浅析水利水电工程压力管道制作技术

段杰

(云南水利机械有限责任公司， 云南 昆明 650000）

关键字: 水利水电工程； 压力钢管； 制作工艺

1 概述

随着水利水电的发展， 山区和山谷地区的高水头， 大型和超大型水利水电项目也越来越多， 对设计工作也提出了更高的要求。 同时， 压力管道的管径、厚度、 材料强度、 生产强度和生产难度也在增加， 管道结构也越来越大。 近年来， 钢衬钢筋混凝土管已成为我国快速发展的新型结构， 主要用于高水头， 高速水利和水电项目。 压力管道是钢衬钢筋混凝土结构的重要组成部分。 在水箱， 前池或调压室的压力下， 将水引入涡轮机或其他设备中， 以满足发电和供水的要求。

2 压力管道的制作技术

2.1 制作场地及设备布置

压力管道的布置类型应综合考虑地形， 地质条件， 厂房和输水系统布置， 管道水力条件和经济因素等因素来确定。

该水电站压力钢管的制作场地位于砼拌合站旁，总占地面积约为5600m。 场地分为2 个台阶平地。 下台阶为主生产厂区， 占地面积约为5200m； 上台阶为生活营地， 占地面积约为400m。

生产厂区占地面积约为5200m， 主要有以下布置： 1） 移动式钢结构厂房跨度 15m， 长 20m， 主要用于瓦片的组圆、 焊接、 其它零星结构的制作及下雨时卷板机的防雨； 2） 30t（轨距 24m， 长度 130m）门机、 20t（轨距24m， 长度130m） 门机各一台， 承担钢板和瓦片、 转运、 装车以及卷板配合工作； 3） 1台120 ×3000mm三辊卷板机， 承担钢板瓦片卷制工作； 4） 1 个火焰半自动切割制造工位， 承担部分瓦片和加劲环等下料、 坡口加工及应急工作； 5） 组圆、加劲环安装、 焊接等4 个工位， 用于压力钢管制造、检验； 6） 2 间全封闭的防腐涂装车间， 用于钢管的喷砂除锈和涂装作业； 7） 转运台车2 台， 用于板材、瓦片及钢管的厂内转运存放、 运输及防腐； 8） 20t门机的下布置有钢板存储工位、 瓦片存储工位等。

2.2 压力钢管制造工艺

压力纸的制造主要包括两个部分： “整体轧制”和 “瓦片拼装”。 瓦片拼装的方法更为传统。 工艺流程分为两部分： 单节瓦片轧制和连接拼装。 困难在于圆周缝焊接的质量控制部分。 整体轧制技术是一种新的压力生产技术。 生产过程包括两个部分： 整体轧制和多节钢板拼装两个部分。 该技术生产过程的困难在于组装精度和钢管卷制过程两个方面的稳定性。 该工程采用的是 “瓦片组合” 的方式。

2.2.1 压力钢管制作工艺流程

钢管制作工艺流程及质量控制如下。

施工措施制造大纲编制→编制材料分批供应计划、 管节拼图及零件工艺卡及各种瓦片下料程序→材料采购→材料进厂检查 （含抽样理化实验和UT抽样检验） →材质确认G→编号、 标记移植→瓦片切割下料 （含加劲环及附件等） →坡口加工→瓦片卷制→填写记录表→交钢管预组圆→钢管预组圆→验收G→防腐处理→出厂验收H。

要求说明： 1） 瓦片下料及坡口切割均采用数控、半自动切割机切后用12m铣边机加工坡口； 2） 异形管采用数控切割并开坡口， 坡口表面均使用电动角磨机打磨出金属光泽； 3） G、 H为质控流程中的停止点， H为监理工程师参与。

2.2.2 钢板矫平

对平面度偏差较大的钢板进行矫平。 矫平后平面度偏差小于等于1mm。 使用设备： WD43M-30x2500数显精密板料矫平机。

2.2.3 钢板划线

根据设计图纸要求， 钢板划线时， 每端放5mm至8mm加工余量 （即单块长度方向总加长10mm至16mm）， 以钢板较直的一个长边为基准划两端修边切割线。 钢板划线的极限偏差应符合下表1 的规定。

表1 钢板划线的极限偏差

序号 项目 极限偏差（mm）序号项目极限偏差（mm）±0.5 1 宽度和长度 ±1 3 对应边相对差 1 2 对角线相对差 2 4 矢高 （曲线部分）

2.2.4 下料及坡口加工

本工程主管内径为5.6m、 5.0m及支管4.0m的钢管， 每个管节用两个瓦片组拼， 支管2.1m的钢管按单个瓦片卷制， 各管径下料周长按中径展开值计算。

1） 下料。 采用数控切割机下料， 用角磨机对割口的表面淬硬层、 过热组织等进行打磨， 打磨露出金属光泽。 下料后保证宽度和长度偏差为±1mm， 对角线相对差为2mm， 对应边相对差为1mm。 切割面的熔渣、 毛刺应用砂轮磨去。 切割时造成的沟槽深度不应大于0.5mm， 当在0.5mm～2mm时， 应进行砂轮打磨， 当大于2mm时应按要求进行焊补后磨平。 若有可疑处应进行超声波检查。

2） 坡口及边缘加工。 坡口先采用半自动切割机粗切割， 再用铣边机加工四周边缘及坡口， 钢管瓦片坡口按设计要求为X型内坡口。

2.2.5 标记、 划线

依据钢管安装总图及业主、 设计、 安装单位的要求， 按最终确定的排管图， 在每一块板上作编号、 水流向、 水平轴、 垂直轴等标记， 用钢印、 油漆、 样冲作标记并在周边坡口处涂刷不影响焊接的车间底漆。

标记控制要求： 1） 在同一管节中纵缝与水平轴、垂直轴所夹角应错开15°以上。 （纵缝严禁在垂直轴线及水平轴线10°范围内设置）； 2） 相邻管节的纵缝应错开500mm以上。

2.2.6 加劲环下料

加劲环数量较多， 用数控切割机进行下料， 此种方法材料利用率达到97%， 比传统下料方法材料利用率提高30%以上， 对接处开坡口。

2.2.7 瓦片压头

为避免筒体纵缝接缝处形成直段， 钢板卷制时需提前压头处理， 压头的长度不小于300mm， 压头的弧度应与钢管管径相一致 （用样板检查其间隙不大于2.5mm）。 压头卷板方向和钢板的压延方向一致。

2.2.8 瓦片卷制

瓦片采用120 ×3000 型三辊卷板机卷制。 在卷板时利用加工厂内配置的30t龙门吊配合， 防止钢板初始卷制压弧时因自重引起反向折弯。

钢板卷板满足下列要求： 1） 卷板方向和钢板的压延方向一致； 2） 卷板前或卷制过程中， 将钢板表面已剥离的氧化皮和其他杂物清除干净； 3） 卷板后， 将瓦片以自由状态立于平台上， 用样板检查弧度， 其间隙符合表2 规定。

表2 样板与瓦片的极限间隙

钢管内径D（m） 样板弦长（m） 样板与瓦片的极限间隙（mm ）D≤2 0.5D（且不小于500mm） 1.5 2 ＜D≤5 1.0 2.0 5 ＜D≤8 1.5 2.5 D＞8 2.0 3.0

2.2.9 管节组圆

1） 压力钢管在电站加工厂内专用平台上进行两片瓦片的单节钢管组装。 瓦片采用30t龙门吊吊装，将瓦片摆放到专用组装平台上后， 用专用夹具进行纵缝对装并临时固定， 并按 《焊接工艺规程》 施定位焊， 并在管口作十字撑固， 组圆过程中不得用锤击或其它损坏钢板的器具校正。

2） 管节组装符合下列要求： ①组装平台的平面度偏差不得大于1.5mm； ②实际周长与设计周长的差不得超出±3D/1000； ③纵缝对接间隙0 ～2mm、 径向错边量不得大于2mm； ④管口平面度极限偏差： 小于5m管径不得大于2mm； 大于5m 米管径不得大于3mm； ⑤管口圆度 （指同端管口相互垂直两直径之差的最大值） 的偏差不应大于3D/1000， 最大不大于30mm； ⑥撑固位置距纵缝不大于100mm、 以便纵缝焊接。

2.2.10 管节纵缝焊接、 焊缝探伤

管节纵缝为一类焊缝， 采用埋弧自动焊。

焊接顺序： 1） 焊前准备、 清理； 2） 焊内缝； 3）外缝清根； 4） 焊外缝。

施焊各个过程严格遵照 《焊接工艺规程》 进行。

焊缝探伤： 按一类焊缝要求， 1） 焊内纵缝； 2） 移动焊接操作台； 外纵缝清根； 焊外纵缝； 3） 焊缝探伤。

2.2.11 加劲环组拼、 焊接

1） 设加劲环组拼胎模； 加劲环内圆弧与胎模的间隙不得大于2.5mm； 2） 将加劲环放在胎模上、 调正位置、 刚性固定； 3） 焊加劲环接头顶面； 4） 拆除刚性固定。

2.2.12 调圆、 加劲环与钢管组装、 焊接

1） 将管口十字撑拆除、 管节吊入撑圆器上、 调正位置； 2） 撑圆、 划加劲环组装位置线、 加劲环与管体组装； 3） 加劲环与管体定位焊、 加劲环接头施焊 （当加劲环距管口大于300mm时管口还需作十字撑）； 4） 管节吊出撑圆器， 加入内支撑后， 加劲环与管壁施焊 （四个焊工对称分段焊、 需多次翻身完成）。

2.2.13 钢管管节与加劲环组装

钢管管节与加劲环组装符合下列要求： 1） 加劲环与管壁的垂直度极限偏差不得大于5mm； 2） 加劲环与管轴线的垂直度极限偏差不得大于12mm； 3） 加劲环的对接焊缝应与钢管纵缝错开200mm以上； 4）加劲环和钢管纵缝交叉处， 应在加劲环椭圆弧开半径25mm～50mm的避缝孔； 5） 加劲环的避焊孔、 焊缝端头应封闭焊接。

3 结语

本文从压力管道的制作场地和设备的布置、 压力钢管的制作工艺方面， 阐述了压力管道的的制作流程， 为压力管道的设计和制作提供参考。 压力管道是输水建筑结构中十分重要的组成部分， 提高输水建筑物的整体质量及后期运行的安全需要从压力管道制作的角度出发， 对制作生产过程中涉及的技术以及具体的操作方法等应用特点有一个全面且深入的了解， 综合运用各种先进的技术并对各方面的施工流程进行优化，最大程度上提高压力管道自身的稳定性和安全性。