管道壁厚选择因素.doc

换热管壁厚的选择与优化方法1、换热管在设计温度与压力下的强度计算，可以用如下公式进行计算；t=P×Do÷2/〔[σ]t×Ej + P×Y〕P—设计压力，MPa；[σ]t—设计温度下材料的〔根本〕许用应力，MPa；Do—管外径名义值，mm；t—计算厚度，mm；Y—修正系数；Ej—焊接接头系数 {' u  G- w+ z' n" N( }* _  n考虑壁厚附加量后的计算：t1=t÷〔1-a〕t1—考虑内压和制造负偏差的管壁厚，mm；a—以壁厚百分数允许的负偏差，碳钢取0.15，低合金钢取0.125， 不锈钢取DN10以下0.15，以上0.2；t2=t1÷〔1-b〕t2—考虑内压和制造负偏差和弯管减薄的管壁厚，mm；b—以壁厚百分数允许的弯管减薄负偏差，通常碳钢取0.08-0.14， 不锈钢取0.05-0.08；8 h2 R) ~* l# z0 X4 S8 {由t2再加上腐蚀裕量，螺纹或刻槽深度，可得到最小壁厚tm2、影晌壁厚等级确定的因素 2.1、材料的许用应力 . H" h* d, l6 f# ~材料的许用应力是指材料的强度指标除以相应的平安系数而得到的值材料的机械性能 指标有屈服极限、强度极限、蠕变极限、疲劳极限等，这些指标分别反映了不同状态下失效的极限值。

为了保证管道运行中的强度可靠，常将管道元件中的应力限制在各强度指标下某一值，该数值即为许用应力当管道元件中的应力超过其许用应力值时，就认为其强度已不能得到保证因此说，材料的许用应力是确定管道壁厚等级的根本参数 % L& a. U* C( r* `' _) b不同的设计标准，选取材料的许用应力值是不同的对压力管道来说，国内的设计标准是按GB150?钢制压力容器?确定的许用应力值，ASTM材料那么是取按ANSI B31.3?Process Piping?标准确定的许用应力值 2.2腐蚀余量腐蚀余量是考虑因介质对管道的腐蚀而造成的管道壁厚减薄，从而增加的管道壁厚值它的大小直接影响到管道壁厚的取值，或者说直接影响到壁厚等级确实定 F4 L9 V0 u  N' e% q目前我国尚没有一套有关各种腐蚀介质在不同条件下对各种材料的腐蚀速率数据，因此，工程上大多数情况下仍是凭经验来确定其腐蚀余量的许多国内外的工程公司或设计院通常都将腐蚀余量分为如下四级:   K+ e( Y1 ?$ H7 D4 Ha、无腐蚀余量对一般的不锈钢管道多取该值；b、1.6mm腐蚀余量对于腐蚀不严重的碳素钢和铬钼钢多取该值； : G7 J% q. E% d! A( D2 H! xc、3.2mm腐蚀余量。

对于腐蚀比拟严重的碳素钢和铬钼钢管道多取该值； 7 Z, O  P) m, q+ H- N! o, p  O5 Xd、加强级〔大于3.2mm〕腐蚀余量对于有固体颗粒冲刷等特殊情况下的管道，根据实际情况确定其具体值O2.3管子及其元件的制造壁厚偏差管子及其元件在制造过程中，相对于其公称壁厚〔或者叫理论壁厚〕都会有正、负偏差，因此在确定管子及其元件公称壁厚时一定要考虑可能出现的负偏差值各种钢管标准中规定的负偏差值是不完全相同的，GB/T8163?流体输送用无缝钢管?、GB/T14976?流体输送用不锈钢无缝钢管?规定的壁厚偏差值如下：   `+ ^' W3 O/ M4 e                  表5－3 常用标准的壁厚偏差值 4 z& I: D& C) X0 H材料标准   壁厚〔mm〕   偏差值〔％〕GB/T8163   ≤20  +15，-10，+12，-5，-10 GB/T14976  <15 ≥15  +15，-12.5 +20，-15 S. l3 k$ V2 [# j, T: s8 w3.4、焊缝系数 9 H: l$ H% m+ v3 E8 r金属的焊接过程，实质上是一个冶金过程，其组织带有明显的铸造组织特征。

一般情况下，铸造组织缺陷较多，材料性能也有所下降对于有纵焊缝和螺旋焊缝的焊接管子及其元件，相对于无缝管子及其元件来说，工程上常给它一个强度降低系数〔即焊缝系数〕，以衡量其机械性能下降的程度其焊缝系数的取值见表5-49 ~1 k, U0 `! J3 J) z) t) h表5-4 焊接钢管的焊缝系数 0 F% \, d5 ]8 P' W序号   焊接方法    接头形式   焊缝型式   检验型式   焊缝系数 1    锻焊   对焊   直线   按标准要求   0.6; z8 L  B  C) u9 b+ T) {4 o  2 电阻焊  对焊  直线或螺旋形  按标准要求  0.85: P& Z( i/ l2 a4 ]3 O+ j5 z  3 电弧焊  单面对焊  直线或螺旋形  无RT * P. c2 K$ t+ E% `( U% ^10%RT100%RT  0.85 Z: j: O8 M6 ?0.95 b% r" t: t. M& Q8 x1.05 o9 f3 }% ^9 F" @    双面对焊  直线或螺旋形  无RT 10%RT 100%RT  0.850.9 1.0RT 射线探伤 o; Q8 }: `2 F7 U3.5、设计寿命 ! ~, G. h8 x5 _5 I: V. R5 p  ja、设计寿命与压力管道的腐蚀余量有关。

对于均匀腐蚀来说，当知道其年腐蚀速率后，根据预定的设计寿命，就很容易算出其应取的腐蚀余量了 v$ l9 g% o: x: hb、设计寿命还与交变应力作用的荷载变化次数、氢损伤的孕育时间、断裂因子的扩展期等影响因素有关 j9 A: Y( E7 \, H. Yc、与压力管道的一次性投资、资金代尝期和技术更新周期有关d、美国一杂志上推荐的设计使用寿命为：碳钢为5年；铬钼钢和不锈钢为10年 [4 T2 d0 p8 i5 h1 u: \* ^SH3059标准规定的设计寿命为15年3 a& X0 C/ T$ S  S国外的一些工程公司对总承包工程规定一般为10年；非总包工程一般为15年，以便从中获取较大的利润管道压力等级前面已经提及，压力管道的组成件一般都是标准件，因此压力管道组成件的设计主要是其标准件的选用，管道压力等级确实定也就是其标准件等级确实定管道的压力等级包括两局部: 〔1〕〔1〕8 J3 H6 W1 t5 |( |3 g3 H( Y以公称压力表示的标准管件的公称压力等级；〔2〕以壁厚等级表示的的标准管件的壁厚等级 3 P8 ^0 I, e' S( y& x管道的压力等级：通常把管道中由标准管件的公称压力等级和壁厚等级共同确定的能反映管道承压特性的参数叫做管道的压力等级。

而习惯上为简化描述，常把管道中管件的公称压力等级叫做管道的压力等级' z" M: w4 r- v) E- H9 n% }" b压力等级确实定是压力管道设计的根底，也是设计的核心它是压力管道布置、压力管道应力校核的设计前提条件，也是影响压力管道基建投资和管道可靠性的重要因素 / M2 t8 y: Q' ^8 g' @$ P% n1、设计条件 * `- p; x) W4 t' p- M8 ]( L) L# t% t工程上，工艺操作参数不宜直接作为压力管道的设计条件，要考虑工艺操作的波动、相连设备的影响、环境的影响等因素，而在工艺操作参数的根底上给出一定的平安裕量作为设计条件这里所说的设计条件主要是指设计压力和设计温度 ' M4 R. U  Y* h7 g  ^1.1、管道的设计压力：应不低于正常操作时，由内压〔或外压〕与温度构成的最苛刻条件下的压力最苛刻条件：是指导致管子及管道组成件最大壁厚或最高公称压力等级的条件4 B, t% b" J6 @' F设计压力确定：考虑介质的静液柱压力等因素的影响，设计压力一般应略高于由〔或〕外压与温度构成的最苛刻条件下的最高工作压力a、一般情况下管道元件的设计压力确定 6 ~" u& |3 I6 Z; Z, P一般情况下，为了操作上的方便，在此不妨采用压力容器的做法，即在相 2 D  k' c5 Z* X. O3 D4 q$ \应工作压力的根底上增加一个裕度系数。

一般情况下管道元件的设计压力确定$ B& H. [8 w6 j7 {, P工作压力Pw(MPa)  设计压力P(MPa)Pw≤1.8  P= Pw+0.18 1.8 4.0 Pw>8.0  P=1.05 Pw※当按该原那么确定的设计压力会引起管道压力等级变化时，应判断该工作压力是否就是由内压(或外压)与温度构成的最苛刻条件下的最高工作压力，如果是，在报请有关技术负责人批准的情况下，设计压力可取此时的最高工作压力，而不加系数 A, a5 j- s1 h) O1 z; @0 Wb、管道中有平安泄压装置时，管道中有平安泄压装置时预示着该管道在运行过程中有出现超出其正常操作压力的可能设置平安泄压装置(如平安阀、爆破片等)的目的，就是在系统中出现超出其正常操作压力的情况时，能将压力自动释放而使设备、管道等系统的硬件得到保护此时管道的设计压力应不低于平安泄压装置的设定压力 * y# g8 |# V: m" [. z$ [$ Jc、管道中有高扬程的泵 0 Z$ n: y& T9 l& ?对于高扬程的泵，尤其是往复泵，在开始启动的短时间内，往往会在第一道切断阀之前的管道和泵内产生一个较高的封闭压力，有时这个封闭压力会到达一个很大的值。

此时泵的出口管道，其设计压力应取泵的最大封闭压力值/ r9 [' e$ l( V1 \; {0 Sd、真空系统 * }6 o$ U/ M4 Y1 H' e# L/ [真空系统管道承受的压力就是其外部的大气压力，故其设计压力应取0.1MPa外压 * U7 Z- }* S! X4 m1 i$ @# _e、与塔或容器等设备相连的管道 : c9 g5 z; d: {与塔或容器等设备相连的管道其设计压力应不低于所连设备的设计压力当管道内有较高的液体液柱时，还应考虑该液体静压头的影响事实上，对于管道来说，其受力要比设备复杂，这是因为它除受介质载荷之外，还往往遭受到由于管道的热胀冷缩而产生的管系力等因此，管道的设计压力一般应不低于设备的设计压力1.2、设计温度 ) I5 B0 r2 L2 X, }) Q/ B管道的设计温度：应不低于正常操作时，由内压〔或外压〕与温度构成的最苛刻条件下的温度最苛刻条件指导致管子及管道组成件最大壁厚、最高公称压力等级或最高材料等级的条件设计温度确实定：考虑环境、隔热、操作稳定性等因素的影响，设计温度应略高于由内压〔或外压〕与温度构成的最苛刻条件下的最高工作温度 # J. n0 n3 X2 Fa、一般情况下管道元件的设计温度确定 ! G* J8 z5 @$ |8 C& P一般情况下为了操作上的方便，在此不妨也采用压力容器的做法，在相应工作温度的根底上增加一个裕度系数〔除法兰和螺栓以外〕。

表5-2 一般情况下管道元件的设计温度确定工作温度Tw(℃)  设计温度T(℃) , K1 i+ n* ~/ e( E-20 15 Tw>350  T= Tw+(5～15) ※当按该原那么确定的设计温度会引起管道压力等级或材料变化时，应判断该工作温度是否就是由内压〔或外压〕与温度构成的最苛刻条件下的最高工作温度，如果是，在报请有关技术负责人批准的情况下，设计温度可取此时的最高工作温度，而不加系数法兰、垫片的设计温度不低于最高工作温度的90％；6 U( u/ j* t8 U( }6 i9 B! i' Z螺栓、。