有(you)的(de)設計(ji)人員咨詢浙江至德鋼(gang)業有(you)限公司工程師工業管道與(yu)輸氣管道的(de)壁厚計(ji)算是否可以(yi)統一或者(zhe)互相(xiang)替代(dai)使用？因兩者(zhe)的(de)壁厚計(ji)算具有(you)以(yi)下區別，所以(yi)肯定是不能混用的(de)。
一、工業管道(dao)與輸氣管道(dao)直管壁厚計算公式比較
1. 壁厚計算理(li)論基礎比較
承(cheng)受內壓的(de)(de)(de)直(zhi)管屬于旋(xuan)轉殼體(ti)的(de)(de)(de)一(yi)種，旋(xuan)轉殼體(ti)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)分(fen)(fen)(fen)析理論(lun)(lun)有兩(liang)類(lei)：一(yi)類(lei)是(shi)忽略彎矩的(de)(de)(de)無(wu)力(li)(li)矩理論(lun)(lun)一(yi)-薄膜理論(lun)(lun)，導(dao)出的(de)(de)(de)是(shi)壁(bi)厚計算的(de)(de)(de)薄膜應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)公(gong)式，該(gai)公(gong)式計算的(de)(de)(de)是(shi)沿(yan)壁(bi)厚均勻分(fen)(fen)(fen)布的(de)(de)(de)兩(liang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)，即軸向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)和周向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)，忽略了徑向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)。另一(yi)類(lei)是(shi)彈性力(li)(li)學應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)分(fen)(fen)(fen)析理論(lun)(lun)一(yi)一(yi)拉美公(gong)式，共(gong)三個(ge)方向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)，周向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)和徑向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)沿(yan)壁(bi)厚非線性分(fen)(fen)(fen)布，軸向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)沿(yan)壁(bi)厚均勻分(fen)(fen)(fen)布。
GB 50251《輸氣管道工(gong)程設計(ji)規范》采(cai)用ASME B31.8《輸氣和配氣管道系統》的(de)(de)(de)壁厚(hou)(hou)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)(shi)(shi)，公(gong)式(shi)(shi)(shi)源于無(wu)力(li)矩(ju)理(li)(li)(li)論(lun)的(de)(de)(de)薄膜理(li)(li)(li)論(lun)應力(li)公(gong)式(shi)(shi)(shi)。GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059等標準(zhun)采(cai)用ASME B31.3《工(gong)藝管道》的(de)(de)(de)壁厚(hou)(hou)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)(shi)(shi)，公(gong)式(shi)(shi)(shi)是拉美(mei)公(gong)式(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)經驗近似式(shi)(shi)(shi)。輸氣管道壁厚(hou)(hou)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)理(li)(li)(li)論(lun)基礎(chu)采(cai)用無(wu)力(li)矩(ju)理(li)(li)(li)論(lun)-薄膜理(li)(li)(li)論(lun)，而工(gong)業管道采(cai)用彈性(xing)力(li)學應力(li)分析理(li)(li)(li)論(lun)-拉美(mei)公(gong)式(shi)(shi)(shi)。
2. 安全系數(shu)取值(zhi)方式的比(bi)較(jiao)
輸氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)由(you)于需(xu)穿越城市、村鎮等，根據管(guan)(guan)道(dao)通過(guo)區域的(de)不同條(tiao)件，采用(yong)改(gai)變(bian)管(guan)(guan)道(dao)應力(li)水(shui)平(ping)（即改(gai)變(bian)管(guan)(guan)道(dao)壁厚）以強(qiang)(qiang)度(du)(du)確保(bao)管(guan)(guan)道(dao)自身的(de)安(an)全，為(wei)管(guan)(guan)道(dao)周(zhou)圍環境提供安(an)全保(bao)障（采用(yong)不同的(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)設(she)計(ji)(ji)系(xi)數F）的(de)理念(nian)，同時也體現了(le)管(guan)(guan)道(dao)的(de)經濟成本的(de)合(he)理性。GB50251中(zhong)規定的(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)設(she)計(ji)(ji)系(xi)數F值(zhi)，一(yi)級地區為(wei)0.8，四級地區為(wei)0.4。強(qiang)(qiang)度(du)(du)設(she)計(ji)(ji)系(xi)數F值(zhi)的(de)規定與(yu)取值(zhi)源自ASME B31.8《輸氣(qi)和配氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)系(xi)統》。
工(gong)業(ye)管(guan)道(dao)壁厚計(ji)算中，設計(ji)溫度(du)下的(de)(de)材(cai)料許用(yong)應力(li)(li)由材(cai)料的(de)(de)力(li)(li)學性能(neng)除以相應的(de)(de)安(an)全(quan)系數而(er)得，GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059規(gui)定(ding)的(de)(de)材(cai)料安(an)全(quan)系數與(yu)GB 150中材(cai)料安(an)全(quan)系數的(de)(de)要求相同。由于工(gong)業(ye)管(guan)道(dao)處于有(you)限范(fan)圍(wei)的(de)(de)工(gong)廠環境(jing)中，材(cai)料的(de)(de)安(an)全(quan)系數根據材(cai)料的(de)(de)類(lei)型和力(li)(li)學性能(neng)（強(qiang)度(du)極(ji)限、屈服極(ji)限、持久強(qiang)度(du)、蠕變極(ji)限）的(de)(de)不(bu)同而(er)取值(zhi)，按照(zhao)規(gui)范(fan)規(gui)定(ding)選取許用(yong)應力(li)(li)值(zhi)。許用(yong)應力(li)(li)值(zhi)的(de)(de)大小與(yu)工(gong)業(ye)管(guan)道(dao)所(suo)處的(de)(de)環境(jing)條件完(wan)全(quan)無關(guan)，在GB／T20801、GB 50316、SH／T 3059等中規(gui)定(ding)使用(yong)應力(li)(li)表(biao)中的(de)(de)值(zhi)，既體(ti)現(xian)了許用(yong)應力(li)(li)所(suo)表(biao)達的(de)(de)安(an)全(quan)強(qiang)度(du)，又體(ti)現(xian)了工(gong)程設計(ji)的(de)(de)經濟合(he)理性。
輸氣管道和工業管道壁厚計算公式(shi)中安全系數的區別，在安全理念和規范內容上存在差異，在設計上是(shi)無法統(tong)一的。
3. 鋼管(guan)壁厚附加裕量的比較
輸氣管(guan)道在用(yong)公式得出(chu)計算壁厚(hou)之后，圓(yuan)整到鋼管(guan)標準規定(ding)的壁厚(hou)，一般沒有(you)考(kao)慮(lv)材料(liao)厚(hou)度偏差(cha)和腐蝕裕量。但是ASME B31.8規定(ding)采(cai)用(yong)該規范所列鋼管(guan)，已經考(kao)慮(lv)了(le)鋼管(guan)的壁厚(hou)負偏差(cha)，并且(qie)加(jia)(jia)了(le)裕量，例如，如采(cai)用(yong)API5L，則不必再另加(jia)(jia)厚(hou)度負偏差(cha)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(er)、鋼管材料選用(yong)的比較
由于(yu)輸(shu)(shu)氣(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)距(ju)離長(chang)，鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)用(yong)量(liang)大，天(tian)然氣(qi)(qi)(qi)輸(shu)(shu)送(song)量(liang)大，輸(shu)(shu)氣(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)朝(chao)著高(gao)壓力(li)、大直徑方向發(fa)展，鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)材料也朝(chao)著高(gao)強度、微合金的(de)(de)方向發(fa)展。與輸(shu)(shu)氣(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)工(gong)程相配套的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)也有了(le)自成(cheng)體系的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)標(biao)(biao)準，在國(guo)際上(shang)得到廣泛應用(yong)的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)標(biao)(biao)準是美國(guo)標(biao)(biao)準API5L。該(gai)標(biao)(biao)準的(de)(de)最(zui)高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)級為L830M（PSL2），規(gui)定的(de)(de)屈(qu)服(fu)強度最(zui)小值(zhi)為830 MPa。ISO 3183《石油天(tian)然氣(qi)(qi)(qi)工(gong)業管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)輸(shu)(shu)送(song)系統(tong)用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)》是在API5L《管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)規(gui)范(fan)》基礎(chu)上(shang)編制的(de)(de)。GB／T 9711《石油天(tian)然氣(qi)(qi)(qi)工(gong)業 管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)輸(shu)(shu)送(song)系統(tong)用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)》是在ISO 3183標(biao)(biao)準基礎(chu)上(shang)修改(gai)編制的(de)(de)，該(gai)標(biao)(biao)準得到了(le)廣泛應用(yong)。與工(gong)業管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)在技術上(shang)有重大區(qu)別(bie)。GB 50349《氣(qi)(qi)(qi)田集(ji)輸(shu)(shu)設計規(gui)范(fan)》規(gui)定氣(qi)(qi)(qi)田集(ji)輸(shu)(shu)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)也是選用(yong)GB／T 9711。
工(gong)業管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)所屬裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)流(liu)體多(duo)樣(yang)化、設(she)計參數各(ge)不相同，工(gong)業管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)(de)器材(cai)(cai)(cai)選(xuan)用尚無(wu)(wu)自成(cheng)體系(xi)的(de)(de)統一(yi)標(biao)準(zhun)，均是使用相應的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)(cai)(cai)和鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)標(biao)準(zhun)，例如國標(biao)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)常(chang)用標(biao)準(zhun)：GB／T13793《直(zhi)縫電焊鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T9948《石油(you)裂化用無(wu)(wu)縫鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T 6479《高壓化肥設(she)備用無(wu)(wu)縫鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T8163《輸送流(liu)體用無(wu)(wu)縫鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T3087《低中壓鍋爐用無(wu)(wu)縫鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T5310《高壓鍋爐用無(wu)(wu)縫鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》等數十(shi)個，工(gong)業管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)器材(cai)(cai)(cai)選(xuan)用具(ju)體規定(ding)與(yu)輸氣(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)要(yao)求(qiu)是大(da)不一(yi)樣(yang)的(de)(de)，輸氣(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)與(yu)工(gong)業管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)在(zai)材(cai)(cai)(cai)料(liao)選(xuan)用及材(cai)(cai)(cai)料(liao)標(biao)準(zhun)上均有很大(da)區(qu)別。
三、管道沖(chong)擊試驗的比較
輸氣管(guan)(guan)(guan)道(dao)（包括輸氣站）一(yi)(yi)般都在野(ye)外，受自然環(huan)(huan)境(jing)（低溫(wen)）的(de)(de)影響比(bi)較大，輸氣管(guan)(guan)(guan)道(dao)用鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)對(dui)低溫(wen)沖(chong)擊(ji)韌(ren)性的(de)(de)要(yao)求(qiu)較高，以防止(zhi)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)脆性斷(duan)(duan)裂(lie)擴展(zhan)和(he)控制延性斷(duan)(duan)裂(lie)擴展(zhan)。我國對(dui)干線和(he)站場用鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)提出(chu)了在API5L的(de)(de)基礎(chu)上對(dui)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)和(he)焊縫(feng)進行夏(xia)比(bi)沖(chong)擊(ji)試驗(yan)的(de)(de)要(yao)求(qiu)，規定其試驗(yan)溫(wen)度應低于管(guan)(guan)(guan)道(dao)通(tong)過當(dang)地的(de)(de)最(zui)低環(huan)(huan)境(jing)溫(wen)度，一(yi)(yi)般取(qu)-10℃，-20℃、-30℃，夏(xia)比(bi)沖(chong)擊(ji)韌(ren)性合格值根據不同鋼(gang)級和(he)管(guan)(guan)(guan)徑分別為27J、40J、54J、80J（3個試樣最(zui)小平均值）。
工業管道對管道設計溫(wen)度≤-20℃而高于(yu)鋼(gang)材使用溫(wen)度下限的碳素鋼(gang)、低(di)合(he)金(jin)鋼(gang)、中(zhong)合(he)金(jin)鋼(gang)和高合(he)金(jin)鐵(tie)素體鋼(gang)，要求進(jin)行夏比低(di)溫(wen)沖擊(ji)試驗，試驗沖擊(ji)功合(he)格值根據不同的鋼(gang)材分別(bie)為(wei)18J、20J、27J、31J（3個試樣(yang)平均(jun)值），GB／T 20801、GB／T 50316、SH／T 3059等標注(zhu)中(zhong)均(jun)有明確規定。
輸氣管道與工業管道設計規范對(dui)鋼管提出了夏(xia)比(bi)低溫沖(chong)擊試(shi)驗(yan)的要求(qiu)，在(zai)夏(xia)比(bi)低溫沖(chong)擊試(shi)驗(yan)的試(shi)驗(yan)溫度與合格(ge)值(zhi)上差(cha)異較大。
