天然氣高壓管道彎管壁厚減薄率的計算公式分析

林如生 羅仔源 潘達礦 胡劍峰 安鵬飛 羅成相（廣東大鵬液化天然氣有限公司， 廣東 深圳 518118）

天然氣高壓管道彎管壁厚減薄率的計算公式分析

林如生 羅仔源 潘達礦 胡劍峰 安鵬飛 羅成相（廣東大鵬液化天然氣有限公司， 廣東 深圳 518118）

本文從天然氣高壓管道彎管技術要求出發，對天然氣高壓管道彎管壁厚減薄率的計算公式進行了推導，并通過相應的計算分析，證明了公式的合理性和有效性。

天然氣；高壓管道；彎管；壁厚減薄率；計算公式

在經濟發展帶動下，天然氣作為一種清潔、高效的能源，應用日益廣泛，天然氣管網的覆蓋范圍也越來越廣。在天然氣高壓管道建設中，如果需要改變管道走向，通常采用的方法包括彈性敷設、現場冷彎彎管以及熱煨彎管等。在管道彎管位置，其壁厚必然會有所減薄，為了保證管道強度，需要對減薄率進行計算。

1　天然氣高壓管道彎管技術要求

（1）冷彎彎管技術要求 由現行的《輸氣管道工程設計規范》（GB50251-2003），現場冷彎彎管的最小半徑率半徑如下表所示，在表中，D表示管道外徑。

公稱直徑/ m m 最小曲率半徑5 0 0 3 0 D 4 5 0 2 7 D 4 0 0 2 4 D 3 5 0 2 1 D≤3 0 0 1 8 D

（2）熱煨彎管技術要求 同樣由《輸氣管道工程設計規范》可知，彎管的曲率半徑應該大于或者等于外直徑的4倍，同時能夠保證清管器或者檢測設備的順利通過。而行業標準SY/ T5257-2004中，對于管道彎管的定義為“用于在管道中改變介質流動方向，且彎曲的曲率半徑不小于其母管外直徑5倍的兩端帶直段的圓弧形管件”。因此，在實際生產中，熱煨彎管的曲率半徑應該不小于外直徑的5倍。不僅如此，在現行國家標準《油氣輸送管道線路工程抗震設計規范》中，要求需要進行抗震設計的管道，應該盡可能不設置彎頭，而采用彈性敷設的形式，而且管道曲率半徑不能小于外直徑的1000倍。如果切實需要設置熱煨彎管，則其曲率半徑不得小于外直徑的6倍。因此，在對天然氣高壓管道進行設計時，應該參照最新的標準，確保彎管曲率半徑至少為外直徑的6倍。

2　彎管壁厚減薄率計算模型

在對天然氣高壓管道進行彎制時，管道彎曲段受力變形，會產生相應的變化。在管道彎制過程中，內側管壁受壓變形，由原本的直線形變為圓弧形，管壁會由于壓縮變短，而適當增厚；外側管壁受拉，同樣由原本的直線形變為圓弧形，管理拉伸邊長，會由一定程度的減薄，從而導致管壁強度的下降。而為了保證天然氣管道的運行安全，要求管壁在減薄后仍具備一定的厚度，而且減薄應該均勻。因此，需要對管道彎曲后的壁厚減薄率進行計算和限定。從目前來看，在天然氣行業標準中，僅僅只有SY/ T5257-2004《油氣輸送用鋼制彎管》中，規定了熱煨彎管的最大壁厚減薄率應小于或者等于9%，存在著很大的局限性。本文對天然氣高壓管道彎管壁厚減薄率的計算公式進行了推導。

由質量守恒定律，在天然氣高壓管道彎制過程中，有

公式：φ為彎曲角度（rad）；r為曲率半徑（mm）；D為管道外直徑（mm）；δ1為管道彎曲后，外側管壁厚度（mm）；δ0為管道彎曲前管壁厚度（mm）。

3　彎管壁厚減薄率計算和分析

（1）冷彎彎管壁厚減薄率計算分析 當冷彎彎管曲率半徑為外直徑的18倍時，經計算，可知壁厚減薄率為2.7%。而在目前我國現行的高壓管道工程技術標準中，并沒有對冷彎彎管的壁厚減薄率進行明確規定，僅僅在川氣東送工程的技術規格書中，規定冷彎彎管的壁厚減薄率應該在3%以下，計算結果能夠符合相關要求。

（2）熱煨彎管壁厚減薄率計算分析 由彎管技術要求可知，熱煨彎管曲率半徑存在有兩個標準，這里對其進行分別計算分析。①若熱煨彎管曲率半徑為管道外直徑的5倍，則結合相關公式，可以計算出管道壁厚減薄率為9%，與SY/T5257-2004行業標準中，熱煨彎管壁厚最大減薄率不大于9%的要求相一致，同時也與當前國內許多高壓管道工程熱煨彎管技術規格書中要求的壁厚減薄率一致。②若熱煨彎管曲率半徑為管道外直徑的6倍，則結合相關公式，可以計算出管道壁厚減薄率為7.7%，與川氣東送工程中，相關技術規格書中規定的熱煨彎管壁厚減薄率不大于8%的要求相一致。

4　結語

經相應的計算分析，本文所推導出的天然氣高壓管道彎管壁厚減薄率計算公式具有良好的可靠性，能夠更加方便的對彎管壁厚減薄率進行確定，而且計算結果與相關行業規范已完工天然氣高壓管道工程技術規格書的要求相一致。對于天然氣高壓管的生產廠家而言，在對管道進行生產時，應該嚴格依照相關計算結果，對彎管的質量進行控制，切實保證管道的強度和耐久性，保證天然氣管道的運行安全。

［1］劉志仁，陶春輝.天然氣高壓管道彎管壁厚減薄率的確定［J］.煤氣與熱力，2011，31（4）：4-5.

［2］周春，時榮劍，汪宜文.天然氣高壓管道彎管壁厚的計算［J］.煤氣與熱力，2011，31（4）：26-28.

［3］趙舒宇.油氣管道彎頭減薄率計算方法的價值比較［J］.價值工程，2012，（36）：112-113.