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：

δσφ

=

+pD

F C s 2

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H 2S 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H 2S 、CO 2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》GB 50350-2005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 ）：

Ft

s PD

φσδ2=

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

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》GB 50251-2003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：

б

L =μб

h

+Eа（t

1

-t

2

）

n

h

Pd

δ

σ

2

=

式中：б

L

——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；

б

h

——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）；

δ

n

——管子公称壁厚(cm)；

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

3

3

061.082m m

EsD EI KwD X +=∆ W ＝W 1+W 2

I=δn 3/12

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（m 4/m ）；