（上海交通大学 上海 200030）
摘要：大型电厂项目中的大壁厚主管道技术规格书对主管道的壁厚以范围的形式加以要求，但却没有考虑相互关联处的壁厚过渡。目前，由于上述设计缺陷和制造工艺方面的限制，使得制造单位无法制造出满足规格书要求的主管道产品，在大壁厚主管道制造后期产生了诸多不符合项，给设计方带来了大量技术评估工作。制造单位也为了使大壁厚主管道满足设计规格书的要求而做了大量修磨工作，在一定程度上影响了项目进度。由于以上原因，本文对大壁厚主管道规格书中的壁厚要求的不合理原因和影响进行了探讨，提出了后设计改进建议。将对同类型大壁厚主管道的设计具有指导意义。
关键词：大壁厚管道、壁厚、不符合项、设计改进
1背景介绍
在大型电厂项目中，由于大壁厚主管道的的壁厚要求本身存在的缺陷和大壁厚主管道（以下将简称“主管道”）制造工艺方面的限制，制造单位并不能制造出满足规格书要求的主管道，因此在制造阶段的后期产生了许多不符合项。目前，由于这些与主管道壁厚相关的不符合项，为设计方带来了大量评估工作，也给制造单位增加了大量修磨工作，并在一定程度上影响了项目进度，且根据主管道规格书要求对主管道进行修磨后，主管道形状产生了不规则变化，影响了主管道整体外观。
在2011年的下半年，国内的两家相关制造单位先后就其主管道存在的壁厚超差问题提交了不符合项报告。在其后与两家制造单位的交流中，厂家都指出了主管道规格书对壁厚范围的要求存在不合理之处。主要提到以下二个：
1）主管道直管处的壁厚与弯管处的壁厚要求使壁厚不连续，难以在主管道的直管和弯管连接处形成平滑过渡；
2）主管道弯管处腹部和背部壁厚要求使壁厚不连续，不能在主管道弯管腹部与背部连接处形成平滑过渡。
以下是从主管道规格书中摘录的有关壁厚要求。
主管道直管壁厚要求：
主管道弯管壁厚要求：
如根据以上主管道规格书中对直管和弯管部位的壁厚要求对管道进行加工，管道上会出现直管壁厚满足要求，而弯管处壁厚不满足要求的情况，且整个弯管的壁厚超过最大限值数毫米，如用磨削的方式消除壁厚超差问题，则会使主管道出现台阶，影响其美观。第三节将详细描述以上问题。
2、引发的问题
2.1、直管处与弯管处壁厚不连续
大型电厂项目中的主管道制造过程是一个繁复的过程，主管道历经冶炼-电渣重熔-锻造-管坯粗加-管道弯制-成品精加-固溶处理等多道工序才最终形成产品。但是，在这些工序中只有管坯机加工阶段可通过大型卧式车床来迅速和有效地削减壁厚。
按照目前制造单位的制造方法，制造单位会保守地将主管道壁厚加工到上偏差后即进行主管道弯制。这样加工的原因在于考虑到主管道是大型电厂中的重要设备，为了防止随后的弯制和因固溶处理后消除氧化层加工引起的壁厚减薄使得主管道壁厚不能满足最小壁厚要求，因此在管坯设计时就充分利用了直管外径偏差。但制造单位在按照此法弯制主管道后却发现几乎所有主管道弯管部位的平均厚度超厚。以冷管段壁厚要求为例：冷管段直管最大壁厚大于弯管背部减薄侧的最大壁厚9.9mm。按此要求，主管道直管与弯管连接处会产生不连续的台阶。假如采用磨削的方式来对这一情况进行整改，则会产生大量的磨削工作（接近300公斤铁屑/根）。热管段也有类似的问题，但情况稍好。
2.2、弯管处腹部和背部壁厚要求不连续
弯管背部和腹部释意见图2-3：
在主管道规格书中对弯管腹部和背部的壁厚要求是不同的，以热管段为例：
背部要求：77.5~83.8mm（0°～180°）
腹部要求：85.9~97.0mm（180°～0°）
从上述列出的数值可以明显看出弯管背部的最大壁厚值要小于弯管腹部的最小壁厚值，出现了壁厚跳跃的情况，同类型的要求也出现在了主管道的冷管段上。如制造单位严格根据这一要求来执行主管道的加工，则会在主管道弯管腹部与背部的连接处产生一个台阶。
2.3、问题成因分析
首先，引起此问题的根源在于原设计人员在提出要求前，缺乏试验或者模拟数据的支撑。其次，原设计人员虽考虑了主管道弯制后会产生壁厚增厚与减薄的现象，但相关要求过于简单，使得提出的要求与管道产品制造过程中的工艺方法相悖，和实际情况有偏差。另外，对于中间过渡的区域，原设计人员可能并没有考虑到该区域的特殊性——没有考虑到过渡区域的增厚和减薄量的特殊之处。
3 弯管处增厚与减薄分析
3.1、最小壁厚的计算
根据ASME-BPVC-III-NB-3641，主管道热管段和冷管段最小计算壁厚分别为72mm和52mm。主管道选用的热管段和冷管段公称壁厚为82.6mm和65mm。壁厚计算方法见ASME-BPVC-III-NB-3000。
3.2、主管道弯制后弯管处的壁厚增厚与减薄分析
由于几家制造单位制造的主管道材料相同，主管道管坯弯制前的管径类似，因此从几家制造单位提交的壁厚测量报告中得出的弯管壁厚增厚与减薄量具有代表性。以下分析将通过对依托项目主管道弯制后的实测结果的分析，来确定出有效的主管道弯管部位壁厚增厚与减薄量。
3.2.1、热管段
热管段测量记录，分析后可见弯管处管道壁厚的增厚与减薄量是不均匀的，总的来说管道减薄的趋势是从弯管背部的四周开始向背部中心区域逐渐变薄，管道增厚的趋势是从弯管背部的四周开始向腹部中心区域逐渐变厚。此外，弯管中弧面处有很多区域增厚，并未减薄，与原主管道规格书中的规定矛盾，因此在修改意见中应充分考虑这一现象。弯管部分可分两大区域，即“弯管背部减薄区”和“弯管腹部增厚区”，这两大区域又各可分成9个区域。
3.2.2、冷管段
冷管段测量记录，分析后可见情况与热管段类似。弯管部分的增厚和减薄区域大概可以分两大区域，即“弯管背部减薄区”和“弯管腹部增厚区”，这两大区域又各可分成15个区域。
4壁厚趋势相关问题分析
4.1、对弯管背部部分区域增厚的分析和应对措施
由于管道在弯制时导致管道腹部材料受到严重地挤压，并且在弯管工装的限制下，部分弯管腹部材料被压往弯管背部，导致主管道弯管背部部分区域变厚。
对这一现象，应在主管道规格书中加入对这一特殊区域的特别规定来解决。修改方案详见第5节。
4.2、热管段腹部壁厚增加严重的分析和应对措施
主管道热管段弯管腹部增厚较为严重，其原因是由于主管道热管段弯曲半径较小，弯管角度较大，导致弯管腹部壁厚增加较为严重。由于严重的壁厚增加对主管道刚度的影响较大，因此应当予以磨削使主管道弯管腹部壁厚保持在合理的范围之内。
对以上现象，应在主管道规格书中对壁厚的增厚率予以限制。修改方案详见第5节。
5 修改方案与总结
5.1、壁厚要求修改方案
经过以上分析和探讨，现对原规格书中的壁厚要求修改如下：
5.1.1、增设H点
在制造工艺设计中增设H点，该点用于要求主管道制造单位上报管道弯制前的直管管坯设计厚度，以进一步检查制造工艺设计的合理性，确保主管道弯管部分的壁厚在规定的范围内，防止盲目制造。
考虑：该要求可使设计方有效地控制主管道制造过程中的重要工艺参数，参与进主管道的制造过程，提前预测经弯制后的主管道弯管部位的厚度，降低主管道因壁厚问题产生不符合项的风险。
5.1.2、对弯管部位壁厚提出的合理要求
首先，在ASME-BPVC-III-NB-3642中，没有具体规定弯管处的最大壁厚。其次，力学专业已作了相关评估，定性地认为管道壁厚适度增加对主管道有利。基于以上两点，再根据本文第3节所作的壁厚增厚与减薄率分析，现提出弯管部位壁厚要求：
考虑：放弃了原规格书中的要求，在要求中引入增厚率、减薄率、增厚侧、减薄侧、中间部位（见图5-1中的示意），消除了“台阶”，规避了不符合项的产生。但该要求只适用于管坯设计厚度接近或者正好为管道上偏差的情况。
5.2、结语
在大型电站项目的主管道设计当中，除了考虑要考虑设备结构、设备功能和设备材料等因素以外。还应在设备设计中融入对相关厂家的制造能力和设备制造时的工艺方法的考虑。这种“合理化考虑”，可以成为一种隐性的生产力。它不仅可以降低设备制造难度，提升设备品质，还能很大程度地为设计方和制造单位节约资源。本文以这种“合理化考虑”为出发点，提出了改进建议。
参考文献
[1]ASME-BPVC-III-NB 美国机械工程师协会锅炉与压力容器第三卷NB分卷.
论文作者:徐臻
论文发表刊物:《电力设备》2016年第3期
论文发表时间:2016/5/30
标签：弯管论文; 背部论文; 腹部论文; 增厚论文; 区域论文; 管道论文; 单位论文; 《电力设备》2016年第3期论文;