天然气管线的壁厚选择

天然气管线的壁厚选择
1.石油天然气站场及集输管线
1）管线选择有关规范
《高压化肥设备用无缝钢管》GB6479-2000
《高压锅炉用无缝钢管》GB5310-
《输送流体用无缝钢管》GB/T8163-1999
《流体输送用不锈钢无缝钢管》GB/T14976－2002
2）管线壁厚计算
直管段钢管壁厚根据《油气集输设计规范》(GB50350-2005)第8.1.4条的规定计算：
δ=pD
+C
2σs Fφ
式中:
δ---钢管计算壁厚，mm；
p---设计压力，MPa；
D---管道外径，mm；
бS---钢管最低屈服强度，MPa；
F---设计系数
Ф---焊缝系数（取1）；
C---腐蚀裕量附加值，mm
根据《油气集输设计规范》第8.2.8条：
油气集输管道处于野外地区时，设计系数F取0.72；处于居住区、站场内部或传跨越铁路、公路、小河渠时，设计系数取0.60。

小河渠指多年平均水位水面宽度小于20m的河渠。

油气集输管道的腐蚀裕量C，对于轻微腐蚀环境不应大于1mm，对于较严重腐蚀环境应根据实际情况确定。

根据《油气集输设计规范》第8.3.7条：
天然气集输管道设计系数根据现行国家标准《输气管道工程设计规范》GB50251中的有关规定取值，当管道输送含有H2S等酸性天然气时，F取值不
得低于二级；
腐蚀裕量附加值C，当管道输送含有水和H2S、CO2等酸性介质时，根据腐蚀程度及采取防腐措施，其余情况下不计腐蚀裕量附加值。

（根据《天然气脱水设计规范》7.0.2条对酸性天然气或CO2分压大于0.021MPa的湿天然气，且会引起电化学腐蚀时，设备必须采取防腐措施。

硫化氢分压的计算方法应符合《天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求》SY/T0599的有关规定。

）
3）弯头弯管壁厚计算
根据《油气集输设计规范》GB50350-2005中第8.6.11条的规定，弯头、弯管壁厚计算公式如下：
δb=δ×m
m=（4R-D）/（4R-2D）
式中：
δb---弯头或弯管计算壁厚，mm；
δ---弯头或弯管所连接的同材质直管的计算壁厚，mm；
m---弯头或弯管壁厚增大系数；
R---弯头或弯管的曲率半径（mm），为弯头或弯管外直径的倍数；
D---弯头或弯管外径，mm。

2.天然气长输管道及其站场
1）管线选择有关规范
天然气长输管道的线路用管一般执行《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第二部分：B级钢管》GB/T9711.2。

2）管线壁厚计算公式
根据《输气管道工程设计规范》GB50251-2003第5.1.2条的壁厚计算公式进行管道壁厚计算（计算所得的管壁厚度应向上圆整至钢管的壁厚δn）：
δ=PD
2σsφFt
式中:
δ---钢管计算壁厚(cm)；
P---设计压力(MPa)；
D---钢管外径(cm)；
бS--钢管的最小屈服强度(MPa)；
F---强度设计系数按规范中表4.2.3和4.2.4选取；
Φ---焊缝系数；
t---温度折减系数.当温度小于120℃时,t值取1.0。

输气管道的强度设计系数：
表2-1强度设计系数
表2-2穿越铁路、公路及输气站内管道的强度设计系数
输气管道的最小壁厚应符合下表：
表1-3最小管壁厚度mm
500、550 6.01500、160013.0 3）弯头弯管的壁厚计算
冷弯弯管曲率半径一般取40D，采用与线路相同的防腐管制作。

热煨弯头曲率半径一般为Rh=6D。

根据《输气管道工程设计规范》GB50251-2003中第5.3.3条的规定，弯头弯管壁厚计算公式如下：
δb=δ·m
m=（4R-D）/（4R-2D）
式中：
δb---弯头或弯管计算壁厚，mm；
δ---弯头或弯管所连接的同材质直管的计算壁厚，mm；
m---弯头或弯管壁厚增大系数；
R---弯头或弯管的曲率半径（mm），为弯头或弯管外直径的倍数；
D---弯头或弯管外径，mm。

4）管道校核
（1）强度校核
在埋地直管段中可产生因泊松效应应力，温度应力以及由内压产生的轴向力引起的轴向应力，必须进行当量应力校核，受约束的埋地直管段轴向应力计算和当量应力校核。

按《输气管道工程设计规范》GB50251-2003中附录B的公式计算。

由内压和温度引起的轴向应力按下式计算：
бL=μбh+Eа（t1-t2）
σh=Pd 2δn
式中：бL——管道的轴向应力，拉应力为正，压应力为负（MPa）;
μ——泊桑比，取0.3；
бh——由内压产生的管道环向应力（MPa）；
P——管道设计内压力（MPa）；
d——管子内径（cm）；
δn——管子公称壁厚(cm)；
2KwD m E —— 钢材弹性模量（MPa ），对碳钢≈2.06×105; а ——钢材的线膨胀系数（℃-1），对碳钢≈1×10-5；
t 1—— 管道下沟回填时温度(℃),取 30； t 2——管道的工作温度(℃)，取 15。

受约束热胀直管段，按最大剪应力强度理论计算当量应力，并应符合下列 表达式的要求：
бe =бh -бL <0.9бs
式中:бe ——当量应力（MPa ）；
бs ——管子的最低屈服强度（MPa ）；
对一种规格的钢管，只需要对最小的壁厚进行稳定性校核即可。

（2）径向稳定性校核
管子需要有一定的刚度，否则在施工中会造成管子变形，由于管子的刚性 与材料强度无关，而与材料的弹性模量、直径与壁厚比有关，因各种等级钢号 的弹性模量相同，故只考虑直径与壁厚比即可。

一般情况下只对外径与壁厚比
大于 140 的管道和埋设超过 2.5m 深或外荷载较大的管道才应进行稳定性校核。

根据规范 5.1.4 条，当管道埋设较深或外荷载较大时，管道的径向稳定性 应按无内压状态校核：
ΔX≤0.03D
∆X =
3
8EI + 0.061EsD m
3
W ＝W 1+W 2 I=δn3/12
ΔX——钢管水平方向最大变形量（m ）；
D m ——钢管平均直径（m ）
； W ——作用在单位管长上的总竖向荷载（N/m ）；
W 1 ——单位管长上的竖向永久荷载（N/m ）； W 2 ——地面可变荷载传递到管道上的荷载（N/m ）； Z——钢管变形滞后系数，宜取 1.5。

K ——基床系数。

根据附录 D ，取 0.103； E ——管材弹性模量（N/m 2）；
I——单位管长截面惯性矩（m4/m）；
δn——钢管公称壁厚（m）；
E S——土壤变形模量（N/m2），根据附录D，取2.8。

3.城镇燃气站场及输配气管线
1）管道设计压力分级
表3-1城镇燃气管道设计压力（表压）分级
2）管线选择的有关规范
聚乙烯燃气管道应符合《燃气用埋地聚乙烯管材》GB15558.1和《燃气用埋地聚乙烯管件》GB15558.2；
机械接口球墨铸铁管道应符合《水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件》GB/T13295；
钢骨架聚乙烯塑料复合管道应符合《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管》
CJ/T125和《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管件》CJ/T126；
钢管采用焊接钢管、镀锌钢管或无缝钢管，应分别符合《低压流体输送用焊接钢管》GB/T3091、《输送流体用无缝钢管》GB/T8163；
高压、次高压燃气管道应采用钢管，其管材管件应符合《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第一部分：A级钢管》GB/T9711.1（L175级钢管除外）、《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第二部分：B级钢管》
GB/T9711.2、《输送流体用无缝钢管》GB/T8163，或不低于以上三种标准相应
要求的其它钢管。

三、四级地区高压燃气管道管材不应低于L245。

地下次高压
表 3-2
强度设计系数
表 3-3 穿越铁路、公路人员聚集场所的管道以及门站、储配站、调压站内管道
的强度设计系数
B 燃气管道也可采用 Q235B 焊接钢管。

3）管线的壁厚计算
次高压钢制燃气管道直管段计算壁厚应按规范
根据《城镇燃气设计规范》GB50028-2006 第 6.4.6 条的壁厚计算公式进行 管道壁厚计算：
δ = PD
2σs φF
式中:
δ---钢管计算壁厚(cm)； P ---设计压力(MPa)； D ---钢管外径(cm)；
бS --钢管的最小屈服强度(MPa)；
F ---强度设计系数按规范中表 6.4.8 和 6.4.9 选取； Φ---焊缝系数。

燃气管道的强度设计系数：
表3-4次高压钢质燃气管道最小公称壁厚
3）管线的强度、稳定性等校核按《输气管道工程设计规范》GB50251的
[[
人员聚集场所的管道0.40.4
相应规定进行。

4.输油管道
1）管道壁厚计算
δ=PD
2σ]
σ]=Kφδs
式中:
δ---钢管计算壁厚(mm)；
P---设计内压力(MPa)；
D---钢管外直径(mm)；
[σ]--钢管许用应力(MPa)；
K—设计系数，输送C5及C5以上的液体管道除穿跨越管段按《原油和天
然气输送管道穿跨越工程设计规范》SY/T0015的规定取值外，输油站外一般地段取0.72；输送液态液化石油气（LPG）管道设计系数的取值，见规范附录E；
бS--钢管的最低屈服强度(MPa)；
φ---焊缝系数。

规范第5.4.4条：当管道及管件的壁厚极限偏差符合国家现行标准的规定时，不应再增加管壁的裕量。

2）管道校核（规范5.5和5.6节）
管道的强度校核与输气管道公式相同。

对加热输送的埋地管道，应验算管道的轴向稳定，并应符合下式
N≤N cr
n N=αE(2-t1)+(0.5-μσh]A
[t)。