有(you)的(de)設計(ji)人員咨詢浙江至德鋼(gang)業(ye)有(you)限公(gong)司(si)工程師工業(ye)管道與(yu)輸氣管道的(de)壁厚(hou)計(ji)算(suan)是否可(ke)以(yi)統一或者互相替代(dai)使(shi)用(yong)？因兩者的(de)壁厚(hou)計(ji)算(suan)具有(you)以(yi)下區(qu)別，所(suo)以(yi)肯定是不能混(hun)用(yong)的(de)。
一、工(gong)業管(guan)道(dao)與輸(shu)氣管(guan)道(dao)直管(guan)壁厚計算公(gong)式(shi)比(bi)較
1. 壁厚計算(suan)理論基礎比較
承受內壓(ya)的(de)直管屬于旋轉(zhuan)殼體(ti)的(de)一(yi)種(zhong)，旋轉(zhuan)殼體(ti)應(ying)(ying)力分析(xi)理論有兩類：一(yi)類是(shi)(shi)忽略(lve)(lve)彎矩(ju)的(de)無力矩(ju)理論一(yi)-薄膜理論，導出的(de)是(shi)(shi)壁(bi)厚計(ji)算的(de)薄膜應(ying)(ying)力公(gong)(gong)式(shi)(shi)，該公(gong)(gong)式(shi)(shi)計(ji)算的(de)是(shi)(shi)沿(yan)壁(bi)厚均勻(yun)分布(bu)的(de)兩向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力，即軸向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力和周(zhou)向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力，忽略(lve)(lve)了(le)徑(jing)向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力。另一(yi)類是(shi)(shi)彈(dan)性(xing)力學應(ying)(ying)力分析(xi)理論一(yi)一(yi)拉美公(gong)(gong)式(shi)(shi)，共三個方向(xiang)(xiang)的(de)應(ying)(ying)力，周(zhou)向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力和徑(jing)向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力沿(yan)壁(bi)厚非線性(xing)分布(bu)，軸向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力沿(yan)壁(bi)厚均勻(yun)分布(bu)。
GB 50251《輸氣管道(dao)工(gong)程設計(ji)規范》采(cai)用(yong)ASME B31.8《輸氣和(he)配(pei)氣管道(dao)系統》的(de)壁(bi)厚(hou)計(ji)算公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)，公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)源于無(wu)力(li)(li)矩理論的(de)薄膜(mo)理論應力(li)(li)公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)。GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059等標準采(cai)用(yong)ASME B31.3《工(gong)藝管道(dao)》的(de)壁(bi)厚(hou)計(ji)算公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)，公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)是拉美公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)經驗近似式(shi)(shi)(shi)(shi)。輸氣管道(dao)壁(bi)厚(hou)計(ji)算公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)理論基(ji)礎采(cai)用(yong)無(wu)力(li)(li)矩理論-薄膜(mo)理論，而(er)工(gong)業管道(dao)采(cai)用(yong)彈性力(li)(li)學(xue)應力(li)(li)分析理論-拉美公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)。
2. 安全系數取值方式的比較(jiao)
輸(shu)氣(qi)(qi)管(guan)道(dao)(dao)(dao)由于需穿越城市、村鎮等，根據管(guan)道(dao)(dao)(dao)通過區域的(de)(de)不同(tong)(tong)條件，采(cai)用(yong)改變管(guan)道(dao)(dao)(dao)應力水(shui)平（即改變管(guan)道(dao)(dao)(dao)壁厚）以強(qiang)度(du)確保管(guan)道(dao)(dao)(dao)自身的(de)(de)安全(quan)，為管(guan)道(dao)(dao)(dao)周(zhou)圍(wei)環境提供安全(quan)保障（采(cai)用(yong)不同(tong)(tong)的(de)(de)強(qiang)度(du)設(she)(she)計系數F）的(de)(de)理念(nian)，同(tong)(tong)時也體(ti)現了管(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)(de)經濟成本的(de)(de)合理性。GB50251中規定的(de)(de)強(qiang)度(du)設(she)(she)計系數F值(zhi)，一級地區為0.8，四級地區為0.4。強(qiang)度(du)設(she)(she)計系數F值(zhi)的(de)(de)規定與取(qu)值(zhi)源自ASME B31.8《輸(shu)氣(qi)(qi)和配氣(qi)(qi)管(guan)道(dao)(dao)(dao)系統》。
工業(ye)管道壁厚(hou)計(ji)算中(zhong)，設計(ji)溫度下的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)許用(yong)(yong)應力(li)(li)(li)由材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)學性能(neng)除以相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)安全系數(shu)而得(de)，GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059規(gui)定(ding)的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)安全系數(shu)與(yu)GB 150中(zhong)材(cai)(cai)料(liao)安全系數(shu)的(de)(de)(de)(de)要求相(xiang)同(tong)。由于(yu)工業(ye)管道處(chu)于(yu)有限(xian)范圍的(de)(de)(de)(de)工廠(chang)環境中(zhong)，材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)安全系數(shu)根據材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)類型和(he)力(li)(li)(li)學性能(neng)（強度極(ji)限(xian)、屈服極(ji)限(xian)、持久強度、蠕變極(ji)限(xian)）的(de)(de)(de)(de)不同(tong)而取(qu)值，按照規(gui)范規(gui)定(ding)選(xuan)取(qu)許用(yong)(yong)應力(li)(li)(li)值。許用(yong)(yong)應力(li)(li)(li)值的(de)(de)(de)(de)大小與(yu)工業(ye)管道所處(chu)的(de)(de)(de)(de)環境條件(jian)完(wan)全無關，在GB／T20801、GB 50316、SH／T 3059等中(zhong)規(gui)定(ding)使用(yong)(yong)應力(li)(li)(li)表中(zhong)的(de)(de)(de)(de)值，既體(ti)現了(le)許用(yong)(yong)應力(li)(li)(li)所表達(da)的(de)(de)(de)(de)安全強度，又體(ti)現了(le)工程設計(ji)的(de)(de)(de)(de)經濟合理性。
輸氣管(guan)道和工業管(guan)道壁厚計算公式(shi)中安全(quan)系數(shu)的(de)區別(bie)，在(zai)安全(quan)理念和規(gui)范(fan)內(nei)容上存在(zai)差異，在(zai)設計上是(shi)無法統一的(de)。
3. 鋼管壁(bi)厚(hou)附加裕(yu)量的(de)比較
輸氣管道在(zai)用(yong)公式(shi)得出計(ji)算壁(bi)厚(hou)之(zhi)后，圓整到(dao)鋼(gang)管標準規(gui)定的(de)壁(bi)厚(hou)，一般沒有考慮(lv)材料厚(hou)度偏差(cha)和(he)腐蝕裕量(liang)(liang)。但是ASME B31.8規(gui)定采用(yong)該規(gui)范所列(lie)鋼(gang)管，已經(jing)考慮(lv)了鋼(gang)管的(de)壁(bi)厚(hou)負偏差(cha)，并且加了裕量(liang)(liang)，例如，如采用(yong)API5L，則不必再另加厚(hou)度負偏差(cha)了。
工業管道的壁厚計算公式中則明確規定了應該考慮厚度減薄附加量C1和腐蝕磨蝕附加量C2。
二、鋼管材料選用(yong)的比較
由于輸氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)距離長(chang)，鋼管(guan)(guan)用(yong)(yong)量大，天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)輸送量大，輸氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)朝著高壓力、大直(zhi)徑方(fang)向發(fa)展，鋼管(guan)(guan)材料也朝著高強度(du)、微合金(jin)的(de)方(fang)向發(fa)展。與輸氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)工(gong)程(cheng)相配套的(de)鋼管(guan)(guan)也有了自成體系的(de)鋼管(guan)(guan)標準，在(zai)國際上(shang)得到廣泛(fan)應用(yong)(yong)的(de)鋼管(guan)(guan)標準是(shi)(shi)美國標準API5L。該標準的(de)最高鋼級為L830M（PSL2），規定的(de)屈(qu)服強度(du)最小值為830 MPa。ISO 3183《石油天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)工(gong)業管(guan)(guan)線(xian)輸送系統用(yong)(yong)鋼管(guan)(guan)》是(shi)(shi)在(zai)API5L《管(guan)(guan)線(xian)鋼管(guan)(guan)規范(fan)》基礎(chu)上(shang)編(bian)制的(de)。GB／T 9711《石油天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)工(gong)業 管(guan)(guan)線(xian)輸送系統用(yong)(yong)鋼管(guan)(guan)》是(shi)(shi)在(zai)ISO 3183標準基礎(chu)上(shang)修改編(bian)制的(de)，該標準得到了廣泛(fan)應用(yong)(yong)。與工(gong)業管(guan)(guan)道(dao)(dao)用(yong)(yong)鋼管(guan)(guan)在(zai)技術上(shang)有重(zhong)大區別。GB 50349《氣(qi)田集輸設計規范(fan)》規定氣(qi)田集輸管(guan)(guan)道(dao)(dao)用(yong)(yong)鋼管(guan)(guan)也是(shi)(shi)選用(yong)(yong)GB／T 9711。
工(gong)業管(guan)道(dao)所屬裝置的(de)(de)管(guan)道(dao)流(liu)體多樣化(hua)、設計參(can)數各不相同，工(gong)業管(guan)道(dao)的(de)(de)器材選用(yong)(yong)尚無(wu)自成體系的(de)(de)統(tong)一(yi)標(biao)準，均是(shi)使用(yong)(yong)相應的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)材和(he)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)標(biao)準，例如國標(biao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)常用(yong)(yong)標(biao)準：GB／T13793《直縫(feng)電焊鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)》，GB／T9948《石油裂化(hua)用(yong)(yong)無(wu)縫(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)》，GB／T 6479《高壓(ya)化(hua)肥設備用(yong)(yong)無(wu)縫(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)》，GB／T8163《輸送(song)流(liu)體用(yong)(yong)無(wu)縫(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)》，GB／T3087《低中壓(ya)鍋(guo)爐用(yong)(yong)無(wu)縫(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)》，GB／T5310《高壓(ya)鍋(guo)爐用(yong)(yong)無(wu)縫(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)》等數十個，工(gong)業管(guan)道(dao)器材選用(yong)(yong)具體規定(ding)與(yu)輸氣管(guan)道(dao)的(de)(de)材料(liao)要(yao)求是(shi)大不一(yi)樣的(de)(de)，輸氣管(guan)道(dao)與(yu)工(gong)業管(guan)道(dao)在材料(liao)選用(yong)(yong)及材料(liao)標(biao)準上均有很大區別。
三、管道沖擊試驗的(de)比較
輸氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)（包括輸氣(qi)站(zhan)）一般都在(zai)野外，受自然(ran)環(huan)境（低溫）的影響(xiang)比較(jiao)大，輸氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)用(yong)鋼(gang)管(guan)(guan)對(dui)低溫沖(chong)擊韌性的要求較(jiao)高，以防(fang)止鋼(gang)管(guan)(guan)脆(cui)性斷(duan)裂擴展和(he)(he)控制延性斷(duan)裂擴展。我(wo)國(guo)對(dui)干線(xian)和(he)(he)站(zhan)場用(yong)鋼(gang)管(guan)(guan)提出了在(zai)API5L的基礎上(shang)對(dui)鋼(gang)管(guan)(guan)和(he)(he)焊(han)縫進行夏(xia)比沖(chong)擊試驗(yan)的要求，規定其試驗(yan)溫度(du)應低于管(guan)(guan)道(dao)通過當地(di)的最(zui)(zui)低環(huan)境溫度(du)，一般取-10℃，-20℃、-30℃，夏(xia)比沖(chong)擊韌性合格值根(gen)據不同(tong)鋼(gang)級和(he)(he)管(guan)(guan)徑(jing)分別為27J、40J、54J、80J（3個試樣(yang)最(zui)(zui)小(xiao)平均值）。
工業管(guan)道對(dui)管(guan)道設(she)計溫(wen)度(du)≤-20℃而高于鋼(gang)材使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)下限(xian)的碳素鋼(gang)、低(di)合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)、中合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)和高合(he)金(jin)(jin)鐵(tie)素體(ti)鋼(gang)，要(yao)求(qiu)進(jin)行夏比低(di)溫(wen)沖(chong)擊(ji)(ji)試(shi)驗，試(shi)驗沖(chong)擊(ji)(ji)功(gong)合(he)格值根(gen)據不同的鋼(gang)材分(fen)別為(wei)18J、20J、27J、31J（3個(ge)試(shi)樣平均值），GB／T 20801、GB／T 50316、SH／T 3059等標注中均有明(ming)確規定。
輸(shu)氣管道(dao)與工業(ye)管道(dao)設計規范對鋼管提出了夏(xia)比(bi)(bi)低溫沖(chong)(chong)擊試驗的(de)要(yao)求，在(zai)夏(xia)比(bi)(bi)低溫沖(chong)(chong)擊試驗的(de)試驗溫度與合格值(zhi)上差異較(jiao)大。
