评估分析_张玉宁.pdf

四 川 水 利若碧沟水电站压力钢管安全检测与评估分析张玉宁，彭章雅，赵 川，王筱红，曹 杨，郭俊利（四川省坝导水利科技有限公司，成都，；四川省水利科学研究院，成都，）【摘 要】文章以若碧沟水电站压力钢管安全鉴定工程为例，通过对钢管进行材料检测、腐蚀检测以及应力检测，综合分析评估了压力钢管当前的安全状态，结果显示：（）主管、支管管壁使用的材料为碳素钢，与设计图纸一致，材料符合设计要求；（）压力钢管已做防腐处理，多数管节涂层完好，未见锈蚀，主管少数管节局部存在一般腐蚀，腐蚀程度为 级；（）各部位静应力实测值均小于抗力限值。表明目前状况下若碧沟电站压力钢管基本安全，能保证运行正常。【关键词】压力钢管 腐蚀 应力 抗力限值 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）工程概况若碧沟水电站坝址位于雅安市宝兴西河片区永富乡若碧村，距宝兴县城，坝址以上流域面积，电站为跨流域引水式电站，电站枢纽由拦河坝、泄洪冲砂闸、心墙土石坝、进水口、沉砂池、压力隧洞、调压井、压力钢管、尾水等工程组成。坝高 ，正常发电水位高程，库容 万，调节库容 万，引水系统长。电站厂房位于宝兴县陇东镇永新村，机组为冲击式水轮发电机组，水轮机型号为 ，装机容量 （），设计水头，设计引用流量 ，年平均利用小时约，年平均发电量约 万。电站于 年 月开工建设，年 月投入运行至今已有 年，未进行过电站压力钢管安全鉴定。若碧沟电站压力钢管上游接有压隧洞（隧洞长度），通过钢筋混凝土管桥跨河至电站厂房，采用集中供水方式，主管为水平段明管，管内径 ，管道中心线高程为 ，经管桥末端混凝土镇墩之后管道中心线高程为 ，后分 条支管（埋管）进入电站厂房，支管内径。检测目的及范围为保障若碧沟水电站压力钢管的正常运行，消除安全隐患，依据 压力钢管安全检测技术规程相关要求，对电站压力钢管进行安全检测与评价。本电站压力钢管相关参数见表。表 电站压力钢管安全检测相关参数特征项目相关参数设计水头设计流量 装机容量（台数）（）主钢管主钢管根数 根每根主钢管长度主钢管坡度（可分管段）主管水平段为明管，长（进口段接有压隧洞，通过管桥过河至镇墩处），斜段经过镇墩进入下平段，下平段为埋管管内径管壁设计厚度管段数量（个镇墩之间为 个管段）个管节长度（条相邻环缝之间为 个管节）共 个管节（管节从压力钢管进口段开始编号），每段管节长度为 每个管节纵向焊缝条数 条 检测与分析 材材料料检检测测张玉宁，彭章雅，赵 川，等：若碧沟水电站压力钢管安全检测与评估分析 材料质量证明书和制作安装验收文件等资料能够证明材料符合设计文件要求时，可不进行材料检测。材料牌号不清或对材料牌号有疑义时，应进行材料检测并确定材料牌号和性能。本次采用测定金属表面硬度、换算其力学强度的方法来验证金属材料牌号。若碧沟压力钢管竣工图明确说明管壁材料均采用（）钢，伸缩节内外套管、外套管法兰盘采用（）钢，螺栓、螺母、压环法兰盘采用 钢。采用维氏（）硬度计测定压力钢管明管段金属表面硬度。根据 黑色金属硬度及强度换算值换算出对应测点的金属材料抗拉强度 的近似值，再通过比对标准，验证金属的材料牌号。材料检测结果如表。表 材料检测结果抽检部位韦氏（）硬度值实测值平均值抗拉强度换算值（）推定的材料牌号管桥上主管管节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、厂房内支管蝶阀前支管、蝶阀前支管、蝶阀后支管、对明管段管节进行硬度检测，依据 进行硬度和强度换算，主管和支管钢材强度为，基本符合 碳素结构钢第 规定 钢材抗拉强度为 ，综合结论为：主管、支管管壁使用的材料为碳素钢，与设计图纸一致。腐腐蚀蚀检检测测对明管主管涂层厚度进行了抽样检测，检测结果见表。结果显示：主管涂层基本完好，实测各管段涂层厚度为 ，平均厚度为，大于水工金属结构防腐蚀规范（）推荐值，且检测涂层厚度多数大于规范推荐值。检测结果基本满足规范要求。表 主管明管涂层厚度检测结果（单位：）抽检部位实测值平均值管桥上主管管节、管节、伸缩节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、管节、伸缩节、厂房内支管、合计 对管桥上主管和厂房内支管明管的腐蚀状况进行了抽检，压力管道已作防腐，支管防腐涂层完好，未见锈蚀；主管多数管节涂层完好，未见锈蚀，少数管节（、管节）局部存在腐蚀，腐蚀状况及腐蚀量检测结果见表、表。表 腐蚀量检测结果序号桩号表面涂层完好程度局部蚀斑或蚀迹（相当面积）内蚀坑深度（）个数平均深度（）平均深度占板厚（）最大深度（）最大深度占板厚（）腐蚀程度评价管节完好少量浅而分散、级管节完好少量浅而分散、级管节基本完好少量浅而分散 级管节基本完好少量浅而分散 级管节基本完好少量蚀坑 级 四 川 水 利 表 明管构件蚀余厚度检测结果抽检部位原厚度（）测量厚度（）腐蚀量（）腐蚀速度（）平均值 最小值平均值最大值 平均值最大值主管管节 管节 管节 管节 管节 支管 腐蚀检测表明：压力钢管已作防腐，多数管节涂层完好，未见锈蚀，主管少数管节（、管节）局部存在一般腐蚀，腐蚀程度为 级。应应力力检检测测选取压力钢管支管蝴蝶阀附近断面作为检测断面，每个断面均布置三向测点。应力检测采用动态信号测试系统。静应力检测荷载为设计静水头工况，动应力检测荷载为作用于钢管的静水压力和水锤压力，检测工况按甩 额定负荷、甩 额定负荷、甩 额定负荷、甩 额定负荷等 种工况进行。三向 测 点 折 算 应 力 按 第 四 强 度 理 论 计算：（，按承载能力极限状态设计原则，各计算点的折算应力应满足：，。式中，为钢管结构构件的作用效应计算值与抗力限值；、为轴向、环向正应力；为剪应力；为结构重要性系数，取 ；为设计状况系数，取 ；为结构系数，局部应力区取 ；为钢材强度设计值，钢取。参照压力钢管安全检测技术规程 条规定：运行时间 的压力钢管，时间影响系数应为 ，则若壁沟电站压力钢管 。静应力检测成果见表。表 静应力检测成果序号测点布置位置检测水头（）计算静应力（）检测静应力（）抗力限值（）判定跨河明管段钢管跨中管壁 （）满足要求跨河明管段钢管与伸缩节连接处附近管壁（）满足要求厂内支管蝴蝶阀附近断面管壁 满足要求 检测结果表明，跨河明管段钢管跨中管壁、跨河明管段钢管与伸缩节连接处附近管壁、厂内支管蝴蝶阀附近断面管壁应力检测满足要求。结论本文依据 压力钢管安全检测技术规程相关要求，对宝兴县若碧沟水电站压力钢管进行安全检测与评价，检测内容包括材料检测、腐蚀检测和应力检测，得到以下结论：（）主管、支管管壁使用的材料为碳素钢，与设计图纸一致，材料符合设计要求；（）压力钢管已作防腐，多数管节涂层完好，未见锈蚀，主管少数管节（、管节）局部存在一般腐蚀，腐蚀程度为 级；（）静应力检测工况下最大应力均小于钢管的抗力限值，应力检测满足要求。结合电站实际运行情况，目前状况下若碧沟电站压力钢管评定为基本安全，目前压力钢管运行正常。参 考 文 献杨光明，郑圣义，夏仕锋水电站压力钢管安全检测与评估研究 水力发电学报，（）：张 平，五强溪电厂 号机压力钢管安全性检测分析与评估 水电站机电技术，（）：作者简介：张玉宁（），女，汉，山东青州人，助理工程师，大学本科，主要从事水利水电工程施工专业质量检测工作。：