有的設計(ji)人員咨詢浙江至德鋼業有限公司工(gong)程師工(gong)業管(guan)道(dao)與(yu)輸氣管(guan)道(dao)的壁厚(hou)計(ji)算(suan)是否可以(yi)統一或者互相(xiang)替代使用？因兩(liang)者的壁厚(hou)計(ji)算(suan)具有以(yi)下區別，所以(yi)肯定(ding)是不能(neng)混用的。
一、工(gong)業管(guan)(guan)道(dao)與(yu)輸氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)直管(guan)(guan)壁厚計算公式比較
1. 壁(bi)厚計算(suan)理論基礎比較
承受內壓的(de)(de)(de)直管屬(shu)于旋(xuan)轉(zhuan)殼(ke)體的(de)(de)(de)一種，旋(xuan)轉(zhuan)殼(ke)體應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)分(fen)析(xi)理(li)論有兩(liang)類(lei)：一類(lei)是忽略(lve)彎矩的(de)(de)(de)無(wu)力(li)(li)(li)(li)矩理(li)論一-薄膜理(li)論，導出的(de)(de)(de)是壁厚(hou)(hou)計算的(de)(de)(de)薄膜應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)公式，該(gai)公式計算的(de)(de)(de)是沿(yan)壁厚(hou)(hou)均勻(yun)分(fen)布(bu)的(de)(de)(de)兩(liang)向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)，即(ji)軸向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和周向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)，忽略(lve)了徑向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。另一類(lei)是彈性力(li)(li)(li)(li)學應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)分(fen)析(xi)理(li)論一一拉美公式，共三個方向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)，周向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和徑向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)沿(yan)壁厚(hou)(hou)非線性分(fen)布(bu)，軸向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)沿(yan)壁厚(hou)(hou)均勻(yun)分(fen)布(bu)。
GB 50251《輸(shu)氣(qi)(qi)管(guan)(guan)道(dao)工程設(she)計(ji)規范》采用ASME B31.8《輸(shu)氣(qi)(qi)和配氣(qi)(qi)管(guan)(guan)道(dao)系統》的壁(bi)厚計(ji)算公式(shi)(shi)(shi)(shi)，公式(shi)(shi)(shi)(shi)源于無(wu)力矩理(li)(li)(li)論(lun)(lun)(lun)的薄(bo)膜(mo)理(li)(li)(li)論(lun)(lun)(lun)應力公式(shi)(shi)(shi)(shi)。GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059等標準采用ASME B31.3《工藝管(guan)(guan)道(dao)》的壁(bi)厚計(ji)算公式(shi)(shi)(shi)(shi)，公式(shi)(shi)(shi)(shi)是拉美公式(shi)(shi)(shi)(shi)的經(jing)驗近(jin)似(si)式(shi)(shi)(shi)(shi)。輸(shu)氣(qi)(qi)管(guan)(guan)道(dao)壁(bi)厚計(ji)算公式(shi)(shi)(shi)(shi)的理(li)(li)(li)論(lun)(lun)(lun)基礎采用無(wu)力矩理(li)(li)(li)論(lun)(lun)(lun)-薄(bo)膜(mo)理(li)(li)(li)論(lun)(lun)(lun)，而工業管(guan)(guan)道(dao)采用彈性力學應力分析理(li)(li)(li)論(lun)(lun)(lun)-拉美公式(shi)(shi)(shi)(shi)。
2. 安全(quan)系(xi)數取值方(fang)式的比(bi)較(jiao)
輸氣管道(dao)由于需穿(chuan)越(yue)城市、村鎮(zhen)等(deng)，根據管道(dao)通過(guo)區域的(de)不(bu)同條件，采用(yong)改(gai)變管道(dao)應力水平（即改(gai)變管道(dao)壁厚(hou)）以強(qiang)(qiang)度確保(bao)管道(dao)自身的(de)安全(quan)，為管道(dao)周圍環境(jing)提供(gong)安全(quan)保(bao)障（采用(yong)不(bu)同的(de)強(qiang)(qiang)度設(she)計(ji)系數(shu)F）的(de)理(li)念，同時(shi)也體現了管道(dao)的(de)經(jing)濟成(cheng)本的(de)合理(li)性。GB50251中(zhong)規定(ding)(ding)的(de)強(qiang)(qiang)度設(she)計(ji)系數(shu)F值，一級地區為0.8，四級地區為0.4。強(qiang)(qiang)度設(she)計(ji)系數(shu)F值的(de)規定(ding)(ding)與取(qu)值源自ASME B31.8《輸氣和(he)配氣管道(dao)系統》。
工業管道壁厚計(ji)算中(zhong)(zhong)，設計(ji)溫度下的(de)(de)(de)材(cai)料許用(yong)(yong)(yong)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)由材(cai)料的(de)(de)(de)力(li)(li)學性(xing)能(neng)除以(yi)相應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)(de)安(an)全系(xi)(xi)數而(er)得(de)，GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059規(gui)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)材(cai)料安(an)全系(xi)(xi)數與GB 150中(zhong)(zhong)材(cai)料安(an)全系(xi)(xi)數的(de)(de)(de)要求(qiu)相同。由于(yu)工業管道處于(yu)有(you)限(xian)(xian)范圍的(de)(de)(de)工廠環境中(zhong)(zhong)，材(cai)料的(de)(de)(de)安(an)全系(xi)(xi)數根據材(cai)料的(de)(de)(de)類型和力(li)(li)學性(xing)能(neng)（強(qiang)度極限(xian)(xian)、屈服極限(xian)(xian)、持久強(qiang)度、蠕變極限(xian)(xian)）的(de)(de)(de)不同而(er)取值(zhi)，按(an)照規(gui)范規(gui)定(ding)(ding)選(xuan)取許用(yong)(yong)(yong)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)值(zhi)。許用(yong)(yong)(yong)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)值(zhi)的(de)(de)(de)大小與工業管道所(suo)處的(de)(de)(de)環境條件完全無關，在GB／T20801、GB 50316、SH／T 3059等(deng)中(zhong)(zhong)規(gui)定(ding)(ding)使用(yong)(yong)(yong)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)表(biao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)值(zhi)，既體(ti)現了許用(yong)(yong)(yong)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)所(suo)表(biao)達的(de)(de)(de)安(an)全強(qiang)度，又體(ti)現了工程(cheng)設計(ji)的(de)(de)(de)經濟合理性(xing)。
輸氣管道和工業管道壁厚計算公式中安全系(xi)數的區別(bie)，在(zai)安全理念和規范內容上(shang)存在(zai)差異，在(zai)設(she)計上(shang)是無法統(tong)一(yi)的。
3. 鋼管(guan)壁厚附加裕量(liang)的比較
輸氣管(guan)道在用(yong)公式得出計(ji)算(suan)壁(bi)厚(hou)(hou)之后，圓整到鋼管(guan)標準規定的(de)壁(bi)厚(hou)(hou)，一般沒有(you)考慮材料厚(hou)(hou)度偏差(cha)和腐蝕裕量。但(dan)是ASME B31.8規定采(cai)用(yong)該(gai)規范所列鋼管(guan)，已(yi)經考慮了鋼管(guan)的(de)壁(bi)厚(hou)(hou)負偏差(cha)，并(bing)且(qie)加(jia)了裕量，例(li)如，如采(cai)用(yong)API5L，則不必再另加(jia)厚(hou)(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(xuan)用的比較(jiao)
由于輸(shu)(shu)氣(qi)(qi)管(guan)(guan)道(dao)距離長，鋼管(guan)(guan)用(yong)(yong)量大，天然氣(qi)(qi)輸(shu)(shu)送量大，輸(shu)(shu)氣(qi)(qi)管(guan)(guan)道(dao)朝著(zhu)高(gao)壓力、大直徑方向(xiang)發展，鋼管(guan)(guan)材料也朝著(zhu)高(gao)強(qiang)度、微合金的(de)方向(xiang)發展。與(yu)輸(shu)(shu)氣(qi)(qi)管(guan)(guan)道(dao)工(gong)程相配套(tao)的(de)鋼管(guan)(guan)也有了(le)自成體系(xi)的(de)鋼管(guan)(guan)標(biao)準(zhun)，在國際上(shang)(shang)得(de)到廣(guang)泛(fan)應用(yong)(yong)的(de)鋼管(guan)(guan)標(biao)準(zhun)是(shi)美國標(biao)準(zhun)API5L。該(gai)標(biao)準(zhun)的(de)最(zui)高(gao)鋼級(ji)為L830M（PSL2），規(gui)定的(de)屈(qu)服強(qiang)度最(zui)小值為830 MPa。ISO 3183《石油天然氣(qi)(qi)工(gong)業(ye)管(guan)(guan)線輸(shu)(shu)送系(xi)統用(yong)(yong)鋼管(guan)(guan)》是(shi)在API5L《管(guan)(guan)線鋼管(guan)(guan)規(gui)范》基(ji)礎上(shang)(shang)編制(zhi)的(de)。GB／T 9711《石油天然氣(qi)(qi)工(gong)業(ye) 管(guan)(guan)線輸(shu)(shu)送系(xi)統用(yong)(yong)鋼管(guan)(guan)》是(shi)在ISO 3183標(biao)準(zhun)基(ji)礎上(shang)(shang)修改編制(zhi)的(de)，該(gai)標(biao)準(zhun)得(de)到了(le)廣(guang)泛(fan)應用(yong)(yong)。與(yu)工(gong)業(ye)管(guan)(guan)道(dao)用(yong)(yong)鋼管(guan)(guan)在技術上(shang)(shang)有重大區別。GB 50349《氣(qi)(qi)田集輸(shu)(shu)設(she)計規(gui)范》規(gui)定氣(qi)(qi)田集輸(shu)(shu)管(guan)(guan)道(dao)用(yong)(yong)鋼管(guan)(guan)也是(shi)選(xuan)用(yong)(yong)GB／T 9711。
工(gong)業管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)所屬裝置的(de)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)流(liu)體多樣化(hua)(hua)、設計(ji)參數各不相(xiang)同，工(gong)業管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)器材(cai)選用(yong)(yong)尚無自成體系的(de)統一標準(zhun)，均是使用(yong)(yong)相(xiang)應(ying)的(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)和鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)標準(zhun)，例如國(guo)標鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)常用(yong)(yong)標準(zhun)：GB／T13793《直縫(feng)(feng)電焊(han)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T9948《石油(you)裂化(hua)(hua)用(yong)(yong)無縫(feng)(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T 6479《高壓化(hua)(hua)肥設備用(yong)(yong)無縫(feng)(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T8163《輸送流(liu)體用(yong)(yong)無縫(feng)(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T3087《低中壓鍋爐(lu)用(yong)(yong)無縫(feng)(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T5310《高壓鍋爐(lu)用(yong)(yong)無縫(feng)(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》等數十個，工(gong)業管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)器材(cai)選用(yong)(yong)具(ju)體規定與(yu)輸氣管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)材(cai)料要求是大不一樣的(de)，輸氣管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)與(yu)工(gong)業管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)在材(cai)料選用(yong)(yong)及材(cai)料標準(zhun)上(shang)均有(you)很(hen)大區別。
三、管道沖擊試驗(yan)的(de)比(bi)較
輸(shu)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)道（包括輸(shu)氣(qi)站）一(yi)般都在(zai)野外，受(shou)自然環境（低(di)溫(wen)）的影響比(bi)(bi)(bi)較大，輸(shu)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)道用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)對(dui)低(di)溫(wen)沖(chong)擊(ji)韌性(xing)的要(yao)求較高，以防(fang)止鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)脆性(xing)斷裂擴展和控制延性(xing)斷裂擴展。我國對(dui)干線和站場(chang)用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)提出了在(zai)API5L的基礎上對(dui)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)和焊(han)縫進(jin)行夏(xia)(xia)比(bi)(bi)(bi)沖(chong)擊(ji)試驗的要(yao)求，規定其試驗溫(wen)度應低(di)于管(guan)(guan)(guan)道通(tong)過當(dang)地的最(zui)低(di)環境溫(wen)度，一(yi)般取-10℃，-20℃、-30℃，夏(xia)(xia)比(bi)(bi)(bi)沖(chong)擊(ji)韌性(xing)合格值根(gen)據(ju)不同(tong)鋼(gang)(gang)(gang)級和管(guan)(guan)(guan)徑分別為27J、40J、54J、80J（3個試樣最(zui)小平(ping)均(jun)值）。
工業管道對(dui)管道設計溫(wen)度(du)(du)≤-20℃而(er)高于鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)使用溫(wen)度(du)(du)下限的碳素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、低合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、中合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和高合(he)金(jin)(jin)鐵素體鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，要(yao)求進行夏比低溫(wen)沖(chong)(chong)擊試驗(yan)，試驗(yan)沖(chong)(chong)擊功合(he)格值根據(ju)不同的鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)分別為18J、20J、27J、31J（3個(ge)試樣平均(jun)值），GB／T 20801、GB／T 50316、SH／T 3059等標注中均(jun)有(you)明確(que)規(gui)定(ding)。
輸氣管道(dao)與工業管道(dao)設計規范對鋼管提(ti)出了夏比低(di)溫沖擊試驗的要求，在夏比低(di)溫沖擊試驗的試驗溫度與合格值(zhi)上差異較大。
