油气长输管道壁厚计算及选用.pdf

2 01 1往 第 6期 管 道 技 术 P i p e l i n e T e c h n i q u e 5 设 舌 a n d Eq ui pme nt 2 011 No ． 6 油气长输管道壁厚计算及选用 唐治国， 王文江， 李龙 ， 耿德江 新疆石油勘察设计研究院 有限公司 ， 新疆克拉玛依8 3 4 0 0 0 摘要 在油气长输管道设计中， 管道的壁厚设计计算和选取直接影响到管道输送安全和工程投资。 针对油气长输管道壁厚计算因输送介质不同、 输送温度不同、 输送压力不同及处于不同地段而产生的 差异， 归纳总结出油气长输管道普通线路段、 穿跨越段和站场部分管道壁厚计算方法， 也总结出了在管 道壁厚的选取 中需要注意的问题及应用的规范。 关键词 油气； 管道； 壁厚 中图分类号 T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 9 6 1 4 2 0 1 1 0 6 0 0 5 2 0 2 Oi l a n d Ga s P i p e l i n e W a l l Th i c k n e s s Ca l c u l a t i o n a n d S e l e c t i o n T A N G Z h i g u o ， WA N G We n - j i a n g ， L I L o n g ， G E N G D e - j i a n g X i n j i a n g S u r v e y a n d D e s i g n I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m， Ka r a ma y 8 3 4 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t I n t h e o i l a n d g a s p i p e l i n e d e s i g n， t h i c k n e s s d e s i g n o f t h e p i p e l i n e d i r e c t l y a f f e c t s t h e s e l e c t i o n p i p e l i n e s afe t y a n d p r o j e c t i n v e s t m e n t ． F o r o i l a n d g a s p i p e l i n e w a l l t h i c k n e s s c al c u l a t i o n d u e t o d i f f e r e n c e s i n t r a n s p o r t m e d i a ． d i f f e r e n c e s i n d i f f e r e n t s e c t i o n s a n d d i f f e r e n c e s i n t h e t r a n s p o r t p r e s s u r e ， p i p e wa l l t h i c k n e s s c alc u l a t i o n s a r e s u mma r i z e d i n o r d i n a r y s e g me n t s ， s p e c i a l s e g me n t s a n d s t a t i o n s ． S o me i s s u e s a r e a l s o me n t i o n e d t h a t d e s e r v e a t t e n t i o n i n s e l e c t i n g t h e p i p e wall t h i c k n e s s a n d i n t h e a p p l i c a t i o n o f s t a b d a r d s ． Ke y wo r d s o i l a n d g as ； p i p e l i n e ； wall t h i c k n e s s 1 输油管道 根据 输油管道工程设计规 范 G B 5 0 2 5 3 2 0 0 3 5 ． 2 ． 1 和5 ． 4 ． 1 ， 许用应力[ ] K为输 油管道设计系数； 为焊缝系数， 一般取 1 ． 0 ； o r 为钢 管的最低屈服强度 ， MP a 。输油管道壁厚计算公式为 式中 6为管道计算壁 厚 ， mm； p为设计压力 ， MP a ； D 为钢管外径， m m ． 1 ． 1 普通线路段 原油管道和成品油管道危险程度远小于输气管 道， 因此， 原油管道和成品油管道一般不规定沿线地 区等级划分， 只规定管道同建 构 筑物的最小间距。 输油管道工程设计规范 G B 5 0 2 5 3 2 0 0 3 规定， K 在输油站外一般地段取 0 ． 7 2 ， 输送液态液化石油气 L P G 管道在事故状态下其爆炸危险性不亚于输气管 道， 设计系数取值应按输气管道数据选取。 1 ． 2 穿跨越段 考虑到环境保护和穿跨越人工或天然障碍物事 故抢修的困难， 穿跨越段采取了降低强度设计的办法 收稿 日期 2 0 1 1 0 22 2 收修改稿 13期 2 0 1 1 0 62 1 即提高管道壁厚来提高管道强度的安全裕量。 油气 输送管道穿越工程设计规范 G B 5 0 4 2 3 2 0 0 7 3 ． 2 ． 4 和 3 ． 2 ． 5给出的公式可以归结起来 和 G B 5 0 2 5 3一致 ， 设计系数的取值见表 3 ． 2 ． 4 。小型穿越和Ⅲ、 Ⅳ级公 路有套管穿越的设计系数与普通段的设计系数是相 同的， 这主要是工程中小型穿越和Ⅲ、 Ⅳ级公路有套 管穿越大量存在， 考虑到抢修容易， 且有足够的安全 裕量 ， 避免沿线管道壁厚变化太过频繁。 跨越工程等级是以跨度大小为原则来划分的， 因 此不同的跨越工程等级必须采用不同的强度许用应 力来确保管桥系统的安全， 油气输送管道跨越工程 设计规范 G B 5 0 4 5 9 2 0 0 9 3 ． 1 ． 3 规定， 跨越管道设 计系数符合表 l 规定。 表 1 跨越管道设计系数 注 甲类应为通航河流、 电气化铁路和高速公路跨越， 乙类应为非 通航河流及其他障碍跨越。 另外， 选用钢管的径厚比不应大于 1 0 0 ， 若管段未 采取防腐蚀控制措施， 钢管壁厚应考虑腐蚀裕量， 按 第 6期 唐治国等 油气长输管道壁厚计算及选用 5 3 使用年限和腐蚀速率计算。 1 ． 3 输油站 G B 5 0 2 5 32 0 0 3规定 ， 输油站 内的许用应力应按 现行国家标准 钢制压力容器 G B 1 5 0 和现行美国 标准 工艺管线 A S M E B 3 1 ． 3 的规定选取。A S M E B 3 1 ． 3 2 0 0 8表 A一1 列 出了各种金属材料的基本许 用应力 ， 表 2是摘录整理出的 A P I 5 L常用钢号和对应 的钢级的基本许用应力。 表 2 常用钢号或钢级的基本许用应力和最低屈服强度 2 输气管道 根据 输气管道工程设计 规范 G B 5 0 2 5 1 2 0 0 3 ， 输气管道壁厚计算公式为 6 p D 式中 F为输气管道设计系数； f 为温度折减系数， 当温 度小于 1 2 0 o C时 ， 取 1 ． 0 。 2 ． 1 普通线路段 输气管道工程设计规范 G B 5 0 2 5 1 2 0 0 3 规 定 ， 按沿线居 民户数和 或 建筑物的密集程度划分为 4 个地区等级， 一至四级地区设计系数分别为0 ． 7 2 、 0 ． 6 、 0 ． 5和 0 ． 4 。 2 ． 2 穿跨越段 其设计系数在输油管道一节中已经包含。 2 ． 3 输气站 G B 5 0 2 5 1 2 0 0 3的 4 ． 2 ． 4规定 ， 输气站内管道及 其上下游各 2 0 0 n l 管道 ， 截断阀室管道及其上下游各 5 0 i n 管道 其距离从输气站和阀室边界线起算 ， 人群 聚集场所的管道， 设计系数在一至四级地区分别为 0 ． 5 、 0 ． 5 、 0 ． 5和 0 ． 4 。 输气管道在确定设计系数时， 在特殊地段和地区 等级上不能混淆。如在一级地 区的特殊地段一穿 跨 越河流、 铁路、 公路及输气站附近， 不能套用地区 等级来确定设计系数， 在两者出现不一致时应该采取 就高不就低 的原则。 3 管道壁厚的选用 管道的计算壁厚向上圆整至相近的公称壁厚， 即 得到钢管的选用壁厚， 要注意的是 G B 5 0 2 5 1 表5 ． 1 ． 3 规定了输气管道的最小壁厚 表3 。 表3 最小管壁厚度 mm 钢管公称直径最小壁厚 钢管公称直径 最小壁厚 1 o o、 1 5 0 2 ． 5 6 0 0、 6 5 0、 7 o o 6 ． 5 2 oo 3 ． 5 7 5 0 8 0 0 8 5 0 9 0 0 6 5 2 5 0 4 ． 0 9 5 0、 1 o o o 8 ． 0 3 0 0 4 ． 5 1 0 5 0、 1 l O O、 1 1 5 o、 1 2 0 0 9 ． o 3 5 0、 4 0 0、 4 5 0 5 ． 0 1 3 0 0、 1 4 0 0 1 1 ． 5 5 0 o、 5 5 0 6 ． o 1 5 0 0、 1 6 0 0 1 3 ． 0 G B 9 7 1 1 ． 2 1 9 9 9 石油天然气工业输送钢管交货 技术条件 B级钢管 表 8 推荐了优先选用的外径和壁 厚 ， 为了方便管材的采购 ， 尽量选择优选壁厚 。 4应用实例 某输油管 道工 程设 计压 力 6 ． 3 M P a ， 干线选 用 D 4 5 7 m m材质 L 3 6 0螺旋埋弧焊钢管， 站场 D N≥2 5 0 选用 L 3 6 0 钢管， D N 2 5 0选用 2 0 钢管， 计算并选取 一 般线路段管道、 无套管穿越 Ⅲ、 Ⅳ级公路段及站场 D 3 5 5 ． 6 m m钢管 按设计压力 6 ． 3 M P a 的壁厚。 一 般线路段钢管壁厚 P 6 ． 3 M P a ， D 4 5 7 m m， K 0 ． 7 2 ， 3 6 0 MP a 面 p D 5 ． 5 5 m m 壁厚 6可以选用公称壁厚 5 ． 6 m m． 无套管穿越 Ⅲ、 Ⅳ级公路段钢管壁厚 P 6 ． 3 MP a ， D 4 5 7 m m， K 0 ． 6 ， 3 6 0 M P a pD 6． 6 6 mm 壁厚 可以选用公称壁厚 7 ． 1 m m． 站场用 钢管壁 厚 P6 ． 3 M P a ， D3 5 5 ． 6 m m， [ ] 1 5 2 M P a 6 7． 3 7 mm L J 壁厚 6可 以选用公称壁厚 8 mm． 5 结束语 管道壁厚计算重点明确管道所处地段或地区等 级 ， 进 而确定管道设计系数 ， 确定出的管道壁厚还应 根据各种载荷条件进行校核 ， 在选取壁厚时 ， 尽量选 择优选壁厚 。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 2 5 3 --2 0 0 3 输油管道工程设计规范． [ 2 ] G B 5 0 2 5 1 --2 0 0 3 输气管道工程设计规范． [ 3 ] G B 5 0 4 2 3 --2 0 0 7 油气输送管道穿越工程设计规范． [ 4 ] G B 5 0 4 5 9 --2 0 0 9 油气输送管道跨越工程设计规范． [ 5 ] A S M E B 3 1 ． 3 2 0 o 8 P r o c e s s P i p i n g ． [ 6 ] 潘家华． 油罐及管道强度设计． 北京 石油工业出版社， 1 9 8 6 ． 作者简介 唐治国 1 9 8 5 一 ， 助理工程师， 从事油气长输管道设 计与研究。