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(shù)要求出發(fā)，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(dǎo)，并通過相應(yīng)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(jīng)濟發(fā)展帶動下，天然氣作為一種清潔、高效的能源，應(yīng)用日益廣泛，天然氣管網(wǎng)的覆蓋范圍也越來越廣。在天然氣高壓管道建設(shè)中，如果需要改變管道走向，通常采用的方法包括彈性敷設(shè)、現(xiàn)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(shù)要求

（1）冷彎彎管技術(shù)要求 由現(xiàn)行的《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》（GB50251-2003），現(xiàn)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(shù)要求 同樣由《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》可知，彎管的曲率半徑應(yīng)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(shè)備的順利通過。而行業(yè)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(zhì)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(chǎn)中，熱煨彎管的曲率半徑應(yīng)該不小于外直徑的5倍。不僅如此，在現(xiàn)行國家標準《油氣輸送管道線路工程抗震設(shè)計規(guī)范》中，要求需要進行抗震設(shè)計的管道，應(yīng)該盡可能不設(shè)置彎頭，而采用彈性敷設(shè)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(shè)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(shè)計時，應(yīng)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(chǎn)生相應(yīng)的變化。在管道彎制過程中，內(nèi)側(cè)管壁受壓變形，由原本的直線形變?yōu)閳A弧形，管壁會由于壓縮變短，而適當(dāng)增厚；外側(cè)管壁受拉，同樣由原本的直線形變?yōu)閳A弧形，管理拉伸邊長，會由一定程度的減薄，從而導(dǎo)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(yīng)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(yè)標準中，僅僅只有SY/ T5257-2004《油氣輸送用鋼制彎管》中，規(guī)定了熱煨彎管的最大壁厚減薄率應(yīng)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(dǎo)。

由質(zhì)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(cè)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(dāng)冷彎彎管曲率半徑為外直徑的18倍時，經(jīng)計算，可知壁厚減薄率為2.7%。而在目前我國現(xiàn)行的高壓管道工程技術(shù)標準中，并沒有對冷彎彎管的壁厚減薄率進行明確規(guī)定，僅僅在川氣東送工程的技術(shù)規(guī)格書中，規(guī)定冷彎彎管的壁厚減薄率應(yīng)該在3%以下，計算結(jié)果能夠符合相關(guān)要求。

（2）熱煨彎管壁厚減薄率計算分析 由彎管技術(shù)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(jié)合相關(guān)公式，可以計算出管道壁厚減薄率為9%，與SY/T5257-2004行業(yè)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(dāng)前國內(nèi)許多高壓管道工程熱煨彎管技術(shù)規(guī)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(jié)合相關(guān)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(guān)技術(shù)規(guī)格書中規(guī)定的熱煨彎管壁厚減薄率不大于8%的要求相一致。

4　結(jié)語

經(jīng)相應(yīng)的計算分析，本文所推導(dǎo)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(jié)果與相關(guān)行業(yè)規(guī)范已完工天然氣高壓管道工程技術(shù)規(guī)格書的要求相一致。對于天然氣高壓管的生產(chǎn)廠家而言，在對管道進行生產(chǎn)時，應(yīng)該嚴格依照相關(guān)計算結(jié)果，對彎管的質(zhì)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.

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