有的(de)設(she)計人員(yuan)咨詢浙江(jiang)至德鋼(gang)業有限公司(si)工(gong)程師工(gong)業管道(dao)與輸氣管道(dao)的(de)壁厚計算(suan)是否可以統一或(huo)者互相替代使用？因兩者的(de)壁厚計算(suan)具有以下區(qu)別(bie)，所以肯(ken)定(ding)是不能混用的(de)。
一、工業管(guan)道(dao)與(yu)輸氣管(guan)道(dao)直(zhi)管(guan)壁厚計(ji)算公式(shi)比較
1. 壁(bi)厚計算理論基礎比較
承受內壓(ya)的(de)(de)直管屬于旋(xuan)轉殼(ke)體(ti)(ti)的(de)(de)一種，旋(xuan)轉殼(ke)體(ti)(ti)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)分(fen)析(xi)理(li)論(lun)(lun)有兩(liang)(liang)類(lei)：一類(lei)是忽略彎矩的(de)(de)無力(li)(li)(li)(li)矩理(li)論(lun)(lun)一-薄膜(mo)理(li)論(lun)(lun)，導出的(de)(de)是壁厚計算的(de)(de)薄膜(mo)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)公(gong)式，該公(gong)式計算的(de)(de)是沿(yan)壁厚均(jun)勻分(fen)布的(de)(de)兩(liang)(liang)向應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)，即軸向應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和周(zhou)向應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)，忽略了徑向應(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(lun)(lun)一一拉美公(gong)式，共三個方向的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)，周(zhou)向應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和徑向應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)沿(yan)壁厚非線(xian)性分(fen)布，軸向應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)沿(yan)壁厚均(jun)勻分(fen)布。
GB 50251《輸氣管道(dao)工(gong)程設計規范》采(cai)(cai)用(yong)(yong)ASME B31.8《輸氣和配氣管道(dao)系統》的壁厚計算(suan)(suan)公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)，公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)源于無力(li)矩(ju)理論(lun)的薄膜(mo)理論(lun)應力(li)公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)。GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059等標準采(cai)(cai)用(yong)(yong)ASME B31.3《工(gong)藝(yi)管道(dao)》的壁厚計算(suan)(suan)公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)，公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是拉(la)美公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)的經(jing)驗近似(si)式(shi)(shi)(shi)。輸氣管道(dao)壁厚計算(suan)(suan)公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)的理論(lun)基(ji)礎采(cai)(cai)用(yong)(yong)無力(li)矩(ju)理論(lun)-薄膜(mo)理論(lun)，而工(gong)業管道(dao)采(cai)(cai)用(yong)(yong)彈性力(li)學應力(li)分析理論(lun)-拉(la)美公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)。
2. 安全系數取(qu)值方式的比較(jiao)
輸(shu)氣(qi)(qi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)由于需穿越城市、村鎮等(deng)，根據管(guan)(guan)道(dao)(dao)通過區(qu)域(yu)的(de)不同(tong)條(tiao)件(jian)，采用改變(bian)管(guan)(guan)道(dao)(dao)應力水平（即改變(bian)管(guan)(guan)道(dao)(dao)壁厚）以強(qiang)度(du)確保管(guan)(guan)道(dao)(dao)自(zi)身的(de)安(an)全，為(wei)管(guan)(guan)道(dao)(dao)周圍(wei)環境提(ti)供安(an)全保障（采用不同(tong)的(de)強(qiang)度(du)設計系數(shu)F）的(de)理(li)念(nian)，同(tong)時也體現了管(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)經濟成本的(de)合理(li)性(xing)。GB50251中規定的(de)強(qiang)度(du)設計系數(shu)F值，一級地(di)區(qu)為(wei)0.8，四級地(di)區(qu)為(wei)0.4。強(qiang)度(du)設計系數(shu)F值的(de)規定與取值源自(zi)ASME B31.8《輸(shu)氣(qi)(qi)和配氣(qi)(qi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)系統(tong)》。
工業(ye)(ye)管道壁(bi)厚計(ji)算中，設計(ji)溫度(du)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料(liao)(liao)許(xu)用(yong)應(ying)力由材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力學性(xing)能除以(yi)相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)安(an)全(quan)(quan)系數(shu)而得，GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059規定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料(liao)(liao)安(an)全(quan)(quan)系數(shu)與GB 150中材料(liao)(liao)安(an)全(quan)(quan)系數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求相(xiang)同。由于(yu)工業(ye)(ye)管道處(chu)于(yu)有限(xian)范圍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工廠環境中，材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)安(an)全(quan)(quan)系數(shu)根據材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)類型(xing)和力學性(xing)能（強度(du)極限(xian)、屈服極限(xian)、持久強度(du)、蠕變極限(xian)）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不同而取值(zhi)，按照規范規定(ding)選取許(xu)用(yong)應(ying)力值(zhi)。許(xu)用(yong)應(ying)力值(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大小與工業(ye)(ye)管道所(suo)(suo)處(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)環境條件完全(quan)(quan)無關，在GB／T20801、GB 50316、SH／T 3059等中規定(ding)使(shi)用(yong)應(ying)力表(biao)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)值(zhi)，既體現了許(xu)用(yong)應(ying)力所(suo)(suo)表(biao)達(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)安(an)全(quan)(quan)強度(du)，又體現了工程(cheng)設計(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)經濟合(he)理性(xing)。
輸氣(qi)管道(dao)和工業(ye)管道(dao)壁(bi)厚計算公式中安全(quan)系數的區別(bie)，在安全(quan)理念和規范內容上存(cun)在差異，在設(she)計上是無法統一的。
3. 鋼管(guan)壁厚附加裕量(liang)的(de)比較
輸氣(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)在用(yong)公式得出計算壁厚之后，圓整到鋼管(guan)(guan)(guan)標準規(gui)定的壁厚，一(yi)般沒(mei)有考慮材料厚度偏差和腐蝕裕量。但是(shi)ASME B31.8規(gui)定采用(yong)該規(gui)范所列(lie)鋼管(guan)(guan)(guan)，已(yi)經考慮了(le)鋼管(guan)(guan)(guan)的壁厚負偏差，并且(qie)加(jia)了(le)裕量，例(li)如(ru)，如(ru)采用(yong)API5L，則不必再另(ling)加(jia)厚度負偏差了(le)。
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(liao)選用的比較
由于輸(shu)(shu)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)距離長(chang)，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)用(yong)量(liang)大，天(tian)然氣(qi)輸(shu)(shu)送(song)量(liang)大，輸(shu)(shu)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)朝著高壓力、大直徑方向發(fa)展，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)材(cai)料也(ye)朝著高強(qiang)度(du)、微(wei)合(he)金的(de)(de)方向發(fa)展。與輸(shu)(shu)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)工(gong)程相配套的(de)(de)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)也(ye)有了自成體(ti)系的(de)(de)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)標(biao)準，在(zai)國(guo)際上(shang)得到廣(guang)(guang)泛應(ying)用(yong)的(de)(de)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)標(biao)準是美國(guo)標(biao)準API5L。該標(biao)準的(de)(de)最(zui)高鋼(gang)(gang)級為L830M（PSL2），規定的(de)(de)屈服強(qiang)度(du)最(zui)小(xiao)值為830 MPa。ISO 3183《石油(you)天(tian)然氣(qi)工(gong)業管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)輸(shu)(shu)送(song)系統用(yong)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)》是在(zai)API5L《管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)規范(fan)》基(ji)礎上(shang)編制的(de)(de)。GB／T 9711《石油(you)天(tian)然氣(qi)工(gong)業 管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)輸(shu)(shu)送(song)系統用(yong)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)》是在(zai)ISO 3183標(biao)準基(ji)礎上(shang)修改編制的(de)(de)，該標(biao)準得到了廣(guang)(guang)泛應(ying)用(yong)。與工(gong)業管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)用(yong)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)在(zai)技術上(shang)有重(zhong)大區(qu)別。GB 50349《氣(qi)田(tian)集輸(shu)(shu)設計規范(fan)》規定氣(qi)田(tian)集輸(shu)(shu)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)用(yong)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)也(ye)是選用(yong)GB／T 9711。
工業管(guan)(guan)道所屬裝(zhuang)置的(de)管(guan)(guan)道流體多樣化、設(she)(she)計參數(shu)各不(bu)相(xiang)同，工業管(guan)(guan)道的(de)器(qi)材(cai)(cai)選用(yong)尚無(wu)自成體系的(de)統一標(biao)準(zhun)，均(jun)(jun)是使用(yong)相(xiang)應的(de)鋼(gang)材(cai)(cai)和鋼(gang)管(guan)(guan)標(biao)準(zhun)，例如國標(biao)鋼(gang)管(guan)(guan)常用(yong)標(biao)準(zhun)：GB／T13793《直縫(feng)電焊(han)鋼(gang)管(guan)(guan)》，GB／T9948《石(shi)油裂化用(yong)無(wu)縫(feng)鋼(gang)管(guan)(guan)》，GB／T 6479《高壓(ya)(ya)化肥設(she)(she)備用(yong)無(wu)縫(feng)鋼(gang)管(guan)(guan)》，GB／T8163《輸(shu)(shu)送流體用(yong)無(wu)縫(feng)鋼(gang)管(guan)(guan)》，GB／T3087《低中(zhong)壓(ya)(ya)鍋爐(lu)(lu)用(yong)無(wu)縫(feng)鋼(gang)管(guan)(guan)》，GB／T5310《高壓(ya)(ya)鍋爐(lu)(lu)用(yong)無(wu)縫(feng)鋼(gang)管(guan)(guan)》等數(shu)十個，工業管(guan)(guan)道器(qi)材(cai)(cai)選用(yong)具體規定與(yu)輸(shu)(shu)氣(qi)管(guan)(guan)道的(de)材(cai)(cai)料要求是大不(bu)一樣的(de)，輸(shu)(shu)氣(qi)管(guan)(guan)道與(yu)工業管(guan)(guan)道在材(cai)(cai)料選用(yong)及材(cai)(cai)料標(biao)準(zhun)上(shang)均(jun)(jun)有很大區別。
三、管道沖擊試驗的比(bi)較
輸氣管(guan)(guan)道(dao)（包括輸氣站）一(yi)般都在(zai)野(ye)外，受自然(ran)環境（低溫(wen)）的(de)影響比(bi)較大，輸氣管(guan)(guan)道(dao)用鋼(gang)管(guan)(guan)對低溫(wen)沖擊(ji)韌(ren)性(xing)的(de)要求較高，以防止(zhi)鋼(gang)管(guan)(guan)脆性(xing)斷裂擴展和控(kong)制延(yan)性(xing)斷裂擴展。我(wo)國對干(gan)線(xian)和站場用鋼(gang)管(guan)(guan)提(ti)出了(le)在(zai)API5L的(de)基礎(chu)上對鋼(gang)管(guan)(guan)和焊縫(feng)進(jin)行夏(xia)比(bi)沖擊(ji)試(shi)驗的(de)要求，規(gui)定其(qi)試(shi)驗溫(wen)度(du)應低于管(guan)(guan)道(dao)通過當地的(de)最低環境溫(wen)度(du)，一(yi)般取-10℃，-20℃、-30℃，夏(xia)比(bi)沖擊(ji)韌(ren)性(xing)合格值根據(ju)不同(tong)鋼(gang)級和管(guan)(guan)徑分(fen)別(bie)為27J、40J、54J、80J（3個試(shi)樣最小平均值）。
工業管道(dao)(dao)對管道(dao)(dao)設計(ji)溫(wen)(wen)度(du)≤-20℃而高于鋼(gang)(gang)材使(shi)用(yong)溫(wen)(wen)度(du)下限的碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)、低合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)、中合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)和高合(he)(he)金(jin)(jin)鐵素(su)體鋼(gang)(gang)，要求進行夏(xia)比低溫(wen)(wen)沖擊試(shi)驗，試(shi)驗沖擊功合(he)(he)格(ge)值(zhi)根據不同的鋼(gang)(gang)材分(fen)別為18J、20J、27J、31J（3個試(shi)樣平均(jun)值(zhi)），GB／T 20801、GB／T 50316、SH／T 3059等標注中均(jun)有(you)明確(que)規定。
輸(shu)氣(qi)管(guan)道與(yu)工業管(guan)道設計(ji)規范(fan)對鋼管(guan)提出(chu)了夏(xia)比(bi)低溫(wen)(wen)沖擊(ji)試(shi)(shi)驗(yan)的(de)要求，在夏(xia)比(bi)低溫(wen)(wen)沖擊(ji)試(shi)(shi)驗(yan)的(de)試(shi)(shi)驗(yan)溫(wen)(wen)度與(yu)合格值上差異較大(da)。
