耐低温大口径弯管及其制造方法与流程

本发明涉及一种油气输送用管件，具体为一种耐低温大口径的弯管及其制造方法。

背景技术：

在石化、电力、冶金、锅炉等工业生产装置中为输送气体、液体或带固体颗粒的流体大量地应用管道。

我国天然气长输管道工程的发展趋势是进一步增大输量并尽可能降低建设成本。随着我国与中亚国家和俄罗斯签订的油气供应协议，需要建设输量为450亿～600亿m3/a的天然气管道。第2代(x70和x80)天然气管道工程技术已经不能满足超大输量的需求，需发展新一代(第3代)管道工程技术(钢级x90/x100，管径1219～1422mm，压力不低于12mpa)。弯管是油气输送管路的重要构件，由于服役过程中受力条件复杂，特别是中俄东线气候寒冷，其质量情况将直接影响管道的安全运行，因此弯管的生产及质量控制备受重视。目前，国内大输量高等级加热弯管制造工艺仍不成熟、性能尚不能满足要求，需要进一步改善其综合力学性能，以保证工程的安全性和可靠性。

在我国的西气东输项目中，主线管道采用1200mm的大口径管道。但是，目前油气输送用的1200mm以上高等级油气输送管线用的弯管国内目前仍未开发，主要依靠进口，而中俄东线天然气输送采用的口径1422mm的弯管尚属空白。长期以来，受环境条件、原材料及加工工艺的困扰，低温地带油气输送弯管一直采用电或蒸汽伴热保温，无形中增加施工难度及运行成本，并且增加大量检修任务。

为了满足上述需求，需要对弯管的合金成分进行微调及组织控制，提高弯管耐低温性能和综合力学性能，满足低温地区超大输量的输气管线要求。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种耐低温大口径的弯管及其制造方法，使得弯管具有优异综合力学性能和耐低温性能。

本发明所述的耐低温大口径弯管，钢制弯管的合金成分质量百分比为c：0.1～0.3％，mn：1.2～2.5％，p：0.2～0.7％，s：0～0.005％，mo：0.02～0.4％，cr：0.02～0.3％，si：0.2～0.7％，al：0.015～0.035％，ni：0～0.6％，ca：0.002～0.005％，cu：0～0.2％，ca：0.002～0.005％，其余为fe；碳当量为0.3～0.42％，且ni+cr+mo+cu≤0.1％。

进一步的，弯管的公称直径dn：1400mm，外径d：1422mm，公称壁厚t：30.1mm，最小壁厚tmin：28.0mm，弯曲半径r＝6d，直管段长度l：1000mm。

进一步的，弯管的管端坡口结构由外圈至内圈依次为第一斜面段、第二斜面段和垂直面段，其中，垂直面段高度为1.6±0.8mm，第二斜面段顶端距坡口底端19mm，且第二斜面段与垂直面段夹角为37.5±2.5°，第一斜面段夹角为10±1°。

进一步的，弯管的弯管段部分的內弧侧起皱高度h≤1.3mm，且相邻两起皱波峰间距f与所述起皱高度h之比f/h大于150；其中h＝(d2+d4)/2-d3，d2，d4为两个相邻波峰的外径，d3为所述两相邻波峰之间的波谷外径。

本发明所述的弯管制造方法，利用中频感应弯管机，包括如下步骤：

1)弯制工艺参数设定；

2)将直缝埋弧焊母管放置到中频感应弯管机上；

3)通过感应加热线圈对管体进行加热，加热温度为950-1050℃；

4)钢管以0.2-0.8mm/s速度推进行走，弯曲成型为10°-90°弯管，同时对加热后管体进行喷水冷却；

5)中频加热温度与推进速度控制；

6)弯管结束。

进一步的，对加热弯管的内外弧两点分别测温，通过实时调整感应加热线圈的位置，保证內弧处温度和外弧处温度之差小于10℃。

进一步的，采用非接触式光纤传感红外测温仪，利用递推平均滤波方法获得测量温度，其实把连续取得的多个采样温度值排成一个队列，每次采到一个新数据即放入队尾，并挤出队首原来的一个数据，每次取队列中数据的算术平均值，即获得所需的高平滑度的测量温度值。

进一步的，在步骤5)中，在设定速度的基础上调节线圈移动速度或主推速度，实现管体温度的恒定。

进一步的，在温度闭环内，通过速度内环，实现加热线圈移动速度、推进速度匹配温度；将加热线圈驱动变频器、主推驱动变频器的斜坡上升时间、斜坡下降时间等参数设置一致，使加热线圈、主推速度平稳切换。

根据上述技术方案，本大口径弯管口径达1422mm，填补了国内空白，满足了中俄东线天然气输送项目的超大输量要求。本弯管具有优异的综合力学性能，克服了外弧减薄超差缺陷，弯曲部分横截面圆度高，特别是在低温环境具有很好的韧性。本制造方法是在中频感应弯管机基础上，采用智能控制，采用plc全程监控加热温度、弯曲速度和角度，实现自动化控制，提高了产品性能和质量稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为弯管的结构示意图；

图2为弯管管端坡口结构；

图3为弯曲段起皱示意图；

图4为温度调节闭环控制原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

本实施例所述的耐低温大口径弯管，其钢制弯管的合金成分质量百分比为c：0.15％，mn：1.2％，p：0.32％，s：0.008％，mo：0.02％，cr：0.02％，si：0.33％，al：0.019％，ni：0.05％，ca：0.003％，cu：0.01％，ca：0.003％，其余为fe，碳当量ce为0.35％。

本实施例弯管的性能参数如下：

参见图1，弯管的公称直径dn：1400mm，外径d：1422mm，公称壁厚t：30.1mm，最小壁厚tmin：28.0mm，弯曲半径r＝6d，直管段长度l：1000mm。

参见图2，弯管的管端坡口结构由外圈至内圈依次为第一斜面段1、第二斜面段2和垂直面段3，其中，垂直面段高度为1.6mm，第二斜面段顶端距坡口底端19mm，且第二斜面段与垂直面段夹角为37.5°，第一斜面段夹角为10°，上述坡口是针对1422mm大口径并根据低温环境所进行优化设计，其能够更好的满足施工工艺，具有更好的结构强度。

参见图3，弯管的弯管段部分的內弧侧起皱高度h≤1.3mm，且相邻两起皱波峰间距f与所述起皱高度h之比f/h大于150；

其中h＝(d2+d4)/2-d3，

d2，d4为两个相邻波峰的外径，d3为所述两相邻波峰之间的波谷外径。

另外，本弯管的减薄率＝(tmin-t1min)/tmin，其中，tmin直管段壁厚的最小值，t1min为弯管外弧最薄壁厚，本弯管的减薄率小于9％。

制造上述弯管的方法，采用到中频感应弯管机，包括如下步骤：

1)弯制工艺参数设定；

2)将直缝埋弧焊母管放置到中频感应弯管机上；

3)通过感应加热线圈对管体进行加热，加热温度为950-1050℃；

4)主推油缸驱动钢管以0.2-0.8mm/s速度推进行走，弯曲成型为10°-90°弯管，同时对加热后管体进行喷水冷却；

5)中频加热温度与推进速度控制；

6)当达到设定弯曲角度时，弯管结束。

其中，对加热弯管的内外弧两点分别测温，通过实时调整感应加热线圈的位置，保证內弧处温度和外弧处温度之差小于10℃，防止温差不一致带来的变形和性质不一。

中频弯管加热区温度测量是加工工艺中的重点，其对质量有着很大的影响。本方法中采用非接触式光纤传感红外测温仪，利用递推平均滤波方法获得测量温度，其实把连续取得的多个采样温度值排成一个队列，每次采到一个新数据即放入队尾，并挤出队首原来的一个数据，每次取队列中数据的算术平均值，即获得所需的高平滑度的测量温度值。

中频弯管过程中，加热区透热状态、加热区宽度、温度、冷却方式及推弯速度对弯管质量影响很大。弯管推弯的关键是在于通过调节感应线圈移动速度和主打速度，保持过程中管体温度的恒定。

在设定速度的基础上调节线圈移动速度或主推速度，实现管体温度的恒定。为了加快系统的反应速度，引入速度设定值作为前馈信号对速度进行超前调节。在推制过程中，由于外界干扰、液压系统波动等原因，导致实际速度与给定速度出现误差。另外，线圈移动速度、主推速度切换不能平稳进行，导致管体温度波动。因此，在温度闭环内，通过速度内环，实现加热线圈移动速度、推进速度匹配温度；将加热线圈驱动变频器、主推驱动变频器的斜坡上升时间、斜坡下降时间等参数设置一致，使加热线圈、主推速度平稳切换。温度调节闭环控制原理如图4所示。

实施例二：

本实施例所述的耐低温大口径弯管，其钢制弯管的合金成分质量百分比为c：0.22％，mn：2.1％，p：0.41％，s：0.003％，mo：0.33％，cr：0.28％，si：0.55％，al：0.029％，ni：0.04％，ca：0.004％，cu：0.1％，ca：0.002％，其余为fe，其余技术方案与实施例一相同。

本实施例弯管的性能参数如下：

实施例三：

本实施例所述的耐低温大口径弯管，其钢制弯管的合金成分质量百分比为c：0.26％，mn：2.3％，p：0.66％，s：0.001％，mo：0.29％，cr：0.14％，si：0.53％，al：0.033％，ni：0.03％，ca：0.005％，cu：0.2％，ca：0.004％，其余为fe，其余技术方案与实施例一相同。

本实施例弯管的性能参数如下：

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。