天然氣高壓管道彎管壁厚的計算

第3]卷第9期煤氣與熱力Vol, 31 No 92011年9月gas heatSep. 2011滑》》》爐爐浸》》》2A燃氣標準規范oe 8nxkxe5uerene&天然氣高壓管道彎管壁厚的計算周春!,時(shí)榮劍2,汪宜文(1.中機國際工程設計研究院有限責任公司,江蘇南京210042;2.東南大學(xué)建筑設計研究院,江蘇南京210096)摘要:通過(guò)對GB50251-2003《輸氣管道工程設計規范》、GB50028-2006《城鎮燃氣設計規范》中關(guān)于彎管的相關(guān)要求、壁厚增大系數、壁厚減薄率等參數進(jìn)行分析,確定彎管壁厚的計算方法。關(guān)鍵詞:高壓管道;彎管;壁厚增大系數;壁厚減薄率中圖分類(lèi)號:TU996文獻標識碼:B文章編號;1000-4416(2011)09-0B26-03Calculation of Bend Wall Thickness of NaturalGas High-pressure PipelineZHOU Chun, SHI Rongjian, WANG YiwenAbstract Through the analysis of the relevant requirements for bend in Code for Design of GasTransmission Pipeline Engineering(GB 50251-2003)and Code for Design of City Gas Engineering(GB50028-2006)as well as the wall thickness increase coefficient and wall thickness thinning rate, the cal-culation method of bend wall thickness is determinedKey words: high-pressure pipeline; bend; wall thickness increase coefficient;ness thinning rate概述6=20F(1)天然氣高壓管道經(jīng)常采用彈性敷設、冷彎彎管和熱煨彎管來(lái)實(shí)現管道在水平或豎向的轉角。本文式中8—鋼管計算壁厚,mm主要通過(guò)對制作彎管的直管壁厚的計算、直管的熱設計壓力,MPa處理狀態(tài)引起的屈服極限的變化、環(huán)向應力分布不D—鋼管外徑,mm均勻引起的壁厚增大系數、彎制過(guò)程中引起的壁厚o,—鋼管的最低屈服強度,MPa減薄率等因素進(jìn)行分析,從而確定彎管的計算壁厚。φ-焊縫系數,按規定選取1.02直管壁厚的計算F—強度設計系數無(wú)論是冷彎彎管還是熱煨彎管均是采用直管彎3直管屈服強度對彎管壁厚的影響制而成,因此,要計算彎管的壁厚首先應確定直管的在進(jìn)行直管壁厚的計算時(shí),屈服強度σ,是一個(gè)壁厚。GB50251-2003《輸氣管道工程設計規范》很重要的參數。管道材質(zhì)不同,其屈服強度則不同。和GB5008-2006《城鎮燃氣設計規范》中關(guān)于直管道交貨的熱處理狀態(tài)不同,其屈服強度也不同。管的壁厚計算公式是一致的,均是采用彈性失效準尤其值得注產(chǎn)的氣洋方九外理狀態(tài)。則,以最大剪應力理論推導而得。直管壁厚應按下GB 50規范》第6.4.7式進(jìn)行計算:條規定:對]灬加上人處理的鋼管,當B26www.watergasheat.com周春,等:天然氣高壓管道彎管壁厚的計算第3l卷第9期加熱溫度高于320℃(焊接除外)或采用經(jīng)過(guò)冷加工或熱處理的鋼管煨彎成彎管時(shí),則在計算該鋼管4R-D或彎管壁厚時(shí),其屈服強度應取該管材最低屈服強4R-2D度(o)的75%。式中δ——彎頭或彎管的管壁計算厚度,mmGB50251-2003《輸氣管道工程設計規范》第彎頭或彎管所迕接的直管段管壁計算5.1.5條與GB50028-2006《城鎮燃氣設計規范》厚度,mm的第6.4.7條的規定是一致的。該條文指出:鋼管m——彎頭或彎管的管壁厚度增大系數的冷加工(控軋、冷擴等),由于應變硬化現象和鋼R——彎頭或彎管的曲率半徑,mm管形變熱處理,管材的屈服強度能提高20%D——彎頭或彎管的外徑,30%。但由于形變提高的屈服強度會(huì )隨著(zhù)回火溫度此公式主要是考慮彎管在流體壓力的作用下的提高而逐漸消失。一般在300~320℃出現一個(gè)產(chǎn)生的環(huán)向應力沿彎管截面的分布是很不均勻的。大的相組織變化,在480-485℃強化的效果基本消產(chǎn)生的最大環(huán)向應力在彎管的內凹點(diǎn),該點(diǎn)應力比失。故規范強調冷加工的管材又進(jìn)行熱處理時(shí),其直管產(chǎn)生的環(huán)向應力大,其增大倍數稱(chēng)為內壓作用屈服強度應取冷加工管材屈服強度的75%。下彎頭的應力增大系數。因此,在計算彎管壁厚時(shí),通常,天然氣高壓管道采用符合GB/T971].應在直管壁厚的基礎上,考慮一個(gè)管壁厚度增大系2-1999《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件數m。系數m是彎頭的曲率半徑R與外徑D的函第2部分:B級鋼管》質(zhì)量標準的鋼管。以L(fǎng)360鋼數。曲率半徑R越大,彎頭的管壁厚度增大系數m管為例,該標準中對L360有3種供貨方式,分別為越小,彎頭厚度需要的增大量越小,反之越大。L360NB(正火或形變正火)、I360QB(淬火加回火)根據GB50251-2003《輸氣管道工程設計規和I360MB(形變熱處理)。該標準中的第73條注范》第43.13條的規定冷彎彎管的最小曲率半徑指出,在對以淬火加回火或形變熱處理狀態(tài)交貨見(jiàn)表1的鋼管進(jìn)行熱加工成型和(或)隨后進(jìn)行現場(chǎng)熱處表1冷彎彎管的最小曲率半徑理時(shí)會(huì )出現力學(xué)性能的不良變化。該標準的第3.3.2條指出,形變熱處理是一種形變過(guò)程。在此過(guò)公稱(chēng)直徑/mm最小曲率半徑程中,最終形變在一定溫度范圍內完成,使得材料具≤30018D有單獨采用熱處理無(wú)法達到或重復的某些性能。若隨后加熱至580℃以上會(huì )降低強度值。對于冷彎彎管而言,制作過(guò)程沒(méi)有采用二次熱處理。因此,管道交貨狀態(tài)而引起的屈服強度變化≥500對其壁厚的計算沒(méi)有影響。根據GB50251-2003《輸氣管道工程設計規對于熱煨彎管而言,管子煨彎的加熱溫度一般范》第4.3.13條的規定,彎頭的曲率半徑應大于或為800~1000℃,對于形變熱處理狀態(tài)的鋼管,熱等于其外徑的4倍,并應滿(mǎn)足清管器或檢測儀器能彎過(guò)程必然使其強度有不同程度的降低。因此,對順利通過(guò)的要求。根據SY/T5257-—2004《油氣輸釆用形變熱處理鋼管作為母管的熱煨彎管,其壁厚送用鋼制彎管》第3.1條的規定,彎管的曲率半徑的計算需注意母材的供貨熱處理狀態(tài)。即不能以冷不小于其外徑的5倍。同時(shí),根據GB50470-2008加工后的鋼管機械性能σ,作為成品熱煨彎管的σ,《油氣輸送管道線(xiàn)路工程抗震設計規范》第7.1.4指標,而應以冷加工后的鋼管機械性能σ,的75%條的規定,需抗震設防的埋地管道,當設置熱煨彎頭作為熱煨彎管的σ,指標。時(shí),其曲率半徑不得小于6D;當設置冷彎管時(shí),其曲壁厚增大系數對彎管壁厚的影響率半徑不得小于30D根據GB50251-2003《輸氣管道工程設計規因此,天然v“中國煤化工抽率半徑通范》第53.3條的規定彎管的管壁厚度應按下式常取為30D,熱CNMHG為6D。根計算:據式(3)計算的厚增入爾雙紹米見(jiàn)衣2。B27第31卷第9期煤氣與熱力www.watergasheat.com表2壁厚增大系數計算結果考慮壁厚減薄率的彎管壁厚計算公式如下彎管名稱(chēng)彎管曲率半徑R壁厚增大系數m(5)冷彎彎管」熱煨彎管6D1.056彎管壁厚的計算5壁厚減薄率對彎管壁厚的影響本文以敷設在三級地區(強度設計系數F取壁厚減薄率是指母管實(shí)際壁厚和彎管外弧側壁0.4),設計壓力為4.0MPa,管道外徑為406.4mm厚之差與母管實(shí)際壁厚之比。天然氣高壓管道進(jìn)行材質(zhì)為L(cháng)360MB的城鎮天然氣高壓管道為例進(jìn)行冷彎制時(shí),該管段將受力變形。管道的內側管壁(即彎彎管、熱煨彎管的壁厚計算。彎管的內弧側)受壓力,管壁由直線(xiàn)形變成圓弧形,對于冷彎彎管,L360MB的屈服強度為360管壁由于受壓變短而增厚;管道的外側管壁(即彎M(mǎn)Pa,根據式(1)計算得到的直管壁厚為5644mm;管的外弧側)受拉力,管壁同樣由直線(xiàn)形變成圓弧根據式(2)及表2的結果計算得到的冷彎彎管的壁形,管壁由于受拉變長(cháng)而減薄。管壁減薄會(huì )降低厚為5.700m;考慮到生產(chǎn)加工時(shí)的壁厚減薄率,管道的強度。為保證彎管的強度能夠符合要求,則根據式(5)及表3的結果計算得到的冷彎彎管的壁彎管應具有一定的厚度。壁厚減薄率的數據,一方厚為5.795mm。面是根據相關(guān)規范的要求確定,另一方面是通過(guò)理對于熱煨彎管,L360MB的屈服強度應按360論分析推導的公式進(jìn)行計算。MPa的75%即270MPa考慮,根據式(1)計算得到5.1規范要求的經(jīng)驗數據的直管壁厚為7.525mm;根據式(2)及表2的結果GB50028-2006《城鎮燃氣設計規范》中要求計算得到的熱煨彎管的壁厚為7.901mm;考慮到生彎管的壁厚計算按GB50251-—2003《輸氣管道工程產(chǎn)加工時(shí)的壁厚減薄率,根據式(5)及表3的結果設計規范》的要求執行。而GB50251-2003《輸氣計算得到的熱煨彎管的壁厚為8559mm。管道工程設計規范》沒(méi)有規定彎管的壁厚減薄率,計算得到的彎管的壁厚應根據相關(guān)規范的要求只要求彎管最薄厚度不小于直管段的厚度,強度不進(jìn)行圓整,同時(shí)應與線(xiàn)路直管段的壁厚相匹配低于管材的最小屈服強度即可。目前,SYT525700油氣輸送用鋼制彎管》要求彎管的壁厚減薄參考文獻:率不得大于9%。[1劉志仁,陶春輝.天然氣高壓管道彎管壁厚減薄率的52理論公式的計算數據確定[J].煤氣與熱力,2011,31(4):B04-B05.壁厚減薄率的理論計算公式是根據質(zhì)量守恒原理,以外側管壁的減薄量等于內側管壁的增厚量為基礎推導而出。文獻[1]給出的彎管壁厚減薄率的計算公式如下:CD2R+D式中C—彎管的壁厚減薄率由此公式可以看出,彎管的壁厚減薄率主要取決于彎管的曲率半徑。曲率半徑R越大,壁厚減薄率C越小,反之越大。根據式(4)計算的壁厚減薄率結果見(jiàn)表3作者簡(jiǎn)介:周春(1981-),男,江蘇阜寧人,工程師,學(xué)士,表3壁厚減薄率計算結果從事燃氣、熱力工程設計工作。彎管名稱(chēng)彎管曲率半徑R壁厚減薄率/%冷彎彎管e mHa中國煤化工熱煨彎管607.69CNMHGB28