管道煨弯及热处理技术研究.pdf

rquipment&Installation装置与安装管道煨弯及热处理技术研究姜帆钟萍中国核工业第五建设有限公司上海2 0 150 0摘要通过对管道煨弯、热处理、酸洗钝化的技术要求、工艺步骤进行描述，分解一般管道煨弯及热处理的工序，简要介绍煨弯各工序的工作原理、计算方法、操作要领、技术要求及质量控制的要点。关键词煨弯弯曲半径热处理酸洗中图分类号TE682文献标志码B文章编号16 7 2-9 32 3(2 0 2 3)0 8-0 0 9 4-0 4弯管在核电站管道系统设计中必不可少，三代核电因空间和结构更紧凑、密集而有很多弯管图。弯管有非核级弯管和核级弯管，无论哪个级别的弯管，其质量控制要领均相同。管道煨弯作为管道预制工作的重要部分，对管道预制施工的进度有至关重要的影响。因三代核电堆型设计紧凑,空间较以往电站狭小，各种规格及各种空间角度的煨弯弯管大量存在，大壁厚、大口径管道的弯管更是煨弯工作的难点。核电厂弯管很多连弯和空间弯，热处理需要做好防变形工作，以免弯管角度变形。以下根据弯管过程中的关键技术指标、工艺原理进行分析,提炼关键因素。1技术指标1.1煨弯温度要求(1）对于碳管和低合金钢管，在温度低于130 0 F(704）时管道的弯制定义为冷弯，在温16 50 2 0 0 0 F(89910 9 3)时管道的弯制定义为热弯。(2）对于30 0 系列不锈钢，在温度低于8 0 0 F(427）时管道的弯制定义为冷弯，在温度8 0 0 F(427)时管道的弯制定义为热弯。在此温度范围之外的温度进行管道煨弯是不允许的。94 化工建设 2 0 2.0 8 )1.2椭圆度管道弯曲后同一断面最大外径与最小外径之差占直管部分外径测量平均值的百分比定义为弯管的椭圆度，弯后管道椭圆度不能超过8%。1.3褶皱度据PFI标准ES-24,管道弯曲后褶皱度应满足：相邻波峰的距离与波峰到波谷的高度差的最小比12：1。1.4壁厚减薄对于所有弯曲半径小于10 倍管道公称尺寸的管道弯曲，用超声方法测量弯曲后的壁厚。对于45的弯管，测量弯曲弧度中间的切点及起、终弯点，每3次为一组进行厚度的测量，一次在弯曲平面，另外两次分别在弯曲平面上方和下方距管道中心大约6 0 的地方。对于 45的弯曲，测量位置和测量点如图1所示。应该记录最小测量值，最小壁厚不低于标准壁厚的8 7.5%。弧度中心测量位置A-A（测量位置）测量位置终弯点、起弯点（测量位置）图1大于45的弯曲测量位置和测量点示意图测量点B测量点A工测量点C（测量位置）中性面一A-A弯曲平面rquipment&Installation装置与安装1.5弯曲半径及角度偏差1.10非核级低铬钢管热处理管道的弯曲半径误差应控制在1%内，管道的弯曲角对于非核级低铬钼钢管热弯或成形的，应该依据度误差应控制在0.5内。ASMEB31.1进行热处理。热处理时应将整根弯管加热1.6弯后热处理范围到温度130 0 1350 F（7 0 0 7 50），并对每英寸厚度保不锈钢30 0 系列材质管道在设计温度2 0 0 F或弯温1h(至少15min),缓慢降温到315后，再静置于空气曲半径2 0 倍的名义管道尺寸时，冷弯后无热处理要求。中冷却。在7 0 4以下弯曲或成形的低铬钼钢管为冷弯弯当设计温度 2 0 0 F且弯曲半径 3/4 的碳钢B31.1冷弯后的低铬钼钢管应进行弯后热处理。热处理时管冷弯后须进行热处理应将整根弯管加热到温度130 0 1350 F（7 0 0 7 50），1.7不锈钢热处理要求并对每英寸厚度保持该温度1h(至少15min),缓慢降温到所有设计温度 9 3且弯曲半径 2 0 D(NPS)的冷弯315后，再静置于空气中冷却。和所有热弯不锈钢弯管弯后，均需要做固溶退火处。整根1.11管道热处理升温速率弯管加热到19 0 0 2 0 50 F（10 38 112 1）时，每英寸壁非核级管子升温速度要求：315以下自然升温，厚保温至少30 min，但在不少于15min后应迅速浸人水315以上升温速率不超过(315/h)/0.5T(T为管子壁中淬火冷却。厚，单位in），且最大升温速率不超过315/h。核级管子1.8碳钢热处理要求升温速度要求：42 5以下自然升温，42 5以上升温速率壁厚大于19 mm的碳钢管道在低于130 0 F（7 0 4）不超过（2 2 0/h)T，但最大升温速率不超过2 2 0/h，下弯制或成形的必须进行热处理。核级弯管热处理时将且不低于 56 /h。整根弯管加热到110 0 12 50 F(595675)，然后每英寸壁厚保温1h后（至少30 min)，缓慢降温到8 0 0 F（42 5），然后静置空气中冷却。非核级弯管热处理时将整根弯管加热到110 0 12 0 0 F（6 0 0 6 50），然后每英寸壁厚保温1h后（至少15min），缓慢降温到6 0 0 F(315），再静置空气中冷却。1.9核级低合金钢热处理要求对于核级低铬钼钢管已热弯或成形的，应该依据ASMINB/NC/ND-46 2 0 进行热处理。热处理时应将整根弯管加热到温度110 0 12 50 F（59 56 7 5），并对每英寸厚度保持该温度1h（至少30 min），缓慢降温到425后再静置于空气中冷却。在130 0 F（7 0 4)以下弯曲或成形的低铬钼钢管为冷弯弯管,对于低铬钼钢管，当公称直径4英寸(DN100mm）或者壁厚1/2 英寸(12.7mm)时,依据 ASMII NB/NC/ND-46 2 0 冷弯后的低铬钼钢管应进行弯后热处理。热处理时应将整根弯管加热到110 0 12 50 F（59 56 7 5），并对每英寸厚度保持该温度1h(至少30 min),缓慢降温到8 0 0 F（42 5）后，再静置于空气中冷却。2操作工艺2.1计算及放样计算与放样工序为煨弯过程中的重要步骤，弯曲前应根据管径、煨弯半径、煨弯角度等计算下料长度，起弯点等；根据材料材质、管径及壁厚确定材料的角度回弹量，确定首次弯曲的角度。煨弯需要的管道长度计算如式（1）。L=(元 R)/180式中：L一弯曲长度,m；R弯曲半径,m;-一弯曲角度。冷弯时,由于钢管有一定的弹性回复,在弯曲外力撤除后,弯管会回弹一定的角度。一般回弹角度约为35。因此弯曲时,管道要超弯35。冷弯时,弯管可分次弯曲至所需的角度，但不可反向弯曲。2.2管道煨弯常用的管道煨弯方法有冷弯（旋转牵引冷弯法)和热弯(电感应加热弯曲方法)。冷弯弯管即在不加热条件下，用模具或夹具将管子弯制成需要角度的弯管，其原理如图(1)Erquioment&lnstlation装置与安装2所示。热弯弯管即在加热条件下，在夹具上将管子制成需要角度的弯管，其原理如图3所示。CLAMPROTATINGBENDDIE图2 冷弯的原理图7-INDUCTIONCOILBEDRADIALARM图3热弯的原理图管道弯曲的注意事项如下：(1）管道弯曲前应进行检查，以确保弯管在各个状态下无超标凹陷、表面裂纹及其他缺陷；对于核级管道弯曲前,应进行目视检查并填写核级弯管外观检查报告。若存在上述缺陷，可采用打磨的方法消除，打磨部位应平滑过渡且壁厚要大于设计最小壁厚，必要时可对打磨位置进行表面无损检测。(2）弯曲不锈钢管时尽量采用专用模具，严禁碳钢管在不锈钢模具上弯制。亦可用碳钢模具弯制不锈钢管，弯制时需在不锈钢管与碳钢模具之间增加隔离层，以防不锈钢管受到污染；隔离层应柔韧、平滑，确保在弯曲过程中不出现破损、滑脱现象，隔离层元素含量应满足技术规格书APP-GW-P0-007R5 及APP-GW-Z0-602R2的要求。(3）弯曲碳钢管时在管道要弯曲的部位涂少量油脂，减少磨擦使其在模子中和在滚轮上滑动更为平滑。(4）弯制有缝钢管时焊缝应避开受拉(压)区，一般其纵向焊缝置于45角区域内。(5）冷弯时,由于钢管有一定的弹性回复,在弯曲外力撤除后，弯管会回弹一定的角度。一般回弹角度约为35。因此弯曲时，管道要超弯35。(6）管道弯曲后应进行检查并填写弯曲记录，以确96 化 工建 2 0 2.0 8 )保弯管在各个状态无超标模压痕迹、翘曲、表面裂纹、过度拉伸或其他缺陷现象。对于核级管道弯曲后，应进行目视PRESSURE DIE检查并填写核级弯管外观检查报告。若存在上述缺陷，可采用打磨的方法消除缺陷，打磨部位应平滑过渡且壁厚要大于设计最小壁厚，必要时可对打磨位置进行表面无损检测。并对管道壁厚、椭圆度、弯曲半径、弯曲角度等进行测量校核，有特殊要求的管道还应进行无损探伤。管道弯曲后的形状误差检查主要包括下列几点：椭圆度、褶皱度、壁厚减薄率、弯曲半径、弯曲角度等控制在公差范围内。2.3电阻炉热处理热处理方法有电阻炉加热和热处理平台加热两种，应根据需热处理管道空间尺寸及批量情况选择合适的热处理设施。优先选择密闭炉内热处理，以隔离外界空气，避免工件过度氧化。因热处理温度较高,材料的高温强度将急剧下降，故应根据热处理量设置不同规格的热处理篮并做好标识，以满足不同热处理工件量的需求。在放置热处理管子时，要避免管子叠放，可采用多层放置，但每层间要有足够的支撑，以免影响热处理效果和损坏管子。不同壁厚的管道热处理时间不同，弯管必须按壁厚分批热处理。管子装炉时，通过行车或其他起重装置将管子连同支撑平台放置在配套叉车上。打开炉门，配套叉车将工件送抵热处理炉内并退出叉车，关闭炉门。2.4平台热处理平台热处理是电阻炉的补充热处理设施，用于热处理空间尺寸较复杂和管子空间尺寸超过电阻炉热处理能力的管子。(1）保温层分3层：第1层为混凝土平台；第2 层为保温层，可选用保温棉，放置2 一4层即可第3层为支撑层，用于支撑加热设施和热处理管子，可选用相同类型钢板、耐火砖等。(2）热处理平台能够适应各种空间尺寸弯管的热处理，根据弯管走向制作临时保温设施，能量利用率高。但热处理平台的单次热处理量少，装卸保温设施操作复杂，工作环境温度高。(3）使用热处理平台，应根据管子走向及空间位置，放置加热器，确保管子能有效获取热量，以保证热处理效果。根据管子三维走向，用耐火砖或支撑架支撑管子。根据管子规格，设置适当的支撑点。管子应放置平稳，避免rquipment&Installation装置与安装因重力集中于一点而使管子变形。管子不能直接与加热(6）热处理过程中要确保有人值守，尤其是平台热器接触。处理，避免意外事故的发生。(4）用与弯管材质同类或相似的材料固定测温电(7）由于设备故障或断电等意外情况，造成热处理偶。防止测温导线和电源线埋入加热区。测温电偶应固定中断，可重新进行热处理，重复热处理次数一般不超过两牢固，以免工作过程中脱落。测温点要和相应加热器相配次。合，避免因测温区域与加热器错位而不能准确控制加热2.5酸洗器工作，从而损坏管子和设备。每两温控点间距离1m，酸洗是一种化学除锈方法，通过化学分解的方法在实现多点群控，显示各点温度，自动修正加热功率系数并不锈钢表面去除氧化铁或者含铁物质，最典型的处理方式记录温度曲线，确保控温精度。是通过酸溶液去除不锈钢表面污染，对不锈钢本身无太大(5）对于非规则管子，在管子上应设置门型支持，然影响。主要就是对热处理的不锈钢表面进行氧化层处理。后覆盖保温棉。保温层放置时应注意搭接处要错开，防止参考文献热量散失。保温棉要便于拆除，以达到控温的目的。要注1ASMEB31.1动力管道,19 8 9.2 PFI ES-24弯管技术说明,2 0 0 8.意各个方向的密封，避免热量散失太多，以致温度不能达到热处理温度。(收稿日期:2 0 2 3-0 6-0 7)(上接53 页)工卡具支撑图4减压塔下封头现场组装施工图4实施效果4.1经济效益下封头组装采用莲花工艺具有原理简单、支撑选择方便，以及劳动强度低、效率高、综合成本低等优点。与下包式组装工艺相比，减少了将组装、焊接完成的下封头进$1限位挡板接口2行18 0 翻转所需防变形加固的措施，以及大型吊装设备的台班，而且减少了翻转后取消下封头的加固措施和再次的调整圆度工作，提前完成了组装。依据炼油化工检维修定额2 0 16 版，节约综合成本约35万元，提高了经济效益。4.2社会效益与下包式组焊胎具相比，莲花式支撑具有调节灵活、简单的优点。各瓣片组装过程中设置间隙调整工卡具，以及定位板、限高板，使组装常见质量问题得到很好的解决。此技术的应用获得了总包单位、监理单位、业主单位及质量监督站的高度评价，在炼化工程建设行业中树立了良好的标杆。参考文献1】SH/T 352 4-2 0 0 9,石油化工静设备现场组焊技术规程.2GB50461-2008,石油化工静设备安装施工质量验收规范。32004,化工设备设计全书钢架.(收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 3)油化工建 2 0 2.0 1 9 7