有的設計(ji)人員咨詢浙江至德鋼業(ye)有限(xian)公司工程師工業(ye)管(guan)道與輸氣管(guan)道的壁厚(hou)計(ji)算(suan)是(shi)否可(ke)以(yi)(yi)統一或者互相(xiang)替代(dai)使用？因(yin)兩者的壁厚(hou)計(ji)算(suan)具有以(yi)(yi)下(xia)區別，所以(yi)(yi)肯定(ding)是(shi)不能混用的。
一、工業管道與輸(shu)氣管道直(zhi)管壁厚計算公式(shi)比較
1. 壁厚計算(suan)理論基(ji)礎比較
承受內壓的(de)(de)(de)(de)直管屬于旋(xuan)轉殼體(ti)的(de)(de)(de)(de)一(yi)種，旋(xuan)轉殼體(ti)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)分(fen)析(xi)理論(lun)有兩(liang)類：一(yi)類是(shi)忽略(lve)彎矩的(de)(de)(de)(de)無力(li)(li)(li)(li)矩理論(lun)一(yi)-薄膜(mo)理論(lun)，導出的(de)(de)(de)(de)是(shi)壁厚計算的(de)(de)(de)(de)薄膜(mo)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)公(gong)式(shi)(shi)，該公(gong)式(shi)(shi)計算的(de)(de)(de)(de)是(shi)沿壁厚均勻(yun)分(fen)布(bu)的(de)(de)(de)(de)兩(liang)向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)，即軸(zhou)向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和周向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)，忽略(lve)了徑向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。另一(yi)類是(shi)彈性力(li)(li)(li)(li)學應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)分(fen)析(xi)理論(lun)一(yi)一(yi)拉美公(gong)式(shi)(shi)，共(gong)三個(ge)方(fang)向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)，周向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和徑向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)沿壁厚非(fei)線(xian)性分(fen)布(bu)，軸(zhou)向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)沿壁厚均勻(yun)分(fen)布(bu)。
GB 50251《輸氣管(guan)道(dao)(dao)工程設(she)計(ji)(ji)(ji)規范》采(cai)(cai)用(yong)ASME B31.8《輸氣和配氣管(guan)道(dao)(dao)系(xi)統》的壁厚(hou)(hou)計(ji)(ji)(ji)算公式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，公式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)源于無力矩(ju)理(li)論(lun)的薄膜理(li)論(lun)應(ying)力公式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059等標準(zhun)采(cai)(cai)用(yong)ASME B31.3《工藝(yi)管(guan)道(dao)(dao)》的壁厚(hou)(hou)計(ji)(ji)(ji)算公式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，公式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)是拉美公式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的經(jing)驗近似(si)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。輸氣管(guan)道(dao)(dao)壁厚(hou)(hou)計(ji)(ji)(ji)算公式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的理(li)論(lun)基礎采(cai)(cai)用(yong)無力矩(ju)理(li)論(lun)-薄膜理(li)論(lun)，而工業(ye)管(guan)道(dao)(dao)采(cai)(cai)用(yong)彈(dan)性力學應(ying)力分析理(li)論(lun)-拉美公式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。
2. 安(an)全系數取值方式(shi)的比較
輸氣管(guan)道由于需穿(chuan)越城市、村鎮(zhen)等(deng)，根(gen)據(ju)管(guan)道通過區(qu)域的(de)(de)(de)(de)不同(tong)條件，采(cai)用改(gai)變管(guan)道應力水(shui)平（即改(gai)變管(guan)道壁厚）以(yi)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)確保管(guan)道自身的(de)(de)(de)(de)安全(quan)，為(wei)(wei)管(guan)道周圍環境提供安全(quan)保障（采(cai)用不同(tong)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)設計(ji)系數(shu)F）的(de)(de)(de)(de)理(li)念，同(tong)時也體現了(le)管(guan)道的(de)(de)(de)(de)經濟成本的(de)(de)(de)(de)合(he)理(li)性。GB50251中規(gui)定的(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)設計(ji)系數(shu)F值(zhi)(zhi)，一級地區(qu)為(wei)(wei)0.8，四級地區(qu)為(wei)(wei)0.4。強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)設計(ji)系數(shu)F值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)規(gui)定與取值(zhi)(zhi)源自ASME B31.8《輸氣和配氣管(guan)道系統》。
工(gong)業管道壁厚計算中(zhong)，設計溫度下(xia)的(de)(de)材(cai)料(liao)許(xu)用(yong)(yong)應(ying)力由材(cai)料(liao)的(de)(de)力學性能(neng)除以相應(ying)的(de)(de)安全系數(shu)(shu)而(er)得，GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059規(gui)定的(de)(de)材(cai)料(liao)安全系數(shu)(shu)與GB 150中(zhong)材(cai)料(liao)安全系數(shu)(shu)的(de)(de)要求相同。由于(yu)工(gong)業管道處于(yu)有限(xian)范(fan)圍的(de)(de)工(gong)廠環境(jing)中(zhong)，材(cai)料(liao)的(de)(de)安全系數(shu)(shu)根據(ju)材(cai)料(liao)的(de)(de)類(lei)型和力學性能(neng)（強(qiang)(qiang)度極(ji)(ji)限(xian)、屈服極(ji)(ji)限(xian)、持久強(qiang)(qiang)度、蠕變極(ji)(ji)限(xian)）的(de)(de)不同而(er)取值(zhi)(zhi)，按照規(gui)范(fan)規(gui)定選取許(xu)用(yong)(yong)應(ying)力值(zhi)(zhi)。許(xu)用(yong)(yong)應(ying)力值(zhi)(zhi)的(de)(de)大小與工(gong)業管道所(suo)處的(de)(de)環境(jing)條件完全無關(guan)，在GB／T20801、GB 50316、SH／T 3059等中(zhong)規(gui)定使用(yong)(yong)應(ying)力表中(zhong)的(de)(de)值(zhi)(zhi)，既體現了(le)許(xu)用(yong)(yong)應(ying)力所(suo)表達的(de)(de)安全強(qiang)(qiang)度，又體現了(le)工(gong)程(cheng)設計的(de)(de)經濟合理性。
輸氣管(guan)道和(he)工(gong)業管(guan)道壁厚計(ji)算公式中安(an)全(quan)系數的區(qu)別，在安(an)全(quan)理念和(he)規(gui)范內容上(shang)存在差異(yi)，在設計(ji)上(shang)是無法統一的。
3. 鋼管壁厚附加裕(yu)量的比較
輸(shu)氣管道在用公式得(de)出(chu)計算壁厚(hou)之后，圓整到鋼管標準規定的(de)壁厚(hou)，一般沒有考慮材(cai)料厚(hou)度(du)偏(pian)(pian)差和腐蝕裕(yu)量。但是ASME B31.8規定采用該規范(fan)所列鋼管，已經考慮了(le)鋼管的(de)壁厚(hou)負(fu)偏(pian)(pian)差，并且加了(le)裕(yu)量，例如，如采用API5L，則不(bu)必再另加厚(hou)度(du)負(fu)偏(pian)(pian)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(gang)管材料選(xuan)用的比(bi)較(jiao)
由于(yu)輸氣(qi)管(guan)(guan)(guan)道距離(li)長，鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)用(yong)(yong)量(liang)大(da)(da)，天(tian)然氣(qi)輸送量(liang)大(da)(da)，輸氣(qi)管(guan)(guan)(guan)道朝著高壓力、大(da)(da)直徑方(fang)(fang)向發展，鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)材料也(ye)朝著高強(qiang)度(du)、微合金的(de)(de)(de)方(fang)(fang)向發展。與輸氣(qi)管(guan)(guan)(guan)道工程相配套的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)也(ye)有(you)了自成體系的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)標(biao)準，在(zai)國際上(shang)得到廣泛(fan)(fan)應用(yong)(yong)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)標(biao)準是美(mei)國標(biao)準API5L。該標(biao)準的(de)(de)(de)最高鋼(gang)(gang)(gang)級為L830M（PSL2），規定的(de)(de)(de)屈服強(qiang)度(du)最小值為830 MPa。ISO 3183《石油天(tian)然氣(qi)工業(ye)管(guan)(guan)(guan)線(xian)輸送系統用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》是在(zai)API5L《管(guan)(guan)(guan)線(xian)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)規范(fan)》基(ji)礎上(shang)編(bian)制的(de)(de)(de)。GB／T 9711《石油天(tian)然氣(qi)工業(ye) 管(guan)(guan)(guan)線(xian)輸送系統用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》是在(zai)ISO 3183標(biao)準基(ji)礎上(shang)修改編(bian)制的(de)(de)(de)，該標(biao)準得到了廣泛(fan)(fan)應用(yong)(yong)。與工業(ye)管(guan)(guan)(guan)道用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)在(zai)技術上(shang)有(you)重大(da)(da)區別。GB 50349《氣(qi)田集輸設(she)計規范(fan)》規定氣(qi)田集輸管(guan)(guan)(guan)道用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)也(ye)是選用(yong)(yong)GB／T 9711。
工(gong)業管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)所屬(shu)裝置的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)流體多(duo)樣化(hua)、設(she)計參數各(ge)不相同(tong)，工(gong)業管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)器材(cai)(cai)選用(yong)尚(shang)無(wu)(wu)(wu)自(zi)成(cheng)體系的(de)(de)統一標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)，均是使用(yong)相應的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)(cai)和鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)，例如國標(biao)(biao)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)常用(yong)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)：GB／T13793《直縫(feng)(feng)(feng)電焊鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)》，GB／T9948《石油裂化(hua)用(yong)無(wu)(wu)(wu)縫(feng)(feng)(feng)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)》，GB／T 6479《高壓化(hua)肥(fei)設(she)備用(yong)無(wu)(wu)(wu)縫(feng)(feng)(feng)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)》，GB／T8163《輸(shu)送流體用(yong)無(wu)(wu)(wu)縫(feng)(feng)(feng)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)》，GB／T3087《低(di)中(zhong)壓鍋(guo)爐用(yong)無(wu)(wu)(wu)縫(feng)(feng)(feng)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)》，GB／T5310《高壓鍋(guo)爐用(yong)無(wu)(wu)(wu)縫(feng)(feng)(feng)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)》等數十(shi)個，工(gong)業管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)器材(cai)(cai)選用(yong)具體規定與(yu)輸(shu)氣管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)材(cai)(cai)料要求是大(da)不一樣的(de)(de)，輸(shu)氣管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)與(yu)工(gong)業管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)在材(cai)(cai)料選用(yong)及材(cai)(cai)料標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)上均有很大(da)區別(bie)。
三、管(guan)道沖擊試驗(yan)的(de)比較
輸氣管(guan)(guan)道（包括輸氣站）一般都在野(ye)外，受(shou)自然環(huan)(huan)境(jing)（低(di)(di)溫）的(de)(de)影(ying)響(xiang)比(bi)較(jiao)大，輸氣管(guan)(guan)道用鋼(gang)管(guan)(guan)對低(di)(di)溫沖擊(ji)韌(ren)性的(de)(de)要求較(jiao)高，以防止鋼(gang)管(guan)(guan)脆(cui)性斷裂擴(kuo)展(zhan)和(he)(he)控制延性斷裂擴(kuo)展(zhan)。我國對干線和(he)(he)站場用鋼(gang)管(guan)(guan)提出了(le)在API5L的(de)(de)基礎上(shang)對鋼(gang)管(guan)(guan)和(he)(he)焊縫進行夏比(bi)沖擊(ji)試驗的(de)(de)要求，規定其試驗溫度(du)(du)應(ying)低(di)(di)于管(guan)(guan)道通過當地(di)的(de)(de)最(zui)低(di)(di)環(huan)(huan)境(jing)溫度(du)(du)，一般取-10℃，-20℃、-30℃，夏比(bi)沖擊(ji)韌(ren)性合格值(zhi)根(gen)據不同鋼(gang)級和(he)(he)管(guan)(guan)徑分(fen)別(bie)為27J、40J、54J、80J（3個試樣最(zui)小平均值(zhi)）。
工業管道對管道設計溫(wen)度≤-20℃而高于鋼(gang)材使用溫(wen)度下限的碳素鋼(gang)、低合(he)金鋼(gang)、中(zhong)(zhong)合(he)金鋼(gang)和高合(he)金鐵素體鋼(gang)，要求進行夏比低溫(wen)沖擊(ji)試驗(yan)(yan)，試驗(yan)(yan)沖擊(ji)功合(he)格(ge)值根據不同(tong)的鋼(gang)材分別為18J、20J、27J、31J（3個(ge)試樣平均值），GB／T 20801、GB／T 50316、SH／T 3059等標(biao)注(zhu)中(zhong)(zhong)均有明確規定。
輸氣管(guan)道(dao)與(yu)工業管(guan)道(dao)設計規范對(dui)鋼管(guan)提(ti)出了夏比低(di)(di)溫沖擊試(shi)(shi)驗的(de)要求，在夏比低(di)(di)溫沖擊試(shi)(shi)驗的(de)試(shi)(shi)驗溫度(du)與(yu)合格值上差異較(jiao)大。
