鋼管
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管道組成件多為按照公稱壓力、公稱管徑和壁厚系列劃分的標準件，對鋼管、法蘭、管件的設計主要是對標準件的選用。目前存在 國內外多種標準體系．這些標準中的大部分隨著近年技術的發展進行了修改。同時國內標準中大量引入了美國及歐洲標準的相關內容，與 以往的規定有了一定差異，因此在i殳計及選用時易產生混淆和錯誤。本文通過對國內外標準規范的分析和總結，澄清了易混淆的概念，提 出鋼管壁厚、法蘭壓力等級和管件選用的推薦作法。
為了簡化管道器材規格，便于管道組成件的標準化．國內外均將各 種管道組成件按壓力和直徑兩個參數進行分級。在壓力等級標準中規定 的分級壓力稱為公稱壓力，在管徑系列標準中規定的分級直徑稱為公稱 直徑。設計中采用的壓力管道組成件一般都是標準件，因此壓力管道組 成件的設計主要是對標準件的選用。
在壓力管道設計中．一般將管道組成件的公稱壓力等級和壁厚等級 共同確定能夠反應管道承壓特性的參數稱為管道的壓力等級。影響管 道組成件壓力等級的因素主要足設計壓力、設計溫度、采用的標準體系 (在不同的標準體系中，公稱壓力等級系列不同，對應的壓力一溫度等 級也不同)、組成件的材料類型及其壓力一溫度等級。管道組成件的允 許T作壓力一般隨溫度的升高而降低，這種壓力—溫度關系稱為壓力一 溫度等級(額定值)，也就是公稱壓力對應的許用工作壓力和工作溫度 的參數值。
壓力管道按類別不同，分為i類：長輸管道(GA)、公用管道 (GB)、-[業管道(GC)。鋼管、法蘭、管件是長輸管道和工業管道 中最為常用的管道組成件。通過對國內外標準規范和相碰研究資料的研 究和對比，辨析其中的內容，在本文中將提出鋼管、法蘭和管件標準件 的選用方法及注意事項。
設計壓力是指進行管道組成件設計時，在計算和分析過程中所用的 壓力。管道組成件的設計壓力，不應低于正常操作過程中．由內(外) 壓與溫度構成的最苛刻條件(是指導致管道組成件最大壁厚或最高壓力 等級的條件)下的壓力。一般設計壓力可采用壓力容器的作法來確定， 、 即在相應工作壓力的基礎上增加一個裕度系數，具體來說可認為設計壓 力=最高操作壓力+安全余量+壓力設定值余量+操作壓力不確定的余 量。具體數值可參照《輸氣管道工程設計規范》GB5025 1中對安全閥定 壓的規定。見表1。在《鋼制壓力容器》GBISO，《石油化工鋼制壓力容 器》SH／q3074，(-r業金屬管道設計規范》GB5{Y316等規范中也均有如 何確定設計壓力值的說明。
管道組成件的設計溫度。不應低于正常操作過程中，由壓力和溫度 構成的最苛刻條件下的溫度。—般設計溫度的確定也可采用壓力容器的作 法，即在相應最高1：作溫度(或最低工作溫度)的基礎上增加—個裕度系 數。具體數值可參照《石油化工鋼制壓力容器》SH／13074-，見表2。
管道組成件的公稱壓力是指與其機械強度有關的設計給定壓力，它 通常表示管道組成件在規定的基準溫度下的最大允許工作壓力。隨溫度 的升高，材料的許用應力下降，即允許工作壓力也下降。 《管道元件公稱壓力》GB／T1048中規定的公稱壓力系列包括兩種。 一是DIN系列，包括PN2．5，6，IO，16，25。40，63，100，其它非常 用公稱壓力未列入其中；二是ANSI系列。包括PN20、PN50、PNll0、 PNl50、PN260、PN420。美國ASMEBl6．5，AsMEBl6．47中規定的公稱壓 力等級包括：Class 150．300，600，900，1500，2500。
在石油行業的長輸管道和工業管道類項目中，常用的設計規范包 括：《輸氣管道T程設計規范》GB 50251—2003；《輸油管道工程設計規 范》GB 50253—2003；《油氣集輸設計規范》GB 50350-2005；《工業金 屬管道設計規范》GBS0316-2000。 在以上規范中，對于鋼管設計壁厚的確定均采用公式計算，在公式 中反應管道壓力、溫度、材質等對鋼管選用的影響。以上四個規范對 于管道直管段鋼管壁厚計算的規定基本相同，并且與《輸氣和配氣管道 系統》ASME B31．8、《液態烴和其他液體管線輸送系統》ASME B31．4、 《工藝管線》ASME B31．3中的規定也基本相同，都是采用第二強度理 論。
鋼管的許用應力是由材料的強度指標在考慮相應的安全系數后得到 的。材料的強度指標有屈服強度、強度極限、蠕變極限、疲勞極限等， 這些指標反映了不同狀態下材料失效的極限值。 在中國國家標準中以鋼管壁厚尺寸表示壁厚系列，中國石化《石油 化T企業鋼管尺寸系列》(SH3405)和美國標準ASME B36．IOM《焊接和 無縫鍛軋鋼管》、ASIDE B36．19M《不銹鋼管》按管表號表示壁厚系列。 鋼管壁厚選用的方法首先根據規范中規定的公式確定鋼管的設計壁 厚，而后對照鋼管的壁厚系列對設計壁厚向上進行圓整即可確定鋼管的 壁厚等級(郎標準中規定的壁厚尺寸或管表號)。 輸氣管道、輸油管道及油氣集輸管道設計規范中確定材料許用應力 的方式基本相同，而在，I：業金屬管道中則略有不同。下面將分別進行詳 細分析，提出推薦的各種數據、系數的選用方法。
在鋼制對焊管件的中國國家標準《鋼制對焊無縫管件》GB／T 12459、《鋼板制對焊管件》GB廠r 13401，中國石油天然氣行業標準《鋼 制對焊管件》sY廠r05lo。中國石油化工總公司標準《鋼制對焊無縫管 件》SH／T3408、《鋼板制對焊管件》SH／T 3409，美國工程師協會標準 《工廠制造的鍛鋼對焊管件》ASME B16．9、《鍛軋鋼制對接焊小彎曲 半徑彎頭和180n彎頭》ASME B16．28中。管件的壁厚等級均通過管表號 (Sch，也叫壁厚系列號)值來表示。管表號的計算公式為： D Sch=二_xl000 q P—設計壓力，MPa； 仃_設計溫度下材料的許用應力，MPa； 設置管表號的初衷足希墨建立一個與鋼管直徑、壁厚相關聯的鋼管 壁厚系列號碼體系，但隨著鋼管的發展和規范的修訂，Sch已經失去了其 早期的功能。管表號曰前只是一個用于編排鋼管壁厚順序的簡便標志系 統，若用于計算管壁厚度則偏差較大。是不適宜的。 推薦的管件選取方法為：首先計算與管件連接的直管段的壁厚，查 取與計算值相匹配的sch值，然后選取相同材質、相同sch值的管件。
