电站弯管工艺评定规划及重难点控制

来源：admin 更新：2024-02-06 15:41 分类：施工技术标签：总结源文件

电站弯管工艺评定规划及重难点控制是核电站施工中的重要课题。文章作者通过合理规划保证最终 弯管产品 的几何尺寸、椭圆度、壁厚缩减率和机械性能满足设计文件、RCC-M 2007和ASME标准的要求，确保 核电站工艺系统 安全稳定的运行。

引言

核电站建设工艺复杂安全性要求高，只有全面做好各种控制，应用先进技术工艺，才能建设优质项目工程。管道安装建设是重要的一环，更是核电建设的重要内容，弯管工艺被广泛的应用到核电站管道建设中。 弯管工艺 主要是通过管道形状的改变，实现 管道安装走向的变动，弯管在伸缩性、耐压性、阻力小等方面都具有良好的应用优势，同时采用弯管以减少安装焊口和制造焊口，能降低检验费用和时间，因此 弯管在核电站中被广泛使用 ，弯管工艺评定的合理规划将直接影响工程进展。核岛弯管工艺分为冷弯和热弯，冷弯通常指使用机械借助机械力（如液压弯管机）在管子在冷状态下的弯曲过程。热弯指把管子加热至该管子的规定弯曲温度下再使管子弯曲的过程。根据核电项目合同分交要求，本工程主要以 冷弯工艺为主，本文也主要阐述冷弯工艺。

概述

弯管的种类

根据项目设计文件梳理出现场预计各种规格弯管

序号  尺寸规格    材质  RCC-M等级 弯曲半径mm  备注
1   DN20 SCH160 Z2CN18.10   1   133.5   
2   DN20 SCH160 Z2CN18.10   1   106.8   
3   DN25 SCH160 Z2CN18.10   1   167 
4   DN25 SCH160 Z2CN18.10   1   100.2   
5   DN50 SCH160 Z2CN18.10   1   301.5   
6   DN100 SCH160    Z2CND18.12(控氮)  1   571.5   
7   DN150 SCH160    Z2CND18.12(控氮)  1   841.5   
8   DN150 SCH160    Z2CND18.12(控氮)  1   673 
9   DN80 SCH160 Z2CND18.12(控氮)  1   444.5   
10  DN15 SCH160 TU42C   2   63.9    
11  DN15 SCH160 TU42C   2   85.2    
12  DN15 SCH160 TU42C   2   106.5   
13  DN15 SCH80  TU42C   2   106.5   
14  DN20 SCH160 TU42C   2   133.5   
15  DN20 SCH160 TU42C   2   80.1    
16  DN25 SCH160 TU42C   2   167 
17  DN25 SCH160 TU42C   2   100.2   
18  DN50 SCH160 TU42C   2   301.5   
19  DN50 SCH160 TU42C   2   301.5   
20  DN50 SCH160 TU42C   2   180.9   
21  DN50 SCH160 TU42C   2   167 
22  DN8 SCH80   TU42C   2   68.5    
23  DN100 SCH40S    Z2CN18.10   2   571.5   
24  DN100 SCH40S    Z2CN18.10   2   342.9   
25  DN100 SCH80S    Z2CN18.10   2   571.5   
26  DN100 SCH80S    Z2CN18.10   2   342.9   
27  DN100 SCH80S    Z2CN18.10   2   342.9   
28  DN15 SCH40S Z2CN18.10   2   63.9    
29  DN15 SCH40S Z2CN18.10   2   106.5   
30  DN15 SCH40S Z2CN18.10   2   85.2    
31  DN15 SCH40S Z2CN18.10   2   107 
32  DN15 SCH80S Z2CN18.10   2   106.5   
33  DN15 SCH80S Z2CN18.10   2   85.2    
34  DN15 SCH80S Z2CN18.10   2   63.9    
35  DN150 SCH120    Z2CN18.10   2   841.5   
36  DN150 SCH120    Z2CN18.10   2   673.2   
37  DN150 SCH40S    Z2CN18.10   2   504.9   
38  DN150 SCH40S    Z2CN18.10   2   841.5   
39  DN150 SCH80S    Z2CN18.10   2   673.2   
40  DN20 SCH40S Z2CN18.10   2   133.5   
41  DN25 SCH160 Z2CN18.10   2   167 
42  DN25 SCH160 Z2CN18.10   2   100.2   
43  DN25 SCH40S Z2CN18.10   2   167 
44  DN25 SCH40S Z2CN18.10   2   100.2   
45  DN25 SCH40S Z2CN18.10   2   133.6   
46  DN50 SCH160 Z2CN18.10   2   301.5   
47  DN50 SCH40S Z2CN18.10   2   180.9   
48  DN50 SCH40S Z2CN18.10   2   301.5   
49  DN50 SCH40S Z2CN18.10   2   180.9   
50  DN50 SCH80S Z2CN18.10   2   301.5   
51  DN8 SCH40S  Z2CN18.10   2   68.5    
52  DN8 SCH40S  Z2CN18.10   2   54.8    
53  DN8 SCH40S  Z2CN18.10   2   41.1    
54  DN8 SCH40S  Z2CN18.10   2   69  
55  DN80 SCH40S Z2CN18.10   2   355.6   
56  DN80 SCH40S Z2CN18.10   2   444.5   
57  DN80 SCH80S Z2CN18.10   2   444.5   
58  DN50 SCH160 Z2CND18.12(控氮)  2   301.5   
59  DN50 SCH160 Z2CND18.12(控氮)  2   241.2   
60  DN100 4.78mm    P265GH  3   571.5   
61  DN15 SCH40  P265GH  3   106.5   
62  DN15 SCH40  P265GH  3   106.5   
63  DN15 SCH80  P265GH  3   106.5   
64  DN150 4.78mm    P265GH  3   841.5   
65  DN150 SCH40 P265GH  3   841.5   
66  DN25 SCH40  P265GH  3   167 
67  DN25 SCH80  P265GH  3   167 
68  DN50 SCH40  P265GH  3   301.5   
69  DN50 SCH40  P265GH  3   302 
70  DN50 SCH40  P265GH  3   301.5   
71  DN50 SCH80  P265GH  3   301.5   
72  DN80 4.78mm P265GH  3   444.5   
73  10mm ODx1.0mm   Z2CN18.10   3   50  
74  10mm ODx2.0mm   Z2CN18.10   3   50  
75  10mm ODx2.0mm   Z2CN18.10   3   60  
76  12mm ODx2.0mm   Z2CN18.10   3   60  
77  6mm ODx1.0mm    Z2CN18.10   3   30  
78  DN10 SCH10S Z2CN18.10   3   85.5    
79  DN100 SCH10S    Z2CN18.10   3   571.5   
80  DN100 XXS   Z2CN18.10   3   571.5   
81  DN15 SCH10S Z2CN18.10   3   106.5   
82  DN15 SCH10S Z2CN18.10   3   107 
83  DN15 SCH10S Z2CN18.10   3   68.5    
84  DN15 SCH10S Z2CN18.10   3   63.9    
85  DN15 SCH10S Z2CN18.10   3   106.5   
86  DN15 SCH160 Z2CN18.10   3   106.5   
87  DN15 SCH160 Z2CN18.10   3   167 
88  DN15 SCH160 Z2CN18.10   3   107 
89  DN15 SCH40S Z2CN18.10   3   106.5   
90  DN15 SCH80S Z2CN18.10   3   106.5   
91  DN150 SCH10S    Z2CN18.10   3   841.5   
92  DN150 SCH160    Z2CN18.10   3   841.5   
93  DN200 SCH40S    Z2CN18.10   3   1095.5  
94  DN200 SCH80S    Z2CN18.10   3   900 
95  DN25 SCH10S Z2CN18.10   3   167 
96  DN25 SCH10S Z2CN18.10   3   167.0   
97  DN25 SCH160 Z2CN18.10   3   167 
98  DN25 SCH40S Z2CN18.10   3   167 
99  DN25 SCH80S Z2CN18.10   3   167 
100 DN250 SCH10S    Z2CN18.10   3   1365    
101 DN300 SCH80S    Z2CN18.10   3   1619    
102 DN50 SCH10S Z2CN18.10   3   301.5   
103 DN50 SCH10S Z2CN18.10   3   302 
104 DN50 SCH160 Z2CN18.10   3   301.5   
105 DN50 XXS    Z2CN18.10   3   301.5   
106 DN8 SCH10S  Z2CN18.10   3   68.5    
107 DN8 SCH10S  Z2CN18.10   3   69  
108 DN8 SCH40S  Z2CN18.10   3   68.5    
109 DN8 SCH80S  Z2CN18.10   3   68.5    
110 DN80 SCH10S Z2CN18.10   3   444.5   
111 DN80 XXS    Z2CN18.10   3   444.5   
112 DN100 SCH10S    Z2CND17.12  3   571.5   
113 DN15 SCH10S Z2CND17.12  3   106.5   
114 10mm ODx1.0mm   304L    NA  50  
115 10mm ODx1.0mm   304L    NA  40  
116 DN100 4.78mm    A106 Gr.B   NA  571.5   
117 DN15 SCH40  A106 Gr.B   NA  106.5   
118 DN15 SCH80  A106 Gr.B   NA  106.5   
119 DN20 SCH40  A106 Gr.B   NA  133.5   
120 DN25 SCH40  A106 Gr.B   NA  167 
121 DN25 SCH80  A106 Gr.B   NA  167 
122 DN40 SCH40  A106 Gr.B   NA  241.5   
123 DN50 SCH40  A106 Gr.B   NA  301.5   
124 DN80 4.78mm A106 Gr.B   NA  444.5   
125 DN100 SCH10S    A312 TP304L NA  571.5   
126 DN100 SCH10S    A312 TP304L NA  572 
127 DN15 SCH10S A312 TP304L NA  106.5   
128 DN15 SCH10S A312 TP304L NA  107 
129 DN15 SCH10S A312 TP304L NA  167 
130 DN15 SCH10S A312 TP304L NA  200 
131 DN15 SCH10S A312 TP304L NA  133.5   
132 DN15 SCH10S A312 TP304L NA  106.5   
133 DN150 SCH10S    A312 TP304L NA  841.5   
134 DN20 SCH10S A312 TP304L NA  133.5   
135 DN20 SCH10S A312 TP304L NA  106.5   
136 DN200 SCH10S    A312 TP304L NA  1095.5  
137 DN25 SCH10S A312 TP304L NA  167 
138 DN25 SCH10S A312 TP304L NA  167.0   
139 DN25 SCH10S A312 TP304L NA  106.5   
140 DN32 SCH10S A312 TP304L NA  211 
141 DN50 SCH10S A312 TP304L NA  302 
142 DN50 SCH10S A312 TP304L NA  301.5   
143 DN50 SCH10S A312 TP304L NA  167 
144 DN50 SCH10S A312 TP304L NA  241.5   
145 DN8 SCH10S  A312 TP304L NA  68.5    
146 DN80 SCH10S A312 TP304L NA  444.5   
147 DN100 SCH10S    A312 TP316L NA  571.5   
148 DN15 SCH10S A312 TP316L NA  106.5   
149 DN25 SCH10S A312 TP316L NA  167 
150 DN50 SCH10S A312 TP316L NA  301.5   
151 DN6 SCH80S  TP304L  NA  51.5

弯管的要求

根据技术条件要求：RCC-M 1、2、3级管道弯管参照RCC-M 2007 F4000的要求，非RCC-M级管道应符合ASME B31.1第129节的要求。针对核级弯管预制前需制定工艺规程。非核级弯管不要求进行弯管工艺评定，但应采用成熟的成形工艺，并制定工作程序。

弯管工艺评定要点

评定规则

下列情况需要制定弯管工艺评定：

在高于150℃温度下进行的任何一项或一系列操作。
在低于（或等于）150℃的温度下进行的操作时，合金钢或碳钢工件最大延伸率超过5%、奥氏体不锈钢工件最大延伸率超过10%或15%而具有支持性文件时。

注：其中：

A%=延伸率；
r=管子名义半径；
R=管子中心线的名义弯曲半径

评定范围

弯管工艺评定的范围受以下几点因素限制：

弯曲半径:弯管的弯曲半径与管子的变形率有直接的关系。较大延伸率评定结果适用于较小延伸率，简单的说弯曲半径的倍值越小可覆盖的范围越大，但成形的难度也越大，要求也越高。
直径范围：直径≤50视为等效，50＜直径≤150视为等效，直径＞150视为等效。
厚度范围：成形工艺评定的有效范围为0.75e～(1.25e+3mm),其中e为试件厚度。
车间：冷弯情况下在某一个车间所进行的评定试验，可以扩展到对制造厂的所有车间均有效；但这些车间生产用的成形机床必须与评定试验所用类型相同。
母材的牌号：所有同牌号或标准牌号的碳钢和合金钢（不包括奥氏体不锈钢）应视为等效的。满足RCC-M MC1310规定的晶间腐蚀试验的各非稳定化奥氏体不锈钢应视为等效的。

弯前检查

弯管前的检验是必要的也是必须的，因为通过弯管前的检验可以再一次证明评定使用的母材是合格的，避免在成形后出现不合格时追述原因时产生不确定因素，所以在弯管前做相应的检验是必须的。

目视检验：检查弯管表面不得有毛刺、划痕、裂纹、折叠和撕裂等缺陷存在；
壁厚检查：管材壁厚不得低于标准壁厚，用于弯管的钢管壁厚通常选用在（0～12.5）%正公差的钢管。
无损检测：进行液体渗透检测，检查表面是否有缺陷；

管道弯制

按照弯管机点动、单动顺序检查弯管机的运行是否正常，然后将所需的胎具和附件装到弯管机上，将所要弯曲的管子卡到模具中，插入芯棒（如需要），按照操作顺序进行弯管，直到达到所需要的弯曲角度，取出芯棒（如需要），松开夹具，取下管子，如果管子被模具卡住，可用木锤轻击管子外伸的一端，使其松动。

弯后检查

外观尺寸检查

a）不应有划痕、碰撞伤痕和其它会降低管子强度的缺陷。如有疑问，要进行液体渗透检测；
b）冷弯管道的波浪率（波高h与外径OD之比）不应大于3%，且波距A与波高h之比应大于12（如图1所示）。

其中：波高 h 是指弯管内两相邻波峰峰顶（或褶皱峰顶）处弯管外径的平均值与该两波峰之间波谷谷底处弯管外径的差值；波距 A 是指弯管内弧面相邻波峰峰顶（或褶皱峰顶）之间的最短距离。

圆度偏差的测量

弯管后最大偏差：

注：Dmax：弯曲后的最大直径； Dmin：弯曲后的最小直径； DN：管子的公称直径。

图2 直径测量

厚度减薄量的测量

弯曲后的壁厚在任何情况下的减薄量不应超过下列值： a）10%，适用于大于或等于5D的弯曲半径； b）（50D/R）%，适用于小于5D的弯曲半径。其中D是管子的公称直径，R是管子中心线的弯曲半径。

弯前角度的测量

a）对于考核试验样品，其弯曲角必须大于30°； b）弯曲角度偏差不应超过±0.5°。

图3 弯曲半径测量

图4 弯曲角度测量

无损检测

进行PT检查，在检查时应重点检查腹拱、背拱处。

破坏性试验

主要包含：化学分析、力学性能、晶间腐蚀试验、金相检验、硬度测量。

规划

根据弯管设计总清单，结合标准梳理出项目弯管工艺评定清单：项目弯管工艺评定规划

序号  工艺规格    材质  管径覆盖范围(φ:外径ｍｍ)  壁厚覆盖范围（mm）  弯曲半径范围（D：外径）    半径厚度比r/e    延伸率100%*r/R
1   DN25×3.38mm TU42C   Φ ≤ 50  2.535～7.225 ≥3D ≤3.698  ≤16.67
2   DN50×8.74mm TU42C   50＜φ≤150    6.555～13.925    ≥3D ≤2.8604 ≤16.67
3   DN25×3.38mm P265GH  Φ ≤ 50  2.535～7.225 ≥5D ≤3.6982 ≤10
4   DN100×4.78mm    P265GH  50＜φ≤150    3.585～8.975 ≥5D ≤10.4602    ≤10
5   DN150×4.78mm    P265GH  φ＞150   3.585～8.975 ≥5D ≤15.6903    ≤10
6   10mm ODx1.0mm   Z2CN18.10   Φ ≤ 50  0.75～4.25   ≥5D ≤5  ≤10
7   DN25×2.77mm Z2CN18.10   Φ ≤ 50  2.0775～6.4625   ≥3D ≤4.5126 ≤16.67
8   DN100×3.05mm    Z2CN18.10   50＜φ≤150    2.2875～6.8125   ≥3D ≤16.3934    ≤16.67
9   DN100×8.56mm    Z2CN18.10   50＜φ≤150    6.42～13.7   ≥3D ≤5.8411 ≤16.67
10  DN100×17.12mm   Z2CN18.10   50＜φ≤150    12.84～24.4  ≥5D ≤2.9205 ≤10
11  DN150×3.4mm Z2CN18.10   Φ ＞150  2.55～7.25   ≥5D ≤22.0588    ≤10
12  DN200×8.18mm    Z2CN18.10   Φ ＞150  6.135～13.225    ≥3D ≤12.2249    ≤16.67
13  DN150×14.27mm   Z2CN18.10   Φ ＞150  10.7025～20.8375 ≥4D ≤5.2557 ≤12.5
14  DN15×2.11mm Z2CND17.12  Φ ≤ 50  1.5825～5.6375   ≥5D ≤3.5545 ≤10
15  DN100×3.05mm    Z2CND17.12  50＜φ≤150    2.2875～6.8125   ≥5D ≤16.3934    ≤10
16  DN100×8.56mm    Z2CND18.12(控氮)  50＜φ≤150    6.42～13.7   ≥5D ≤5.8411 ≤10
17  DN150×18.26mm   Z2CND18.12(控氮)  Φ ＞150  13.695～25.825   ≥4D ≤4.1073 ≤12.5
18  DN50×3.91mm P265GH  50＜φ≤150    2.9325～7.8875   ≥5D ≤6.3939 ≤10
19  DN50×2.77mm Z2CN18.10   50＜φ≤150    2.0775～6.4625   ≥3D ≤9.0253 ≤16.67
20  DN50×8.74mm Z2CN18.10   50＜φ≤150    6.555～13.925    ≥5D ≤2.8604 ≤10
21  DN50×8.74mm Z2CND18.12(控氮)  50＜φ≤150    6.555～13.925    ≥4D ≤2.8604 ≤12.5

施工重难点

弯管规划重点关注项

弯曲半径的计算方式

由于弯管类型较多，且不同堆型要求的弯管弯曲半径计算方式不一致，“华龙一号”弯曲半径以管道外径进行计算，AP1000的弯曲半径计算是以公称直径进行计算，这导致已有的弯管机模具可能不满足不同堆型的弯管工作。

覆盖范围

弯管工艺评定的覆盖范围需要关注下述覆盖要求：材质覆盖、外径覆盖、壁厚覆盖、延伸率覆盖、半径壁厚比覆盖、设备覆盖。由于核岛厂房内弯管种类较多，在梳理弯管工艺评定时必须重点关注规划的弯管工艺评定是否可以覆盖到现场各种规格的弯管产品上。还需要重点关注弯管机的弯制能力，因为弯管机的弯制能力是存在上限值的，若弯管工艺评定显示的可覆盖的施工范围，不满足弯管机的弯制能力，则弯管产品也是不合格的。合理的弯管工艺评定规划，可便于现场施工，同时节约成本。

弯管的实施难点

工件的选取

由于管子在生产过程中存在制造偏差，我们在开展工艺评定时，宜选取正偏差的管子，壁厚在（0～12.5）%的正偏差范围内最佳。由于管子在机械形变过程中，拱背处会被拉伸，管子壁厚必将减薄，选择正偏差的管子将直接影响焊接工艺评定是否成功，在弯制产品弯管时也应选择正偏差管子进行加工。

弯曲后弯管回弹的控制

弯管的弯曲质量往往受管后的回弹量影响。回弹是管材弯曲卸载后必然发生的现象,回弹现象的存在严重影响了管材生产的精度和效率,当回弹量超过零件的允许误差后就成为成形缺陷。在制造弯管时，主要采用补偿法和校正法来加以控制，补偿法是在综合分析弯曲回弹影响因素的基础上，根据弯曲过程中的各种情况和回弹趋势，对回弹量进行预先估计。在设计制造模具时，对凸凹模的工作部件尺寸和几何形状进行了修改，实现了“过正”弯曲。校正法是在模具结构中采取措施，使校正力集中在弯角处，改变应力状态，消除弹性变形，克服回弹，例如在弯曲的同时施加拉力，使整个截面处于拉应力作用下，卸载时弹性恢复与变形方向一致，从而明显减少回弹。

椭圆度和波浪率的控制

弯管圆弧处变扁严重导致管道椭圆度不满足要求和弯管圆弧内侧起皱导致波浪率不满足要求是弯管加工过程中常见的缺陷，针对椭圆度的控制，在进行无芯弯管时可将压紧模具设计成有反变形槽的结构形式，在进行有芯弯管时，应选择合适的芯棒（必要时可采用由多节段芯棒组装而成的柔性芯棒），并在安装模具时保证各部件的管槽轴线在同一水平面上。针对波浪率的控制若是前切点起皱，应向前调整芯棒位置，以达到弯管时对管子的合理支撑，若是后切点起皱，应加装防皱块，使防皱块安装位置正确，并将压模力调整至适当，若圆弧内侧全是皱纹，则说明使用的芯棒直径过小，使得芯棒与管壁之间的间隙过大，或者就是压模力过小，不能使管子在弯曲过程中很好地与弯管模与防皱块贴合。因此，应更换芯棒，并调整压紧模使压模力适当。需要注意的是防皱板需要经常性的检查，避免因防皱板存在毛刺在弯管的外表面造成损伤。

结论

实践证明，通过进行弯管的工艺评定，可以为弯管制定预防缺陷的措施提供依据，最大化的保证弯管的合格率，从而提高其经济性，表明了弯管工艺评定的重要性，更明确了在实际弯管中要遵循先评定试验，再批量生产的原则是保障弯管工艺过程获得稳定质量的前提。

参考文献

[1] RCC-M 2007 压水堆核岛机械设备设计和建造规则
[2] ASME B31.1 动力管道
[3] 核岛工艺管道工厂预制技术要求