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壓力鋼管在線監測

壓力鋼管一般用于水電站引水發電系統,以及長距離引調水工程的高壓管段,一方面承擔著大流量輸水的作用,又要承擔極大的內水壓力,國內水電站壓力鋼管承受水頭多在100-200米數量級,對抽水蓄能水電站則高達數百米水頭,另一方面,當管道內壓力波動時,壓力鋼管受脈動荷載,對焊縫、補償接頭等薄弱環節有非常高的要求。球叉、“卜”型叉由于結構復雜,平面力學計算不易,焊縫密集,應力集中,也是破壞的高危部位。

壓力鋼管一般由鋼板卷制,焊接而成,造價高,在長距離輸水工程中,往往是管壓最高的管段使用。當管道末端控制閥操作失當時,會引起管道內的巨大水錘作用,對接焊縫和加勁環受沖擊荷載作用;壓力鋼管相較于PCCP管,玻璃鋼管,球墨鑄鐵管等材質的管道,有更高的壓內壓能力,但自身的缺點也很明顯:由于材料強度高,同等內壓條件下,壁厚較薄。當管道內出現負壓時,壓力鋼管會發生局部失穩,最終造成管道受外壓破壞。一般的,鋼管耐負壓一般不超過相當于-5米水頭的吸力。

 

我公司針對壓力鋼管的工作特點,擬定在線監測的主要工作內容包括以下:

1.應力監測。壓力鋼管所受荷載較大,且有脈動、沖擊荷載作用,在管道高壓段的環縫、加勁環對接焊縫、球叉、“卜”型叉等位置,大量布置應力監測傳感器,以持續監測材料的強度情況。對長距離輸水的明管,還須按向陽面和背陰面分別布置應力傳感器,監測管道停水檢修時段,受日照產生的溫差應力造成管道屈曲變形。當應力傳感器數值有斷崖式突變時,則判斷該傳感器附近板材發生局部失穩,須緊急搶修。

 

 

2.振動監測。對壓力鋼管進行沿線各點的振動監測,一方面有助于掌握壓力脈動對管道結構的影響,另一方面還可對長距離輸水管道內的流態有所掌握,例如水-氣并存的狀態,不利于壓力管道安全運行。當管道局部缺陷,如沙眼,焊縫裂紋等,或因磨蝕、氣蝕造成管壁破損,由高壓射水引起的板材高頻振動,也可被加速度傳感器捕捉到,從而指明缺陷所在位置。

3.無論是水電站的明管或埋管,又或者是長距離輸水管道,都存在不同程度的不均沉降,這給管接頭和焊縫帶來額外荷載,極端條件下會造成焊縫拉裂,管節脫開等現象。我公司高精度姿態監測,可測得極微小的角度變位,適用于地質條件有突變的管段或補償接頭。在沉降產生危害性破壞前,在線監測系統給出預警,提示停水處置。

 

 

 

 

4.其它可定制監測項。我公司研發的聲發射傳感器,可對微小的焊縫裂紋擴展進行監測。壓力鋼管的結構應力集中部位,設置多個聲發射傳感器,可對高危點進行實時監測,防止因應力脈動,流激振動引起焊縫缺陷擴展,造成鋼管失事。我公司在線監測系統還可接入多個視頻信號通道,可對局部低點,進排氣閥等可能存在“跑、冒、滴、漏”的位置,以及日常巡查不易接近的死角進行視頻監控。通過設置于管壁的壓力變送器,在線監測系統也可接入管道內壓信號,由于本系統工控機具有大容量固態硬盤和高可靠性的特點,可視為電站的“黑匣子”使用,按時間記錄的壓力值,與電站自動控制系統互相驗證測值準確性,也可用于管道安全評估的數據依據。

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