高湿度环境下压力钢管快速制作安装技术.pdf

第4 6 卷第11期782023年11月水电站机电技术Mechanical&Electrical Technique of Hydropower StationVol.46 No.11Nov.2023高湿度环境下压力钢管快速制作安装技术蔡汝明（中国水利水电第十六工程局有限公司，福建南平3 5 3 0 0 0）摘要：曼维莱水电站位于喀麦隆南部紧邻赤道几内亚的恩特姆河（NTEM）上，地处热带丛林地区，雨水较多，常年湿度大，本文论述了在厂房压力钢管制造运输滞后的情况下，如何进行压力钢管快速制作、如何组织生产以及如何进行压力钢管快速安装，确保满足进度要求。关键词：湿度大；压力钢管；快速制作；快速安装中图分类号：TV547.2DOl:10.13599/ki.11-5130.2023.11.023文献标识码：B文章编号：16 7 2-5 3 8 7(2 0 2 3)11-0 0 7 8-0 519213#415671879/011工程概况曼维莱水电站位于喀麦隆南部紧邻赤道几内亚的恩特姆河（NTEM)上，地处热带丛林地区，距喀麦隆南部大区首府埃博洛瓦(EBOLOWA)约16 8 km，距首都雅温得(YAOUNDE)约3 4 0 km。曼维莱水电站采用引水径流式开发，工程的主要任务是发电，最大引水流量4 5 0 m/s，电站安装4 台立轴混流式水轮发电机组，总装机容量为2 11MW。该电站引水方式均为一机一管引水。压力管道由4 根平面上呈平行布设的外包钢筋混凝土压力钢管组成，钢管中心线间距为2 0.0 m,单机设计引用流量112.5 m/s，相应管内最大流速3.9 8 m/s。单条压力钢管轴线长度为118.5 4 8 m，钢管材料采用Q345R,壁厚18 2 4 mm。压力管道在上平段及斜管段处2 10 顶拱充填聚胺脂软木垫层2 0 mm作弹性垫层。钢管制作安装工程量分布情况见表1。压力钢管布置图见图1。表1钢管制作安装工程量分布表序号项目名称钢管长度/mm板材厚度/mm重量/t1上平段一上平段上湾段水流方向图1压力钢管管节划分示意图2压力钢管制作2.1钢管拼装厂布置钢管拼装厂布置在曼维莱水电站附近的1号施工营地内，厂房外侧的R6道路通往厂房。钢管拼装厂布置图如图2 所示。机电仓库压力钢管成品单元管节临时存放区环保喷漆房环保喷砂房套数总重几2000018下弯段2535465656671585916061826下平段一25/10门机单节管组风理接工位环缝隆焊接工位引至喷砂15600057.974231.88厂水龙头单元管节拼装、环2上弯段3斜管段4下弯段5下平段总工程量18 69848000186001325018182418.2454.49138.124552.4872.114288.4436.974147.881 438.644217.96通往厂房公路R6喷砂设备工具房图2 压力钢管拼装厂布置图收稿日期：2 0 2 3-10-0 9作者简介：蔡汝明（19 7 0-),男，工程师，从事金属结构安装项目管理工作。第11期2.2制作方案简介在曼维莱水电站工地的钢管拼装厂完成钢管瓦片组圆、管节纵缝焊接、加劲环焊接、钢管内支撑加固焊接、环缝焊接、钢管喷砂防腐等工作。4 条压力钢管瓦片卷制以及加劲环等附件均在国内加工完成。通过海运、公路运输等将压力钢管瓦片以及加劲环等附件运至喀麦隆曼维莱工地。在钢管拼装厂采用3 0 t平板拖车将制作合格的钢管运输单元运至厂房安装间和上平段平台等安装位置进行安装。压力钢管管节按水流方向进行编号，从进水口起始节编为1号，厂房蝶阀层编为6 3 号，一条压力钢管共6 3 节管节，1号机第一节管用1-1号 表示，1号机最后一节管用“1-6 3 号”表示。压力钢管管节划分见图1。根据钢管拼装厂2 5/10 t门机起吊高度和起吊重量，现场K80塔吊结合10 0 t汽车吊吊装钢管的能力，以及K80塔吊在2 0 15 年11月3 0 前必须拆除，决定将钢管制作成由3 节管节组成的吊装单元，每条钢管由2 1个吊装单元组成，4 条钢管共8 4 个吊装单元。最长吊装单元6 m，最重钢管吊装单元(46号 4 8 号）重约2 2 t。压力钢管各管段与管节号分布见表2。表2 钢管管段与管节号分布表材质Q345R壁厚/mm181号11号22号46号57号1号 4 号管节号10号21号45号56号63号机组上平段上弯段斜管段下弯段下平段2.3钢管制作工艺流程钢管单个吊装单元制作工艺流程：钢管瓦片组圆、加劲环安装钢管纵缝焊接钢管圆度调整、焊接钢管内支撑钢管加劲环焊接、焊缝检测一多管节拼装、环缝焊接一环缝无损检测一钢管喷砂、防腐一运输至厂房安装。2.4钢管吊装单元划分钢管吊装单元划分见表3。表3 钢管吊装单元划分表壁厚/mm181号4号7号10号46号49号3号6号9号12号48号51号13号16号19号22号52号55号15号18号21号24号 54号57号吊装单元25号28号31号34号58号61号27号30号33号36号60号63号37号40号43号39号42号45号蔡汝明：高湿度环境下压力钢管快速制作安装技术SiQ345R0.20表5 Q345R的机械性能表屈服强度抗拉强，伸长率牌号板厚/mmN/mm2度N/mmA/%180Q345R163632550063021d=3a0,3 42.6焊接材料钢管焊接所选用的焊条、焊丝、保护气体等应与所施焊的钢种相匹配 2,焊条应采用低氢型,并与电流特征、材料和焊接位置相适应。焊条、焊剂及焊丝等焊接压力钢管的全部焊接材料均应具有出厂合格证。焊条、焊丝应放置于通风、干燥的专设库房内。设专人保管、烘焙和发放。并应及时做好实测温度和焊材发放记录。烘焙温度和时间应按焊条说明书的规定进行。烘焙后的焊条应保存在10 0 15 0 的恒温箱内，焊条药皮应无脱落和明显的裂纹。现场24使用的焊条应装入保温筒，焊条在保温筒内的时间不宜大于4 h，超过后，应重新烘焙，重复烘焙次数不宜大于2 次。2.7钢管管节拼装从国内运来的瓦片按每节钢管由3 片瓦片卷制而成。瓦片和加劲环拼装点焊前须经确认无误后方可进行。瓦片坡口在国内钢管制造厂就已加工好，加劲环（止水环、止推环）的内、外圆弧半径、分段数也已按设计图纸切割好，为预防瓦片运输变形采用钢性托架包装固定,加劲环（止水环、止推环）按不同半径、管节号分成多段整捆包装。拼装场地的平台平面度按1mm控制。钢管24瓦片、加劲环吊到平台上在自由状态下用样板检查弧度，当钢管为下平段钢管(D=5m)时,用弦长1.0mm样板检查,样板与瓦片间隙应2 mm。当钢管为上平段、上弯段、斜管段、下弯段(5 5m时管口平面度极限偏差为3。实际周长与设计周长差3 D/1000,且必须满足相邻管节周长差10 mm。纵缝对口错边量2 mm，环缝对口错边量(S=18)2.7,环缝对口错边量(S=24)3。钢管焊接后,用样板检查纵缝处弧度,当D=5m时纵缝处弧度要求纵缝与样板（弦长5 0 0 mm）的极限间隙4 mm。当5 D6时纵缝处弧度要求纵缝与样板（弦长D/10mm)的极限间隙4 mm。管节拼装顺序如图3 所示。ab图3 管节拼装示意图组装成形的钢管管节应进行内支撑加固，加固方法采用89焊管加钢板焊接成米字形支撑，确保内支撑与管壁顶紧，保证钢管有足够的刚度，防止在运输及存放过程中发生变形。制作完成的钢管须用油漆作出安装标记，标明其管节号、水流方向及水平和垂直中心线、两端管口周长等。钢管内支撑加固、管节号、安装标记示意如图4。顶top左left水流方向flow图4 管节号、安装标记示意图2.8钢管焊接在钢管拼装厂焊接的焊缝有：瓦片纵缝焊接、管节与管节间的环缝焊接、加劲环与加劲环间的对接焊缝、加劲环与钢管外壁的角焊缝焊接。所有拟焊面及坡口两侧各10 2 0 mm范围内的氧化皮、铁锈、油污及其他杂物清除干净，每一焊道焊完后也应及时清理，检查合格后才能继续施焊。双面焊接时，在其单侧焊接后应进行清根并打磨干净，再继续焊另一面。多层焊的层间接头应错开。每条焊缝应一次连续焊完，当因故中断焊接时，应采取防裂措施。在重新焊接前，应将表面清理干净，确认无裂纹后，方可按原工艺继续施焊水电站机电技术2.9钢管防腐已制作合格的单元管节通过10 0 t汽车吊吊到拼装厂环保喷砂房和环保喷漆房进行防腐作业。2.9.1表面预处理(1)钢管内壁、外壁的铁锈、氧化皮、焊渣、油污等采用喷砂除锈法去除。(2)钢管内外表面预处理在空气相对湿度低于85%，基体金属表面温度高于露点3 时施工。2.9.2表面涂装涂料施工按涂料厂家使用说明书进行。用高压无气喷涂机喷涂。Cd底bottom55号5 6 号5 7 号第4 6 卷e(1)内壁超厚浆型无溶剂耐磨环氧底漆，喷涂2 道，漆膜厚度2 5 0 m；超厚浆型无溶剂耐磨环氧面漆，喷涂2道，漆膜厚度2 5 0 m。内壁漆膜总厚度5 0 0 m。(2)外壁超厚浆型无溶剂耐磨环氧底漆，喷涂2 道，漆膜厚度15 0 m;超厚浆型无溶剂耐磨环氧面漆，喷涂2道，漆膜厚度15 0 m。外壁漆膜总厚度3 0 0 m。2.10钢管临时存放已制作好的钢管单元临时存放在钢管拼装厂和机电仓库之间的空地。钢管底部绕圆周方向等距垫6根枕木，尽可能使钢管底部水平。钢管厂布置有10 0 t、5 5 t 汽车吊各一台，做为钢右right管防腐、临时存放、转运的起重设备。3压力钢管运输从压力钢管拼装厂到厂房安装间公路距离约2km，到厂房进水口上平段处距离约1km，钢管运输前先组织专人对路基、弯道半径、险坡和其他障碍物等进行调查分析，确认可行后，方可实施。运输时在专车引导下将钢管运到安装现场。4 条钢管共8 4 个运输单元，每个运输单元均由3 节钢管组焊而成。钢管管节采用平放运输，钢管长度6 m朝向车身长度方向，钢管管口采用垫层保护。6 m宽、6 m高属严重超宽超高运输，运输有一定难度，钢管装车时确保钢管与车身之间用钢丝绳和手链葫芦拉紧固定牢靠。钢管装车时需检查钢管内支撑是否牢靠，焊点是否开裂，内支撑应有足够的刚度，它除应起到保证管节运输过程中不变形，还应保证外部混凝土浇筑过程中不产生变形。在埋管外部混凝土终凝前，不得拆除内支撑。第11期用钢丝绳、手链葫芦捆扎吊运钢管时，应在钢丝绳与钢管间加设软垫进行钢管表面保护。钢管装车固定方式见图5。6.00030七平板拖车000.9X4台手链葫芦拉紧图5 钅钢管装车固定示意图4压力钢管安装4.1钢管安装流程测量放点一支架搭设一钢管吊装一调整加固安装检测一环缝焊接一环缝外观检测一环缝无损探伤检测一现场涂装。4.2安装现场起重设备的确定4条压力钢管采用K80塔机和10 0 t汽车吊互相结合共同完成吊装。1号 2 4 号管节由10 0 t汽车吊吊装，2 5 号 6 3 号管节由K80塔机吊装。厂房K80塔机在2 0 15 年11月3 0 日之前必须拆除，在此之前须完成压力钢管在10 0 t汽车吊覆盖范围之外钢管的安装。如果在年底K80塔机拆除之前4 条钢管2 5 号 6 3 号管节提前安装完，则K80塔机可继续向上游扩大吊装量，直至拆除K80塔机，其余的钢管由10 0 t汽车吊完成吊装。吊装用起重设备见图6。A394.8z70m11.5100T汽车吊吊装上平段10T汽车吊钢管吊装单元刻分录-60%61-63说明：1.10 0 汽车吊值重伸至5 0%，支膜全伸，3 6 0 作业，3 6 吨配重。2、1到15#管节由10 0 吊车完成品装。3、16 到6 3#管节由8 0 嘴吊完成吊装，4、每条钢管共2 1个吊装单元，5、每个吊装单元均由3 节钢管组成图6 钢管吊装起重设备布置示意图4.3安装方法4.3.1首装节安装钢管安装将下弯管5 5 号、5 6 号管节与下平段蔡汝明：高湿度环境下压力钢管快速制作安装技术钢管内支撑6336钢管运输单元鞍形支座钢管外壁与鞍形支座间加设软垫保护钢管表面71.95一31.7m321K8O冰机吊装8157号管节组成的吊装单元（5 5 号 5 7 号管节）作为首装节，首装节安装好后再进行首装节上游、下游的管节安装，首装节由K80塔机完成吊装。首先在钢管下平段首装节EL322.500高程随混凝土预埋支撑锚板及插筋。上平段EL373.000、EL375.000处埋设锚杆。首装节安装的要点是严格控制水平垂直中心、高程、上下游桩号和型钢加固质量。钢管起吊前在起吊大钩上挂手链葫芦用来调整管节前后左右的高低。安装时先调中心，用千斤顶顶动钢管，使其下中心对正底下控制点，对准后再用4 台千斤顶将钢管均衡地顶至要求高程 3 。首装节就位调整好后,与管节安装定位用的刚性外支撑进行紧固焊接，防止与其他管节压缝时产生位移，保证在砼回填过程中不产生位移。钢管首装节的里程极限偏差应为5 mm，首装节两端管口垂直度应不大于3 mm。4.3.2首装节以外管节安装首装节相邻管节安装时，调整每节压力钢管的水平和垂直坐标线,并调节钢管节的中心线与基准线吻合，误差均不超过2 mm，然后点对环缝并用型钢加固。首装节上下游相邻钢管各安装一个吊装单元后，为避免继续往上安装弯管钢管下滑重量增加，管节不易加固,增加钢管的不稳定性，可以先浇筑二期混凝土。24.0二期混凝土龄期到后可进行上下游相邻的钢管安装，可分两个工作面安装，一个是向上游安装弯5.0m管，另一个是向蜗壳方向安装下平段。弯管安装要控制上游管口下中心和基准轴线对正和管口倾斜度，将其下游口下中心对正首装节管口下中心,并检测上口上中心偏差。如有偏移在相邻管口各焊一块挡板，在挡板间用千斤顶顶转钢管使中心对正。每吊一节吊装单元就要检查调整钢管的位置尺8.0始装节下平段安装顺字安装顺序寸以免造成误差积累，造成以后处理困难。装上几326.500节下弯管后，再复查之前安装钢管下游管口有无变化。检查方法可用全站仪结合线锤、钢圈尺等进行。斜管段、上弯段和上平段与下弯段下平段安装一样，控制上游管口下中心对正和管口倾斜度，调正顺序吊人管节，将其下游口下中心对正已装节管口下中心，并检测上口下中心偏差。824.4安装环缝焊接钢管焊接在内支撑上搭设脚手架，同时在钢管外侧搭设钢管焊接平台。钢管安装环缝焊接用焊条电弧焊接，钢管的环缝是二类焊缝，焊工应经必要的技术培训，凡从事一、二类焊缝焊接的焊工,须取得焊工合格证。焊接时由4 名焊工在钢管对称位置同时施焊。环缝经外观检测合格，再进行10 0%无损检测4.5安装焊缝防腐钢管安装后各环缝区及支撑，吊耳割除处，均须进行除锈，刷漆，刷漆前应将钢管表面油污、焊渣、铁锈清除干净。涂刷时不能出现漏涂、流挂、皱皮，表面应光滑。5劳动力配置5.1压力钢管制作安装进度分析(1)压力钢管在拼装厂制造工期分析厂房K80塔机在2 0 15 年11月3 0 日之前必须拆除，在此之前须完成压力钢管在塔机吊装覆盖范围内钢管的安装,考虑2 0 15 年1月底所有压力钢管瓦片及附件全部发货，海运为4 个月时间，须到2 0 15 年6 月份才具备流水生产的条件，所以压力钢管在厂内制作的时间约为5 个月左右的时间，150 d。(2)生产能力分析依据现有的设备及场地条件，6 d时间出厂2个运输单元的生产能力，15 0 d时间能够生产5 0个单元，每条压力钢管有6 3 节，2 1个单元。4 台机钢管总共8 4 个单元，需要8 个多月的生产时间，到2 0 16 年1月份才能完成所有钢管的生产。无法满足2 0 15 年11月3 0 日K80塔机拆除的节点目标。5.2压力钢管制作安装赶工方案为确保11月3 0 日之前K80塔机具备拆除条件，不影响后续的施工，原来制定的压力钢管安装方案须重新调整，采用K80塔机结合10 0 t吊车的安装方法，对压力钢管进行安装，具体的安装方案如下：1号15 号管节由10 0 t吊车完成吊装，16 号63号管节由K80完成吊装，单台机总共2 1个吊装单元，每个吊装单元均有3 节管组成。4 台机钢管需要塔机吊装的总共有6 4 个单元。此方案必须在5d时间制作出2 个运输单元方能满足安装进度，满足K80塔机的拆机节点。水电站机电技术5.3钢管制作安装现有的施工人员情况压力钢管制作安装现有的施工人员情况：铆工9人、焊工16 人、电工2 人、起重工3 人、天车工1人、探伤工1人，总共生产工人3 3 人，当地黑人配合民工15 人。鉴于压力钢管安装的工期较紧，钢管拼装及安装人员的缺口较大，特别是铆工及焊工，铆工人员缺口9 人，焊工人员缺口2 0 人。压力钢管制作安装工期主要集中在2 0 15 年6 月1日2 0 15 年12 月3 1日。2015年6 月缺口人员全部到齐，之后保持5 d时间制作出2 个运输单元的生产能力，满足压力钢管安装进度和K80塔机的拆机节点要求。6制约压力钢管制作安装进度的因素(1)拼装厂内钢管防腐在钢管制作期间，9 月、10 月、11月份工地现场正处于大雨季，环境湿度都在9 0%以上，环境湿度大不利于防腐。(2)雨季施工在雨季安装钢管，焊接部位要有效的防护，否则无法确保焊缝的质量7结语2015年度喀麦隆曼维莱水电站压力钢管设备保质保量完成安装，2 0 16 年度完成4 台主机设备、蝶阀设备、辅机设备以及电气设备的安装调试工作，4台机组具备发电条件。国外施工从设计、招标、制造、运输、安装等环节出现问题都会导致工期的延误,曼维莱水电站压力钢管安装在工期非常紧张的情况下，依靠各个环节的有效协调，确保了施工的顺利进行。电站地处热带雨林地带，雨水较多，常年湿度大，对压力钢管的保管以及安装提出更高的要求，通过对到货设备提供有效的仓储条件，雨季施工时提供有效的防护等，确保设备的安装质量参考文献：1中华人民共和国水利部，水利工程压力钢管制造安装及验收规范：SL 432-2008S.2中华人民共和国国家发展和改革委员会.水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范：DL/T5017-2007S.3辛彪,李志鹏，刘一霖.乌东德水电站右岸地下电站7 8 0 MPa压力钢管洞内安装施工工艺.中国绿色画报,2 0 18(9):2 11.第4 6 卷