上升下降管的制造與檢驗(yàn)

楊吉梅

1. 上升下降管設(shè)計(jì)參數(shù)及總體布置

上升下降管設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示。 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)選用鋼管材質(zhì)為ASMEA106B，上升管成品規(guī)格是φ273mm×20.62mm，下降管成品規(guī)格是φ219mm×18.26mm。參照DL/T515標(biāo)準(zhǔn)，彎管前直管厚度≥1.25 Sm（Sm為管系中直管段最小壁厚），同時(shí)根據(jù)制造經(jīng)驗(yàn)選擇φ273mm×26mm和φ219.1mm×22mm鋼管原材料進(jìn)行彎制。

由上升下降管總體布置（見(jiàn)圖1）可看出，上升管和下降管各有4支，且是經(jīng)過(guò)三維彎曲?？紤]到運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝方便，經(jīng)設(shè)計(jì)確認(rèn)，每支上升管分成兩段，每支下降管分4段。

2. 原材料審查

按圖樣和技術(shù)協(xié)議要求鋼管應(yīng)為ASMEA106B材料，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及ASTM A106B與ASME A106B兩種材料要求相同，上升管選擇用ASTM A106B，下降管材料為ASME A106B，鋼管材料變更經(jīng)設(shè)計(jì)人員確認(rèn)，原材料供貨廠商日本住友金屬和日本JFE。

材料要求：按照《技術(shù)協(xié)議》的要求，此批鋼管原材料需要正火供貨，原材料按爐批號(hào)進(jìn)行化學(xué)成分（驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2）和力學(xué)性能（抗拉強(qiáng)度Rm≥415MPa，屈服強(qiáng)度ReL≥240MPa，伸長(zhǎng)率A≥12%）、橫向拉伸、壓扁復(fù)驗(yàn)，以上復(fù)驗(yàn)均按ASME A106B驗(yàn)收，逐件進(jìn)行超聲波檢測(cè)按JB/T4730.3Ⅱ級(jí)合格。

圖1 上升下降管總體布置

表1 上升下降管設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 ASME A106B化學(xué)成分驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3. 彎管工藝評(píng)定

彎管推制采用中頻感應(yīng)加熱，水冷卻，大推補(bǔ)償彎制成形工藝。嚴(yán)格控制彎管速度及溫度，A106B下臨界溫度Tc近似725℃，按DL/T515標(biāo)準(zhǔn)要求，669℃≤彎制溫度≤1000℃，本項(xiàng)目控制彎制溫度850～950℃，以確保組織穩(wěn)定性。

按DL/T515要求，碳鋼彎曲半徑≥2.5管外徑（R≥2.5OD，OD表示鋼管外徑），219×2.5 =547.5（mm），彎曲半徑為600mm，273×2.5=682.5（mm）,彎曲半徑為700（mm），符合標(biāo)準(zhǔn)要求。按DL/T515標(biāo)準(zhǔn)，彎曲角度均θ≤100°，本項(xiàng)目最大彎曲角度88.3?，符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)最大彎曲角度θ的要求。

根據(jù)DL / T515 標(biāo)準(zhǔn)，制定彎管工藝評(píng)定， 此用φ 219mm×22mm工藝評(píng)定為例，彎曲角度設(shè)為80°，彎曲溫度850~950℃。對(duì)制作工藝評(píng)定用試樣的外觀、尺寸（待彎曲部位起彎點(diǎn)、1/4、1/2、3/4、終彎點(diǎn)厚度）、硬度進(jìn)行檢查并記錄，待彎制后對(duì)此五個(gè)截面同一位置再進(jìn)行一次測(cè)量并記錄對(duì)比。

按DL/T515標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)于厚度≥19mm，彎制溫度低于900℃彎制后需要進(jìn)行回火熱處理，本項(xiàng)目制定680℃，保溫60mi n回火熱處理。評(píng)定試樣進(jìn)行以下檢驗(yàn)和檢測(cè)：受拉中心線兩側(cè)各45°范圍內(nèi)進(jìn)行100% MT，按JB/T4730.3Ⅱ級(jí)合格。晶間裂紋、金相分析、室外溫拉伸、室溫沖擊、350℃非比例高度拉伸≥177MPa（按國(guó)內(nèi)GB/T5310標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)20G在300℃非比例伸長(zhǎng)≥177MPa），以上試樣取樣位置按DL/T515附錄D中表D2要求。

減薄率的要求：按DL/T515要求，OD/S（S表示鋼管厚度）≤2 0，且R/O D≤3.0時(shí)減薄率≤14%，JB/T1611， R/OD≤3.0時(shí)減薄率≤1 5%，此項(xiàng)目確定最終減薄率≤1 5%，最小厚度18.26mm。

4. 彎制及檢驗(yàn)

（1）彎管前準(zhǔn)備 三維空間角計(jì)算：根據(jù)圖樣提供的水平和垂直角度計(jì)算出空間彎曲角度，因彎管機(jī)一次成形，因只能單向彎曲，在彎制工藝制訂時(shí)，即要按鋼管方位標(biāo)識(shí)出起弧位置和方位，在彎制同一根鋼管下一個(gè)彎曲部位時(shí)，即可保證彎曲方位的正確性和準(zhǔn)確性。

（2）彎管工藝 編制準(zhǔn)確彎管工藝指導(dǎo)操作工人現(xiàn)場(chǎng)彎制，彎制順序：在鋼管上標(biāo)識(shí)方位、彎曲部位，確定受拉側(cè)，測(cè)量受拉部位起彎、1/4、1/2、3/4、終彎處厚度，推制測(cè)量彎曲部位溫度和速度，停彎，繼續(xù)對(duì)中頻環(huán)部位人工水冷，直至在將中頻環(huán)撤離彎管（必要時(shí)可用鐵絲彎曲成彎管的小樣，讓操作人員有感性認(rèn)識(shí)）。

（3）標(biāo)記 在鋼管上標(biāo)記出4個(gè)方位角，每根鋼管存在兩處及以上彎曲部位，因此在待彎前確定方位顯得非常重要。在待彎管部位測(cè)厚，將最厚部位放在受拉側(cè)，此處做好待測(cè)點(diǎn)的標(biāo)記，以便彎曲后測(cè)厚位置與彎曲前測(cè)厚位置相同來(lái)計(jì)算減薄率。

（4）試彎 取相同規(guī)格鋼管進(jìn)行最大彎曲角度88.3°試彎，以確定彎管機(jī)穩(wěn)定性，同時(shí)測(cè)量尺寸，計(jì)算減薄率和外觀檢查，在推制時(shí)設(shè)定兩個(gè)相對(duì)固定的測(cè)溫點(diǎn)，受拉側(cè)和中性側(cè)的溫度，同時(shí)監(jiān)控推制速度，確保組織穩(wěn)定。在彎管推制過(guò)程中，調(diào)整中頻加熱器的功率，時(shí)刻監(jiān)督推制溫度及速度。

彎管后檢驗(yàn)、檢測(cè)及檢查：在彎管推制后，操作工人停止中頻加熱環(huán)開(kāi)關(guān)，水冷開(kāi)關(guān)同時(shí)自動(dòng)關(guān)掉，中頻加熱環(huán)的余熱會(huì)在終彎處因產(chǎn)生表面藍(lán)色現(xiàn)象，對(duì)于表面發(fā)藍(lán)部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能及金相分析，此發(fā)藍(lán)部位力學(xué)性能及金相驗(yàn)證（見(jiàn)圖2）：取樣分析金相組織鐵素體+珠光體，組織分布均勻，未見(jiàn)裂紋，見(jiàn)金相圖片。在彎制后水冷卻管關(guān)閉時(shí)，用人工噴水繼續(xù)冷卻。

（5）彎管尺寸檢查 因彎管彎制后彎曲角度會(huì)有回彈，因此在彎制時(shí)即考慮回彈，根據(jù)制造廠對(duì)設(shè)備及管件材料規(guī)格彎制的經(jīng)驗(yàn)，可適當(dāng)調(diào)整彎曲角。

（6）尺寸檢查 在原來(lái)定位標(biāo)記的起彎、1/4、1/2、3/4、終彎處測(cè)量厚度，計(jì)算減薄率，若減薄率大于15%則報(bào)廢，經(jīng)測(cè)量減薄率最大處發(fā)生在面彎1/2處，因此做好標(biāo)記可確保成彎前后測(cè)量位置一致，減薄率計(jì)算正確。

圖2 終彎發(fā)藍(lán)處金相組織

（7）檢驗(yàn)及校形 上升下降管的尺寸首先是按標(biāo)記的方位進(jìn)行定位，找到定位的背彎中心線，用樣板尺測(cè)量，樣板尺需要用剛性材料，不易變形及損壞，經(jīng)測(cè)量回彈角度均在0.5?～0.7?，通過(guò)熱校形，在熱校形時(shí)溫度控制在800～900℃，熱校形的校力需要緩慢漸進(jìn)力。不可局部強(qiáng)力校形，否則會(huì)在背弧終彎處產(chǎn)生凸起，引起波浪率（見(jiàn)圖3、圖4）。

樣板尺彎曲半徑計(jì)算；以上升管φ273mm×26mm為例，圖樣中標(biāo)識(shí)彎曲半徑R700mm是彎曲中心至彎管中心線的距離。背弧樣板尺半徑為700－136.5=563.5（mm），面弧樣板的半徑為700+136.5=836.5（mm）。

（8）三維角度檢驗(yàn) 將彎管放置在一個(gè)平面內(nèi)，按立體幾何尺寸計(jì)算出彎管直管段投射到平面內(nèi)的距離，測(cè)量實(shí)際尺寸與計(jì)算尺寸的偏差，反算彎曲角度偏差，將彎曲角度偏差控制在±5°。

5. 熱處理及無(wú)損檢測(cè)

檢查合格彎管進(jìn)行68 0℃保溫60mi n回火熱處理，熱處理后對(duì)彎曲處受拉部位和中性側(cè)各取3～5點(diǎn)，每點(diǎn)取至少5個(gè)讀數(shù)平均數(shù)作為該點(diǎn)硬度，測(cè)量硬度值≤197HBW。熱處理后打磨露出金屬光澤后，彎曲部位及近彎段外表面進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)JB/T4730.4Ⅰ級(jí)合格；100%超聲檢測(cè)，按JB/T4730.3Ⅰ級(jí)合格。

熱處理及無(wú)損檢測(cè)合格的彎管，按圖樣和《技術(shù)協(xié)議》要求進(jìn)行了19MPa水壓試驗(yàn)，保壓30mi n，然后降壓至12.1MPa保壓30mi n，保壓過(guò)程無(wú)滲漏。若無(wú)特別要求，參照GB/T9948可選取用超聲波檢測(cè)代替水壓試驗(yàn)，超聲波檢測(cè)對(duì)比試樣刻槽深度為鋼管公稱(chēng)厚度的12.5%。

圖3 預(yù)校形

圖4 局部加熱強(qiáng)力校形形成波浪

6. 油漆包裝

油漆干燥后用三防布整齊包裝，管頭套橡膠管帽，將上升下降管入架裝箱，因上升下降管不規(guī)則性，裝箱時(shí)各每根管均有固定限位，計(jì)算起吊重量，在裝箱架兩端焊接兩個(gè)吊耳，廠內(nèi)試吊，確定可水平安全吊運(yùn)后，裝車(chē)發(fā)運(yùn)。

7. 結(jié)語(yǔ)

上升下降管彎制工藝是彎制基礎(chǔ)，在熱管過(guò)程中控制彎制溫度和速度，按工藝執(zhí)行，同時(shí)考慮彈性收縮，在終彎時(shí)繼續(xù)冷卻保持金屬組織，熱校形時(shí)按校形工藝控制溫度并及時(shí)冷卻，保持金屬組織。彎管盡量做到一次成形，在校形時(shí)可能會(huì)影響彎管角度和引起金屬組織變化。

[1] 郭延軍，張洪祥，柳智明， 等. DL/T515-2004電站彎管[S]，中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，2004.

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[3] 李奇，鄭海濤，晏如等.GB/T5310-2008高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管[S].國(guó)家質(zhì)檢總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，2008.

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[5] 樸志民，張會(huì)軒，GB/T9948-2006 石油裂化用無(wú)縫鋼管[S].2006.