國內外管道設計標準中管道壁厚計算方法差異

陸育

摘要：中國在中亞地區運營多條輸油氣管道，由于各國的管道設計標準不同，標準水平也存在一定的差異，這在一定程度上加重了管道的投資力度，因此本文就國內外管道設計標準中管造壁厚計算方法的差異進行研究分析，尤其是對中國和俄羅斯管道設計標準中管造壁厚計算方法進行闡述，進而為國內外新建管道工程設計提供有效的參考依據，從而促使我國經濟得到進一步的提升和發展。

關鍵詞：國內外管道;設計標準;中管道壁厚;計算;差異

前言：

中亞是中國海外石油投資的重要區域，但由于各國的管道設計標準及標準水平存在差異，致使中國在中亞地區建設石油輸管道過程中遇到各種各樣的問題，尤其是管道建設周期變長、商討管的設計標準耗時較長、管道設計無法達到最優等，這些都會增加管道建設的成本，因此本文就中國和俄羅斯的管道設計標準中管造壁厚計算方法的差異進行分析研究，并根據其中關鍵參數含義和取值，計算出各國管道壁厚的計算值。

一、國內外管道設計標準中壁厚計算方法

（一）中國管道設計標準

GB 50251-2015《輸氣管道工程設計規范》中規定輸氣管道直管道管壁厚度按照：，其中δ是鋼管計算壁厚，D為鋼管外徑，單位是mm;P為設計壓力，為最小屈服強度，單位是MPa;為焊接接頭系數;F為強度設計系數，輸氣管道一級、一級二類、二級、三級及四級地區的強度設計系數分別為：0.8、，072、0.6、0.5和0.4，T為溫度折減系數，GB 50253-2014《輸氣管道工程設計規范》中規定輸油管道直管道管壁厚度按照：其中，[]為鋼管許用應力，k為設計系數=，其取值一般為0.72[1]。由此可見，中國管道設計標準中的輸油管道和輸氣管道的壁厚計算公式大致相同，不同之處在于強度系數，這是因為輸氣管道強度系數是根據地區的等級獲取不同的數值，輸油管道的強度系數是固定值。但要注意的是，當輸氣管道的溫度小于120℃時，其溫度折減系數對厚壁計算有影響，T值為1.0，要是輸氣管道的溫度在正常范圍內，則溫度折減系數對厚壁計算無太大影響。

（二）俄羅斯管道設計標準

SNIP 2.05.06-85-1997《干線管道設計規范》中滾到壁厚按照：計算，要是有縱向壓力和周向壓縮應力，其管道厚壁按照計算，其中

為管道內壓力的可靠性系數，其值為1.1;R1為計算抗拉強度，R1H為標準抗拉強度，為計算管道壓力及作用力時確定的縱向軸向壓縮應力，為管道的雙軸受力系數，m為管道工作條件系數，其管道等級分為B、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，管道工作條件系數分別為0.6、0.75、0.75、0.9、0.9;kl為材料可靠系數，kH為宇通可靠性系數，其值一般為1.

二、國內外管道設計標準中壁厚計算方法差異分析

（一）中俄管道理論基礎

俄羅斯管道設計標準是以壁厚計算為基礎，將壁厚計算的相關因素考慮的較為全面，尤其是管道內壓力的可靠性系數、管道工作條件系數以及材料可靠性系數等方面，而中國管得道設計標準以強度設計系數、溫度折減系數及焊接接頭系數為基礎。此外，俄羅斯管道設計標準中壁厚計算是以標準抗拉強度為理論基礎，而中國管道設計標準中壁厚計算是以鋼管的最小屈服強度為理論基礎，同時俄羅斯管道設計標準還將縱向和軸向壓縮應力的情形考慮在內，而中國則沒有考慮這一情況。

（二）中俄管道設計理念

中國管道設計的設計理念是根據管道沿線人口密度劃分的，將其劃分為四個地區等級，不同地區采用不同的強度設計系數，簡單的說，就是根據管材的屈服度來確定壁厚，同時中國在計算管道壁厚時，考慮了強度設計系數、溫度折減系數及焊縫系數，而俄羅斯因為地廣人稀，因此俄羅斯在設計管道標準時沒有考慮管道沿線人口密度劃分問題，但俄羅斯是以可靠性理念為設計依據，綜合考慮管道的壓力負荷、管材特性及施工環境等因素，它是以管材抗拉強度來確定壁厚，因此俄羅斯計算管道壁厚的方法覆蓋率較為全面，尤其是負載可靠性系數、管段性質等級及管道工作條件系數等。

三、國內外管道設計標準中壁厚計算方法的選擇

（一）高綱級

中亞、中俄油氣管道都是屬于大口徑、高壓力、高綱級管道，它們的特點是管線鋼管會隨著等級的提高屈服強度與屈強比值，屈強比越低，管材變形從初始到斷裂容量就會越大，就可以有效的緩解因過量超載而產生的應力集中，但屈強比要是過低，就會讓管材的強度收到損失，進而導致壁厚過大，屈強比越高，初始塑性變形至斷裂形變容量就會變小，因此，管線鋼管等級越高，其管道安全裕量就會越小，所以有些學者認為X65以上的高等級鋼管以及高寒地區的管道應使用極限載荷的設計方法、可靠性設計方針為設計依據，以此來保障管道安全運行。

（二）普通鋼級

根據中國標準GB 50251-2015以及俄羅斯標準SNIP 2.05.06-85-1997管材抗拉強度計算壁厚值，據了解俄羅斯計算壁厚值較大，鋼管等級由X42提升到X80，中俄管道設計標準的壁厚計算值差值最大為4.13mm，最小為2.89mm，其差值范圍可以作為管線鋼管等級高于X65時，就要按照中國GB 50251-2015計算管道壁厚設計的安全裕量，要是鋼管等級低于X65時，要想節省管道成本，就要按照中國管道設計標準進行管道壁厚設計，要是中亞不能采用中國管道設計標準進行管道壁厚設計時，可采用俄羅斯管道設計標準中的抗拉強度進行管道壁厚設計，爭取讓我國經濟利益得到最大化。

結語：

綜上所述，各個國家在進行管道設計時，其設計標準和設計水平都存在差異，致使壁厚計算公式也略有不同，但在原理上大多都符合的要求，只是運用參考數據略有不同，因此在進行國內外管道設計標準中管道壁厚計算時，要互相借鑒，相互補充和參考，同時還可以利用相關的管道設計軟件，對管道設計標準中管道壁厚計算結果進行校對，只有這樣才能讓管道設計工程得到更好的應用和發展，從而推動我國的經濟發展，促使我國經濟得到進一步的提升。

參考文獻：

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