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?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)規(guī)范oe 8nxkxe5uerene&天然氣高壓管道彎管壁厚的計(jì)算周春!,時(shí)榮劍2,汪宜文(1.中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,江蘇南京210042;2.東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院,江蘇南京210096)摘要:通過對(duì)GB50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于彎管的相關(guān)要求、壁厚增大系數(shù)、壁厚減薄率等參數(shù)進(jìn)行分析,確定彎管壁厚的計(jì)算方法。關(guān)鍵詞:高壓管道;彎管;壁厚增大系數(shù);壁厚減薄率中圖分類號(hào):TU996文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào);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(shè)、冷彎彎管和熱煨彎管來實(shí)現(xiàn)管道在水平或豎向的轉(zhuǎn)角。本文式中8—鋼管計(jì)算壁厚,mm主要通過對(duì)制作彎管的直管壁厚的計(jì)算、直管的熱設(shè)計(jì)壓力,MPa處理狀態(tài)引起的屈服極限的變化、環(huán)向應(yīng)力分布不D—鋼管外徑,mm均勻引起的壁厚增大系數(shù)、彎制過程中引起的壁厚o,—鋼管的最低屈服強(qiáng)度,MPa減薄率等因素進(jìn)行分析,從而確定彎管的計(jì)算壁厚。φ-焊縫系數(shù),按規(guī)定選取1.02直管壁厚的計(jì)算F—強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)無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(qiáng)度對(duì)彎管壁厚的影響制而成,因此,要計(jì)算彎管的壁厚首先應(yīng)確定直管的在進(jìn)行直管壁厚的計(jì)算時(shí),屈服強(qiáng)度σ,是一個(gè)壁厚。GB50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》很重要的參數(shù)。管道材質(zhì)不同,其屈服強(qiáng)度則不同。和GB5008-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于直管道交貨的熱處理狀態(tài)不同,其屈服強(qiáng)度也不同。管的壁厚計(jì)算公式是一致的,均是采用彈性失效準(zhǔn)尤其值得注產(chǎn)的氣洋方九外理狀態(tài)。則,以最大剪應(yīng)力理論推導(dǎo)而得。直管壁厚應(yīng)按下GB 50規(guī)范》第6.4.7式進(jìn)行計(jì)算:條規(guī)定:對(duì)]灬加上人處理的鋼管,當(dāng)B26www.watergasheat.com周春,等:天然氣高壓管道彎管壁厚的計(jì)算第3l卷第9期加熱溫度高于320℃(焊接除外)或采用經(jīng)過冷加工或熱處理的鋼管煨彎成彎管時(shí),則在計(jì)算該鋼管4R-D或彎管壁厚時(shí),其屈服強(qiáng)度應(yīng)取該管材最低屈服強(qiáng)4R-2D度(o)的75%。式中δ——彎頭或彎管的管壁計(jì)算厚度,mmGB50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第彎頭或彎管所迕接的直管段管壁計(jì)算5.1.5條與GB50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》厚度,mm的第6.4.7條的規(guī)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(shù)的冷加工(控軋、冷擴(kuò)等),由于應(yīng)變硬化現(xiàn)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(qiáng)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(qiáng)度會(huì)隨著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(xiàn)一個(gè)產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)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(qiáng)化的效果基本消產(chǎn)生的最大環(huán)向應(yīng)力在彎管的內(nèi)凹點(diǎn),該點(diǎn)應(yīng)力比失。故規(guī)范強(qiáng)調(diào)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(yīng)力大,其增大倍數(shù)稱為內(nèi)壓作用屈服強(qiáng)度應(yīng)取冷加工管材屈服強(qiáng)度的75%。下彎頭的應(yīng)力增大系數(shù)。因此,在計(jì)算彎管壁厚時(shí),通常,天然氣高壓管道采用符合GB/T971].應(yīng)在直管壁厚的基礎(chǔ)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(shù)m。系數(shù)m是彎頭的曲率半徑R與外徑D的函第2部分:B級(jí)鋼管》質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的鋼管。以L360鋼數(shù)。曲率半徑R越大,彎頭的管壁厚度增大系數(shù)m管為例,該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)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(jù)GB50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)和I360MB(形變熱處理)。該標(biāo)準(zhǔn)中的第73條注范》第43.13條的規(guī)定冷彎彎管的最小曲率半徑指出,在對(duì)以淬火加回火或形變熱處理狀態(tài)交貨見表1的鋼管進(jìn)行熱加工成型和(或)隨后進(jìn)行現(xiàn)場熱處表1冷彎彎管的最小曲率半徑理時(shí)會(huì)出現(xiàn)力學(xué)性能的不良變化。該標(biāo)準(zhǔn)的第3.3.2條指出,形變熱處理是一種形變過程。在此過公稱直徑/mm最小曲率半徑程中,最終形變在一定溫度范圍內(nèi)完成,使得材料具≤30018D有單獨(dú)采用熱處理無法達(dá)到或重復(fù)的某些性能。若隨后加熱至580℃以上會(huì)降低強(qiáng)度值。對(duì)于冷彎彎管而言,制作過程沒有采用二次熱處理。因此,管道交貨狀態(tài)而引起的屈服強(qiáng)度變化≥500對(duì)其壁厚的計(jì)算沒有影響。根據(jù)GB50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)對(duì)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(guī)定,彎頭的曲率半徑應(yīng)大于或?yàn)?00~1000℃,對(duì)于形變熱處理狀態(tài)的鋼管,熱等于其外徑的4倍,并應(yīng)滿足清管器或檢測儀器能彎過程必然使其強(qiáng)度有不同程度的降低。因此,對(duì)順利通過的要求。根據(jù)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(guī)定,彎管的曲率半徑的計(jì)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(jù)GB50470-2008加工后的鋼管機(jī)械性能σ,作為成品熱煨彎管的σ,《油氣輸送管道線路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.1.4指標(biāo),而應(yīng)以冷加工后的鋼管機(jī)械性能σ,的75%條的規(guī)定,需抗震設(shè)防的埋地管道,當(dāng)設(shè)置熱煨彎頭作為熱煨彎管的σ,指標(biāo)。時(shí),其曲率半徑不得小于6D;當(dāng)設(shè)置冷彎管時(shí),其曲壁厚增大系數(shù)對(duì)彎管壁厚的影響率半徑不得小于30D根據(jù)GB50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)因此,天然v“中國煤化工抽率半徑通范》第53.3條的規(guī)定彎管的管壁厚度應(yīng)按下式常取為30D,熱CNMHG為6D。根計(jì)算:據(jù)式(3)計(jì)算的厚增入爾雙紹米見衣2。B27第31卷第9期煤氣與熱力www.watergasheat.com表2壁厚增大系數(shù)計(jì)算結(jié)果考慮壁厚減薄率的彎管壁厚計(jì)算公式如下彎管名稱彎管曲率半徑R壁厚增大系數(shù)m(5)冷彎彎管」熱煨彎管6D1.056彎管壁厚的計(jì)算5壁厚減薄率對(duì)彎管壁厚的影響本文以敷設(shè)在三級(jí)地區(qū)(強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)F取壁厚減薄率是指母管實(shí)際壁厚和彎管外弧側(cè)壁0.4),設(shè)計(jì)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L360MB的城鎮(zhèn)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(nèi)側(cè)管壁(即彎彎管、熱煨彎管的壁厚計(jì)算。彎管的內(nèi)弧側(cè))受壓力,管壁由直線形變成圓弧形,對(duì)于冷彎彎管,L360MB的屈服強(qiáng)度為360管壁由于受壓變短而增厚;管道的外側(cè)管壁(即彎MPa,根據(jù)式(1)計(jì)算得到的直管壁厚為5644mm;管的外弧側(cè))受拉力,管壁同樣由直線形變成圓弧根據(jù)式(2)及表2的結(jié)果計(jì)算得到的冷彎彎管的壁形,管壁由于受拉變長而減薄。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(qiáng)度。為保證彎管的強(qiáng)度能夠符合要求,則根據(jù)式(5)及表3的結(jié)果計(jì)算得到的冷彎彎管的壁彎管應(yīng)具有一定的厚度。壁厚減薄率的數(shù)據(jù),一方厚為5.795mm。面是根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求確定,另一方面是通過理對(duì)于熱煨彎管,L360MB的屈服強(qiáng)度應(yīng)按360論分析推導(dǎo)的公式進(jìn)行計(jì)算。MPa的75%即270MPa考慮,根據(jù)式(1)計(jì)算得到5.1規(guī)范要求的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的直管壁厚為7.525mm;根據(jù)式(2)及表2的結(jié)果GB50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》中要求計(jì)算得到的熱煨彎管的壁厚為7.901mm;考慮到生彎管的壁厚計(jì)算按GB50251-—2003《輸氣管道工程產(chǎn)加工時(shí)的壁厚減薄率,根據(jù)式(5)及表3的結(jié)果設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求執(zhí)行。而GB50251-2003《輸氣計(jì)算得到的熱煨彎管的壁厚為8559mm。管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》沒有規(guī)定彎管的壁厚減薄率,計(jì)算得到的彎管的壁厚應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求只要求彎管最薄厚度不小于直管段的厚度,強(qiáng)度不進(jìn)行圓整,同時(shí)應(yīng)與線路直管段的壁厚相匹配低于管材的最小屈服強(qiáng)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(xiàn):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(jì)算數(shù)據(jù)確定[J].煤氣與熱力,2011,31(4):B04-B05.壁厚減薄率的理論計(jì)算公式是根據(jù)質(zhì)量守恒原理,以外側(cè)管壁的減薄量等于內(nèi)側(cè)管壁的增厚量為基礎(chǔ)推導(dǎo)而出。文獻(xiàn)[1]給出的彎管壁厚減薄率的計(jì)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(jù)式(4)計(jì)算的壁厚減薄率結(jié)果見表3作者簡介:周春(1981-),男,江蘇阜寧人,工程師,學(xué)士,表3壁厚減薄率計(jì)算結(jié)果從事燃?xì)?、熱力工程設(shè)計(jì)工作。彎管名稱彎管曲率半徑R壁厚減薄率/%冷彎彎管e mHa中國煤化工熱煨彎管607.69CNMHGB28