管道壁厚計算方法大多等效或參照采用ASME等標準規范體系。因國內行業分工不同導致管道類別較多。
1. 工業管道與國外規范的比較
GB/T 20801《壓力管道規范 工業管道》因被國家安全技術法規TSG D0001《壓力管道安全技術監察規程工業管道》引用而成為強制標準,與常用的SH/T 3059《石油化工管道設計器材選用規范》、DL/T 5054《火力發電廠汽水管道設計規范》、GB 50316《工業金屬管道設計規范》等標準等同采用了ASME B31.3管道壁厚計算公式,計算時材料許用應力取值稍有差別。
目前ASME B31.3的有效版本在分母SE項增加了一個焊接接頭強度降低系數,GB/T20801和SH/T3059也進行了修改。
GB 50316 是國家強制標準,仍然有效,將要發布的新版規范內也將增加焊接接頭強度降低系數,但其許用應力取值偏保守。
動力管道規范ASME B31.1 僅對焊接鋼管而不對無縫鋼管增加焊接接頭強度降低系數,這點與國內電力行業的動力管道規范是一致的。DL/T 5054與現行的ASME B31.1是一致的,許用應力取值相對于ASME B31.3高,特別是無縫鋼管在蠕變溫度下的計算結果比工藝管道要小得多。國內各工業管道規范因標準不同可能導致管道壁厚計算和取值結果完全不同。
2. 國內工業管道規范和長輸管道、公用管道規范的比較
GB 50253《輸油管道設計規范》、GB 50251《輸氣管道設計規范》主要參照ASME B31.4《液態烴和其他液體管線輸送系統》、ASME B31.8《輸氣和配氣管道系統》。
無論是長輸管道還是燃氣管道,均引入了設計系數的概念。因長輸管道和燃氣管道許用應力取值相對較高且不考慮腐蝕裕度(因有陰極保護)和負偏差(設計系數中已考慮)等厚度附加量,同等條件下,長輸管道和公用管道的壁厚計算和取值比工業管道要薄很多。當工業管道與長輸管道、公用管道,或不同設計系數長輸管道、公用管道之間直接焊接連接時,因壁厚差異不宜直接用打破口的形式連接,而是要加一段過渡管段。
3. 負壓工況下管道壁厚校核
上面對各種標準規范在內壓下壓力管道的壁厚計算進行了比較分析,按內壓壁厚計算并考慮其他因素選取的壁厚可保證壓力管道的強度在內壓下不會失效。有時還要考慮外壓工況下,特別是大口徑薄壁管道,應校核管道的壁厚或許用外壓,確保管道剛度和安全運行。
(1)ASME B31.3對直管外壓下壁厚計算和加強圈要求,應符合ASME規范第VII 卷第1冊UG-28。
(2)GB/T 20801對直管的外壓(真空)設計是按GB/T 150。同時對L/T≥25且D/T。≥65,當設計溫度不超過300℃時,可簡化公式(3.3.9)計算許用外壓。GB/T 20801簡化的許用外壓計算公式和GB/T 150的計算結果是一致的。ASME 規范第VII卷第1冊UG-28在相同條件下也可得出相同得結果。
(3)如果許用外壓不滿足設計條件,可按GB/T 150或ASME 規范第VII卷第1冊UG-29、UG-30設計加強圈。