發電廠管線配置之冷作技術與銲接工法技術決策模型：針對 CTCI 集團 EPC 專案與協作夥伴（潁璋工程）之綜效評估報告  (Technical Decision-Making Model for Cold Work and Welding Technologies in Power Plant Piping: A Synergy Evaluation Report for CTCI Group EPC Projects and Ying Zhang Engineering)

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報告編號： CTCI-YZ-TECH-2026

日期： 2026年1月

適用專案類型： 超超臨界燃煤電廠 (USC)、燃氣複循環電廠 (CCPP)、核能設施

關鍵詞： iEPC、3D/5D 冷彎技術 (Cold Bending)、流動加速腐蝕 (FAC)、潁璋工程 (YZ)、決策方針

1. 摘要

在全球能源基礎設施建設中，管線系統的長期可靠度與流體傳輸效率至關重要。CTCI 中鼎集團在推動「iEPC（智能化EPC）」與「綠色工程」的過程中，面臨傳統工法的雙重挑戰：一是現場銲接（Welding）帶來的高昂人力與檢測成本；二是傳統短半徑彎頭（1.5D Elbows）在高溫高壓流體下易引發流動加速腐蝕（FAC）與壓力損失。

本研究整合了 CTCI 協作夥伴–潁璋工程興業有限公司（Ying Zhang Engineering, 簡稱 YZ） 的技術量能，提出一套針對發電廠特性的技術修正方案。研究指出，發電廠管線配置應優先採用 3D 或 5D 長半徑彎管。YZ 具備的高精度全數控（CNC）冷彎技術，能在不使用高耗能感應加熱（Induction Heating）的前提下，高效生產符合 ASME B31.1 規範的 3D/5D 彎管。

此技術不僅消除了環口銲道（Circumferential Welds）帶來的洩漏風險與射線檢測（RT）成本，更透過優化彎曲曲率，顯著降低了管內流體紊流與沖蝕風險。本報告建立了一套新的「技術選擇決策方針」，建議 CTCI 在未來的電廠專案（如國光、大林、通霄等案）中，將中小口徑管線的配置策略轉型為「優先採用 3D/5D 冷彎」，以實現工程品質與運維效益的雙贏。

2. 專案背景：發電廠管線的特殊需求與挑戰

2.1 長半徑彎管 (3D/5D) 的設計必要性

與一般石化廠不同，現代化發電廠（特別是超超臨界機組與複循環機組）的管線內流體具有高流速、高溫度的特性。

  • 流體動力學考量： 標準5D 彎頭會造成劇烈的流體分離與二次流（Secondary Flow），導致壓降增加及泵浦能耗上升。
  • 抗沖蝕需求： 流動加速腐蝕（FAC） 是電廠管線失效的主因之一。採用 3D 或 5D 的大曲率半徑，能有效平緩流線，降低局部紊流強度，從而延長管線壽命 1。

2.2 現行工法的侷限

為了獲得 3D/5D 的彎管，傳統上常採用以下兩種方式，但均有缺點：

  1. 感應加熱彎管 (Hot Induction Bending)： 雖可製作大半徑，但設備龐大、能耗極高，且加熱過程會改變材料微觀結構，需複雜的熱處理復原。
  2. 拼接銲接： 將多段直管或彎頭銲接拼接，這增加了銲道數量，也就是增加了潛在失效點與 NDE（非破壞性檢測）成本。

3. 解決方案核心：潁璋工程 (YZ) 3D/5D 冷彎技術解析

本研究鎖定 CTCI 的長期協作夥伴「潁璋工程」，分析其如何透過冷彎技術滿足電廠對長半徑彎管的嚴格要求。

3.1 3D/5D 高精度冷彎量能

潁璋工程配備先進的 CNC 彎管機具，其核心優勢在於能對 0.5″ 至 8″ (DN15 – DN200) 的管徑進行精密冷彎，且標配模具即包含電廠規範要求的 3D 與 5D 曲率半徑 3。

  • 技術優勢： 與感應彎管相比，YZ 的冷彎製程完全不需加熱，避免了材料晶粒粗大化或敏化的風險，且生產速度快 5~10 倍。
  • 幾何精度： 透過 CNC 控制回彈率（Spring-back），確保 3D/5D 彎管的幾何尺寸精準，利於現場模組化組裝。

3.2 廣泛的材料與管壁適應性

針對電廠高溫高壓的工況，YZ 設備具備強大的推力與剛性：

  • 管壁厚度： 可處理從 Sch 40 至極厚壁 Sch XXS 的管材，滿足高壓主蒸汽或給水管線需求。
  • 材質覆蓋： 涵蓋碳鋼、高應變合金鋼（High-strain Alloy Steel） 及各類不銹鋼。
  • 品質控制： 配備內芯棒（Mandrel）與防皺板技術，即使在 3D/5D 彎曲下，也能將橢圓率（Ovality） 與 管壁減薄率 控制在優於 ASME B31.1 的標準內 3。

4. 冷彎與傳統工法之多維度對比分析

4.1 物理特性與運維效益 (FAC防治)

評估項目 傳統銲接彎頭 (1.5D Welded Elbow) YZ 長半徑冷彎 (3D/5D Cold Bend) 電廠運維影響分析
流體型態 急劇轉彎，易產生渦流與氣穴 平滑過渡，流線順暢 3D/5D 冷彎顯著降低 FAC (流動加速腐蝕) 風險。
管內壁狀況 銲道處有熔透波紋 (Penetration) 光滑連續，無幾何不連續點 減少流體阻力，降低長期泵浦電力消耗。
洩漏風險 每個轉彎處有 2 道環口銲道 無銲道 (Jointless) 消除高壓管線最脆弱的熱影響區 (HAZ) 洩漏點。
ASME 合規性 需符合 Para 127 銲接規範 需符合 Para 102.4.5 壁厚要求 YZ 透過採購加厚母材 (Schedule Upgrade) 確保彎曲後壁厚合規 4。

4.2 經濟效益與工期量化模型

以一支 6 英吋 Sch 80 碳鋼管製作 90 度 3D 彎管為例：

工項 (Activity) 感應加熱彎管 (Induction) YZ CNC 冷彎 (Cold Bending) 效益分析
能源消耗 極高 (高週波加熱+水冷) 極低 (僅液壓動力) 冷彎符合綠色工程低碳排指標。
加工時間 約 60~90 分鐘/口 約 10~15 分鐘/口 生產效率提升 400% 以上。
後熱處理 必須 (N+T 或 PWHT) 通常免除 (視應變率而定) 減少製程步驟與費用。
表面處理 需噴砂除氧化皮 無氧化皮 保持管材原廠防鏽底漆或光潔度。

4.3 冶金風險控管

  • 碳鋼/合金鋼： 對於 P-No.1 材質，冷彎通常不需額外熱處理。對於 P91 等高合金鋼，若採用冷彎，需嚴格執行正常化與回火（N+T）或退應力機制以消除加工硬化，這點需在 YZ 工廠內完成。
  • 不銹鋼： 台電規範對於不銹鋼冷彎後的硬度有嚴格限制（避免 SCC）。YZ 的製程需搭配適當的固溶退火（Solution Annealing），以確保材料抗腐蝕能力不低於母材。

5. 針對 EPC 建廠之新型管線配置技術選擇決策方針

基於上述分析，本報告提出更新版的「技術選擇決策方針」。此方針強調以 3D/5D 規格 為預設標準，並優先選用冷彎工法。

5.1 決策邏輯樹 (Decision Logic)

  1. 第一層篩選：幾何規格 (Radius)
    • 3D / 5D (電廠標準)： 進入冷彎評估流程。這是為了確保最佳流體效率。
    • 5D (空間受限)： 僅在極度擁擠且無法變更設計的管廊（Rack）中使用，可選用 YZ 的 1.5D 冷彎或傳統銲接彎頭。
  2. 第二層篩選：管徑 (Diameter)
    • ≦ 8 英吋 (DN200)： 優先採用 YZ 冷彎。此範圍是冷彎機最具經濟效益的區間，且能完全覆蓋電廠大量的輔助管線（BOP）。
    • > 8 英吋： 採用感應彎管（Induction Bending）或銲接彎頭。
  3. 第三層篩選：材質 (Material)
    • 碳鋼 (CS)： 全面採用冷彎，免除 RT 檢測。
    • 不銹鋼 (SS) / 合金鋼： 採用冷彎 + 工廠熱處理 (Heat Treatment)。確保硬度與金相組織符合台電規範。

5.2 技術選擇決策方針表

評估維度 首選策略：YZ 3D/5D 冷彎技術 替代策略：感應彎管 / 銲接彎頭 決策依據
主要訴求 流體穩定性 (FAC防治) + 效率 大口徑需求 / 極端空間限制 電廠長壽命運轉需靠 3D/5D 幾何來保障。
適用管徑 0.5″ ~ 8″ (涵蓋全廠 70% 管量) > 8″ 或 維修備品 YZ 在中小口徑具備絕對成本與速度優勢。
彎曲半徑 3D 或 5D (符合電廠規範) 1.5D (僅限空間不足處) 長半徑彎管是現代電廠設計的主流標準。
銲接需求 零 (一體成型) 每處 2 道銲口 徹底消除銲接變異與缺工風險。
NDE 成本 無 (僅需外觀/測厚) 極高 (RT/UT/MT) 直接將檢測預算轉化為淨利潤。
ESG 指標 優 (低碳、省能) 劣 (高耗能、燻煙) 符合 CTCI 綠色工程承諾。

6. 結論與建議

本研究確認，將潁璋工程（YZ）的 3D/5D 冷彎技術 導入 CTCI 的電廠 EPC 專案，是提升工程品質與降低成本的關鍵策略。這不僅符合發電廠對於流體穩定性與抗沖蝕的嚴格要求，更有效解決了現場缺工與高昂檢測費用的問題。

對 CTCI 的具體建議：

  1. 設計規範升級： 在 3D 模型設計階段（如 SmartPlant），針對 8 英吋以下管線，應預設選用 “Cold Bend, R=3D (or 5D)”，而非傳統的 “Elbow”。
  2. 採購策略調整： 停止採購中小口徑的 3D/5D 感應彎管或銲接彎頭，轉而採購加厚管材（Schedule Upgrade），並指定由 YZ 進行冷彎預製。
  3. 品質驗證數位化： 要求 YZ 提供每一支 3D/5D 彎管的數位量測報告（包含橢圓率與減薄率），作為移交給業主（如台電）的品質履歷，證明其優於傳統工法的幾何精度。
  4. 熱處理協作： 針對不銹鋼與合金鋼管線，CTCI 應與 YZ 及熱處理廠商建立標準作業程序（SOP），確保冷彎後的金相組織滿足電廠長期抗潛變與抗腐蝕的需求。

透過此一方針的落實，CTCI 將能有效修正專案報告中的效益差異，並建立「高品質、長壽命、低碳排」的電廠建設新標竿。

附表為潁璋工程（YZ）Cold Bend, R=3D or 5D 規格適用表

參考文獻

  1. 8 “Stress Corrosion Cracking of Carbon and Low Alloy Steels,” – Nuclear Regulatory Commission,  https://www.nrc.gov/docs/ML0707/ML070710260.pdf
  2. Life Extension at the Point Lepreau Generating Station – Powering the Future – Scientific, technical publications in the nuclear field | IAEA,  https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/P1500_CD_Web/htm/pdf/topic4/4S02_K.%20Stratton.pdf
  3. 潁璋工程興業有限公司– 冷作彎管,  https://yz-pipe-bending.com.tw/
  4. PIPE BENDING METHODS, TOLERANCES, PROCESS AND MATERIAL REQUIREMENTS,  https://asbending.com/wp-content/uploads/2023/09/PFI-ES-24-Pipe-Bending-Methods-Tolerances-etc.pdf
  5. 1, POWER PIPING – ASME Digital Collection,  https://asmedigitalcollection.asme.org/ebooks/book/chapter-pdf/2794329/802694_ch16.pdf
  6. Uncover the Savings Potential in Your Welding Operation – Hobart Brothers,  https://www.hobartbrothers.com/resources/technical-articles/uncover-the-savings-potential-in-your-welding-operation/
  7. Cost-Benefit Comparison of Various NDT Methods Used in Maintaining High-Pressure Industrial Equipment – ResearchGate,  https://www.researchgate.net/publication/398466694_Cost-Benefit_Comparison_of_Various_NDT_Methods_Used_in_Maintaining_High-Pressure_Industrial_Equipment
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