科纳技术苏州有限公司:天然气高压管道弯管壁厚减薄率的确定（转载）
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天然气高压管道弯管壁厚减薄率的确定
2011-5-25刘志仁 陶春辉
摘要：对天然气高压管道弯管壁厚减薄率的计算公式进行了理论推导，计算结果与相关规范和工程技术规格书的指标一致，工程实践证明推导的弯管壁厚减薄率计算公式行之有效。关键词：高压管道；弯管；壁厚减薄率Determination of Wall Thinning Rate at Bend of Natural Gas High-pressure PipelineLIU Zhiren，TAO ChunhuiAbstract：The calculation formula of wall thinning rate at bend of natural gas high-pressure pipeline is theoretically derived.The calculation result is consistent with the indicators in the related norms and engineering specifications.The practice shows that the derived calculation formula of wall thinning rate is effective.Key words：high-pressure pipeline；bend；wall thinning rate1 概述在天然气高压管道建设中通常采用弹性敷设、现场冷弯弯管或热煨弯管改变管道的走向。通常优先采用弹性敷设，以减小沿程摩擦阻力和增强管道的整体柔韧性。当采用弹性敷设受地形条件限制时，应优先使用现场冷弯弯管，冷弯弯管无法实现管道转向时使用热煨弯管。为了保证天然气高压管道弯管壁厚减薄后仍具有足够的强度，需要对管道弯曲后的壁厚减薄率进行计算并限定。目前天然气行业标准中仅SY/T 5257—2004《油气输送用钢制弯管》规定热煨弯管最大壁厚减薄率应不大于9%。本文对天然气高压管道弯管壁厚减薄率的计算公式进行理论推导。2 弯管壁厚减薄率计算模型天然气高压管道进行弯制时，管道弯曲段受力变形，弯制前状态见图1，弯制后状态见图2，弯曲段Ⅰ′-Ⅰ′断面见图3。管道在弯制过程中，内侧管壁受压力，由于挤压作用管壁由直线形(如CD段)变成圆弧形(如C′D′段)，管壁由于压缩变短而增厚；外侧管壁受拉力，由于拉伸作用管壁由直线形(如AB段)变成圆弧形(如A′B′段)，管壁由于拉伸变长而减薄。管壁减薄会使强度降低，为保证管壁减薄后仍有足够强度，要求管壁有一定厚度，在弯曲段管壁减薄应均匀。
在天然气高压管道弯制过程中，根据质量守恒可得式(1)。
式中φ——弯曲角度，radr——曲率半径，mmD——外直径，mmδ1——弯曲后外侧管壁壁厚，mmδ0——弯曲前管道管壁壁厚，mm根据式(1)得到天然气高压管道弯管壁厚减薄率的计算公式，见式(2)。
式中C——弯管壁厚减薄率3 天然气高压管道弯管技术要求① 热煨弯管技术要求根据现行国家标准GB 50251—2003《输气管道工程设计规范》，弯管的曲率半径应不小于外直径的4倍，并应满足清管器或检测仪器能顺利通过的要求。而行业标准SY/T 5257—2004对弯管的定义为“用于在管道中改变介质流动方向，且弯曲的曲率半径不小于其母管外直径5倍的两端带直段的圆弧形管件”。由此可见，实际生产的热煨弯管，其曲率半径应不小于外直径的5倍。此外，现行国家标准GB 50470—2008《油气输送管道线路工程抗震设计规范》要求“在需抗震设防的埋地管道，不宜设置弯头，应采用弹性敷设，且曲率半径不得小于外直径的1000倍。当需没置热煨弯管时，其曲率半径不得小于外直径的6倍”。因此，在天然气高压管道设计中，GB 50470—2008未实施前，通常要求热煨弯管的曲率半径为外直径的5倍；GB 50470—2008实施后，通常要求热煨弯管的曲率半径为外直径的6倍。② 冷弯弯管技术要求根据GB 50251—2003，现场冷弯弯管的最小曲率半径见表1，其中的D表示外直径。表1 现场冷弯弯管的最小曲率半径公称直径/mm最小曲率半径≤30018D35021D40024D45027D50030D4 弯管壁厚减薄率计算及分析① 热煨弯管壁厚减薄率计算及分析a. 热煨弯管曲率半径为外直径的5倍时，计算得其壁厚减薄率为9%。这与SY/T 5257—2004对热煨弯管壁厚最大减薄率应不大于9%的要求相符，且与国内许多高压管道工程热煨弯管技术规格书要求的壁厚减薄率一致。b. 热煨弯管曲率半径为外直径的6倍时，计算得其壁厚减薄率为7.7%。这与川气东送江苏配套管道一期工程溧宜支线工程技术规格书规定的热煨弯管壁厚减薄率不大于8%一致。② 冷弯弯管壁厚减薄率计算及分析冷弯弯管曲率半径为外直径的18倍时，计算得其壁厚减薄率为2.7%。国内许多高压管道工程技术规格书并未对冷弯弯管壁厚减薄率作出明确规定，仅有川气东送工程技术规格书作出规定，要求壁厚减薄率不大于3%，计算结果与其一致。5 结语本文推导的天然气高压管道弯管壁厚减薄率计算公式可以方便地确定弯管壁厚减薄率，其计算结果与国内相关规范及已建成的天然气高压管道工程技术规格书的指标一致。弯管生产厂家和工程公司在制作过程中按照计算结果进行弯管的质量控制，相关产品已投入运行多年，运行状态良好，说明计算结果与实际符合，也证明了本文推导的天然气高压管道弯管壁厚减薄率计算公式行之有效。(本文作者：刘志仁 陶春辉 南京市燃气工程设计院有限公司 江苏南京 210009)
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