李俊輝，杜學斌，徐能惠，邵國棟

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

全球經濟的騰飛帶動了石油產業(yè)的高速發(fā)展，進而對加厚油管、鉆桿管的需求量及綜合性能要求不斷增加，對鋼管管端加厚生產線的整體性能要求也就越來越高。管端加厚工藝布置方式不僅影響設備的運營成本，而且影響設備的生產率，因而有必要對加厚設備工藝布置進行研究，有助于管端加厚生產線的選型。

鋼管管端加厚的基本工藝流程為:上料→管端對齊→中頻加熱→送料→管端加厚→退料→出料→收集。

1 加厚機理

鋼管管端加厚就是將鋼管端部局部加熱后，通過鐓擠工序使鋼管長度縮短、端部壁厚增加的一種加工工藝，其目的是提高鋼管連接處的強度，一般用作石油油管、鉆桿管和地質管等。根據鋼管連接方式的不同來確定加厚端內外徑的變化情況，主要可分為三種，即:內加厚、外加厚和內外加厚。內加厚，即只減小內徑，而外徑保持不變;外加厚，即只增大外徑，而內徑保持不變;內外加厚，即同時減小內徑并增大外徑。其中API標準規(guī)定的加厚方式為外加厚和內外加厚兩種。具體規(guī)律如表1所示。

表1 加厚方式的對比Tab.1 Comparison of upsetting system

從表1可以看出，其中API要求的兩種方式加厚工藝都比較難控制。由于加厚部分與管體相比比較短，鉆桿管端參與加厚的管體長度為600 mm左右，管體長度為9.5m左右，只能采用水平鐓擠的方式加工。如圖1所示。

圖1 管端加厚機主機Fig.1 Main machine of upsetter

鐓粗時，端部加熱的鋼管送到沖頭前部放入下模具，回程缸帶動上模具下降到下極限位，主缸、回程缸保壓夾緊鋼管，這時水平缸前進對鋼管端部進行鐓粗，鐓粗完成后水平缸返回拔模，回程缸上升，隨后鋼管出模，完成鋼管管端的一次加厚。

中國重型機械研究院股份公司結合多年來鍛壓行業(yè)的先進技術針對不同規(guī)格的油管、鉆桿管開發(fā)了全系列框架式鋼管管端加厚機。

2 管端加厚工藝布置型式

2.1 兩臺主機對面布置

XPS-500t/250t管端加厚生產線的典型工藝布置就是采用兩臺主機對面方式，該生產線采用液壓泵直接驅動，運用了插裝閥技術。通過更換模具、調整中頻感應加熱爐及縱向送料輥道來進行調整管徑，以適應鋼管直徑的變化，鋼管長度可根據用戶要求進行調整。主機的結構形式為垂直夾緊、水平加厚。產品適用于石油油管、石油套管和特殊螺紋油套管的管端加厚，產品執(zhí)行API SPEC 5CT-2005、API SPEC 5B-2008標準。產品也可用于非開挖鉆桿的管端加厚。

XPS-500t/250t管端加厚生產線的設備工藝如下。

2.1.1 適用鋼管規(guī)格

鋼管直徑 φ60.3～φ114.3 mm

鋼管長度 6 000～12 500 mm

鋼管壁厚 4.83～9.52 mm

鋼管最大單重 245 kg

2.1.2 生產線組成

包括加厚主機、上料系統(tǒng)、對齊裝置、步進運輸機、中頻感應加熱爐及大車、模具、模具自動潤滑冷卻系統(tǒng)、模具冷卻水收集系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等。

2.1.3 性能參數

夾緊力 5 MN

鐓粗力 2.5 MN

一道次加厚的最大生產率 110根/h

主系統(tǒng)工作壓力 27 MPa

輔助系統(tǒng)工作壓力 16 MPa

總裝機功率約1 800 kW(兩臺主機)

2.1.4 工藝流程

兩臺加厚主機分別布置在被加厚油管的兩側，一端經1次(或2次)加厚至成品尺寸，即天車上料→一端對齊→1#液壓步進運輸→中頻爐加熱鋼管端部→加厚成型→1#輸出檢驗→上料→另一端對齊→2#液壓步進運輸→中頻爐加熱鋼管端部→加厚成型→2#輸出檢驗→完成鋼管兩端的加厚→收集。

2.1.5 兩臺主機對面布置簡圖

兩臺主機對面布置的典型工藝設備布置如圖2所示。

圖2 XPS-500t/250t管端加厚生產線Fig.2 XPS-500t/250t upsetter

2.2 兩臺主機同側平行布置

XPS-800t/400t管端加厚生產線的典型工藝布置就是采用雙臺主機同側平行布置方式，該生產線的主機與XPS-500t/250t管端加厚主機結構相同，產品適用于石油油管、石油套管、特殊螺紋油套管和鉆桿的管端加厚，產品執(zhí)行API SPEC 5CT、API SPEC 5B、API SPEC 5D及 API SPEC 5DP標準。產品也可用于非開挖鉆桿的管端加厚。

2.2.1 適用鋼管規(guī)格

鋼管直徑 φ60.3～φ139.7 mm

鋼管長度 6 000～12 500 mm

鋼管壁厚 4.83～12.7 mm

鋼管最大單重 497 kg

2.2.2 生產線組成

生產線組成與XPS-500t/250t管端加厚生產線基本一致。不同的是兩臺主機間取消了過渡臺架，兩臺主機共用一組液壓站。

2.2.3 性能參數

夾緊力8 MN

鐓粗力4 MN

一端加厚50根/h的最大生產率(1～2道次)

主系統(tǒng)工作壓力27 MPa

輔助系統(tǒng)工作壓力16 MPa

總裝機功率約2 300 kW(加厚主機)

2.2.4 工藝流程

雙臺主機同側平行布置在被加厚鋼管的一端，經2次(或3次)加厚至成品尺寸，即天車上料→一端對齊→液壓步進運輸→中頻爐加熱鋼管端部→第一道次加厚成型→(中頻爐加熱鋼管端部→第2道次加厚成型)→輸出檢驗→收集。經過與上述相同的工藝過程，完成鋼管的另一端加厚。

2.2.5 兩臺主機同側平行布置簡圖

雙臺主機同側平行布置的典型工藝設備布置如圖3所示。

2.3 三臺主機同側平行布置

XPS-1000t/500t管端加厚生產線的典型工藝布置就是采用三臺主機同側平行布置方式，該生產線的主機是XPS-800t/400t管端加厚主機及XPS-800t/400t管端加厚主機的更新?lián)Q代，產品適用于石油油管、石油套管、特殊螺紋油套管和鉆桿的管端加厚，產品執(zhí)行API SPEC 5CT、API SPEC 5B、API SPEC 5D及API SPEC 5DP標準。產品也可用于非開挖鉆桿的管端加厚。

圖3 XPS-800t/400t管端加厚生產線Fig.3 XPS-800t/400t upsetter

2.3.1 適用鋼管規(guī)格

鋼管直徑 φ60.3～φ178 mm

鋼管長度 6 000～12 500 mm

鋼管壁厚 4.83～13.6 mm

鋼管最大單重 535 kg

2.3.2 生產線組成

生產線基本組成與XPS-800t/400t管端加厚生產線基本一致。不同的是增加了三臺中頻爐，三臺主機共用一組液壓站。

2.3.3 性能參數

夾緊力 10 MN

鐓粗力 5 MN

一端加厚的最大生產率 40根/h(1～3道次)

主系統(tǒng)工作壓力 27 MPa

輔助系統(tǒng)工作壓力 16 MPa

總裝機功率 約3 600 kW(三臺主機)

2.3.4 工藝流程

三臺主機同側平行布置在被加厚鋼管的一端，經1～3次加厚至成品尺寸，即天車上料→一端對齊→液壓步進運輸→中頻爐加熱鋼管端部→第1道次加厚成型→(中頻爐加熱鋼管端部→第2道次加厚成型→中頻爐加熱鋼管端部→第3道次加厚成型)→輸出檢驗→收集。經過與上述相同的工藝過程，完成鋼管的另一端加厚。

2.3.5 三臺主機同側平行布置簡圖

三臺主機同側平行布置的典型工藝設備布置如圖4所示。

圖4 XPS-1000t/500t管端加厚生產線Fig.4 XPS-1000t/500t upsetter

3 布置型式的特點比較

三種典型工藝布置的特點如表2所示。

表2 三種典型工藝布置特點比較Tab.2 Characteristic comparison of three typical process layout

從表2可以看出，三種工藝布置各有特點，根據產品大綱及年產量可選擇不同的布置型式。中國重型機械研究院股份公司采用先進技術針對不同規(guī)格的油管、鉆桿開發(fā)了系列框架式鋼管管端加厚機。在以上系列的基礎上根據不同用戶的要求衍生設計出XPS-600t/300t、XPS-800t/300t以及XPS-1250t/600t系列管端加厚生產線。中國重型機械研究院股份公司研制了30多條生產線，使用情況良好，產品的合格率達到98%以上，促進了我國鋼管管端加厚行業(yè)的發(fā)展。

4 結束語

三種典型的鋼管管端加厚工藝布置各有特點，選擇時應考慮以下因素:

(1)產品大綱。產品規(guī)格決定了加厚機的設備的設計噸位，在選擇布置前必須確定產品大綱;

(2)設備的年產量。年產量是確定鋼管管端加厚工藝布置的關鍵因素，是選擇主機設備數量的決定因素;

(3)鋼管的物流。物流是設備輔機的設計依據，物流方向將影響設備的總體布局;

(4)自動化程度。設備自動化程度的高低將直接影響設備的產量及工人的勞動強度。

［1］中國機械工程學會鍛壓分會編.鍛壓手冊(一卷)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1993.

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