一种热送耐磨管道的制作工艺及管道的制作方法

本发明涉及工业管道制造，具体为一种热送耐磨管道的制作工艺及管道。

背景技术：

1、在现代冶金工艺中，需要将高温、高压且具有磨蚀性的物料通过气力输送系统进行转移。现有的输送管道通常采用刚性复合结构，其承压功能与耐高温耐磨功能往往相互耦合。当管道内部受到高温气固两相流长期冲刷发生局部磨损后，高温高压介质会直接作用于外部承压壳体，增加了管壁局部失效及泄漏的风险。

2、部分管道采用内外双层结构设计以应对复杂工况，但内外管多采用刚性焊接固定。由于高温输送介质使内管温度急剧升高，而外管温度相对较低，两者之间存在明显的温差。这种温差引起的轴向膨胀量差异会在结构固接点处产生热膨胀应力，在设备冷热交替运行的工况下，应力的反复聚集容易导致内部连接处发生焊缝撕裂。

3、另外，在管道制造环节，为提升内壁的耐磨性能，常在奥氏体不锈钢内管内部进行硬质合金堆焊。由于不锈钢基材的线膨胀系数较大且导热性较差，进行大厚度堆焊带来的集中热输入会使管体产生明显的热变形。这种变形会导致长薄壁管体发生挠曲，降低了管材的直线度，使其难以满足后续复合管道组装时对内外管同轴度的高精度尺寸要求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种热送耐磨管道的制作工艺及管道，解决了现有管道在输送高温高压介质时，因热膨胀应力导致结构破坏、薄壁内管堆焊热变形影响同轴装配，以及承压壳体易因内部磨损而引发泄漏的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提供一种热送耐磨管道的制作工艺，采用如下的技术方案：

4、一种热送耐磨管道的制作工艺，包括以下步骤：

5、选取奥氏体耐热不锈钢管作为内套管基材，在内套管管内依次进行三层防变形耐磨堆焊；其中，第一层采用单条环焊打底，第二层采用单条环焊过渡，第三层采用摆动环焊盖面；在焊接全过程中，对内套管的管体外壁进行温度控制；焊接完成后冷却至室温备用；选用无缝钢管作为外套管，在其两端焊接法兰；在未装入内套管及隔热材料前，对外套管独立进行静水压试验，选取无明显结构形变且无掉压现象的外套管排空并干燥；在试压合格的外套管内壁焊接滑动支撑环和挡料支撑环；将制得的内套管穿入外套管内，调节装配同心度；随后将内套管与挡料支撑环焊接固定，并在外套管外壁焊接吊耳；通过吊耳将外套管吊起呈垂直状态，在内外套管之间的环形间隙中泵入轻质隔热浇注料并振捣、养护，形成轻质隔热浇注层；最后，对外套管外表面进行喷砂处理，并依次喷涂无机富锌底漆和有机硅耐热漆。

6、通过采用上述技术方案，三层渐进式堆焊方法结合外部强制控温，有效控制了堆焊过程中的热输入量，能够限制奥氏体不锈钢基材因局部过热产生的热变形，保障长薄壁管材的直线度。同时，将外套管提前进行独立静水压试验，排除了内部组件及浇注料对压力介质泄漏的阻碍，有利于提升外管作为承压边界的可靠性。此外，在组装阶段利用逆向嵌套组装及垂直浇注工艺，减轻了常规水平装配造成的偏心重力影响，促使内外套管之间的隔热层厚度均匀一致。因此，获得结构安全性较高、形位公差满足装配要求以及质量检验节点明确的工程效果。

7、优选的，在焊接全过程中，使内套管的管体外壁温度维持在100℃至145℃之间；三层防变形耐磨堆焊的具体参数为：第一层使用硬质合金焊丝，焊接电流220a至250a，电弧电压24v至26v，焊接速度30cm/min至40cm/min，堆焊厚度控制在2.0mm至3.0mm；第二层焊接电流250a至280a，电弧电压26v至28v，焊接速度25cm/min至35cm/min，堆焊厚度控制在3.5mm至4.0mm；第三层焊接电流280a至320a，电弧电压28v至32v，摆动频率40次/min至60次/min，堆焊厚度控制在3.5mm至4.0mm。

8、通过采用上述技术方案，焊接热输入量遵循热平衡物理关系式，即热输入量等于电弧电压乘以焊接电流除以焊接速度。第一层采用较低电流和较快焊速，使热输入量处于较低水平，有利于快速熔合打底并减少对基材底部的热冲击；第二层提升电流并降低焊速，使层间充分熔合，从而形成热应力过渡区；第三层采用摆动环焊，增大电流至320a以提供所需的熔化热能，通过摆动动作使熔池中的液态金属铺展找平，降低堆焊层表面的粗糙度。配合将管体外壁温度维持在规定区间，管壁径向易于形成稳定的温度梯度，这有助于削弱因奥氏体相在高温下膨胀产生的内部热应力，进而将内管整体热变形量限制在允许公差范围内。

9、优选的，静水压试验的试验压力设定为1.035mpa至1.100mpa，稳压时间控制在10min至15min。

10、通过采用上述技术方案，高于额定工作压力的试验压力设置能够检验外套管材料在屈服极限前的弹性变形恢复能力。静水压作用于外套管内壁时，管材承受周向应力和径向应力，保压过程可用于排查微观孔隙或裂纹在持续流体应力作用下是否发生扩展泄漏，进一步确认承压外壳在极端工况下的结构承载强度。

11、优选的，滑动支撑环的数量至少为2个；挡料支撑环的内径大于内套管外径5mm至10mm；穿入内套管后，使内套管与外套管的装配同心度控制在正负0.5mm至正负2.0mm区间内。

12、通过采用上述技术方案，挡料支撑环内径与内套管外径之间的物理尺寸差提供了相应的径向间隙。该间隙既能为跨接焊缝留出熔敷空间，也能容纳内管在初始受热阶段产生的径向热膨胀，起到防止内管径向膨胀挤压挡料支撑环产生破坏性剪切力的作用。通过控制同心度误差有助于维持环形隔热空间截面积的均匀性，降低因局部隔热厚度不足导致外套管产生局部热斑的风险。

13、优选的，喷砂处理至sa2.5级；无机富锌底漆的干膜厚度为60μm至80μm，有机硅耐热漆的干膜厚度为35μm至45μm；浇注料的自然环境养护时间为20天至30天。

14、通过采用上述技术方案，喷砂粗糙度提升了基材表面自由能，进而增强了底漆附着力。无机富锌底漆中的锌粉发生原电池氧化反应消耗自身，起到牺牲阳极的阴极保护效果。表层的有机硅树脂在高温下形成稳定的硅氧键交联网络，形成防腐耐高温密封层。控制合理的养护周期能够使轻质隔热浇注料内部的自由水和结合水充分发生水化反应并挥发，这可以减少高温气流通过时内部残余水分受热汽化形成高压蒸汽破坏浇注层结构的可能性。

15、第二方面，本发明提供一种热送耐磨管道，采用如下的技术方案：

16、一种热送耐磨管道，包括外套管，两端固定连接有法兰；内套管，同轴穿设于外套管内，内套管内壁具有依次结合的第一层单条环焊层、第二层单条环焊层以及第三层摆动环焊层；支撑限位组件，设置于外套管与内套管之间，包括固定于外套管内壁的滑动支撑环和挡料支撑环；内套管与挡料支撑环固定连接，且内套管的外壁与滑动支撑环呈滑动配合；轻质隔热浇注层，填充于外套管与内套管之间的环形间隙内；外套管的外表面依次涂覆有无机富锌底漆和有机硅耐热漆。

17、通过采用上述技术方案，采用支撑限位组件的结构设计将管道内外功能分离，内套管仅作为耐高温与耐磨蚀的物理边界，系统内部的高压流体载荷被转移至外套管承受。当内套管输送高温流体时，其热膨胀形变量遵循材料线膨胀关系式，即形变长度等于原长乘以线膨胀系数与绝对温差的乘积。由于内外管存在温差，通常会导致内套管的轴向热膨胀伸长量大于外套管。此时，一侧固定于挡料支撑环的内套管，其外壁沿滑动支撑环的内缘自由滑移，将轴向热膨胀应力转化为机械位移释放，降低了刚性连接结构在热胀冷缩循环中发生焊缝撕裂的结构隐患。

18、优选的，内套管为310s奥氏体耐热不锈钢管，第一层单条环焊层、第二层单条环焊层以及第三层摆动环焊层的总堆焊厚度为9.5mm至10.5mm。

19、通过采用上述技术方案，310s奥氏体耐热不锈钢具有较好的高温抗氧化性和组织稳定性。特定厚度的三层复合堆焊结构不仅能适应抵抗高速固相颗粒长周期摩擦的耗损需求，同时利用各焊接层间的金相组织过渡，有助于阻断表面微裂纹向基材延伸的物理路径。

20、优选的，挡料支撑环的内径尺寸大于内套管的外径尺寸5mm至10mm，内套管与挡料支撑环之间通过焊缝跨接固定。

21、通过采用上述技术方案，焊缝跨接固定形式形成相对柔性的机械应力节点。在升温及降温的热循环过程中，该物理间隙及跨接焊缝能够吸收管线系统产生的交变振动及微量径向应变，有助于防止固接点因应力集中发生疲劳断裂。

22、优选的，外套管为l245无缝钢管；滑动支撑环和挡料支撑环的材质均为sus304奥氏体不锈钢。

23、通过采用上述技术方案，支撑环选用与内套管晶体结构相似的奥氏体材质，较好地维持了连接部位在高温传导状态下的热膨胀步调一致性，减少异种钢结合界面因膨胀系数差异产生界面剪切破坏的情况。l245无缝钢管提供了常温受压韧性，实现了承压与耐高温功能的材料学解耦。

24、优选的，外套管的外壁上还焊接有用于垂直吊装浇注的吊耳。

25、通过采用上述技术方案，吊耳在垂直起吊工况下提供对称的受力支点，使得管体自身重量沿轴向垂直分布。这减弱了细长管体在水平或倾斜搬运以及浇注过程中因受重力弯矩作用而产生轴向挠度变形的程度，有利于维持内外套管的同心度及内部隔热浇注层的成型质量。

26、本发明提供了一种热送耐磨管道的制作工艺及管道。具备以下有益效果：

27、1、本发明通过在内套管管内采用单条环焊打底、单条环焊过渡及摆动环焊盖面的三层渐进式堆焊工艺，配合对管体外壁进行温度控制，调节焊接阶段的热输入量。可限制薄壁奥氏体不锈钢基材在局部受热状态下产生的轴向挠曲变形，使成型后的内套管维持平直，满足了后续同轴嵌套装配的形位尺寸要求。

28、2、本发明通过利用外套管内壁的滑动支撑环和挡料支撑环构建内外嵌套组件，使内套管仅与挡料支撑环一端固定，其外壁沿滑动支撑环内缘保持滑动配合。在输送高温介质时，内套管产生的轴向热膨胀能够转化为沿支撑环滑移的机械位移，缓解内外管因温差引起的膨胀差而产生的热应力聚集，降低了管道在冷热交替工况下发生焊缝拉裂的风险。

29、3、本发明通过采用由内套管、轻质隔热浇注层和外套管构成的复合结构，将管道的耐高温耐磨功能与承压功能分离。内套管作为接触高温物料的工作边界，其向外围传导的热量被隔热层阻挡，使作为承压边界的外套管维持在较低温度状态。即便内套管因长期物料冲刷发生局部磨损，管道内部的工作压力仍由外套管承受，降低高温介质直接破坏管壁引发泄漏的可能，提升系统运行的安全性。