國內(nèi)外管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中管道壁厚計算方法差異

陸育

摘要：中國在中亞地區(qū)運(yùn)營多條輸油氣管道，由于各國的管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不同，標(biāo)準(zhǔn)水平也存在一定的差異，這在一定程度上加重了管道的投資力度，因此本文就國內(nèi)外管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中管造壁厚計算方法的差異進(jìn)行研究分析，尤其是對中國和俄羅斯管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中管造壁厚計算方法進(jìn)行闡述，進(jìn)而為國內(nèi)外新建管道工程設(shè)計提供有效的參考依據(jù)，從而促使我國經(jīng)濟(jì)得到進(jìn)一步的提升和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：國內(nèi)外管道;設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);中管道壁厚;計算;差異

前言：

中亞是中國海外石油投資的重要區(qū)域，但由于各國的管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)水平存在差異，致使中國在中亞地區(qū)建設(shè)石油輸管道過程中遇到各種各樣的問題，尤其是管道建設(shè)周期變長、商討管的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)耗時較長、管道設(shè)計無法達(dá)到最優(yōu)等，這些都會增加管道建設(shè)的成本，因此本文就中國和俄羅斯的管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中管造壁厚計算方法的差異進(jìn)行分析研究，并根據(jù)其中關(guān)鍵參數(shù)含義和取值，計算出各國管道壁厚的計算值。

一、國內(nèi)外管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中壁厚計算方法

（一）中國管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

GB 50251-2015《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定輸氣管道直管道管壁厚度按照：，其中δ是鋼管計算壁厚，D為鋼管外徑，單位是mm;P為設(shè)計壓力，為最小屈服強(qiáng)度，單位是MPa;為焊接接頭系數(shù);F為強(qiáng)度設(shè)計系數(shù)，輸氣管道一級、一級二類、二級、三級及四級地區(qū)的強(qiáng)度設(shè)計系數(shù)分別為：0.8、，072、0.6、0.5和0.4，T為溫度折減系數(shù)，GB 50253-2014《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定輸油管道直管道管壁厚度按照：其中，[]為鋼管許用應(yīng)力，k為設(shè)計系數(shù)=，其取值一般為0.72[1]。由此可見，中國管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的輸油管道和輸氣管道的壁厚計算公式大致相同，不同之處在于強(qiáng)度系數(shù)，這是因為輸氣管道強(qiáng)度系數(shù)是根據(jù)地區(qū)的等級獲取不同的數(shù)值，輸油管道的強(qiáng)度系數(shù)是固定值。但要注意的是，當(dāng)輸氣管道的溫度小于120℃時，其溫度折減系數(shù)對厚壁計算有影響，T值為1.0，要是輸氣管道的溫度在正常范圍內(nèi)，則溫度折減系數(shù)對厚壁計算無太大影響。

（二）俄羅斯管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

SNIP 2.05.06-85-1997《干線管道設(shè)計規(guī)范》中滾到壁厚按照：計算，要是有縱向壓力和周向壓縮應(yīng)力，其管道厚壁按照計算，其中

為管道內(nèi)壓力的可靠性系數(shù)，其值為1.1;R1為計算抗拉強(qiáng)度，R1H為標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度，為計算管道壓力及作用力時確定的縱向軸向壓縮應(yīng)力，為管道的雙軸受力系數(shù)，m為管道工作條件系數(shù)，其管道等級分為B、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，管道工作條件系數(shù)分別為0.6、0.75、0.75、0.9、0.9;kl為材料可靠系數(shù)，kH為宇通可靠性系數(shù)，其值一般為1.

二、國內(nèi)外管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中壁厚計算方法差異分析

（一）中俄管道理論基礎(chǔ)

俄羅斯管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是以壁厚計算為基礎(chǔ)，將壁厚計算的相關(guān)因素考慮的較為全面，尤其是管道內(nèi)壓力的可靠性系數(shù)、管道工作條件系數(shù)以及材料可靠性系數(shù)等方面，而中國管得道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以強(qiáng)度設(shè)計系數(shù)、溫度折減系數(shù)及焊接接頭系數(shù)為基礎(chǔ)。此外，俄羅斯管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中壁厚計算是以標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為理論基礎(chǔ)，而中國管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中壁厚計算是以鋼管的最小屈服強(qiáng)度為理論基礎(chǔ)，同時俄羅斯管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)還將縱向和軸向壓縮應(yīng)力的情形考慮在內(nèi)，而中國則沒有考慮這一情況。

（二）中俄管道設(shè)計理念

中國管道設(shè)計的設(shè)計理念是根據(jù)管道沿線人口密度劃分的，將其劃分為四個地區(qū)等級，不同地區(qū)采用不同的強(qiáng)度設(shè)計系數(shù)，簡單的說，就是根據(jù)管材的屈服度來確定壁厚，同時中國在計算管道壁厚時，考慮了強(qiáng)度設(shè)計系數(shù)、溫度折減系數(shù)及焊縫系數(shù)，而俄羅斯因為地廣人稀，因此俄羅斯在設(shè)計管道標(biāo)準(zhǔn)時沒有考慮管道沿線人口密度劃分問題，但俄羅斯是以可靠性理念為設(shè)計依據(jù)，綜合考慮管道的壓力負(fù)荷、管材特性及施工環(huán)境等因素，它是以管材抗拉強(qiáng)度來確定壁厚，因此俄羅斯計算管道壁厚的方法覆蓋率較為全面，尤其是負(fù)載可靠性系數(shù)、管段性質(zhì)等級及管道工作條件系數(shù)等。

三、國內(nèi)外管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中壁厚計算方法的選擇

（一）高綱級

中亞、中俄油氣管道都是屬于大口徑、高壓力、高綱級管道，它們的特點(diǎn)是管線鋼管會隨著等級的提高屈服強(qiáng)度與屈強(qiáng)比值，屈強(qiáng)比越低，管材變形從初始到斷裂容量就會越大，就可以有效的緩解因過量超載而產(chǎn)生的應(yīng)力集中，但屈強(qiáng)比要是過低，就會讓管材的強(qiáng)度收到損失，進(jìn)而導(dǎo)致壁厚過大，屈強(qiáng)比越高，初始塑性變形至斷裂形變?nèi)萘烤蜁冃?，因此，管線鋼管等級越高，其管道安全裕量就會越小，所以有些學(xué)者認(rèn)為X65以上的高等級鋼管以及高寒地區(qū)的管道應(yīng)使用極限載荷的設(shè)計方法、可靠性設(shè)計方針為設(shè)計依據(jù)，以此來保障管道安全運(yùn)行。

（二）普通鋼級

根據(jù)中國標(biāo)準(zhǔn)GB 50251-2015以及俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)SNIP 2.05.06-85-1997管材抗拉強(qiáng)度計算壁厚值，據(jù)了解俄羅斯計算壁厚值較大，鋼管等級由X42提升到X80，中俄管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的壁厚計算值差值最大為4.13mm，最小為2.89mm，其差值范圍可以作為管線鋼管等級高于X65時，就要按照中國GB 50251-2015計算管道壁厚設(shè)計的安全裕量，要是鋼管等級低于X65時，要想節(jié)省管道成本，就要按照中國管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管道壁厚設(shè)計，要是中亞不能采用中國管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管道壁厚設(shè)計時，可采用俄羅斯管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行管道壁厚設(shè)計，爭取讓我國經(jīng)濟(jì)利益得到最大化。

結(jié)語：

綜上所述，各個國家在進(jìn)行管道設(shè)計時，其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計水平都存在差異，致使壁厚計算公式也略有不同，但在原理上大多都符合的要求，只是運(yùn)用參考數(shù)據(jù)略有不同，因此在進(jìn)行國內(nèi)外管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中管道壁厚計算時，要互相借鑒，相互補(bǔ)充和參考，同時還可以利用相關(guān)的管道設(shè)計軟件，對管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中管道壁厚計算結(jié)果進(jìn)行校對，只有這樣才能讓管道設(shè)計工程得到更好的應(yīng)用和發(fā)展，從而推動我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促使我國經(jīng)濟(jì)得到進(jìn)一步的提升。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王曉香.國內(nèi)外超大輸量天然氣管道建設(shè)綜述[J].焊管，2019，41（07）：1-9.

[3]陳東旭，胡磊，王學(xué)等.國內(nèi)外焊后熱處理標(biāo)準(zhǔn)對新型9%Cr熱強(qiáng)鋼管道的適用性[J].中國電力，2017，50（11）：78-83.