低压给水加热器不锈钢U型换热管弯曲半径改制方案

 浙江至德钢业有限公司对低压给水加热器不锈钢U型换热管穿管位置出错，进行了原因分析，同时为解决换热管预留备管不足的问题，提出了不锈钢U型换热管弯曲半径改制的详细方案。通过对此方案的验证试验，表明改制的不锈钢换热管符合标准和规范的要求。最后提出了防止问题发生的措施和建议。

一、概述

 低压给水加热器（以下简称低加）是火力发电厂和核电二回路汽轮机余热回收的关键设备，有着广泛的应用，它可以很大程度上提高电厂热力系统的热能利用率，大幅度的节约能源。低加一般是卧式表面凝结U型管式，其中换热管是整个设备换热的核心关键部件。对于制造此设备的厂家而言，不锈钢U型管的穿管工序比较重要，如果制造厂在穿管工序出现问题，造成任何某一弯曲半径换热管损坏，若在预留备管不足的情况下，会严重影响低加设备交货时间。

 某压力容器制造厂承压某工程公司订单，要求为某电厂提供一台650MW复合式低加设备（即两台低加布置在同一壳体内，管程分为LP1和LP2，设备相关参数如表1所示），在LP2穿管工序中，车间班组人员误将弯曲半径为R418的换热管当作R407进行穿管装配，虽然管孔与管子不配对，在穿管时有明显阻力，在前期已完成的穿管工作中也有类似末端阻力变大的情况，故班组未停而是继续穿管。在穿至第9根时，发现取错不锈钢换热管，将穿错的换热管拔出后对其表面进行了表面检查，发现有6根换热管有不同程度的损伤。核查换热管入库数量和文件后，发现每种弯曲半径只备了1根成品U型管。因此还缺少5根R418的换热管（图1为受影响的穿孔位置），严重影响了设备的制造计划。本文分析了换热管拿错和穿错位置的原因，重点探讨了利用剩余弯曲半径换热管改制成弯曲半径R418的方案，同时对换热管备管和标识给出了建议。

二、原因分析

 浙江至德钢业有限公司技术人员通过查看管束组装现场，对换热管穿管位置出错和换热管预留备管不足原因分析如下。

 1. 换热管厂家原因

  换热管厂家只在箱体上附贴一份清单，标识出了不锈钢换热管的相关信息，而实物上没有关于换热管弯曲半径或管排号（每张弯曲半径对于一个管排号）的任何标识，造成了拿错换热管和换热管穿错位置。

 2. 低加设备制造厂原因

  低加设备制造厂换热管穿管位置出错有以下几方面的原因。

   a. 由于交货期紧张，且重复相同的穿管工作，容易造成思想不集中；

   b. 每种弯曲半径仅相差11mm，用肉眼无法准确分辨每种弯曲半径，很容易错拿；

   c. 由于U型换热管腿间距离可以自由调节，即使穿错位置，也不能马上发现。

 3. 工程公司原因

 此换热管为工程公司提供，按常规，应提供直管换热管作为备管。由于换热管展开长度比较长，造成运输和包装有困难，因此工程公司提供成品不锈钢U型管作为备管，无法满足实际需要。

三、解决方案

  解决换热管缺少的问题，目前仅有两种方案。第1种，重新按要求采购缺少的几根换热管，但由于采购不锈钢换热管周期比较长（一般需要3个月左右），通常不采取此种方法，除非设备交货期允许。何况采购换热管的数量少，不锈钢换热管厂家通常不愿意接此合同。因此，此种方案，暂时不用考虑。

  第2种方案，只能利用预留的其它弯曲半径的备管（除1根R418的备管可以直接使用外，还有50支不同弯曲半径的备管），弯制成R418的换热管，来解决缺少5根换热管的问题。通过分析，需要从以下几个方面解决问题：

 （1）挑选合适弯曲半径的U形备管，弯制成弯曲半径R418；

 （2）计算改制弯曲半径后的变形率，判断是否需要进行工艺评定；

 （3）计算改制后弯曲半径后的变形率增量，判断是否需要对弯制部位重新进行消除应力热处理；

 （4）换热管弯曲半径改制详细方案；

 （5）对弯曲半径改制后的换热管进行外观、尺寸等方面的检验；同时对弯曲部分的椭圆度和力学性能进行验证，弯曲部分的椭圆度可以通过通球试验验证，弯曲部分的强度可以通过水压试验来验证。

 1. 选择合适弯曲半径的换热管

 选择合适弯曲半径的换热管，将其改制成弯曲半径R418的换热管从U型换热管长度考虑，只能选择弯曲半径大于R418以上的备管，其总长才能满足要求。从换热管弯曲半径和变形率考虑，优先选择弯曲半径接近的备管。因此，选择R429，R440，R451，R462，R473的U形备管，将其改制为R418的比较合适。

 2. 判断是否需要进行成型评定

 由于U型管在弯制过程中容易产生椭圆度、弯管外侧壁厚减薄等现象，会影响到弯管的使用寿命，因此需要判断是否需要进行成型工艺评定。规范ASME VIII-1没有关于成型工艺评定的描述，因此只有借鉴RCC-M F4000的规定，在此标准中规定，当变形量超过10%时，需做成型工艺评定。

 由于客户提供的换热管弯曲部分已经做过消除应力热处理（消除应力热处理温度950℃～1050℃之间），因此，只需要计算改制之后弯管的弯曲半径变形率增量来判断是否需要重新进行消除应力热处理。

 3. 判断换热管改制后弯曲部分是否需要进行消除应力热处理

 由于U型管在弯制过程中容易产生残余应力，会影响到弯管的使用寿命，因此需要判断是否需要对换热管改制后弯曲部位进行热处理来消除产生的残余应力。

 按照ASME VIII-1UHA44的规定，弯管变形率大于10%，才进行消除应力热处理。根据上表2所示，弯管变形率在0.05%～0.22%之间，所以换热管改制后，不需要进行消除应力热处理。

 4. 低加换热管弯曲半径改制详细方案

（1）准备待弯制的换热管共5支，即R429，R440，R451，R462，R473的U形备管以及规格为R418的弯管模具；

（2）检查工作平台，工作平台要求平整且无杂物，其长度和宽度要满足弯管半径的管子的尺寸要求。

（3）工作平台上铺一层塑料薄膜，换热管弯头部位套一层塑料薄膜。

（4）把U型管搬运到工作平台上，取、放U形管时必须带上洁净的手套。

（5）使用R418的模具分别对5根换热管进行弯管操作，见图2所示。

（6）U型管两腿距尺寸整形和处理

 对于不锈钢U型管两腿距尺寸偏大，则将导轮和调节压轮分别置于U型管内外侧，手握连接杆顺时针转动调节压轮往内侧压。每次变形量尽量小，压完后检查尺寸，如尺寸依旧偏大则重复本操作，原理和实物操作见图；

 对于不锈钢U型管两腿距尺寸偏小，则将调节压轮和导轮分别置于U型管内外侧，手握连接杆逆时针转动调节压轮往外侧压。每次变形量尽量小，压完后检查尺寸，如尺寸依旧偏小则重复本操作，原理见图， 将直管段切割至图纸尺寸。

 5. 改制换热管的检测和验证

 对弯曲半径改制后换热管进行外观、尺寸、性能方面的检测和验证

（1）表面质量检测

 对5根R418换热管弯曲部位及其有变形的部位进行外观检查，未发现其表面有划痕、碰伤或其它有害缺陷。对管子外表面按照ASME V卷进行100%渗透检测，检测显示无任何显示出现。用内窥镜对其内表面检查也未发现有划痕等缺陷。表面检查合格。

（2）尺寸检测

 对5根改R418换热管弯曲部分进行检查，检测位置见图5，具体测量结果见下表。

  a. 换热管外径和椭圆度

 不锈钢换热管弯曲部分外径判断：按照ASME SA-688规定，弯曲部位外径允许偏差为±10%，对于规格为￠16X0.89的换热管而言，外径范围为14.4mm～17.6mm。从表中的外径数值来看，改制后的换热管外径符合要求。

  b. 弯管外弧侧壁厚减薄

  通球检测

   通球检测可以更加直观验证椭圆度是否满足要求，通过对改制成的R418的5根换热管进行通球检验，检验用钢球的直径为0.75倍的内径（即10.67mm），结果显示：钢球能顺利从一端经过弯管区域从另一端出来，说明椭圆度满足要求。

  水压试验

   按照ASME SA-688的通用规定，对改制成的R418的5根U型换热管进行水压试验，压力为7MPa，水压试验压力保持5秒。完成后，未变形且没有发现任何泄漏，性能方面验证满足要求。

四、结论和建议

  1. 改制后的不锈钢换热管的外观、尺寸和性能等方面都满足规范要求，说明其可以用到设备上。同时说明此改制方案是成功的，对类似问题的处理提供了一种方法。

  2. 建议工程公司或设备制造厂，当不锈钢U型换热管预留直管有困难时，可以预留一定数量且弯曲半径合适的弯管，不一定每种弯曲半径的换热管都需要备管。

  3. 不锈钢换热管弯管后，标准或规范中通常不会强制规定每一根弯曲半径的换热管需要标出其弯曲半径或管排号，当制造厂使用时，可能会造成换热管穿错位置。建议在采购不锈钢U型换热管时，强制要求换热管厂家在每一根换热管上标出其弯曲半径或管排号。