油气长输管道壁厚计算及选用
1 输油管道根据《输油管道工程设计规范》(GB50253—
2003)5.2.1和5.4.1,许用应力[ ]= (K为输
油管道设计系数; 为焊缝系数,一般取1.0;or 为钢
管的最低屈服强度,MPa)。输油管道壁厚计算公式为
=
式中:6为管道计算壁厚,mm;p为设计压力,MPa;D
为钢管外径,mm.
1.1 普通线路段
原油管道和成品油管道危险程度远小于输气管
道,因此,原油管道和成品油管道一般不规定沿线地
区等级划分,只规定管道同建(构)筑物的最小间距。
《输油管道工程设计规范》(GB50253—2003)规定,K
在输油站外一般地段取0.72,输送液态液化石油气
(LPG)管道在事故状态下其爆炸危险性不亚于输气管
道,设计系数取值应按输气管道数据选取。
1.2 穿跨越段
考虑到环境保护和穿跨越人工或天然障碍物事
故抢修的困难,穿跨越段采取了降低强度设计的办法
收稿日期:2011—02—22 收修改稿13期:2011—06—21
即提高管道壁厚来提高管道强度的安全裕量。《油气
输送管道穿越工程设计规范》(GB50423—2007)3.2.4
和3.2.5给出的公式可以归结起来和GB50253一致,
设计系数的取值见表3.2.4。小型穿越和Ⅲ、Ⅳ级公
路有套管穿越的设计系数与普通段的设计系数是相
同的,这主要是工程中小型穿越和Ⅲ、Ⅳ级公路有套
管穿越大量存在,考虑到抢修容易,且有足够的安全
裕量,避免沿线管道壁厚变化太过频繁。
跨越工程等级是以跨度大小为原则来划分的,因
此不同的跨越工程等级必须采用不同的强度许用应
力来确保管桥系统的安全,《油气输送管道跨越工程
设计规范》(GB50459—2009)3.1.3规定,跨越管道设
计系数符合表l规定。
表1 跨越管道设计系数
注:甲类应为通航河流、电气化铁路和高速公路跨越,乙类应为非
通航河流及其他障碍跨越。
另外,选用钢管的径厚比不应大于100,若管段未
采取防腐蚀控制措施,钢管壁厚应考虑腐蚀裕量,按
第6期 唐治国等:油气长输管道壁厚计算及选用 53
使用年限和腐蚀速率计算。
1.3 输油站
GB50253—2003规定,输油站内的许用应力应按
现行国家标准《钢制压力容器》(GB150)和现行美国
标准《工艺管线》(ASME B31.3)的规定选取。ASME
B31.3—2008表A一1列出了各种金属材料的基本许
用应力,表2是摘录整理出的API 5L常用钢号和对应
的钢级的基本许用应力。
表2 常用钢号或钢级的基本许用应力和最低屈服强度
2 输气管道
根据《输气管道工程设计规范》(GB50251—
2003),输气管道壁厚计算公式为
6= p D
式中:F为输气管道设计系数;f为温度折减系数,当温
度小于120 oC时,取1.0。
2.1 普通线路段
《输气管道工程设计规范》(GB50251—2003)规
定,按沿线居民户数和(或)建筑物的密集程度划分为
4个地区等级,一至四级地区设计系数分别为0.72、
0.6、0.5和0.4。
2.2 穿跨越段
其设计系数在输油管道一节中已经包含。
2.3 输气站
GB50251—2003的4.2.4规定,输气站内管道及
其上下游各200 nl管道,截断阀室管道及其上下游各
50 in管道(其距离从输气站和阀室边界线起算),人群
聚集场所的管道,设计系数在一至四级地区分别为
0.5、0.5、0.5和0.4。
输气管道在确定设计系数时,在特殊地段和地区
等级上不能混淆。如在一级地区的特殊地段一穿
(跨)越河流、铁路、公路及输气站附近,不能套用地区
等级来确定设计系数,在两者出现不一致时应该采取
就高不就低的原则。
3 管道壁厚的选用
管道的计算壁厚向上圆整至相近的公称壁厚,即
得到钢管的选用壁厚,要注意的是GB50251表5.1.3
规定了输气管道的最小壁厚(表3)。
表3 最小管壁厚度 mm
钢管公称直径最小壁厚 钢管公称直径 最小壁厚
1oo、150 2.5 600、650、7oo 6.5
2oo 3.5 750 800 850 900 6 5
250 4.0 950、1 ooo 8.0
300 4.5 1 050、1 lOO、1 15o、1 200 9.o
350、400、450 5.0 1 300、1 400 11.5
50o、550 6.o 1 500、1 600 13.0
GB971 1.2—1999~石油天然气工业输送钢管交货
技术条件B级钢管》表8推荐了优先选用的外径和壁
厚,为了方便管材的采购,尽量选择优选壁厚。
4 应用实例
某输油管道工程设计压力6.3 MPa,干线选用
D457mm材质L360螺旋埋弧焊钢管,站场DN≥250
选用L360钢管,DN<250选用20#钢管,计算并选取
一般线路段管道、无套管穿越Ⅲ、Ⅳ级公路段及站场
D355.6 mm钢管(按设计压力6.3 MPa)的壁厚。
一般线路段钢管壁厚(P=6.3 MPa,D=457 mm,
K=0.72, :360 MPa):
=面pD =5.55 mm
壁厚6可以选用公称壁厚5.6 mm.
无套管穿越Ⅲ、Ⅳ级公路段钢管壁厚(P=6.3
MPa,D=457 mm,K=0.6, =360 MPa):
=
pD
: 6.66 mm
壁厚 可以选用公称壁厚7.1 mm.
站场用钢管壁厚(P=6.3 MPa,D=355.6 mm,
[ ]=152 MPa):
6: :7.37 mm
L J
壁厚6可以选用公称壁厚8 mm.
5 结束语
管道壁厚计算重点明确管道所处地段或地区等
级,进而确定管道设计系数,确定出的管道壁厚还应
根据各种载荷条件进行校核,在选取壁厚时,尽量选
择优选壁厚
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