有的(de)(de)設計人員(yuan)咨詢浙江至德鋼業(ye)有限公(gong)司工程師工業(ye)管道(dao)(dao)與輸氣管道(dao)(dao)的(de)(de)壁厚計算是否(fou)可以(yi)統一或者互相(xiang)替代(dai)使用？因兩者的(de)(de)壁厚計算具有以(yi)下區(qu)別，所以(yi)肯定是不能混用的(de)(de)。
一、工業管(guan)道與輸氣(qi)管(guan)道直管(guan)壁厚計算公式比較
1. 壁厚計算理論基(ji)礎比較(jiao)
承受內壓的(de)(de)(de)直管(guan)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)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)分析(xi)(xi)理(li)(li)論有(you)兩(liang)類：一(yi)類是(shi)(shi)(shi)忽(hu)略(lve)彎(wan)矩(ju)的(de)(de)(de)無力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)理(li)(li)論一(yi)-薄膜(mo)理(li)(li)論，導出的(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi)壁(bi)厚(hou)計算的(de)(de)(de)薄膜(mo)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)公(gong)式(shi)(shi)，該公(gong)式(shi)(shi)計算的(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi)沿(yan)壁(bi)厚(hou)均(jun)勻分布的(de)(de)(de)兩(liang)向(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)，即軸向(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)和周(zhou)向(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)，忽(hu)略(lve)了徑向(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)。另一(yi)類是(shi)(shi)(shi)彈性力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)分析(xi)(xi)理(li)(li)論一(yi)一(yi)拉美公(gong)式(shi)(shi)，共三個方向(xiang)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)，周(zhou)向(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)和徑向(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)沿(yan)壁(bi)厚(hou)非線性分布，軸向(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)沿(yan)壁(bi)厚(hou)均(jun)勻分布。
GB 50251《輸(shu)氣管道(dao)工(gong)程(cheng)設計(ji)規范》采(cai)用(yong)ASME B31.8《輸(shu)氣和配(pei)氣管道(dao)系(xi)統》的壁厚(hou)計(ji)算公式(shi)(shi)，公式(shi)(shi)源于無(wu)力(li)(li)矩理論(lun)的薄(bo)(bo)膜(mo)理論(lun)應力(li)(li)公式(shi)(shi)。GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059等標準采(cai)用(yong)ASME B31.3《工(gong)藝管道(dao)》的壁厚(hou)計(ji)算公式(shi)(shi)，公式(shi)(shi)是(shi)拉(la)美公式(shi)(shi)的經驗近(jin)似式(shi)(shi)。輸(shu)氣管道(dao)壁厚(hou)計(ji)算公式(shi)(shi)的理論(lun)基礎采(cai)用(yong)無(wu)力(li)(li)矩理論(lun)-薄(bo)(bo)膜(mo)理論(lun)，而(er)工(gong)業管道(dao)采(cai)用(yong)彈(dan)性力(li)(li)學應力(li)(li)分析理論(lun)-拉(la)美公式(shi)(shi)。
2. 安全(quan)系數取值方式的比較
輸(shu)氣管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)由于需穿越城市(shi)、村鎮等(deng)，根據管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)通過區(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同條件，采用改(gai)變(bian)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)應力水平（即(ji)改(gai)變(bian)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)壁(bi)厚）以強度確保(bao)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)自身(shen)的(de)(de)(de)(de)安全，為管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)周圍環境提供安全保(bao)障（采用不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)強度設(she)計系(xi)(xi)(xi)數F）的(de)(de)(de)(de)理念，同時也(ye)體現了管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)經濟成本的(de)(de)(de)(de)合理性(xing)。GB50251中規(gui)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)強度設(she)計系(xi)(xi)(xi)數F值，一級地區(qu)為0.8，四(si)級地區(qu)為0.4。強度設(she)計系(xi)(xi)(xi)數F值的(de)(de)(de)(de)規(gui)定(ding)(ding)與取(qu)值源自ASME B31.8《輸(shu)氣和配氣管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)系(xi)(xi)(xi)統》。
工(gong)業管道(dao)(dao)壁(bi)厚計算(suan)中(zhong)(zhong)，設計溫度下(xia)的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)許(xu)(xu)(xu)(xu)用應(ying)(ying)力由材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)力學性能除以相(xiang)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)安全系數(shu)(shu)而(er)得，GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059規定的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)安全系數(shu)(shu)與(yu)GB 150中(zhong)(zhong)材(cai)料(liao)安全系數(shu)(shu)的(de)(de)(de)要求相(xiang)同。由于工(gong)業管道(dao)(dao)處于有限(xian)范(fan)(fan)圍的(de)(de)(de)工(gong)廠環境中(zhong)(zhong)，材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)安全系數(shu)(shu)根據材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)類型和力學性能（強度極限(xian)、屈服極限(xian)、持久強度、蠕變(bian)極限(xian)）的(de)(de)(de)不同而(er)取值(zhi)(zhi)，按照規范(fan)(fan)規定選取許(xu)(xu)(xu)(xu)用應(ying)(ying)力值(zhi)(zhi)。許(xu)(xu)(xu)(xu)用應(ying)(ying)力值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)大(da)小與(yu)工(gong)業管道(dao)(dao)所處的(de)(de)(de)環境條件(jian)完全無關，在(zai)GB／T20801、GB 50316、SH／T 3059等中(zhong)(zhong)規定使用應(ying)(ying)力表中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)值(zhi)(zhi)，既體現(xian)了(le)(le)許(xu)(xu)(xu)(xu)用應(ying)(ying)力所表達的(de)(de)(de)安全強度，又體現(xian)了(le)(le)工(gong)程設計的(de)(de)(de)經濟合(he)理(li)性。
輸氣管道和工業管道壁厚(hou)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)中安全(quan)系數的區別，在安全(quan)理念和規范內容上存(cun)在差異，在設計(ji)上是(shi)無法(fa)統一的。
3. 鋼管壁厚附(fu)加裕量(liang)的比較
輸氣管(guan)(guan)道在用公(gong)式得出計算壁厚之后，圓整到(dao)鋼管(guan)(guan)標(biao)準規定的壁厚，一般沒(mei)有考(kao)慮材料(liao)厚度偏差(cha)和腐蝕裕量(liang)。但是(shi)ASME B31.8規定采用該規范所列鋼管(guan)(guan)，已經考(kao)慮了(le)(le)鋼管(guan)(guan)的壁厚負偏差(cha)，并且加(jia)了(le)(le)裕量(liang)，例如，如采用API5L，則(ze)不必再另(ling)加(jia)厚度負偏差(cha)了(le)(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、鋼管材(cai)料選用(yong)的比較
由于(yu)輸(shu)(shu)(shu)氣(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)距離長，鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)用(yong)(yong)量(liang)大(da)，天然(ran)氣(qi)(qi)輸(shu)(shu)(shu)送(song)量(liang)大(da)，輸(shu)(shu)(shu)氣(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)朝(chao)著(zhu)高(gao)(gao)壓力、大(da)直徑方(fang)向發展，鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)材料也(ye)朝(chao)著(zhu)高(gao)(gao)強(qiang)度(du)、微合金的方(fang)向發展。與輸(shu)(shu)(shu)氣(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)工程相配(pei)套的鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)也(ye)有(you)了自成體系的鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)標準(zhun)(zhun)(zhun)，在國(guo)際上得到廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)的鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)標準(zhun)(zhun)(zhun)是美國(guo)標準(zhun)(zhun)(zhun)API5L。該(gai)標準(zhun)(zhun)(zhun)的最(zui)高(gao)(gao)鋼(gang)級為(wei)L830M（PSL2），規定(ding)的屈服強(qiang)度(du)最(zui)小值為(wei)830 MPa。ISO 3183《石(shi)油天然(ran)氣(qi)(qi)工業管(guan)(guan)(guan)線輸(shu)(shu)(shu)送(song)系統用(yong)(yong)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)》是在API5L《管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)規范》基(ji)礎上編(bian)制(zhi)(zhi)的。GB／T 9711《石(shi)油天然(ran)氣(qi)(qi)工業 管(guan)(guan)(guan)線輸(shu)(shu)(shu)送(song)系統用(yong)(yong)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)》是在ISO 3183標準(zhun)(zhun)(zhun)基(ji)礎上修改編(bian)制(zhi)(zhi)的，該(gai)標準(zhun)(zhun)(zhun)得到了廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)。與工業管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)用(yong)(yong)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)在技(ji)術上有(you)重(zhong)大(da)區別(bie)。GB 50349《氣(qi)(qi)田集(ji)輸(shu)(shu)(shu)設計(ji)規范》規定(ding)氣(qi)(qi)田集(ji)輸(shu)(shu)(shu)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)用(yong)(yong)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)也(ye)是選用(yong)(yong)GB／T 9711。
工(gong)業管(guan)道(dao)所屬(shu)裝置(zhi)的(de)管(guan)道(dao)流(liu)體(ti)多樣化(hua)、設(she)計(ji)參(can)數各不(bu)相同(tong)，工(gong)業管(guan)道(dao)的(de)器(qi)材(cai)(cai)選用(yong)尚無(wu)(wu)(wu)自成體(ti)系的(de)統(tong)一(yi)標準(zhun)，均是使用(yong)相應的(de)鋼(gang)材(cai)(cai)和鋼(gang)管(guan)標準(zhun)，例如國標鋼(gang)管(guan)常用(yong)標準(zhun)：GB／T13793《直縫(feng)(feng)電(dian)焊鋼(gang)管(guan)》，GB／T9948《石油裂化(hua)用(yong)無(wu)(wu)(wu)縫(feng)(feng)鋼(gang)管(guan)》，GB／T 6479《高壓化(hua)肥設(she)備用(yong)無(wu)(wu)(wu)縫(feng)(feng)鋼(gang)管(guan)》，GB／T8163《輸(shu)送(song)流(liu)體(ti)用(yong)無(wu)(wu)(wu)縫(feng)(feng)鋼(gang)管(guan)》，GB／T3087《低中壓鍋爐(lu)用(yong)無(wu)(wu)(wu)縫(feng)(feng)鋼(gang)管(guan)》，GB／T5310《高壓鍋爐(lu)用(yong)無(wu)(wu)(wu)縫(feng)(feng)鋼(gang)管(guan)》等數十個，工(gong)業管(guan)道(dao)器(qi)材(cai)(cai)選用(yong)具體(ti)規定與輸(shu)氣管(guan)道(dao)的(de)材(cai)(cai)料要求是大不(bu)一(yi)樣的(de)，輸(shu)氣管(guan)道(dao)與工(gong)業管(guan)道(dao)在材(cai)(cai)料選用(yong)及(ji)材(cai)(cai)料標準(zhun)上(shang)均有很大區別。
三、管道沖擊試驗的比較
輸(shu)氣管(guan)道（包括輸(shu)氣站）一般都在(zai)野外，受自(zi)然環境（低溫）的影(ying)響比(bi)較(jiao)大，輸(shu)氣管(guan)道用鋼(gang)(gang)管(guan)對(dui)低溫沖(chong)擊(ji)(ji)韌性的要(yao)求(qiu)較(jiao)高，以防止(zhi)鋼(gang)(gang)管(guan)脆性斷裂(lie)擴(kuo)展(zhan)和控制延性斷裂(lie)擴(kuo)展(zhan)。我(wo)國對(dui)干線和站場用鋼(gang)(gang)管(guan)提(ti)出了在(zai)API5L的基礎上對(dui)鋼(gang)(gang)管(guan)和焊(han)縫進行夏(xia)比(bi)沖(chong)擊(ji)(ji)試驗的要(yao)求(qiu)，規(gui)定其試驗溫度應低于管(guan)道通過當地的最低環境溫度，一般取-10℃，-20℃、-30℃，夏(xia)比(bi)沖(chong)擊(ji)(ji)韌性合格值根據不同鋼(gang)(gang)級和管(guan)徑分別為27J、40J、54J、80J（3個試樣最小平(ping)均值）。
工業管道對管道設計溫度≤-20℃而高于鋼(gang)(gang)材使用(yong)溫度下限的碳素鋼(gang)(gang)、低合金(jin)鋼(gang)(gang)、中合金(jin)鋼(gang)(gang)和(he)高合金(jin)鐵素體鋼(gang)(gang)，要求進行夏(xia)比低溫沖(chong)擊(ji)試(shi)驗(yan)，試(shi)驗(yan)沖(chong)擊(ji)功合格值根(gen)據不同的鋼(gang)(gang)材分別(bie)為18J、20J、27J、31J（3個試(shi)樣(yang)平均值），GB／T 20801、GB／T 50316、SH／T 3059等標(biao)注中均有(you)明確規定。
輸氣管道與工業(ye)管道設計規范對鋼管提出了夏比(bi)低溫(wen)(wen)沖擊(ji)試(shi)驗(yan)的要(yao)求(qiu)，在夏比(bi)低溫(wen)(wen)沖擊(ji)試(shi)驗(yan)的試(shi)驗(yan)溫(wen)(wen)度與合格值上差異較大。
