天然气高压管道弯管壁厚的计算

天然气高压管道弯管壁厚的计算

2011-11-21周春时荣剑汪宜文

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摘要：通过对GB 50251—2003《输气管道工程设计规范》、GB 50028—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Calculation of Bend Wall Thickness of Natural Gas High-pressure Pipeline

ZHOU Chun，SHI Rongjian，WANG Yiwen

Abstract：Through the analysis of the relevant requirements for bend in Code for Design of Gas Transmission Pipeline Engineering(GB 50251—2003)and Code for Design of City Gas Engineering (GB 50028—2006)as well as the wall thickness increase coefficient and wall thickness thinning rate，the caleulation method of bend wall

thickness is deterrnined.

Key words：high-pressure pipeline；bend；wall thickness increase coefficient；wall

thickness thinning rate

1概述

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。本文主要通过对制作弯管的直管壁厚的计算、直管的热处理状态引起的屈服极限的变化、环向应力分布不均匀引起的壁厚增大系数、弯制过程中引起的壁厚减薄率等因素进行分析，

从而确定弯管的计算壁厚。

2直管壁厚的计算

无论是冷弯弯管还是热煨弯管均是采用直管弯制而成，因此，要计算弯管的壁厚首先应确定直管的壁厚。GB 50251—2003《输气管道工程设计规范》和GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》中关于直管的壁厚计算公式是一致的，均是采用弹性失效准则，以最大剪应力

理论推导而得。直管壁厚应按下式进行计算：

式中δ——钢管计算壁厚，mm

p——设计压力，MPa

D——钢管外径，mm

——钢管的最低屈服强度，MPa

σ

s

φ——焊缝系数，按规定选取1.0

F——强度设计系数

3直管屈服强度对弯管壁厚的影响

在进行直管壁厚的计算时，屈服强度σ

s

是一个很重要的参数。管道材质不同，其屈服强

度则不同。管道交货的热处理状态不同，其屈服强度也不同。尤其值得注意的是管道交货的

热处理状态。

GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》第6.4.7条规定：对于采用经冷加工后又经热处理的钢管，当加热温度高于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，

则在计算该钢管或弯管壁厚时，其屈服强度应取该管材最低屈服强度(σ

s

)的75%。

GB 50251—2003《输气管道工程设计规范》第5.1.5条与GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》的第6.4.7条的规定是一致的。该条文指出：钢管的冷加工(控轧、冷扩等)，由于应变硬化现象和钢管形变热处理，管材的屈服强度能提高20%～30%。但由于形变提高的屈服强度会随着回火温度的提高而逐渐消失。一般在300～320℃出现一个大的相组织变化，在480～485℃强化的效果基本消失。故规范强调冷加工的管材又进行热处理时，其屈服强度应

取冷加工管材屈服强度的75%。

通常，天然气高压管道采用符合GB/T 9711.2—1999《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分：B级钢管》质量标准的钢管。以L360钢管为例，该标准中对L360有3种供货方式，分别为L360NB(正火或形变正火)、L360QB(淬火加回火)和L360MB(形变热处理)。该标准中的第7.3条注8指出，在对以淬火加回火或形变热处理状态交货的钢管进行热加工成型和(或)随后进行现场热处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。在此过程中，最终形变在一定温度范围内完成，使得材料具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

强度变化对其壁厚的计算没有影响。

对于热煨弯管而言，管子煨弯的加热温度一般为800～1000℃，对于形变热处理状态的钢管，热弯过程必然使其强度有不同程度的降低。因此，对采用形变热处理钢管作为母管的热

煨弯管，其壁厚的计算需注意母材的供货热处理状态。即不能以冷加工后的钢管机械性能σ

s

作为成品热煨弯管的σ

s 指标，而应以冷加工后的钢管机械性能σ

s

的75%作为热煨弯管的σ

s

指标。

4壁厚增大系数对弯管壁厚的影响

根据GB 50251—2003《输气管道工程设计规范》第5.3.3条的规定，弯管的管壁厚度应

按下式计算：

式中δ

b

——弯头或弯管的管壁计算厚度，mm

δ——弯头或弯管所连接的直管段管壁计算厚度，mm

m——弯头或弯管的管壁厚度增大系数

R——弯头或弯管的曲率半径，mm