高钢级大口径加热弯管端校口器的研发应用

郭有田

（四川石油天然气建设工程有限责任公司容器制造厂，四川 内江641000）

西三线天然气管道工程和陕京四线管道工程，管径均为Φ1219mm，钢管强度为X80，属于高钢级大口径管道，且施工地形较为复杂，加热弯管使用量较大。加热弯管与线路管焊接时，往往受地形复杂、弯管直管段较短和弯管壁厚偏厚等方面影响，无法使用先进的内对口器，偏大的管端椭圆度会造成环焊缝对口错边量的增加，从而影响现场焊接质量和施工效率。

根据SY/T5257-2012“油气输送用钢制感应加热弯管”及CDP-S-OGP-PL-016-2011-2“油气管道工程感应加热弯管通用技术条件”的要求，φ1219 弯管管端椭圆度需控制到0.8%以内，即最大外径减去最小外径不得超过9.75mm，施工现场要求为6mm 以内。但生产出的弯管无法一次性达到这一要求，需要通过校口进行解决。

1 传统的管端校口方式及特点

1.1 人工法

传统的低钢级弯管管端的校正方法采用25t 或50t 千斤顶在管端内壁距离边缘约50mm 处，使用手动螺旋式千斤顶进行校正，多方向校正时需要旋转弯管。

但φ1219×22，X80 加热弯管属于高钢级大口径弯管，屈服强度≥555MPa，校口难度大。需使用100t 千斤顶，才有足够的力度使钢管变形。100 吨螺旋千斤顶约重100kg，需3 人同时装卸。并且，椭圆度一般为米字型椭圆，即不规则的椭圆形，故普通千斤顶校口时需要不断旋转管体，保持千斤顶垂直地面，才能进行多方向的校圆；旋转弯管时，需要吊车或叉车配合，故校口效率低，劳动强度大。

1.2 机械扩径法

钢管厂的钢管扩径即通过扩径头对钢管施加一个周向扩径力，逐步扩径使整根钢管达到目标管径。

扩径机为大型设备，成本较高，不适合弯管及现场使用，扩径因整体受拉应力，应力状态较差，且扩径后管径会整体变大。

1.3 外压法

制作钢管模具，安装在油压机上，利用油压机施加的力将管体在模具内形成标准圆。

油压机为固定式设备，安装条件复杂，不适合现场使用，模具制造成本高，尽管受力均匀，且整体受压应力，但X80 钢管屈服强度较高达到555MPa，当模具打开时，钢管又自动回弹至初始位置，校圆效果不佳。

2 弯管管端校口器研发设计

传统的校口方法均不能满足高钢级大口径加热弯管的校口要求，通过借助手动螺杆式千斤顶的思路，选择电动式液压千斤顶为动力，制作一个集成的液压千斤顶移动式校口小车，解决校口难题。

2.1 校口器的设计参数的确定（表1）

2.2 校口器组成结构图设计

校口器由以下几部分组成（图1）：1、顶升工装；2、千斤顶；3、T 型连接；4、旋转止动装置；5、升降装置；6、电动泵；7、移动装置。

2.3 校口工序的确定

校口工作过程：工件准备——调整校口机构——升降机构上下定位——旋转盘圆周定位——液压驱力调整——液压启动——校口完成——驱动机构回零（图2）。

图2 校口工序的确定

3 弯管管端校口器的制作

3.1 设计制作的实施方案

管端校口器设计共分为五大系统，包括电动液压千斤顶、顶升工装、移动升降装置、旋转止动系统和连接系统（表2）。

表2 弯管管端校口器制作的实施方案

3.2 电动液压千斤顶的选择

利用原有工具，分别选择25T、50T、100T 螺杆式千斤顶，分别对一只φ1219×22，X80 弯管进行校正，结果显示，25T 仅能提升5mm，50T 可以提升10mm，100T 可提升100mm，故选择100T 作为千斤顶选型大小，随即购买相同参数的电动液压千斤顶一台。

3.3 改造手动叉车

改造手动叉车一台，将叉车上半截切割掉，并焊接支撑板平台，安放液压油缸，去掉叉车叉头及摇把。

3.4 制作校口工装

根据弯管内径选择100mm 宽的腹板，焊接支撑板，同时车制DN150 的平焊法兰，支撑板与上法兰焊接，整形油缸与下法兰焊接，两个法兰使用螺栓连接，当管径发生变化时，便于更换腹板尺寸。

3.5 旋转止动装置

车制ф45×5，20#的钢管300mm 一根，车制ф30×5，20#的钢管350mm 一根，在钢管两头钻ф12 的圆孔，焊接止动螺杆。

3.6 T 形弹性连接系统

制作T 形卡箍，钻孔，选择合适螺栓进行连接整形油缸，同时根据受力分析，选择合适的弹簧，车制DN200 的法兰，使用螺栓穿过弹簧，将T 形卡箍与弹簧弹性的连接在一起。

3.7 组配、安装

将液压千斤顶顶头、油缸、旋转止动装置、改造后的手动叉车、弹簧等组配安装好。最终成型的管端校口器实物图见图3。

图3 管端校口器实物图

4 弯管管端校口器的应用

对一只Φ1219，X80，弯曲角度30°的加热弯管进行校口，将管端校口器T 形杆伸进钢管管端，然后调整校口工装位置，共计用时20 分钟（图4）。

其中校口准备用时5 分钟，升降液压千斤顶5 分钟，旋转T形杆5 分钟，升降液压千斤顶5 分钟，校口时间共计20 分钟，而相同条件下采用人工千斤顶校口，要花超过200 分钟的时间。可见管端校口器的效率大幅度高于人工螺杆式千斤顶校口，劳动强度大大降低，移动小车式设计便于现场应用。

图4 弯管管端校口器的应用

5 结论

自主研发的管端校口器已在多个工程的弯管生产中应用，在保证质量和安全的前提下，大大提高了工作效率，保证了弯管椭圆度，校口时间最短，劳动强度最低。