有(you)的設(she)計人員咨(zi)詢浙江(jiang)至德鋼業(ye)有(you)限公(gong)司工程師工業(ye)管道(dao)與輸氣管道(dao)的壁厚(hou)計算(suan)(suan)是否可以(yi)統(tong)一或(huo)者(zhe)互(hu)相替代使用？因兩者(zhe)的壁厚(hou)計算(suan)(suan)具有(you)以(yi)下區別，所以(yi)肯定是不(bu)能(neng)混(hun)用的。
一、工(gong)業管道與(yu)輸氣(qi)管道直(zhi)管壁(bi)厚(hou)計(ji)算(suan)公式(shi)比(bi)較
1. 壁厚計算(suan)理論基礎比較
承受內壓(ya)的(de)直管屬于旋轉殼體的(de)一種，旋轉殼體應(ying)力(li)分析理(li)(li)論(lun)(lun)有兩(liang)類：一類是(shi)忽(hu)略(lve)(lve)彎(wan)矩(ju)的(de)無力(li)矩(ju)理(li)(li)論(lun)(lun)一-薄膜(mo)理(li)(li)論(lun)(lun)，導出的(de)是(shi)壁(bi)厚計(ji)算(suan)(suan)的(de)薄膜(mo)應(ying)力(li)公(gong)式(shi)，該(gai)公(gong)式(shi)計(ji)算(suan)(suan)的(de)是(shi)沿壁(bi)厚均(jun)(jun)勻分布(bu)(bu)的(de)兩(liang)向應(ying)力(li)，即軸向應(ying)力(li)和周向應(ying)力(li)，忽(hu)略(lve)(lve)了徑(jing)向應(ying)力(li)。另(ling)一類是(shi)彈(dan)性力(li)學應(ying)力(li)分析理(li)(li)論(lun)(lun)一一拉美公(gong)式(shi)，共三(san)個方向的(de)應(ying)力(li)，周向應(ying)力(li)和徑(jing)向應(ying)力(li)沿壁(bi)厚非(fei)線性分布(bu)(bu)，軸向應(ying)力(li)沿壁(bi)厚均(jun)(jun)勻分布(bu)(bu)。
GB 50251《輸氣(qi)(qi)管(guan)道工(gong)程(cheng)設計規范》采用(yong)ASME B31.8《輸氣(qi)(qi)和配(pei)氣(qi)(qi)管(guan)道系(xi)統》的(de)壁厚計算公式(shi)(shi)，公式(shi)(shi)源于無力矩(ju)理論(lun)(lun)(lun)的(de)薄(bo)膜理論(lun)(lun)(lun)應力公式(shi)(shi)。GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059等標(biao)準采用(yong)ASME B31.3《工(gong)藝(yi)管(guan)道》的(de)壁厚計算公式(shi)(shi)，公式(shi)(shi)是拉(la)美(mei)公式(shi)(shi)的(de)經(jing)驗近(jin)似式(shi)(shi)。輸氣(qi)(qi)管(guan)道壁厚計算公式(shi)(shi)的(de)理論(lun)(lun)(lun)基礎采用(yong)無力矩(ju)理論(lun)(lun)(lun)-薄(bo)膜理論(lun)(lun)(lun)，而工(gong)業(ye)管(guan)道采用(yong)彈性力學應力分析理論(lun)(lun)(lun)-拉(la)美(mei)公式(shi)(shi)。
2. 安全系數取值方式(shi)的比較
輸氣(qi)(qi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)由于需穿越城市、村(cun)鎮等，根據管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)通(tong)過區(qu)域的(de)不同(tong)條件(jian)，采(cai)用改(gai)變管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)應力水平（即(ji)改(gai)變管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)壁厚(hou)）以強度確保管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)自(zi)身的(de)安全(quan)，為管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)周圍環(huan)境提供(gong)安全(quan)保障（采(cai)用不同(tong)的(de)強度設(she)計系(xi)(xi)數F）的(de)理念(nian)，同(tong)時也(ye)體現了管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)經濟成(cheng)本的(de)合理性(xing)。GB50251中規(gui)定的(de)強度設(she)計系(xi)(xi)數F值，一級(ji)地區(qu)為0.8，四(si)級(ji)地區(qu)為0.4。強度設(she)計系(xi)(xi)數F值的(de)規(gui)定與取值源自(zi)ASME B31.8《輸氣(qi)(qi)和配氣(qi)(qi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)系(xi)(xi)統》。
工(gong)業管(guan)(guan)道壁厚計算中(zhong)，設計溫度(du)下的材(cai)(cai)(cai)料(liao)許用(yong)應力由材(cai)(cai)(cai)料(liao)的力學性(xing)能除以(yi)相應的安(an)全系數(shu)(shu)(shu)而得，GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059規(gui)定(ding)(ding)的材(cai)(cai)(cai)料(liao)安(an)全系數(shu)(shu)(shu)與(yu)GB 150中(zhong)材(cai)(cai)(cai)料(liao)安(an)全系數(shu)(shu)(shu)的要(yao)求相同(tong)。由于(yu)工(gong)業管(guan)(guan)道處于(yu)有限(xian)范圍的工(gong)廠環境中(zhong)，材(cai)(cai)(cai)料(liao)的安(an)全系數(shu)(shu)(shu)根據材(cai)(cai)(cai)料(liao)的類型(xing)和力學性(xing)能（強(qiang)度(du)極(ji)限(xian)、屈服極(ji)限(xian)、持久強(qiang)度(du)、蠕變極(ji)限(xian)）的不同(tong)而取值(zhi)，按照規(gui)范規(gui)定(ding)(ding)選取許用(yong)應力值(zhi)。許用(yong)應力值(zhi)的大小與(yu)工(gong)業管(guan)(guan)道所處的環境條件完全無關，在GB／T20801、GB 50316、SH／T 3059等中(zhong)規(gui)定(ding)(ding)使用(yong)應力表中(zhong)的值(zhi)，既體現(xian)了許用(yong)應力所表達的安(an)全強(qiang)度(du)，又體現(xian)了工(gong)程設計的經濟合(he)理(li)性(xing)。
輸(shu)氣(qi)管道和工業管道壁厚計算公式中安全系數(shu)的(de)區別，在安全理念和規范內容上存在差異，在設計上是(shi)無法(fa)統一的(de)。
3. 鋼管壁厚附加(jia)裕量的比較
輸(shu)氣管(guan)(guan)道(dao)在用公式(shi)得出(chu)計算壁(bi)厚(hou)之后(hou)，圓整到(dao)鋼管(guan)(guan)標準(zhun)規(gui)定的壁(bi)厚(hou)，一般沒(mei)有考慮(lv)材料厚(hou)度偏(pian)差和腐蝕裕(yu)量。但是ASME B31.8規(gui)定采(cai)用該(gai)規(gui)范所列鋼管(guan)(guan)，已經考慮(lv)了鋼管(guan)(guan)的壁(bi)厚(hou)負偏(pian)差，并且加了裕(yu)量，例如(ru)，如(ru)采(cai)用API5L，則不必再(zai)另(ling)加厚(hou)度負偏(pian)差了。
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(er)、鋼管(guan)材(cai)料選用的比較(jiao)
由于輸(shu)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)距離長，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)用(yong)量(liang)大(da)(da)，天(tian)然(ran)氣(qi)輸(shu)送量(liang)大(da)(da)，輸(shu)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)朝著(zhu)(zhu)高壓(ya)力(li)、大(da)(da)直徑(jing)方向發(fa)展，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)材料也朝著(zhu)(zhu)高強度、微合金的(de)方向發(fa)展。與輸(shu)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)工程相配套的(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)也有了自成(cheng)體系的(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)標(biao)準(zhun)，在(zai)國(guo)際上得到廣泛(fan)應(ying)用(yong)的(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)標(biao)準(zhun)是(shi)美國(guo)標(biao)準(zhun)API5L。該(gai)標(biao)準(zhun)的(de)最高鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)級(ji)為(wei)L830M（PSL2），規(gui)(gui)定的(de)屈服強度最小值為(wei)830 MPa。ISO 3183《石(shi)油天(tian)然(ran)氣(qi)工業(ye)管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)輸(shu)送系統用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)》是(shi)在(zai)API5L《管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)規(gui)(gui)范》基礎上編(bian)制(zhi)的(de)。GB／T 9711《石(shi)油天(tian)然(ran)氣(qi)工業(ye) 管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)輸(shu)送系統用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)》是(shi)在(zai)ISO 3183標(biao)準(zhun)基礎上修改(gai)編(bian)制(zhi)的(de)，該(gai)標(biao)準(zhun)得到了廣泛(fan)應(ying)用(yong)。與工業(ye)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)在(zai)技術(shu)上有重大(da)(da)區(qu)別。GB 50349《氣(qi)田(tian)集(ji)輸(shu)設計(ji)規(gui)(gui)范》規(gui)(gui)定氣(qi)田(tian)集(ji)輸(shu)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)也是(shi)選用(yong)GB／T 9711。
工業(ye)(ye)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)所屬(shu)裝置的(de)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)流(liu)體(ti)多(duo)樣化、設計參數(shu)各不相(xiang)同，工業(ye)(ye)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)器(qi)材選(xuan)用(yong)尚無自成體(ti)系的(de)統一標(biao)準，均(jun)是(shi)使用(yong)相(xiang)應的(de)鋼(gang)(gang)材和(he)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)標(biao)準，例如國標(biao)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)常用(yong)標(biao)準：GB／T13793《直(zhi)縫(feng)(feng)電焊(han)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)》，GB／T9948《石油裂化用(yong)無縫(feng)(feng)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)》，GB／T 6479《高壓化肥(fei)設備用(yong)無縫(feng)(feng)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)》，GB／T8163《輸(shu)送流(liu)體(ti)用(yong)無縫(feng)(feng)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)》，GB／T3087《低中壓鍋(guo)爐(lu)用(yong)無縫(feng)(feng)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)》，GB／T5310《高壓鍋(guo)爐(lu)用(yong)無縫(feng)(feng)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)》等數(shu)十(shi)個，工業(ye)(ye)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)器(qi)材選(xuan)用(yong)具體(ti)規(gui)定與輸(shu)氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)材料要求是(shi)大不一樣的(de)，輸(shu)氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)與工業(ye)(ye)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)在材料選(xuan)用(yong)及(ji)材料標(biao)準上均(jun)有很(hen)大區(qu)別。
三、管(guan)道(dao)沖擊試驗的比較
輸(shu)氣(qi)管(guan)道(dao)（包括輸(shu)氣(qi)站）一般都在野外，受自(zi)然環(huan)境（低(di)溫）的(de)影響(xiang)比較大，輸(shu)氣(qi)管(guan)道(dao)用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)對(dui)低(di)溫沖(chong)擊韌性的(de)要求較高，以防止(zhi)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)脆性斷裂擴展(zhan)和控制延性斷裂擴展(zhan)。我國對(dui)干線和站場用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)提出了(le)在API5L的(de)基礎上(shang)對(dui)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)和焊縫進(jin)行夏比沖(chong)擊試驗的(de)要求，規定其試驗溫度(du)(du)應低(di)于(yu)管(guan)道(dao)通(tong)過當地的(de)最低(di)環(huan)境溫度(du)(du)，一般取-10℃，-20℃、-30℃，夏比沖(chong)擊韌性合(he)格值(zhi)根據不同(tong)鋼(gang)(gang)(gang)級和管(guan)徑分別(bie)為27J、40J、54J、80J（3個試樣(yang)最小平均值(zhi)）。
工業(ye)管道(dao)對管道(dao)設計溫(wen)度(du)≤-20℃而(er)高(gao)于(yu)鋼(gang)材使(shi)用溫(wen)度(du)下限的碳素鋼(gang)、低(di)合(he)金鋼(gang)、中合(he)金鋼(gang)和高(gao)合(he)金鐵素體鋼(gang)，要求進(jin)行夏比低(di)溫(wen)沖擊試驗(yan)，試驗(yan)沖擊功合(he)格值根據不同的鋼(gang)材分別(bie)為18J、20J、27J、31J（3個試樣平(ping)均值），GB／T 20801、GB／T 50316、SH／T 3059等標注中均有(you)明確(que)規定(ding)。
輸氣(qi)管(guan)道(dao)與(yu)工(gong)業管(guan)道(dao)設計規范(fan)對鋼管(guan)提(ti)出(chu)了夏(xia)比(bi)低溫沖擊(ji)試(shi)驗(yan)(yan)的(de)要求，在(zai)夏(xia)比(bi)低溫沖擊(ji)試(shi)驗(yan)(yan)的(de)試(shi)驗(yan)(yan)溫度與(yu)合格(ge)值上(shang)差異(yi)較大。
