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一、系統(tǒng)背景
壓力鋼管一般用于水電站引水發(fā)電系統(tǒng)，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(shù)量級，對抽水蓄能水電站則高達數(shù)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(huán)節(jié)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(huán)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(xiàn)負壓時，壓力鋼管會發(fā)生局部失穩(wěn)，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。
二、系統(tǒng)介紹
我公司針對壓力鋼管的工作特點，擬定在線監(jiān)測的主要工作內容包括以下：
1.應力監(jiān)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(huán)縫、加勁環(huán)對接焊縫、球叉、“卜”型叉等位置，大量布置應力監(jiān)測傳感器，以持續(xù)監(jiān)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(jiān)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(shù)值有斷崖式突變時，則判斷該傳感器附近板材發(fā)生局部失穩(wěn)，須緊急搶修。
2.振動監(jiān)測
對壓力鋼管進行沿線各點的振動監(jiān)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(tài)有所掌握，例如水－氣并存的狀態(tài)，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(jié)脫開等現(xiàn)象。我公司高精度姿態(tài)監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)給出預警，提示停水處置。
4.其它可定制監(jiān)測項
我公司研發(fā)的聲發(fā)射傳感器，可對微小的焊縫裂紋擴展進行監(jiān)測。壓力鋼管的結構應力集中部位，設置多個聲發(fā)射傳感器，可對高危點進行實時監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)控。通過設置于管壁的壓力變送器，在線監(jiān)測系統(tǒng)也可接入管道內壓信號，由于本系統(tǒng)工控機具有大容量固態(tài)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(tǒng)互相驗證測值準確性，也可用于管道安全評估的數(shù)據(jù)依據(jù)。
