①. 不銹鋼管及管件壁厚的確定,一般由工藝提出操作工況條件,經管道設計計算后,提交“管道壁厚計算表”,由管道設計圓整并選擇標準的管道壁厚(特殊材質管子壁厚除外)。
內壓直管金屬直管的壁厚計算在GB 50316、SH 3059、GB/T 20801、ASME B31.1、ASME B31.3等規范均有介紹。地上管道的壁厚一般按環向應力設計,與地下管道的壁厚設計方法相同。
承受外壓的直管厚度和加強要求,應符合現行國家標準GB150《壓力容器》的規定。
國內標準常用鋼管和鋼板的許用應力由GB50316-2000中表A.0.1和表A.0.2中取值。美標標準常用鋼管和鋼板的許用應力由ASME B31.3中表A-1中取值;用于高壓蒸汽的管道,其鋼管和鋼板的許用應力由 ASME B31.1中表A-1、A-2、A-3中取值。
②. 各種工況下鋼管及鋼制管件的最小厚度應滿足以下要求。
a. 管子壁厚不應小于:按規定計算的壁厚;按D0 / 150(D0 管子外徑,mm)確定的管子壁厚。最小選用壁厚應符合表16.31要求。
b. 劇烈循環條件或A1類流體的管道,采用不銹鋼管子及對焊管件時,不應小于表16.32所列的厚度。
c. 外螺紋的鋼管和外螺紋鋼管件的最小厚度應按表16.33的規定。
d. 內螺紋管件及承插焊管件的厚度應符合現行國家標準的規定。
e. 選用低壓流體輸送用焊接鋼管的系列厚度及現行國家標準號應按現行國家標準GB/T3092《低壓流體輸送用焊接鋼管》及GB/T 3091《低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管》中的加厚管子,可用于輸送設計壓力小于或等于1.6MPa和設計溫度在0~200℃的C類流體。普通厚度的管子僅用于D類流體。
③. 工業管道壁厚等級的確定方法
按上述的管道壁厚方法計算值先按四舍五入的原則進行圓整,然后查相應的應用標準,與計算值最接近且稍高的對應壁厚就是該管道的公稱壁厚。有對應管子表號時,就用管子表號表示;無對應管子表號時,就用壁厚值表示。管子表號或壁厚值所表示的參數就是該管道的公稱壁厚等級。
對于不宜靠用標準中公稱壁厚的管道,例如管道應力不允許有太大壁厚的管道元件,大批量同規格的管道元件,由昂貴材料制造的管道元件等,其壁厚等級應按計算值就近圓整取值。管道上其他組成件(如彎頭、三通、異徑管、封頭等),也以上述確定的數字或代號表示其公稱壁厚等級,并由此確定它們與管子是等強度的。
④. 管道器材受壓元件的壁厚選用,應符合下列要求;
管道器材受壓元件的最小壁厚應考慮腐蝕、浸蝕、磨損、負偏差及螺紋或開槽深度裕量;按強度計算管道器材受壓元件壁厚時,應考慮由于支撐、結冰、回填土等附加載荷的影響,當由此增加的壁厚產生過大的局部應力和在結構上無法解決時,應通過附加支撐、拉桿等不增加壁厚的措施來保證其強度。
工程應用:某蒸汽管子壁厚計算實例
某蒸汽管道,設計壓力為3.0MPa,設計溫度為350℃,欲選用外徑為219mm的無縫鋼管,求管材的壁厚(管材的材質為20優質碳素鋼,許用應力為90MPa,附加厚度規定采用2mm)。
工程應用:某蒸汽管道壁厚強度的驗算
某蒸汽管道為325mm×8mmm,蒸汽壓力為2.5Ma,需驗算管子壁厚是否符合強度要求(許用應力值為100MPa,厚度附加值采用2.0mm)。
工程應用:某已用多年彎頭壁厚的核算
某兩相流管道219mm×6mnm,設計壓力p=3.8MPa,設計溫度t=250℃,在投運若干年后,檢修時發現各彎頭外弧側壁厚因沖刷減薄了0.5mm,問:是否可繼續使用?
查閱技術文件檔案資料,這批彎頭是由無縫鋼管彎制的PN4.0熱壓彎頭,材質20g,DN200,外徑和壁厚為$219mm X6mnm,彎頭外弧、內弧和左右兩側各點實測最小壁厚為6mm,彎曲半徑R=305mm
根據附錄查得鋼材2在250℃的許用應力為110MPa。許用應力修正系數n取1。溫度修正系數Y取0.4。因有兩相流動工況,附加厚度C取2。
解:由條件知當時,直管的計算壁厚為:
原彎頭的附加厚度有2.711mm,有余量,盡管因汽水沖刷減薄了0.5mm,彎頭最薄處壁厚為5.5mm,已經到達最小壁厚值,應更換新材料。
工程應用:某三通壁厚的核算
某管道設計壓力p=2.5MPa,,設計溫度t=250℃,準備采用的219mm 等徑三通,材料為20鋼(GB3087),實測該三通最小壁厚為5.8mm,需要校核計算。
設計溫度 t=250℃,低于20鋼的最高使用溫度上限,材料為20鋼材質是可以的。根據標準查得,鋼材20鋼在250℃下的許用應力為110MPa。溫度修正系數Y選取0.4。
因此,三通實測最小壁厚5.8mm,大于計算的最小壁厚5.08mm是可行的。
工程應用:某試壓用盲板最小厚度的計算
夾在兩法蘭之間的盲板,其計算厚度可按式(16.3)確定。用整體鋼板制造時,式中焊接接頭系數等于1.0。對于永久性盲板應按式(16.5)增加厚度附加量。某試壓用盲板最小厚度見表16.34。