CN116037732A - 一种小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法 - Google Patents

Abstract

一种小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法，包括下述步骤：将荒管经多道次中间品中大变形量冷轧至半成品，每次中间品冷轧后，进行中间品退火热处理；成品大变形量冷轧；成品直管进行脱脂，清洁；成品气氛保护管固溶热处理；无芯悬空弯管方式盘绕成螺旋管和圆柱面内的空间弯成型；定模空间弯管，实现圆柱面外的空间弯成型，达到最终成型要求。本发明成品尺寸均匀，性能一致。采用无芯悬空式螺旋盘绕和空间弯的成型，使得无缝螺旋传热管各处的投影呈封闭的圆环或近似圆环状，整支螺旋传热管为一体成型，无焊点焊缝，尺寸均匀，组织性能稳定，表面质量良好。本发明方法提高了生产效率，减少了换热管上的连接焊缝，提高了最终产品耐腐蚀性能。

Description

一种小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法

技术领域

本发明属于钢管加工技术领域，特别是涉及一种主要用于核电、火电行业换热设备的无缝螺旋传热管制造方法。

背景技术

随着现代工业发展，螺旋盘管型传热管已广泛应用于火电、石油、化工、核电等行业的换热设备中，目前常用的工艺技术是通过冷拔、冷轧等加工方式从原料管坯加工至成品直管规格，然后进行螺旋管成型。小型核系统用无缝螺旋传热管单支成型后需要进行多支组合成一层，然后多层再套装到一起形成一个换热组件进行制造。由于单支螺旋传热管需要进行拼装和套装，因此，为了防止拼装和套装过程中相互之间干扰，在螺旋传热管的两端需要通过空间弯进行过渡。空间弯即其轴向投影位于螺旋传热管的轴向投影内的螺旋段到直管段的过渡弯。空间弯包括与螺旋传热管同圆柱面的空间弯管和圆柱面外的空间弯。

现有技术成型方式有以下几种：1、绕管成型，主要方式是在已有中心筒体基础上进行无缝管圆管或半管的缠绕，该方式成型简单，但管材椭圆度大，截面变形严重，在石油、化工领域应用较多；2、三维柔性弯管成型，主要方式是利用柔性弯管机机头的旋转变化，在送料过程中实现管材连续变形成型，该方式优点是成型自由度高，各类复杂空间弯管可通过编程实现成型，适用于各类细、薄、短管的三维成型。缺点是变形主要依靠机头自身扭转，受力集中，对外径、壁厚较大的管材或者超长管的成型难度大，管材成型过程表面易出现划伤等缺陷；3、传统盘管机成型，利用送进辊和推辊配合实现螺旋段的悬空成型，再单独使用直管进行空间弯管，最后将空间弯管和螺旋段直管进行焊接。该方式广泛应用于各类换热器的螺旋换热管生产过程中，优点是管材尺寸和表面质量受控，生产灵活，缺点是整支螺旋换热管有多处焊缝，在长期使用过程中存在质量薄弱环节，特别是在核电等特殊领域，对长时腐蚀性能要求较高，应尽可能减少焊缝。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种生产效率高、适用性规格广、可一体成型、展开长度超长、耐腐蚀性能优异、尺寸精度高的小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法，所述螺旋传热管包括螺旋段，位于螺旋段两端的圆柱面空间弯和或圆柱面外的空间弯，其特征在于包括下述步骤：

S1：将直径60-80mm的荒管经多道次中间品冷轧至直径16-32.5mm的半成品，每道次轧制均采用45%-80%的中大变形量，每次中间品冷轧后，进行中间品退火热处理；

S2：通过高速冷轧设备将步骤S1中的中间品管冷轧成管外径10-25mm，壁厚0.5-2.5mm的成品直管；轧制变形量为60%-85%；

S3：对步骤S2中的成品直管进行脱脂，水洗，再将内外表面擦拭清洁；

S4：利用还原性气氛保护热处理炉对步骤S3中清洁干净的成品直管进行成品管固溶热处理；

S5：将经过步骤S4后的成品直管采用无芯悬空弯管方式盘绕成螺旋管；弯管设备包括多个并排设置的驱动管材前进的驱动轮，和可以在螺旋传热管径向移动的移动辊，以及在螺旋传热管轴向移动的推辊；并同步利用调整螺距的推辊实现螺旋传热管一端的同圆柱面空间弯管成型；

S6：如螺旋传热管具有圆柱面外的空间弯，则根据最终螺旋传热管空间弯管段的成型要求，对经步骤S5成形的螺旋传热管另一端再使用离线空间弯设备，进行定模空间弯管，实现圆柱面外的空间弯成型，达到最终成型要求。

步骤S1中多道次大变形量的连续变形及热处理，可以将荒管的组织和壁厚尺寸的不均匀性进行充分纠正，确保单支成品直管的尺寸均匀，性能一致，进而确保无芯悬空式螺旋盘绕过程尺寸稳定可控。

步骤S2中的大变形量冷轧，可实现超长薄壁传热管直管的冷轧加工制造。

步骤S4中的成品固溶热处理，采用还原性气氛保护网带传送式热处理炉，同批管材连续热处理，确保不同支管材间热处理制度的一致性，表面质量和组织性能稳定。

其进一步特征在于：步骤S5中，在螺旋传热管螺旋成型时，通过移动辊设定位移距离达到设定的螺旋直径，通过推辊设定推动距离达到设定的螺距；在螺旋传热管同圆柱面空间弯管成型时，移动辊保持设定位移距离，推辊持续轴向移动。成型过程中螺旋管无中心内筒，属悬空式盘绕成型，在起弯阶段和终弯阶段，利用推辊位置的变化，实现同圆柱面空间弯管成型。

进一步的：步骤S6中，所述离线空间弯设备包括具有弧形表面的成型模具，和沿所述成型模具轴向移动的滚球，所述滚球可自由转动；螺旋传热管头部夹持在所述成型模具表面和滚球之间成型。利用滚球的移动，改变管材的变形方向，由于管材始终夹持在成型模具表面，使其轴向投影始终在设定的范围内。

优选的：所述成型模具表面具有与圆柱面外空间弯结构曲线相对应的凹槽，所述滚球上表面也具有凹槽。成型模具表面的凹槽与空间弯结构进行曲线拟合，与滚球上的凹槽相配合，实现空间弯的精确成型。

优选的：所述成型模具表面凹槽的深度为管材直径的110%，所述滚球表面的凹槽直径为管材直径的105%。上述设置使管材在变形过保留有一定的变形余量，减小成型后的椭圆度。

其进一步特征还在于：螺旋传热管外径为Φ10-Φ25mm，壁厚在0.5-2.5mm，螺旋管展开长度不小于30m，螺旋直径为150-1650mm，螺距为25-200mm。

优选的：步骤S1中中间品退火热处理温度为1060-1100℃，步骤S4中固溶热处理温度为1060-1150℃。

优选的：步骤S4中的成品直管按照屈服强度性能进行分档，偏差15MPa以内的管材作为同一档，进行同层螺旋传热管盘制。确保同层螺旋管尺寸可控，从而实现多支组合和多层套装。

本发明采用多道次的大变形量的冷轧及热处理，使得成品尺寸均匀，性能一致。采用无芯悬空式螺旋盘绕和空间弯的成型，使得无缝螺旋传热管各处的投影呈封闭的圆环或近似圆环状，整支螺旋传热管为一体成型，无焊点焊缝，尺寸均匀，组织性能稳定，表面质量良好。本发明方法提高了生产效率，减少了换热管上的连接焊缝，提高了最终产品耐腐蚀性能。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

图2是本发明中小型核系统用无缝螺旋传热管的结构示意图。

图3、4是本发明中螺旋管段及同圆柱面空间弯管成型示意图。

图5是本发明中定模空间弯管离线成型步骤1-3主视示意图。

图6是本发明中定模空间弯管离线成型步骤1-3俯视示意图。

具体实施方式

一种小型核系统用无缝螺旋传热管的制造方法，用于生产制造超长、表面质量优异、耐腐蚀性能优异、高尺寸精度的无缝螺旋传热管，采用下列实施例来完成。

S1：将直径63mm的荒管冷轧至直径32mm的半成品，道次变形量为78.4%，属大变形量，将荒管的组织和壁厚尺寸的不均匀性进行充分纠正，确保单支成品直管的尺寸均匀。冷轧后，按照1080℃进行热处理。

S2：通过高速冷轧设备将步骤S1中的中间品管冷轧成管外径Φ13mm，壁厚在1.4mm至1.6mm之间的成品直管；轧制变形量为80%-85%，实现超长传热管直管的成型。

S3：对步骤S2中的成品直管进行脱脂，水洗，再将内外表面擦拭清洁。

S4：利用还原性气氛保护热处理炉对步骤S3中清洁干净的成品直管进行成品管固溶热处理，热处理温度为1090-1100℃。

S5：利用多功能螺旋盘管机，将经过步骤S4后的成品直管无芯悬空式螺旋盘绕成螺旋直径为1200mm，螺距为100mm的螺旋管，并同步利用调整螺距的推辊实现同圆柱面一端的空间弯管成型。如图3、4所示，多功能螺旋盘管机包括多个并排设置的驱动管材1前进的驱动轮2，和可以在螺旋传热管径向移动的移动辊3，以及在螺旋传热管轴向移动的推辊4。在螺旋传热管螺旋成型时，通过移动辊3设定位移距离达到设定的螺旋直径，通过推辊4设定推动距离达到设定的螺距；在螺旋传热管同圆柱面空间弯管成型时，移动辊3保持设定位移距离，推辊4持续轴向移动。

S6：对经步骤S5成形的无缝螺旋管再使用如图5、6所示的离线空间弯设备，进行定模空间弯管，实现同一圆柱面外的空间弯管成型，达到最终成型要求。离线空间弯设备包括具有弧形表面的成型模具5，和沿成型模具5轴向移动的滚球6，滚球6可自由转动。螺旋传热管头部夹持在成型模具5表面和滚球6之间成型。成型模具5表面具有与圆柱面外空间弯结构曲线相对应的凹槽，滚球6表面也具有凹槽。利用滚球6改变管材变形方向，进行定模空间弯管，成型模具5槽深度相对于管材外径增大10%，同时滚球6凹槽内径也在管材外径尺寸基础上增大5%，使管材在变形过程中保留有一定的变形余量，减小成型后的椭圆度，达到≤2%。

进一步的：对步骤S5中的成品直管按照屈服强度性能进行分档，偏差15MPa以内的管材作为同一档，进行同层螺旋传热管盘制。

如图2所示，采用上述制造方法生产的小型核系统用无缝螺旋传热管，主要用于核电及先进应用等特殊行业的换热设备中，其成形后的传热管各处的横截面积呈封闭的圆环或近似圆环状，整支螺旋管分上端空间弯管段，中间螺旋盘管段和下端空间弯管段三部分，整支螺旋传热管为一体成型，无焊点焊缝，螺旋管展开长度可达30m以上，螺旋直径为1200mm，螺距为100mm。

采用更精确的工艺可以使成形后无缝螺旋传热管的壁厚公差达到±0.05mm，管外径公差为±0.05mm，螺旋管展开后的长度在32m至35m之间，空间弯椭圆度≤2%，具备良好的抗腐蚀性能。

综上所述，经采用上述方式制得的小型核系统用无缝螺旋传热管，比现有工艺具有更好的性能和质量。

另外，上述虽然对本发明的实施例作了说明，但并不能作为本发明的保护范围，即对本领域的普通技术人员来说应该明白，在不脱离本发明的设计精神下可以对其作出等效的变化和修饰，因此，凡是在不脱离本发明的设计精神下所作出的等效变化与修饰，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法，所述螺旋传热管包括螺旋段，位于螺旋段两端的圆柱面空间弯和或圆柱面外的空间弯，其特征在于包括下述步骤：

S1：将直径60-80mm的荒管经多道次中间品冷轧至直径16-32.5mm的半成品，每道次轧制均采用45%-80%的中大变形量，每次中间品冷轧后，进行中间品退火热处理；

S2：通过高速冷轧设备将步骤S1中的中间品管冷轧成管外径10-25mm，壁厚0.5- 2.5mm的成品直管；轧制变形量为60%-85%；

S3：对步骤S2中的成品直管进行脱脂，水洗，再将内外表面擦拭清洁；

S4：利用还原性气氛保护热处理炉对步骤S3中清洁干净的成品直管进行成品管固溶热处理；

S5：将经过步骤S4后的成品直管采用无芯悬空弯管方式盘绕成螺旋管；弯管设备包括多个并排设置的驱动管材前进的驱动轮，和可以在螺旋传热管径向移动的移动辊，以及在螺旋传热管轴向移动的推辊；并同步利用调整螺距的推辊实现螺旋传热管一端的同圆柱面空间弯管成型；

S6：如螺旋传热管具有圆柱面外的空间弯，则根据最终螺旋传热管空间弯管段的成型要求，对经步骤S5成形的螺旋传热管另一端再使用离线空间弯设备，进行定模空间弯管，实现圆柱面外的空间弯成型，达到最终成型要求。

2.如权利要求1所述的小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法，其特征在于：步骤S5中，在螺旋传热管螺旋成型时，通过移动辊设定位移距离达到设定的螺旋直径，通过推辊设定推动距离达到设定的螺距；在螺旋传热管同圆柱面空间弯管成型时，移动辊保持设定位移距离，推辊持续轴向移动。

3.如权利要求1所述的小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法，其特征在于：步骤S6中，所述离线空间弯设备包括具有弧形表面的成型模具，和沿所述成型模具轴向移动的滚球，所述滚球可自由转动；螺旋传热管头部夹持在所述成型模具表面和滚球之间成型。

4.如权利要求3所述的小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法，其特征在于：所述成型模具表面具有与圆柱面外空间弯结构曲线相对应的凹槽，所述滚球上表面也具有凹槽。

5.如权利要求4所述的小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法，其特征在于：所述成型模具表面凹槽的深度为管材直径的110%，所述滚球表面的凹槽直径为管材直径的105%。

6.如权利要求1-5任一项所述的小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法，其特征在于：螺旋传热管外径为Φ10-Φ25mm，壁厚在0.5-2.5mm，螺旋管展开长度不小于30m，螺旋直径为150-1650mm，螺距为25-200mm。

7.如权利要求1-5任一项所述的小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法，其特征在于：步骤S1中中间品退火热处理温度为1060-1100℃，步骤S4中固溶热处理温度为1060-1150℃。

8.如权利要求1-5任一项所述的小型核系统用无缝螺旋传热管制造方法，其特征在于：步骤S4中的成品直管按照屈服强度性能进行分档，偏差15MPa以内的管材作为同一档，进行同层螺旋传热管盘制。

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