低壓給水加熱器不銹鋼U型換熱管彎曲半徑改制方案

 浙江至德鋼業有限公司對低壓給水加熱器不銹鋼U型換熱管穿管位置出錯，進行了原因分析，同時為解決換熱管預留備管不足的問題，提出了不銹鋼U型換熱管彎曲半徑改制的詳細方案。通過對此方案的驗證試驗，表明改制的不銹鋼換熱管符合標準和規范的要求。最后提出了防止問題發生的措施和建議。

一、概述

 低壓給水加熱器（以下簡稱低加）是火力發電廠和核電二回路汽輪機余熱回收的關鍵設備，有著廣泛的應用，它可以很大程度上提高電廠熱力系統的熱能利用率，大幅度的節約能源。低加一般是臥式表面凝結U型管式，其中換熱管是整個設備換熱的核心關鍵部件。對于制造此設備的廠家而言，不銹鋼U型管的穿管工序比較重要，如果制造廠在穿管工序出現問題，造成任何某一彎曲半徑換熱管損壞，若在預留備管不足的情況下，會嚴重影響低加設備交貨時間。

 某壓力容器制造廠承壓某工程公司訂單，要求為某電廠提供一臺650MW復合式低加設備（即兩臺低加布置在同一殼體內，管程分為LP1和LP2，設備相關參數如表1所示），在LP2穿管工序中，車間班組人員誤將彎曲半徑為R418的換熱管當作R407進行穿管裝配，雖然管孔與管子不配對，在穿管時有明顯阻力，在前期已完成的穿管工作中也有類似末端阻力變大的情況，故班組未停而是繼續穿管。在穿至第9根時，發現取錯不銹鋼換熱管，將穿錯的換熱管拔出后對其表面進行了表面檢查，發現有6根換熱管有不同程度的損傷。核查換熱管入庫數量和文件后，發現每種彎曲半徑只備了1根成品U型管。因此還缺少5根R418的換熱管（圖1為受影響的穿孔位置），嚴重影響了設備的制造計劃。本文分析了換熱管拿錯和穿錯位置的原因，重點探討了利用剩余彎曲半徑換熱管改制成彎曲半徑R418的方案，同時對換熱管備管和標識給出了建議。

二、原因分析

 浙江至德鋼業有限公司技術人員通過查看管束組裝現場，對換熱管穿管位置出錯和換熱管預留備管不足原因分析如下。

 1. 換熱管廠家原因

  換熱管廠家只在箱體上附貼一份清單，標識出了不銹鋼換熱管的相關信息，而實物上沒有關于換熱管彎曲半徑或管排號（每張彎曲半徑對于一個管排號）的任何標識，造成了拿錯換熱管和換熱管穿錯位置。

 2. 低加設備制造廠原因

  低加設備制造廠換熱管穿管位置出錯有以下幾方面的原因。

   a. 由于交貨期緊張，且重復相同的穿管工作，容易造成思想不集中；

   b. 每種彎曲半徑僅相差11mm，用肉眼無法準確分辨每種彎曲半徑，很容易錯拿；

   c. 由于U型換熱管腿間距離可以自由調節，即使穿錯位置，也不能馬上發現。

 3. 工程公司原因

 此換熱管為工程公司提供，按常規，應提供直管換熱管作為備管。由于換熱管展開長度比較長，造成運輸和包裝有困難，因此工程公司提供成品不銹鋼U型管作為備管，無法滿足實際需要。

三、解決方案

  解決換熱管缺少的問題，目前僅有兩種方案。第1種，重新按要求采購缺少的幾根換熱管，但由于采購不銹鋼換熱管周期比較長（一般需要3個月左右），通常不采取此種方法，除非設備交貨期允許。何況采購換熱管的數量少，不銹鋼換熱管廠家通常不愿意接此合同。因此，此種方案，暫時不用考慮。

  第2種方案，只能利用預留的其它彎曲半徑的備管（除1根R418的備管可以直接使用外，還有50支不同彎曲半徑的備管），彎制成R418的換熱管，來解決缺少5根換熱管的問題。通過分析，需要從以下幾個方面解決問題：

 （1）挑選合適彎曲半徑的U形備管，彎制成彎曲半徑R418；

 （2）計算改制彎曲半徑后的變形率，判斷是否需要進行工藝評定；

 （3）計算改制后彎曲半徑后的變形率增量，判斷是否需要對彎制部位重新進行消除應力熱處理；

 （4）換熱管彎曲半徑改制詳細方案；

 （5）對彎曲半徑改制后的換熱管進行外觀、尺寸等方面的檢驗；同時對彎曲部分的橢圓度和力學性能進行驗證，彎曲部分的橢圓度可以通過通球試驗驗證，彎曲部分的強度可以通過水壓試驗來驗證。

 1. 選擇合適彎曲半徑的換熱管

 選擇合適彎曲半徑的換熱管，將其改制成彎曲半徑R418的換熱管從U型換熱管長度考慮，只能選擇彎曲半徑大于R418以上的備管，其總長才能滿足要求。從換熱管彎曲半徑和變形率考慮，優先選擇彎曲半徑接近的備管。因此，選擇R429，R440，R451，R462，R473的U形備管，將其改制為R418的比較合適。

 2. 判斷是否需要進行成型評定

 由于U型管在彎制過程中容易產生橢圓度、彎管外側壁厚減薄等現象，會影響到彎管的使用壽命，因此需要判斷是否需要進行成型工藝評定。規范ASME VIII-1沒有關于成型工藝評定的描述，因此只有借鑒RCC-M F4000的規定，在此標準中規定，當變形量超過10%時，需做成型工藝評定。

 由于客戶提供的換熱管彎曲部分已經做過消除應力熱處理（消除應力熱處理溫度950℃～1050℃之間），因此，只需要計算改制之后彎管的彎曲半徑變形率增量來判斷是否需要重新進行消除應力熱處理。

 3. 判斷換熱管改制后彎曲部分是否需要進行消除應力熱處理

 由于U型管在彎制過程中容易產生殘余應力，會影響到彎管的使用壽命，因此需要判斷是否需要對換熱管改制后彎曲部位進行熱處理來消除產生的殘余應力。

 按照ASME VIII-1UHA44的規定，彎管變形率大于10%，才進行消除應力熱處理。根據上表2所示，彎管變形率在0.05%～0.22%之間，所以換熱管改制后，不需要進行消除應力熱處理。

 4. 低加換熱管彎曲半徑改制詳細方案

（1）準備待彎制的換熱管共5支，即R429，R440，R451，R462，R473的U形備管以及規格為R418的彎管模具；

（2）檢查工作平臺，工作平臺要求平整且無雜物，其長度和寬度要滿足彎管半徑的管子的尺寸要求。

（3）工作平臺上鋪一層塑料薄膜，換熱管彎頭部位套一層塑料薄膜。

（4）把U型管搬運到工作平臺上，取、放U形管時必須帶上潔凈的手套。

（5）使用R418的模具分別對5根換熱管進行彎管操作，見圖2所示。

（6）U型管兩腿距尺寸整形和處理

 對于不銹鋼U型管兩腿距尺寸偏大，則將導輪和調節壓輪分別置于U型管內外側，手握連接桿順時針轉動調節壓輪往內側壓。每次變形量盡量小，壓完后檢查尺寸，如尺寸依舊偏大則重復本操作，原理和實物操作見圖；

 對于不銹鋼U型管兩腿距尺寸偏小，則將調節壓輪和導輪分別置于U型管內外側，手握連接桿逆時針轉動調節壓輪往外側壓。每次變形量盡量小，壓完后檢查尺寸，如尺寸依舊偏小則重復本操作，原理見圖， 將直管段切割至圖紙尺寸。

 5. 改制換熱管的檢測和驗證

 對彎曲半徑改制后換熱管進行外觀、尺寸、性能方面的檢測和驗證

（1）表面質量檢測

 對5根R418換熱管彎曲部位及其有變形的部位進行外觀檢查，未發現其表面有劃痕、碰傷或其它有害缺陷。對管子外表面按照ASME V卷進行100%滲透檢測，檢測顯示無任何顯示出現。用內窺鏡對其內表面檢查也未發現有劃痕等缺陷。表面檢查合格。

（2）尺寸檢測

 對5根改R418換熱管彎曲部分進行檢查，檢測位置見圖5，具體測量結果見下表。

  a. 換熱管外徑和橢圓度

 不銹鋼換熱管彎曲部分外徑判斷：按照ASME SA-688規定，彎曲部位外徑允許偏差為±10%，對于規格為￠16X0.89的換熱管而言，外徑范圍為14.4mm～17.6mm。從表中的外徑數值來看，改制后的換熱管外徑符合要求。

  b. 彎管外弧側壁厚減薄

  通球檢測

   通球檢測可以更加直觀驗證橢圓度是否滿足要求，通過對改制成的R418的5根換熱管進行通球檢驗，檢驗用鋼球的直徑為0.75倍的內徑（即10.67mm），結果顯示：鋼球能順利從一端經過彎管區域從另一端出來，說明橢圓度滿足要求。

  水壓試驗

   按照ASME SA-688的通用規定，對改制成的R418的5根U型換熱管進行水壓試驗，壓力為7MPa，水壓試驗壓力保持5秒。完成后，未變形且沒有發現任何泄漏，性能方面驗證滿足要求。

四、結論和建議

  1. 改制后的不銹鋼換熱管的外觀、尺寸和性能等方面都滿足規范要求，說明其可以用到設備上。同時說明此改制方案是成功的，對類似問題的處理提供了一種方法。

  2. 建議工程公司或設備制造廠，當不銹鋼U型換熱管預留直管有困難時，可以預留一定數量且彎曲半徑合適的彎管，不一定每種彎曲半徑的換熱管都需要備管。

  3. 不銹鋼換熱管彎管后，標準或規范中通常不會強制規定每一根彎曲半徑的換熱管需要標出其彎曲半徑或管排號，當制造廠使用時，可能會造成換熱管穿錯位置。建議在采購不銹鋼U型換熱管時，強制要求換熱管廠家在每一根換熱管上標出其彎曲半徑或管排號。