压力钢管安装须注意的技术问题

1、 1998年第11期水力发电27压力钢管安装须注意的技术问题杜天棕闫翠萍(小浪底水利枢纽建设管理局, 河南济源, 454681张淑英(天津市焊接研究所, 天津, 300100 关键词安装预热涂漆履式卡具压力钢管摘要压力钢管焊接前的预热方法及预热温度, 应根据钢种、钢板厚度、焊接方法、环境条件等综合考虑, 合理选择预热规范。环境湿度对焊接质量有较大影响, 有些预热规范不适合于高湿度的环境条件。压力钢管的焊接采用垫板接头可减少隧洞开挖量和回填混凝土方量, 但弯管段不宜设垫板。压力钢管的安装装配使用履式卡具可使装配速度快、质量好、装配应力均匀、便于反复调整, 是值得推荐的方法。钢管内壁涂漆由于面漆容

2、易在安装过程中被损坏, 尤其是钢管底部, 所以在制作场可将底部区域只涂底漆保护, 面漆留在安装后期涂敷。随着特大型、大型常规水电站和高水头抽水蓄能电站的开发, 压力钢管也朝着大型化和高强度化的方向发展, 如三峡水电站压力钢管直径达1214m , 二滩水电站压力钢管厚度最大为52mm ,例。经试验、分析断定, 主要是因为隧洞内湿度大(最高RH 为100% 而引起的。后来虽经火焰去湿, 但当装配应力较大及湿度过高时, 仍有裂纹产生, 直至设置固定式加热器才杜绝了裂纹的产生。由此可见, 下列预热规范的规定不适于高湿度环境条件下的A 537C 111钢(或其他牌号的H T 50级钢 。(1 美国焊接研

3、究学会推荐, 气温10时, 厚度2514mm 的钢不预热。(2 日本压力钢管规范:厚度25mm 时, 预热到去湿程度。(3 A S M E 附录D :推荐最低温度为10(对于所有厚度 。(4 DL 501793:厚度30mm 不预热(尚有例外的环境条件, 但未提及湿度 。但是, A 537C 111钢的供货厂商日本N KK 公司推荐其隧洞内安装的预热温度为100以上, 系可能考虑湿度、装配应力及管理水平等最不利的状况所作出的万无一失的选择。其中管理水平对预热选择有较大的影响, 譬如移动式火焰预热法, 如果管理者及操作者技术水平不高, 责任心又不强, 则很难实现均匀预热; 另一方面, 应保证几名

4、焊工同步焊一条缝, 这样, 除能防止不均匀收缩变形引起的收稿日期:1998207209十三陵、天荒坪及小H T 80级高强钢已用于鲁布革、浪底等电站的压力钢管, 从而增加了设计与施工的难度; 传统的安装方法也受到冲击, 迫使人们寻求新的安装工艺和方法。由于经验不足, 在实施中如果出现问题, 将会涉及修改设计、合同变更及索赔等问题。为避免这些问题的发生, 应合理地选择规范和工艺。1预热规范的选择预热及预热温度的确定, 应根据钢种、板厚、结构刚度、装配应力、接头类型、焊接方法、焊接材料种类、施工环境条件及施工管理水平等作综合考虑, 这是一个比较复杂的问题, 绝非翻阅一、两个规范就能确定的。实际上,

5、 诸多的预热规范各有不同。其次, 预热与否及预热温度的确定, 纯属承包商的事, 如果合同文件将其规定得无回旋余地, 那么一旦出现了问题, 则必然引起争端。国内曾有过A 537C 111(H T 50级 钢、厚度2224mm 的压力钢管因未预热而出现冷裂纹的实28水力发电表1焊工同步操作的层间温度实例1998年第11期工程鲁布革小浪底管径 m416718钢号A 537C 111A 537C 111板厚 mm22, 2432预热条件不预热初层60焊工数66层间温度 初层:26; 第2层:4045; 第35层:507060测温位置距次层始焊点1m 距次层始焊点015m钢管偏移外, 尚利于保证层间温度

6、。表1列举了工程实例。如果每名焊工随意停焊, 则测得层间温度有时即为钢板原始温度。国内某电站蜗壳安装工程, 其母材为16M n 和S M 50B , 均属H T 50级钢, 厚度为55mm , 未施以预热也未发现裂纹。且不论其合理性如何, 单从“未发现裂纹”这一事实来看, 说明同一强度级别的钢在不同的条件下对预热的需要差别之大。鲁布革电站压力钢管工程合同条款对预热只作了原则性的规定, 即预热与否及预热温度由承包商确定, 但工程师可根据实际情况规定较高的预热温度。(3 不适合于TH 80级以上的高强钢。某工程曾做过A 517GrF (H T 80级 和A 537C 111钢相焊的工艺评定, 其冷

7、弯试验在40时即开裂。其次, 强度高的钢对缺口敏感, 而垫板接头则形成“变截面”和构成缺口。(4 不适合于厚板。因V 型坡口焊接填充量比X 型坡口大, 且收缩应力较大; 另一方面, 一旦根部产生缺陷, 则返修量大。(5 垫板与管壳外壁间隙应尽量小。当其大于3mm 时, 容易产生缺陷, 在装配与焊接时务必注意 。2垫板接头211垫板接头的优点(1 减少隧洞开挖和回填混凝土量。例如鲁布革电站压力钢管外壁距隧洞壁的设计尺寸仅为400mm 。(2 只在钢管内作业, 安全、通风条件好。(3 省去气刨及刨槽打磨工序。212应用垫板接头的注意事项(1 垫板应沿焊缝全长连续设置, 垫板间的接头应为全焊透接头。

8、分成两个半圆的垫板不能满足这个条件, 这是因为出于装配的需要, 每块垫板须小于180, 这样, 装配后的两垫板间隙一般在20mm 左右(见图1 , 这种几何不连续性可能诱发横向裂纹 。图2弯管设垫板的装配状态(6 无损探伤对缺陷及伪缺陷的判断须有足够的经验。(7 避免在管外作业, 否则, 违背了设垫板接头的意图, 那种动辄在管外破坏垫板及返修焊的做法是不正常的。(8 管外设计空间大小应与x 射线探伤统一考虑。日本是采用自动装x 胶片的小车, 或以自动记录式超声波探伤取代x 射线。(9 为避免在狭窄的空间内作业, 外支撑宜仅设置在管的上游端。实际上, 在临近已回填混凝土、呈刚性固定状态的钢管段上

9、设外支撑起不了什么作用, 莫不如在上游端下工夫。(10 坡口设计不可硬套某一规范。实际上, 规范繁多、规定不一。应根据板厚、焊接位置及实际中可能出现的间隙等确定。假如设计间隙为10, 也不适合mm , 按AW S 标准, 即使坡口角度为30图1不连续的垫板形式(2 弯管不应设垫板。如图2示出了弯管设置垫板而装配不上的工程实例。于横焊, 况且钢管安装间隙变化较大, 因此, 应最小取40。日本川崎重工研制的垫板已成功地应用于鲁布革电站和日本其他电站(见图3 。难度也大, 效率低, 有时需将定位焊缝割除重新调整。此法适于直径较小、壁薄的管 。3异形管坡口对于弯管、锥管及岔管等异形管的坡口设计与加工,

10、 应注意“坡口角度(Groove angle 与坡口面角度(B evel angle 的区别。譬如弯管, 两坡口面角度之和大于或小于其所形成的坡口角度 。图5履式卡具(单位:mm 图3日本川崎重工垫板设计(单位:mm 4装配压力钢管安装装配大致有以下方法。(1 传统的装配方法。系借助于拉板、型板调整对口(见图4 。这种方法较简便, 又能预防变形, 但焊接、拆除这些附件较麻烦 。图6千斤顶调整杆对于H T 80级之类的高强钢, 虽应尽量避免在其上面焊接临时附件, 但并非禁止。日本在H T 80级钢上焊接卡具是很普遍的做法, 但应对其焊接与拆除工艺作详细规定和控制。图4传统的装配方法(2 履式卡具

11、。这是日本应用于压力钢管及其他焊接结构(例球罐 的通用卡具(见图5 。使用5涂装511钢管内壁涂装方法是预先将键在车间焊好, 装配时, 将履套在键上, 插上销, 再用楔调整间隙和错边。调整合格后, 可将销、楔点焊, 以防滑落。然后进行定位焊。待正式焊接至两层之后, 再拆除卡具。该方法的优点是装配速度快, 质量好, 装配应力均匀, 可反复调整, 直至合格。缺点是需预先制作卡具。总的来讲, 值得推荐。(3 千斤顶调整杆。该方法的特点是不需焊接任何附件, 用千斤顶调整杆和手拉葫芦进行装配(见图6 。缺点是最终调整部位往往应力较大, 调整如果钢管在制作阶段完成最终涂漆并达到设计膜厚, 则在其后的安装中

12、涂膜难免被损坏, 施以修补不仅费时, 且不易保证质量。因此, 可采用以下方法。(1 面漆移至安装后涂敷。钢管内壁防腐涂料较广泛地采用环氧沥青漆, 其设计厚度一般为4005003道。其最大允许重涂时m , 大致涂2间, 以海鸥牌P 514 C 514型涂料为例, 一般为48h , 也因作业环境条件而异。这样, 若将最终涂层延至安装后进行, 则时间间隔有时会是几个月。为防止层间剥离, 在安装涂漆前须对前涂层表面进行粗化处理。某工程采用的是效率高的喷砂处理, 压力为014M Pa 、喷射角6070、喷射距离100200mm , 经附着性试验合格。此方法的缺点是恶化洞内作业条件, 成本也较高, 一般不

13、采用。(2 预留钢管底部区域。因安装中原漆层被破坏的区域主要为钢管底部, 所以日本某电站是在制作涂漆中, 对于钢管底部只涂车间底漆, 作为临时保护, 其余部位均涂至最终膜厚。在安装涂漆前, 将钢管底部作“净化喷砂”(Sw eep b lasting , 然后补涂环氧沥青漆。这种方法值得借鉴。(3 在制作工场只涂车间底漆。有的工程是在制作工场喷砂后只涂车间底漆, 在安装涂漆前再作“净化喷砂”, 除去锌、盐和污物。在生锈区域和焊接接头区喷砂到清洁度符合美国SSPC SP I O 或瑞典S ISSa 21 2或ISO 21 2级, 然后统一涂中间漆和面漆。此种方法的优点是质量好, 缺点是需喷砂两次。

14、512外壁防腐钢管外壁防腐一般是涂水泥砂浆。外壁防腐不是必需的, 只有当从制作结束到安装回填混凝土的时间间隔长时才需要。例如, 地处气候干燥地区的二滩水电站, 钢管外壁就未作防腐处理。在安装浇筑混凝土之前对焊接接头区补涂水泥浆的做法是多余的。6结论(1 合同规范宜对预热只作原则性规定, 给予承包商选择的余地。(2 确定预热规范应充分估计到环境湿度的影响。(3 移动式火焰预热法难以管理, 不能有效地防止裂纹。(4 采用垫板接头有诸多的注意事项, 在设计与施工方面应予以综合考虑。(5 坡口设计应考虑钢管安装接头的特点。对于异形管接头, 应注意坡口角度和坡口面角度的关系。(6 钢管装配推荐采用履式卡

15、具。(7 应恰当地选择制作涂漆和安装涂漆的时机, 注意最大允许重涂时间间隔。(8 钢管外壁防腐不是必需的。莲花水电站通过竣工安全鉴定按照原电力部水电建设工程安全鉴定规定第五条“竣工安全鉴定是工程竣工验收的必要依据, 工程竣工验收前必须进行竣工安全鉴定”的规定, 黑龙江省水电建设管理局委托中国水电建设工程咨询公司组成专家组, 承担莲花水电站竣工验收阶段的大坝安全鉴定工作。专家组由水电总院、昆明院、北京院、大坝安全监察中心和西北院有经验的专家组成。安全鉴定工作的范围为大坝、二坝、溢洪道及消能防冲工程、引水发电工程、建筑物基础处理和边坡处理等项目。安全鉴定工作分三个阶段进行:第一阶段:1998年5月21日至28日, 专家组在莲花工程现场调查, 全面了解工程情况, 提出了安鉴工作大纲及下一阶段需要补充的工作和所需的资料。第二阶段:1998年7月29日至月19日, 专家组在全面掌握资料的基础上, 深入分析, 研究问题, 形成竣工安全