油氣管道彎管的壓力設計及加工規范差異分析

劉瑞宇

中國石油工程項目管理公司天津設計院，天津300457

在石油天然氣壓力管道設計中，對于基于內壓的彎管的壓力設計及加工制作，有關規范要求千差萬別。本文分別對油氣站場內工業金屬管道、長輸管道、集輸管道、海底管道中彎管的壓力設計及加工制作上的差異進行對比，指出需要注意的問題，便于設計師合理設計及采購工程師準確采購。

1 站場內工業金屬管道彎管壓力設計

1.1 國際項目站場內工業金屬管道

對于國際項目站場內工業金屬管道彎管的壓力設計，通常首選ASME B31.3 作為其設計標準規范。

（1） 彎管的壓力設計。2000 年之前的ASME B31.3 版本中，對于基于內壓的彎管壓力設計只是簡單要求彎管在彎曲成形后其壁厚至少等于直管所要求的最小壁厚。對于壁厚t ＜D/6 的直管，計算最小壁厚的勞倫茨（Lorenz） 公式[1]為：

而2000 年版修訂了勞倫茨公式，并修改了彎管壓力設計的計算公式。勞倫茨公式本質上是圓環公式。如果彎管內弧側和外弧側厚度相同，則內弧側所承受的環向應力會高于直管，而外弧側所承受的環向應力會低于直管[1]。對彎管而言，勞倫茨公式[1-2]為：

式中：P 為設計內壓（表壓），MPa；D 為管外徑，mm；S 為許用應力，MPa；E 為焊件的縱向焊接接頭系數或鑄件質量系數；W 為焊接接頭高溫強度降低系數；I 為彎管與直管相比時兩者由內壓引起環向應力差值的應力指數；Y 為計算系數。

彎管的內弧側的應力指數[1-2]：

式中：R1為彎管半徑，mm。

在彎管一側，即中心突出部分處，I=1.0，亦即其環向應力和直管相同。從內弧側到外弧側，彎管壁厚的變化應是漸進的。公式中各個厚度的要求是指整個彎管中間角度為γ/2 處內弧側、外弧側及彎頭中心線所對應的彎管側面位置（如圖1 中A、B、C 各點） 上的厚度。在彎管端部的最小厚度應不小于對于直管的要求[1]。

圖1 彎管示意

對于成型后的彎管要求的最小壁厚tm為[2]：

式中：tm為成型后的彎管要求的最小壁厚，mm；t為計算壁厚，mm；c 為厚度附加量，為腐蝕、沖蝕裕量和機械加工深度的總和，mm。

（2） 彎管的加工制作。ASME B31.3 明確彎管的加工制作執行PFI Standard ES-24。PFI Standard ES-24 針對彎管的加工制作給出了熱彎、冷彎（本文只討論熱彎） 各三種方式，且對每種方式推薦彎管外弧側壁厚減薄的裕量，并規定內弧側壁厚的最小壁厚。PFI Standard ES-24 基于彎管成型后外弧側的減薄推薦了母管壁厚減薄的裕量，見表1 和表2。

表1 地爐加熱彎管外弧側壁厚減薄裕量[3]

表2 增量彎曲彎管和感應加熱彎管外弧側壁厚減薄裕量[3]

PFI Standard ES-24 彎管的母管還必須滿足內弧側壁厚加厚的要求，即需滿足式（2）、（3）、（5） 計算結果的要求。

1.2 國內站場壓力管道

對于國內站場壓力管道項目的設計，GB/T 20801 是TSG D0001—2009《壓力管道安全技術監察規程- 工業管道》中規定的管道組成件強度計算要執行的標準規范；另一個常用規范是GB 50316，而GB 50316—2000（2008 年版） 中并沒有彎管壓力設計的有關規定，筆者對此有些詫異。下面將討論GB/T 20801 的彎管壓力設計。

（1） 彎管的壓力設計。在GB/T 20801.3—2006 的6.2 節b） 款中規定了彎管在內弧側、外弧側或彎管中心線處（位于α/2 處，α 為彎管的轉角）的計算厚度tw[4]：

式中：P、D、S、I、Y 的定義與式（2） 相同，Φ為焊件的縱向焊接接頭系數或鑄件質量系數。

彎管在彎曲成形后的端部最小厚度應不小于直管設計厚度td[4]。彎管設計厚度為計算厚度與厚度附加量c 之和。

GB/T 20801.3—2006 中關于彎管的壓力設計與2000 年之前的ASME B31.3 版本基本相同。ASME B31.3 在2000 版的彎管壓力設計壁厚計算中，增加了“焊接接頭高溫下強度降低系數”。據筆者了解，正在征求意見的GB/T 20801 的修訂版中，彎管的壁厚計算也增加了“焊接接頭高溫強度降低系數”。若此，GB/T 20801 就將與ASME B31.3 完全一致了。

（2） 彎管的加工制作。在GB/T 20801.4—2006 的6.3.4 節c） 款中規定，彎管宜采用正公差壁厚的管道制作，彎管制作前管道壁厚宜符合表3的規定。管道彎曲后的最小厚度應符合規范第3 部分（GB/T 20801.3—2006） 6.2 節b） 款的規定[5]，即本文1.2 節（1） 的內容。

表3 彎管制作前管道壁厚[5]

2 油氣長輸與集輸管道中彎管壓力設計

2.1 輸油管道

2.1.1 國際輸油管道項目

對于國際輸油管道項目的設計，通常首選ASME B31.4 作為其設計標準規范。

（1） 彎管的壓力設計。ASME B31.4—2016 在404.2.1 條中規定彎制前的直管壁厚為[6]：

式中：tn為滿足壓力及裕量要求的公稱壁厚，mm；t 為壓力設計計算壁厚，mm；A 為螺紋、開槽、腐蝕等壁厚附加量，mm；D 為管道外徑，mm；Pi為設計內壓，mm；S 為鋼管許用應力，MPa，S =FESy，E 為焊接接頭系數，F 為設計系數，Sy為規定最小屈服強度，MPa。

（2） 彎管的加工制作。ASME B31.4 中規定彎管的加工制作執行ASME B16.49。ASME B16.49—2017 中的2.2 節規定，基于內壓設計的彎管內弧側壁厚應根據式（9） 確定；彎管中性軸和外弧側的壁厚應不小于對接管設計壁厚或客戶規定的最小壁厚[7]：

式中：TI為內弧側要求最小壁厚，mm；Do為公稱外徑，mm；R 為彎曲半徑（彎管中心線處），mm；t 為設計公稱壁厚，mm，彎管采購單中規定的壁厚或標記在彎管上的壁厚。

ASME B16.49—2017 在12.3 節中對于加工制作成形后的彎管壁厚要求為：在任何位置上的最小壁厚不低于彎管標記壁厚的90%（或不低于買方規定的最小壁厚[7]）。

2.1.2 國內輸油管道項目

對于國內輸油管道項目的設計，按GB 50253輸油管道設計規范進行設計。

（1） 彎管的壓力設計。GB 50253—2014 中輸油管道彎管的壁厚為[8]：

式中：δH為彎管外弧側壁厚最小值，mm；δi為彎管內弧側壁厚最小值，mm；δ 為彎管所連接直管段壁厚計算厚度，mm；m 為彎管的壁厚增大系數；P 為設計內壓力，MPa；D 為彎管的外直徑，mm；R 為彎管的曲率半徑，mm；[σ]為鋼管的許用應力，MPa。

（2） 彎管的加工制作。GB 50253 設計的彎管按SY/T 5257 加工制作。在SY/T 5257—2012 中，油氣輸送用感應加熱彎管5.3 節規定[9]：

式中：R 為彎管彎曲半徑，mm；r 為母管外半徑，mm；tmin為根據GB 50251 或GB 50253 計算的彎管直段計算壁厚，mm。

在SY/T 5257—2012 的8.7.1 條中規定了壁厚最大減薄率：當彎曲半徑R = 5D 時，應不大于10%；當彎曲半徑R≥6D 時，應不大于9%。壁厚減薄率為[9]：

式中：C 為壁厚減薄率，mm；t1為母管實際壁厚的最小值，mm；tH為彎管外弧側最薄處壁厚。

雖然彎管的加工制作執行SY/T 5257—2012，但GB 50235—2014 又明確規定了彎管的母管壁厚計算公式[8]：式中：δb為彎管母管計算壁厚，mm；δ 為彎管所連接直管段的計算壁厚，mm；C 為彎管彎制允許最大壁厚減薄率。

2.2 輸氣管道

2.2.1 國際輸氣管道項目

對于國際輸氣管道項目的設計，通常首選ASME B31.8 作為其設計標準規范。

（1） 彎管的壓力設計。ASME B31.8—2014在IV 章841.1.1 條中規定，彎制前的直管最小壁厚為[10]：

式中：t 為公稱壁厚，mm；P 為設計壓力，MPa；D 為鋼管外徑，mm；E 為焊接接頭系數，mm；F為設計系數；S 為規定的最小屈服強度，MPa；T為溫度折減系數。

（2） 彎管的加工制作。ASME B31.8 中規定彎管的加工制作執行前面介紹的ASME B16.49 標準，這里不再敷述。

2.2.2 國內輸氣管道項目

對于國內輸氣管道項目的設計，按GB 50251輸氣管道設計規范進行設計。

（1） 彎管的壓力設計。GB 50251—2015 規定的輸氣管道彎管的壁厚為[11]：

式中：δb為彎管的管壁計算厚度，mm；δ 為與彎管所連接的同材質直管段管壁計算厚度，mm；m為彎管的管壁厚度增大系數；R 為彎管的曲率半徑，mm；D 為彎管的外直徑，mm；P 為設計壓力，MPa；σs為鋼管的最小屈服強度，MPa；φ 為焊縫系數；F 為強度設計系數；t 為溫度折減系數。

（2） 彎管的加工制作。與輸油管道相同，國內輸氣管道項目的彎管按SY/T 5257 加工制作。

2.3 集輸管道

對于國內油氣集輸項目的設計，油田油氣集輸項目的設計選用GB 50350—2015，氣田集輸項目的設計選用GB 50349—2015。經對比分析可知，GB 50350—2015 與GB 50349—2015 中關于彎管的壓力設計與GB 50251—2015 基本一致。

3 海底管道彎管壓力設計

對于海底管道項目的設計，無論國際、國內項目都首選DNVGL-ST-F101 作為設計規范。

3.1 彎管的壓力設計

對于海底管道直管壁厚計算，除考慮內壓引起的爆裂外，還要考慮外壓壓潰、局部屈曲、整體屈曲、屈曲擴展等多種因素，這里就不進行討論。對于彎管的壓力設計，DNVGL-ST- F101—2017 也沒有給出明確的規定，其彎管壓力設計及加工制作執行ISO 15590-1。

3.2 彎管的加工制作

DNVGL-ST-F101 規定彎管的加工制作執行ISO 15590-1。在ISO 15590-1—2018 第7 章中關于彎管最小壁厚規定[12]：彎管外弧側上的最小壁厚為tmin，tmin為ISO 13623 或其他適用的設計規范規定的彎管所連接直管段管壁的最小壁厚（含全部腐蝕裕量），mm。

彎管內弧側的最小壁厚為：式中：ti為內弧側最小壁厚，mm；rp為母管的公稱半徑，mm；rb為彎曲中心線半徑，mm。

ISO15590-1—2018 中沒有規定彎管加工制作中的壁厚最大減薄率，也沒有推薦母管的最小壁厚。

4 規范間差異分析

4.1 彎管壁厚的計算及要求

ASME B31.3、GB/T 20801.3、GB 50251、GB 50253、GB 50349、GB 50350 明確了彎管的壁厚計算；ASME B31.4、ASME B31.8、DNVGL-ST-F101沒有明確彎管的壁厚計算，其彎管的壁厚計算在相應的彎管加工制作規范ASME B16.49 及ISO 15590-1 中。

ASME B31.3、GB/T 20801.3 在進行彎管壓力設計時，明確了彎管壁厚的計算采用式（2） ～（6），并規定：彎管與所連接直管相比，彎管的內弧側壁厚要增厚，外弧側壁厚可減薄，中軸側壁厚不減薄。特別說明的是，對各個厚度的要求是指整個彎管中間角度處，在內弧側、外弧側及彎頭中心線所對應的彎管位置（如圖1 中A、B、C 三點） 上的厚度。ASME B31.3 明確要求彎管從內弧側到外弧側彎管壁厚的變化應是漸進的，彎管切線端部（切開位置） 的最小厚度應不小于對接直管的壁厚。GB/T 20801.3 雖沒有明確要求，但也理應是漸進平緩的變化。單從系數上對比，上述兩個規范中各系數完全相同。

GB 50253 指出彎管壁厚的詳細計算采用式（10） ～（13），規定彎管的外弧側最小壁厚不小于彎管所連接直管段管壁計算厚度，彎管的內弧側最小壁厚不小于彎管所連接直管段管壁計算厚度乘以壁厚增大系數，即彎管的內弧側壁厚要增厚，外弧側壁厚不減薄。在GB 50253 對應的加工制作規范SY/T 5257 中也規定了彎管壁厚的詳細計算方法采用式（11）、式（15），與GB 50253 中計算方法完全一致。也就是說，設計規范中規定了彎管的壁厚計算公式，加工制作規范中又重復規定了彎管的壁厚計算公式。

GB 50251 指出彎管壁厚的詳細計算方法采用式（19）、式（20），規定彎管壁厚等于彎管所連接直管段管壁計算厚度乘以壁厚增大系數。這與其他規范都不同，其他規范都是只要求彎管的內弧側壁厚增厚，而GB 50251 則要求彎管壁厚增厚。GB 50251 沒有指明是內弧側壁厚增厚，這就意味著是整個彎管的壁厚增厚。GB 50251 的這種要求與其相對應的加工制作規范也不一致。GB 50349、GB 50350 也都給出了彎管壁厚的詳細計算方法，與GB 50251 相同。

輸油、輸氣、集輸及海底管道彎管的壁厚計算與站場工業管道彎管的壁厚計算相比較，如單從各公式中壁厚增大時的系數本身來對比，完全相同；但不同的是，輸油、輸氣、集輸及海底管道彎管的壁厚計算是用直管壁厚乘以壁厚增大系數來確定彎管的壁厚，而站場工業金屬管道設計遵循的標準規范中直管壁厚和彎管壁厚的計算之間并不是線性關系，即不是直管的壁厚直接乘以壁厚增大系數就確定了彎管的壁厚。

4.2 彎管的加工制作及壁厚要求

PFI Standard ES-24 作為ASME B31.3 配套的彎管加工制作規范，明確了三種熱彎、三種冷彎的加工制作工藝。由于ASME B31.3 對彎管壁厚的要求非常明確，PFI Standard ES-24 沒再重復對彎管壁厚的計算及要求。

GB/T 20801.4—2006 作為GB/T 20801.3—2006配套的制作與安裝規范，沒有詳細說明彎管的加工制作方法，只是簡單提到了彎管的制作“可采用熱彎和冷彎兩種方法”。和PFI Standard ES-24 一樣，GB/T 20801.4—2006 也沒再重復對彎管壁厚的計算及要求。

ASME B16.49 作為ASME B31.4、ASME B31.8配套的彎管加工制作規范，規定彎管壁厚的詳細計算方法采用式（9），并規定彎管內弧側壁厚增厚、彎管外弧側壁厚應不小于對接管設計壁厚或客戶規定的最小壁厚。ASME B16.49 只針對感應加熱彎管。

ISO 15590-1 作為DNVGL-ST-F101 指定的配套彎管加工制作規范，規定彎管壁厚的詳細計算方法采用式（22），并規定彎管內弧側壁厚增厚、彎管外弧側壁厚應不小于彎管所連接直管段管壁的最小壁厚。ISO 15590-1 也只針對感應加熱彎管。

SY/T 5257 作 為GB 50251、GB 50253、GB 50349、GB 50350 配套的彎管加工制作規范，給出彎管的詳細計算方法采用式（14）、式（15），并規定彎管內弧側壁厚增厚、彎管外弧側壁厚應不小于對接管設計壁厚。對于加工制作規范中的壁厚增大系數與設計規范中的壁厚增大系數，單從系數本身來對比，完全相同。

需要強調的是，國際規范對彎管的壁厚計算及要求只在設計、加工制作兩個規范的其中一個規范中規定，而國內規范則是既在設計規范中規定，又在加工制作規范中規定，這些規定大多重復，有些還相互矛盾。

4.3 壁厚減薄

對于彎管制作過程中壁厚的減薄，有些加工制作規范明確了減薄率，大部分規范則沒有規定。

SY/T 5257 規定5D 彎管的減薄率是10%，6D及以上彎管的減薄率是9%，并給出了壁厚減薄率的計算公式，見式（16）。ASME B16.49 并沒有要求減薄率，而是規定了彎管成形后的壁厚。ASME B16.49 要求在任何位置上的最小壁厚不低于彎管標記壁厚的90%（或不低于買方規定的最小壁厚）。

在實際應用中，通常在采購單中規定的壁厚是選用壁厚而不是設計壁厚。如某項目設計壁厚為15.7 mm，而選用壁厚為按ASME B36.10 中標準系列選取的適合壁厚15.88 mm，則采購單中的壁厚一般為15.88 mm。如果沒有特別指明要求彎管的最小壁厚，那么標記在彎管上的壁厚15.88 mm 實為選用的壁厚。假設該項目所用鋼管為API 5L X60 PLS2 埋弧焊焊接鋼管，根據API 5L—2018 的鋼管壁厚公差的規定，壁厚15 mm 以上的公差為±1.5 mm，則公稱壁厚為15.88 mm 的鋼管合格壁厚范圍為14.38～17.38 mm。按ASME B16.49制作的彎管，若未規定其最小壁厚，則壁厚標記為15.88 mm 彎管的最小壁厚可以是14.29 mm（15.88 mm 的90%）。如果制作后的彎管最小壁厚恰好是最小壁厚14.29 mm，則此彎管的壁厚低于所連接的直管段的最小壁厚（14.38 mm），不滿足“中性軸和彎管外弧側上的厚度應不小于對接管設計壁厚或客戶規定的最小壁厚”的規定。這是由于此時鋼管允許公差范圍內的壁厚是公稱壁厚的90.55%，而ASME B16.49 則要求在彎管的任何位置上的最小壁厚不低于彎管標記的公稱壁厚的90%（或不低于買方規定的最小壁厚） 造成的。這種情況下，就需要在提交彎管采購單時，規定彎管的最小壁厚，而不是規定彎管的公稱壁厚。ISO 15590-1 標記的彎管壁厚是最小壁厚，且規定最小壁厚的允許公差為零，就不存在這一問題。

4.4 彎管母管壁厚

PFI Standard ES-24 分別從滿足外弧側壁厚的減薄、內弧側壁厚的增厚規定彎管的母管壁厚要求。針對彎管的外弧側壁厚減薄，推薦了彎管制作前母管的壁厚，見表1、表2。針對彎管內弧側壁厚的增厚則要求滿足式（2）、式（3）、式（5）計算所得到的彎管最小要求壁厚tm即可。

GB/T 20801.4—2006 中也推薦了彎管制作前的管道壁厚，見表3。對比表3 和表1、表2，表3與表1 極為相似。筆者認為GB/T 20801.4—2006推薦的母管壁厚參考了PFI Standard ES-24 中“地爐加熱彎管制作前管道最小壁厚”，而沒有參考“增量彎曲彎管和感應加熱彎管制作前管道最小壁厚”。目前大多數規范的彎管加工制作方法都是采用感應加熱方法制作，所以，筆者對GB/T 20801.4—2006 母管壁厚的推薦表（表3） 沒有參考“感應加熱彎管制作前管道最小壁厚表（表2）”而感到不解。

GB 50253 不是推薦母管壁厚，而是明確規定了母管的壁厚計算，見式（17），這就意味著GB 50253 嚴格規定了彎管的母管壁厚，而不是推薦。GB 50251、GB 50349、GB 50350 雖沒有在設計規范中給出母管壁厚的計算公式，但其對應的加工制作規范SY/T 5257—2012 規定了減薄率計算公式，見式（16），實際上等于規定了母管壁厚的最小值。其他規范都沒有明確規定彎管的母管壁厚。

5 舉例說明差異

某批API 5L X60 PLS2、公稱直徑為DN 600、公稱壁厚15.88 mm 的100%射線檢測的埋弧焊焊接鋼管，在其完全符合以下各標準設計的材料規格書規定的前提下，假設與彎管連接的直管段的管壁計算厚度按上述各標準規范計算均為15.7 mm，對比一下按各標準規范設計的5D 彎管的壁厚及母管壁厚的差異。按API 5L—2018 的規定，鋼管壁厚公差±1.5 mm，該批鋼管壁厚在14.38～17.38 mm 之間。

5.1 國內輸油項目

國內輸油項目的彎管壁厚按GB 50253—2014設計，將R=5D 代入式（14），δ=15.7 mm 代入式（9）、式（10）。經計算，彎管的內弧側壁厚最小值δi=16.57mm，外弧側壁厚最小值δH=15.7mm。

5D 彎管按SY/T 5257—2014 制作，母管最大減薄率C=10%，代入式（17），計算可得母管壁厚δb=17.44 mm。

由于要求母管壁厚為17.44 mm，而該批鋼管最大正公差壁厚僅為17.38 mm，導致無法使用此批鋼管作為彎管的母管，只能另行采購公稱壁厚為17.48 mm（壁厚為正公差或壁厚在17.44 mm 以上的負公差） 鋼管作為母管。

5.2 國際輸油項目

國際輸油項目的彎管壁厚按ASME B31.4—2016 設計。設計規范中并沒有規定彎管的壓力設計及壁厚要求，其要求全部體現在制作規范ASME B16.49—2017 中。正如4.3 節中所述，如果在采購單中沒有規定彎管最小壁厚，只是提出了彎管壁厚為15.88 mm，則彎管加工制作商把15.88 mm 認為是公稱設計壁厚t（實際公稱設計壁厚是15.7 mm）。將R=5Do、t=15.88 mm 代入式（12），經計算或按規定，彎管外弧側及中性軸壁厚最小值為15.88 mm，彎管的內弧側壁厚最小值ti=16.76 mm。

ASME B31.4—2016 及ASME B16.49—2017 未規定母管壁厚。該批鋼管最大正公差壁厚17.38 mm是彎管外弧側及中性軸壁厚最小值15.88 mm 的1.09 倍。借鑒PFI Standard ES-24 中表3 所推薦的母管壁厚，可以認為，彎管制作廠商完全可以通過控制制作工藝，使得彎管的內弧側壁厚大于等于16.76 mm，彎管外弧側及中性軸壁厚大于等于15.88 mm，這樣，只要彎管制作工藝合適，就有可能使用同批次管道作為母管，而無需另行采購更大壁厚的鋼管。

5.3 國內輸氣項目

國內輸氣項目的彎管壁厚按GB 50251—2015設計，將R=5D 代入式（20），δ=15.7 mm 代入式（19）。經計算，彎管的壁厚（不區分外弧側、內弧側） δb=16.57 mm。

5D 彎管按SY/T 5257—2014 制作，母管最大減薄率C=10%。將C=10%及計算所得的彎管外弧側最薄處壁厚tH=δb=16.57 mm 代入式（19），計算得到母管實際壁厚的最小值t1=18.41 mm。

單從SY/T 5257—2014 規范來分析，根據GB 50251 計算的彎管直段計算壁厚tmin=15.7 mm，彎管的彎曲半徑R=5D=10r，將上述值代入式（14）、式（15），經計算，彎管外弧側壁厚最小值tH=15.7 mm，彎管內弧側壁厚最小值ti= 16.57 mm。母管最大減薄率C=10%，將C=10%及tH=15.7 mm代入式（16），經計算可得母管實際壁厚的最小值t1=17.44 mm。

上述兩種方式計算所得的母管壁厚，一個是18.41 mm，另一個是17.44 mm，結果相互矛盾，這是由于GB 50251—2015 對于彎管壁厚的要求未區分內弧側、外弧側，而是一律按增厚考慮；SY/T 5257 對于彎管壁厚增厚的要求只是針對內弧側，且對于彎管外弧側壁厚的要求明確寫明“彎管外弧側壁厚最小值tH≥tmin（根據GB 50251 或GB 50253 計算的彎管直段計算壁厚）”。

作為設計者，理應從設計規范出發，而不能單單依據加工制作規范進行設計，即取具有更為嚴格要求的、按設計規范計算得到的值：彎管的壁厚16.57 mm，母管壁厚18.41 mm。出現此種情況，無法利用該批鋼管作為彎管的母管，只能另行采購公稱壁厚為19.05 mm（壁厚為正公差以及部分壁厚為18.41 mm 以上的負公差） 的鋼管作為母管。

筆者認為，按GB 50251—2015 設計的彎管過于保守，而且只有GB 50251 規定了整個彎管的壁厚。其他規范，比如國際上輸氣項目設計規范ASME B31.8，都對彎管內弧側、外弧側的壁厚提出不同的要求，且與GB 50251 對應的SY/T 5257也和其他規范一樣對彎管內弧側、外弧側的壁厚提出不同的要求。因此，GB 50251—2015 對于彎管壁厚的要求值得商榷。

5.4 站場工業金屬管道項目

對于站場工業金屬管道項目的彎管壁厚，國際上按ASME B31.3 設計，國內按GB/T 20801.3—2006 設計，兩者相同，這里僅以國際項目為例進行說明。

由于站場工業金屬管道與油氣長輸管道、油氣集輸管道在直管、彎管的壓力設計理念上不同，所以無法直接對比。本文只是想要對比各標準規范對彎管內外側弧壁厚和母管壁厚要求之間的差異?；诖四康?，假設本例中設計壁厚15.7 mm 包含了c=3 mm 的厚度附加量，即按式（2） 在I=1時計算所得的壁厚（直管的計算壁厚） t=12.7 mm。查ASME B31.3 相關表格，得到S=172 MPa，E=1，W=1，Y=0.4（假設介質為常溫）。為便于對比，將上述參數及D =610 mm 代入式（2），反推設計壓力P，得P =7.28 MPa。將R1=5D 代入式（3）、式（4），并將P=7.28 MPa，D=610 mm，S=172 MPa，E=1，W=1，Y=0.4 代入式（2）。經計算，彎管內弧側中間角度處（圖1 中A 點）計算壁厚t = 13.39 mm，彎管外弧側中間角度處（圖1 中B 點） 計算壁厚t=12.13 mm，彎管中性軸處計算壁厚t=12.7 mm。將上述計算所得t 值，厚度附加量c=3 mm 代入式（5），即得彎管最小要求壁厚tm：彎管內弧側中間角度處（圖1 中A點） 最小要求壁厚tm=16.39 mm，彎管外弧側中間角度處（圖1 中B 點）最小要求壁厚tm=15.13mm，彎管中性軸處最小要求壁厚tm= 15.7 mm。查表2，5D 感應加熱彎管母管壁厚為1.08 tm，tm為直管設計壁厚15.7 mm，計算得母管壁厚為16.96 mm，該壁厚也滿足內弧側設計壁厚16.39 mm 的要求。綜上所述，這樣的彎管完全可利用該批壁厚正公差（16.96～17.38 mm） 的鋼管作為母管，無需另行采購母管。

6 結束語

對比壓力管道設計標準規范對彎管壁厚的要求可知：GB 50251—2015、GB 50349—2015、GB 50350—2015 要求整個彎管的壁厚加厚；輸油設計 規 范 GB 50253—2014、 海 底 管 道 系 統DNVGL-ST-F101 要求彎管內弧側壁厚加厚、外弧側壁厚與所連直管壁厚相同，無需加厚；ASME B31.4、ASME B31.8 要求彎管內弧側壁厚加厚，外弧側、中性軸壁厚與所連直管壁厚相同，無需加厚；GB/T 20801、ASME B31.3—2016 規定彎管內弧側壁厚加厚、外弧側壁厚減薄、中性軸壁厚與所連直管壁厚相同。GB/T 20801、ASME B31.3推薦了母管壁厚，GB 50253 直接規定了母管壁厚，GB 50251、GB 50349、GB 50350 間接規定了母管壁厚，其他規范未規定母管壁厚。各個規范設計理念不同，無法說明哪個規范合理，哪個規范不合理。但ASME B31.3 是在綜合考慮了彎管內外弧側所受的環向應力并結合彎管制作工藝中實際形成的外弧側減薄、內弧側加厚的情況，確定的彎管外弧側壁厚減薄、內弧側壁厚增厚的要求，并推薦了壁厚更小的母管?？偟膩砜?，GB 50251、GB 50349、GB 50350 規定的母管壁厚值最大，GB 50253 次之，GB/T 20801、ASME B31.3推薦的母管壁厚最小。