天然气高压管道弯管壁厚的计算

第3]卷第9期煤气与热力Vol, 31 No 92011年9月gas heatSep. 2011滑》》》炉炉浸》》》2A燃气标准规范oe 8nxkxe5uerene&天然气高压管道弯管壁厚的计算周春!,时荣剑2,汪宜文(1.中机国际工程设计研究院有限責任公司,江苏南京210042;2.东南大学建筑设计研究院,江苏南京210096)摘要:通过对GB50251-2003《输气管道工程设计规范》、GB50028-2006《城镇燃气设计规范》中关于弯管的相关要求、壁厚增大系数、壁厚减薄率等参数进行分析,确定弯管壁厚的计算方法。关键词:高压管道;弯管;壁厚增大系数;壁厚减薄率中图分类号:TU996文献标识码:B文章编号;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)天然气高压管道经常采用弹性敷设、冷弯弯管和热煨弯管来实现管道在水平或竖向的转角。本文式中8—钢管计算壁厚,mm主要通过对制作弯管的直管壁厚的计算、直管的热设计压力,MPa处理状态引起的屈服极限的变化、环向应力分布不D—钢管外径,mm均匀引起的壁厚增大系数、弯制过程中引起的壁厚o,—钢管的最低屈服强度,MPa减薄率等因素进行分析,从而确定弯管的计算壁厚。φ-焊缝系数,按规定选取1.02直管壁厚的计算F—强度设计系数无论是冷弯弯管还是热煨弯管均是采用直管弯3直管屈服强度对弯管壁厚的影响制而成,因此,要计算弯管的壁厚首先应确定直管的在进行直管壁厚的计算时,屈服强度σ,是一个壁厚。GB50251-2003《输气管道工程设计规范》很重要的参数。管道材质不同,其屈服强度则不同。和GB5008-2006《城镇燃气设计规范》中关于直管道交货的热处理状态不同,其屈服强度也不同。管的壁厚计算公式是一致的,均是采用弹性失效准尤其值得注产的气洋方九外理状态。则,以最大剪应力理论推导而得。直管壁厚应按下GB 50规范》第6.4.7式进行计算:条规定:对]灬加上人处理的钢管,当B26www.watergasheat.com周春,等:天然气高压管道弯管壁厚的计算第3l卷第9期加热温度高于320℃(焊接除外)或采用经过冷加工或热处理的钢管煨弯成弯管时,则在计算该钢管4R-D或弯管壁厚时,其屈服强度应取该管材最低屈服强4R-2D度(o)的75%。式中δ——弯头或弯管的管壁计算厚度,mmGB50251-2003《输气管道工程设计规范》第弯头或弯管所迕接的直管段管壁计算5.1.5条与GB50028-2006《城镇燃气设计规范》厚度,mm的第6.4.7条的规定是一致的。该条文指出:钢管m——弯头或弯管的管壁厚度增大系数的冷加工(控轧、冷扩等),由于应变硬化现象和钢R——弯头或弯管的曲率半径,mm管形变热处理,管材的屈服强度能提高20%D——弯头或弯管的外径,30%。但由于形变提高的屈服强度会随着回火温度此公式主要是考虑弯管在流体压力的作用下的提高而逐渐消失。一般在300~320℃出现一个产生的环向应力沿弯管截面的分布是很不均匀的。大的相组织变化,在480-485℃强化的效果基本消产生的最大环向应力在弯管的内凹点,该点应力比失。故规范强调冷加工的管材又进行热处理时,其直管产生的环向应力大,其增大倍数称为内压作用屈服强度应取冷加工管材屈服强度的75%。下弯头的应力增大系数。因此,在计算弯管壁厚时,通常,天然气高压管道采用符合GB/T971].应在直管壁厚的基础上,考虑一个管壁厚度增大系2-1999《石油天然气工业输送钢管交货技术条件数m。系数m是弯头的曲率半径R与外径D的函第2部分:B级钢管》质量标准的钢管。以L360钢数。曲率半径R越大,弯头的管壁厚度增大系数m管为例,该标准中对L360有3种供货方式,分别为越小,弯头厚度需要的增大量越小,反之越大。L360NB(正火或形变正火)、I360QB(淬火加回火)根据GB50251-2003《输气管道工程设计规和I360MB(形变热处理)。该标准中的第73条注范》第43.13条的规定冷弯弯管的最小曲率半径指出,在对以淬火加回火或形变热处理状态交货见表1的钢管进行热加工成型和(或)随后进行现场热处表1冷弯弯管的最小曲率半径理时会出现力学性能的不良变化。该标准的第3.3.2条指出,形变热处理是一种形变过程。在此过公称直径/mm最小曲率半径程中,最终形变在一定温度范围内完成,使得材料具≤30018D有单独采用热处理无法达到或重复的某些性能。若随后加热至580℃以上会降低强度值。对于冷弯弯管而言,制作过程没有采用二次热处理。因此,管道交货状态而引起的屈服强度变化≥500对其壁厚的计算没有影响。根据GB50251-2003《输气管道工程设计规对于热煨弯管而言,管子煨弯的加热温度一般范》第4.3.13条的规定,弯头的曲率半径应大于或为800~1000℃,对于形变热处理状态的钢管,热等于其外径的4倍,并应满足清管器或检测仪器能弯过程必然使其强度有不同程度的降低。因此,对顺利通过的要求。根据SY/T5257-—2004《油气输釆用形变热处理钢管作为母管的热煨弯管,其壁厚送用钢制弯管》第3.1条的规定,弯管的曲率半径的计算需注意母材的供货热处理状态。即不能以冷不小于其外径的5倍。同时,根据GB50470-2008加工后的钢管机械性能σ,作为成品热煨弯管的σ,《油气输送管道线路工程抗震设计规范》第7.1.4指标,而应以冷加工后的钢管机械性能σ,的75%条的规定,需抗震设防的埋地管道,当设置热煨弯头作为热煨弯管的σ,指标。时,其曲率半径不得小于6D;当设置冷弯管时,其曲壁厚增大系数对弯管壁厚的影响率半径不得小于30D根据GB50251-2003《输气管道工程设计规因此,天然v“中国煤化工抽率半径通范》第53.3条的规定弯管的管壁厚度应按下式常取为30D,热CNMHG为6D。根计算:据式(3)计算的厚增入尔双绍米见衣2。B27第31卷第9期煤气与热力www.watergasheat.com表2壁厚增大系数计算结果考虑壁厚减薄率的弯管壁厚计算公式如下弯管名称弯管曲率半径R壁厚增大系数m(5)冷弯弯管」热煨弯管6D1.056弯管壁厚的计算5壁厚减薄率对弯管壁厚的影响本文以敷设在三级地区(强度设计系数F取壁厚减薄率是指母管实际壁厚和弯管外弧侧壁0.4),设计压力为4.0MPa,管道外径为406.4mm厚之差与母管实际壁厚之比。天然气高压管道进行材质为L360MB的城镇天然气高压管道为例进行冷弯制时,该管段将受力变形。管道的内侧管壁(即弯弯管、热煨弯管的壁厚计算。弯管的内弧侧)受压力,管壁由直线形变成圆弧形,对于冷弯弯管,L360MB的屈服强度为360管壁由于受压变短而增厚;管道的外侧管壁(即弯MPa,根据式(1)计算得到的直管壁厚为5644mm;管的外弧侧)受拉力,管壁同样由直线形变成圆弧根据式(2)及表2的结果计算得到的冷弯弯管的壁形,管壁由于受拉变长而减薄。管壁减薄会降低厚为5.700m;考虑到生产加工时的壁厚减薄率,管道的强度。为保证弯管的强度能够符合要求,则根据式(5)及表3的结果计算得到的冷弯弯管的壁弯管应具有一定的厚度。壁厚减薄率的数据,一方厚为5.795mm。面是根据相关规范的要求确定,另一方面是通过理对于热煨弯管,L360MB的屈服强度应按360论分析推导的公式进行计算。MPa的75%即270MPa考虑,根据式(1)计算得到5.1规范要求的经验数据的直管壁厚为7.525mm;根据式(2)及表2的结果GB50028-2006《城镇燃气设计规范》中要求计算得到的热煨弯管的壁厚为7.901mm;考虑到生弯管的壁厚计算按GB50251-—2003《输气管道工程产加工时的壁厚减薄率,根据式(5)及表3的结果设计规范》的要求执行。而GB50251-2003《输气计算得到的热煨弯管的壁厚为8559mm。管道工程设计规范》没有规定弯管的壁厚减薄率,计算得到的弯管的壁厚应根据相关规范的要求只要求弯管最薄厚度不小于直管段的厚度,强度不进行圆整,同时应与线路直管段的壁厚相匹配低于管材的最小屈服强度即可。目前,SYT525700油气输送用钢制弯管》要求弯管的壁厚减薄参考文献:率不得大于9%。[1刘志仁,陶春辉.天然气高压管道弯管壁厚减薄率的52理论公式的计算数据确定[J].煤气与热力,2011,31(4):B04-B05.壁厚减薄率的理论计算公式是根据质量守恒原理,以外侧管壁的减薄量等于内侧管壁的增厚量为基础推导而出。文献[1]给出的弯管壁厚减薄率的计算公式如下:CD2R+D式中C—弯管的壁厚减薄率由此公式可以看出,弯管的壁厚减薄率主要取决于弯管的曲率半径。曲率半径R越大,壁厚减薄率C越小,反之越大。根据式(4)计算的壁厚减薄率结果见表3作者简介:周春(1981-),男,江苏阜宁人,工程师,学士,表3壁厚减薄率计算结果从事燃气、热力工程设计工作。弯管名称弯管曲率半径R壁厚减薄率/%冷弯弯管e mHa中国煤化工热煨弯管607.69CNMHGB28