外套補口管變形控制技術在蒸汽管道的應用

吳 琦

（湖南省工業(yè)設備安裝有限公司，湖南株洲 412000）

0 引言

近幾年來，國家對環(huán)境保護越來越重視，對環(huán)境保護的投入力度不斷加大，國內出現了很多節(jié)能減排的環(huán)保工程。目前，城市居民供熱及企業(yè)供熱多采用零散的中小鍋爐供熱模式，由于沒有配套的脫硫脫銷及高效除塵裝置，導致大氣污染嚴重。鋼套鋼直埋蒸汽管道技術便是解決取締中小鍋爐，由符合國家節(jié)能減排環(huán)保要求的企業(yè)集中供熱的主要方法之一。湖南省工業(yè)設備安裝有限公司承接的東莞通明/眾明有限公司蒸汽管網工程，是南方地區(qū)采用鋼套鋼直埋敷設的典型工程。

1 工程概況

東莞通明/眾明電力有限公司蒸汽管網工程，熱網管道輸送介質為設計壓力1.52 MPa，設計溫度300 ℃的過熱蒸汽，管網長度約23.6 km，工作管最大管徑為無縫鋼管Φ630 mm，外護管最大管徑為螺旋焊接鋼管DN1300 mm，供熱范圍約60 km2，管線敷設方式主要采用鋼套鋼直埋。

直埋鋼套鋼蒸汽管工作管組對安裝完畢后，需要安裝外套補口管。即采取從螺旋焊接鋼管上切割適宜長度約為500 mm的短管（即補口管，圖1），然后補口管切割為兩個半圓弧板。切割時2 個半圓弧板極易變形、扭曲。

2 外套補口管變形的原因分析及影響

2.1 半圓弧板塑性變形的原因

直埋鋼套鋼蒸汽管道外套補口管大多采用螺旋焊接鋼管，切割方式主要采用火焰切割?；鹧媲懈钍且粋€不均勻的加熱和冷卻的過程，由于割炬對外套補口管局部加熱的影響，使切割線處產生內應力，存在著熱量與內應力集中變形和外套補口管切割后部分發(fā)生相對不規(guī)則的位移，形成塑性變形。

2.2 半圓弧板因張力而引起變形的原因

由于螺旋焊接鋼管自身的特點，外套補口管環(huán)向和縱向被切割為2 個半圓弧板后，2 個半圓弧板在螺旋焊接鋼管較大的張力影響下會瞬間彈開，不能保持原來的圓形形狀（圖2）。

圖1 外套補口管

圖2 半圓弧板彈因張力而引起變形

2.3 外套補口管半圓弧板變形的影響

外套補口管半圓弧板發(fā)生上述變形后，使得外套補口管的縱向焊縫和環(huán)向焊縫的組對比較困難，且需要將彈開的半圓弧板恢復其原來的形狀，不僅增加了工作量，而且影響工期和成本；若管徑較大，甚至切割時會彈到作業(yè)人員，造成安全事故隱患。

3 外套補口管制作安裝工序及制作要點

3.1 外套補口管制作安裝工序

管道切割畫線→外套補口管環(huán)向切割→外套補口管縱向分段切割→切割線處加設弧度板→外套補口管外部采用自制工裝加固→外套補口管縱向預留部分切割→取下工裝和弧度板→外套補口管打磨、修整→外套補口管下半圓弧板組對→外套補口管上半圓弧板組對→外套補口管焊接、探傷→外套補口管防腐補口補傷。

3.2 外套補口管制作要點

3.2.1 外套補口管縱向分段切割

在外套補口管需要切割的長度上做好標記，并環(huán)向劃線。采用氣割順著已經劃好的線切割成補口短管。上、下半圓弧板補口管環(huán)向各占1/2，縱向切割線分別保留左、中、右三段各20 mm不切割（圖3），其余部分均采用氣割將切割線切割。

3.2.2 切割線處加設弧度板

自制與管徑弧度相同的弧度板（δ=10 mm），其中空部分采用Φ10 的加強筋連接，將弧度板緊貼補口短管兩端內圓弧并花焊固定（圖4），以控制短管被縱向割開后，外套補口管的上、下半圈補口管的變形。

圖3 分段切割

圖4 加設弧度板

3.2.3 外部采用自制工裝緊固及切割預留部分

加工制作一個管道工裝，其尺寸與所需加工的外套補口管管外徑相同，管道工裝的材質與外套補口管的材質相同（圖5）。將工裝緊固外套補口管，待已經切割的短管冷卻后，分別將左、右兩段各20 mm 的預留部分切割完畢，取下工裝和弧度板，保證其加工完成的外套補口管上、下半圈補口管的變形量控制在規(guī)范標準內。

圖5 自制工裝

3.2.4 外套補口管打磨、修整

外套補口管切割完畢后，采用氣割將補口管邊緣切割加工成V 形坡口，并用角向砂輪機修整，去除坡口表面的氧化皮，并將凹凸不平處打磨平整。坡口加工完畢，檢查坡口表面無裂紋、縮孔、折疊、銹蝕、凹陷及其他機械損傷的深度等缺陷，以保證焊接質量。

3.2.5 上、下半圈補口管的組對、焊接、探傷

工作管組對焊接完畢后，進行100%X 射線探傷，合格后，先組對安裝下半圓弧板補口管（圖6），再對工作管進行保溫，保溫完畢后組對安裝上半圓弧板補口管。半圓弧板補口管與主管外護管組對時應使內壁平齊，以保證焊接質量。

直埋蒸汽管道焊接工作量大、要求高，焊接質量的好壞直接關系到整條管線的生產運行。外套補口管的焊接質量對直埋蒸汽管道的安全同樣也十分重要，若因焊縫缺陷而引起地下水滲入外護管內，將直接導致已安裝的全部保溫材料失效，進而造成較大的經濟損失。因此必須在施工、檢驗環(huán)節(jié)上嚴把質量關。外套補口管的焊接采用氬電聯(lián)焊，焊接完畢后采用100%超聲波探傷，無損檢測合格后，對外套補口管進行除銹、防腐。

焊接過程中涉及焊接、探傷、保溫、外套補口、防腐等工序，相互交叉，必須銜接配合好，以確保工程質量。不得在外套補口管表面引弧或試驗電流。焊接表面不得有電弧擦傷等缺陷。

圖6 下半圈外套補口管組對焊接

4 傳統(tǒng)工藝與改進工藝的對比分析

本工程主管線長度約23.6 km，按每組10 m 計算，外套補口管約2360 組，綜合人工費平均按220 元/d 計算。

4.1 費用對比

（1）采用傳統(tǒng)工藝所需費用。單個外套補口管的制作安裝需求工期為3 d，需要作業(yè)人員4 人，所需的人工成本為3×2360×220×4=6 230 400 元，即623.04 萬元。

（2）采用改進工藝所需費用。單個外套補口管的制作安裝需求工期為2.5 d，需要作業(yè)人員3 人，所需的人工成本為2.5×2360×220×3=3 894 000 元，即=389.4 萬元。

（3）弧度板及工裝制作費用?；《劝寮肮ぱb制作按20 套/km計算，單套費用（含人工、材料費）約為0.1 萬元，工裝可以重復利用，則共計23.6×20×980=462 560 元，即=46.256 萬元。

所以，采用改進工藝可以比傳統(tǒng)工藝節(jié)省費用623.04-（389.4+46.256）=187.384 萬元。

4.2 工期對比

（1）采用傳統(tǒng)工藝所需工期。單個外套補口管的制作安裝需求工期為3 d，按20 組外套補口管同時施工計算：所需工期3×2360÷20=354 d。

（2）采用改進工藝所需工期。單個外套補口管的制作安裝需求工期為2.5 d，按20 組外套補口管同時施工計算：所需工期2.5 d/組×2360÷20=295 d。

所以，采用改進工藝，比傳統(tǒng)工藝節(jié)約工期59 d。

4.3 安裝質量對比

采用傳統(tǒng)工藝，坡口間隙往往（3～9）mm，達不到規(guī)范（GB 50236—2011《現場設備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》附錄C）常用焊接坡口形式和尺寸V 形坡口間隙0～3 mm）要求。采用改進工藝，可以將坡口間隙有效地控制在3 mm 以內。

5 結語

外套補口管采用分段切割、加設弧度板和自制工裝的措施進行施工，比傳統(tǒng)的施工方法更方便快捷，解決了直埋鋼套鋼蒸汽管道外套補口管變形嚴重、焊縫質量難以達到規(guī)范要求、施工效率低下、易發(fā)生安全事故等難題，既降低了施工難度，提高了安裝質量，又節(jié)約了施工成本，縮短了施工工期，同時還保證了安全。采用本改進的施工工藝技術施工，在經濟性、安全性等方面具有較大優(yōu)勢，在直埋鋼套鋼蒸汽管道施工中值得推廣應用。