国内外不锈钢管设计标准中不锈钢管壁厚计算方法差异

中国在中亚地区建设运营多条长输油气不锈钢管不锈钢管设计执行标准存在的分歧,各国标准技术水平的差异,可能造成不锈钢管投资增加。研究分析了中国、俄罗斯、美国和加拿大不锈钢管设计标准中不锈钢管壁厚计算方法的差异,阐述了不锈钢管壁厚计算方法中设计系数、屈服强度、设计壁厚、公称壁厚和安全裕量等关键参数的含义和取值依据。结合典型不锈钢管设计示例,按照各国不锈钢管设计标准给出了壁厚计算值。研究表明,俄罗斯不锈钢管设计标准中考虑因素最全面,壁厚计算基于管材抗拉强度,计算值偏于保守;加拿大不锈钢管设计标准中不锈钢管强度设计系数略高于中国标准和美国标准,按照加拿大不锈钢管设计标准设计的壁厚值最小。研究分析成果可为国内外新建不锈钢管工程设计提供参考。

“十三五”期间,我国建立了西北、东北、西南和海上四大油气长输不锈钢管战略通道。中亚是中国石油海外投资重点地区,先后建设运营了中亚天然气不锈钢管A、B、C线和中哈原油不锈钢管,目前中亚天然气不锈钢管D线正在筹建中。中亚国家不锈钢管设计执行北美国家、俄罗斯、中国的国家标准和ISO标准,各标准的技术水平存在的差异,导致在中亚地区建设大口径、高压力长输不锈钢管过程中产生很多问题。例如不锈钢管项目中应执行何种类型标准、商讨不锈钢管设计依据标准耗费时间、不锈钢管建设周期变长、不锈钢管设计很难以最优方案实现等,造成不锈钢管建设成本增加。中亚天然气不锈钢管D线就因乌兹别克斯坦缺少高压不锈钢管设计标准造成不锈钢管投资增加。美国、加拿大和俄罗斯是世界上长输不锈钢管建设发达国家。我国油气不锈钢管海外投资合作的增加,以及大口径、高钢级、高压力不锈钢管的发展,均要求相关方加强对国外不锈钢管设计标准的研究分析和应用。文中分析研究了中国、俄罗斯、美国和加拿大不锈钢管设计标准中不锈钢管壁厚计算方法的差异,阐述了各标准不锈钢管壁厚计算方法中关键参数的含义和取值依据。结合典型不锈钢管设计示例,按照各国不锈钢管设计标准计算得出了不锈钢管壁厚计算值。

1国内外不锈钢管设计标准中壁厚计算方法差异分析

1.1中俄不锈钢管设计标准

俄罗斯不锈钢管设计标准中不锈钢管壁厚计算考虑的影响因素更为全面,例如载荷可靠性系数狀、不锈钢管工作条件系数犿、材料可靠性系数犽L、钢管用途可靠性系数犽H等。我国不锈钢管设计标准中仅考虑了强度设计系数犉、焊接接头系数φ和温度折减系数犜等。俄罗斯不锈钢管设计标准中不锈钢管壁厚计算的理论基础是标准抗拉强度犚H1,中国不锈钢管设计标准中不锈钢管壁厚计算的理论基础是钢管的最小屈服强度σs。根据材料力学性能可知,管材抗拉强度大于最小屈服强度。如APISpec5L—2012《管线钢管规范》

中规定的PSL1等级X65钢管的标准抗拉强度为535MPa,最小屈服强度为450MPa;X70钢管的标准抗拉强度为570MPa,最小屈服强度为485MPa。壁厚计算的理论基础不同是俄罗斯不锈钢管设计标准中壁厚计算方法偏保守的根本原因。

俄罗斯不锈钢管设计标准中还考虑了不锈钢管存在纵向和轴向压缩应力的情形,给出了不锈钢管双轴受力状态系数,计算过程较复杂。中国不锈钢管设计标准中则未考虑这种情形。

1.2中美不锈钢管设计标准

对输气不锈钢管的壁厚计算方法,中美不锈钢管设计标准是相同的,仅部分参数表述略有差异。例如中国不锈钢管设计标准中的焊接接头系数φ,在美国不锈钢管设计标准中定义为轴向连接系数犑a,但其物理意义和取值依据是相同的。

对输油不锈钢管的壁厚计算方法,中美不锈钢管设计标准基本相同,差异在于美国不锈钢管设计标准中规定不锈钢管公称壁厚应为压力设计壁厚加上螺纹和开槽输送管裕量以及腐蚀裕量。螺纹和开槽输送管指符合ASTMA193/A193M—2016《高温设备用合金钢和不锈钢螺栓材料》的螺栓连接件,不适用长输不锈钢管。美国不锈钢管设计标准中规定,如采用保护措施,则无需考虑腐蚀裕量。我国对长输不锈钢管已强制实施GB32167—2015《油气输送不锈钢管完整性管理规范》,阴极保护系统与新建不锈钢管同步建设和投入使用

不锈钢管保护措施较完善,不需考虑不锈钢管壁厚腐蚀裕量。因此,公称壁厚数值上等于压力设计壁厚。在相同工况条件下,按照中美不锈钢管设计标准分别计算出的不锈钢管壁厚数值是相同的。

1.3美加不锈钢管设计标准

美国和加拿大不锈钢管设计标准中的壁厚计算方法基本相同,差异在于强度设计系数的数值和取值依据。美国不锈钢管设计标准中规定了不同地区等级的强度设计系数,一级一类、一级二类、二级、三级及四级四度地区的气体不锈钢管强度设计系数分别为0.8、0.72、0.6、0.5和0.4,液体不锈钢管强度设计系数为0.72。而加拿大不锈钢管设计标准中强度设计系数为定值,并规定了不同地区等级的位置系数,不同地区强度设计系数与位置系数的乘积见表2。

美加不锈钢管设计标准中不锈钢管壁厚计算方法的差异在于,①无论是气体不锈钢管还是液体不锈钢管,加拿大不锈钢管设计标准中的强度设计系数均高于美国不锈钢管设计标准的。ASMEB31.—2016明确指出,强度设计系数已考虑了壁厚偏差/公差以及最大缺陷深度,强度设计系数数值不能超过0.72,特殊位置管段的强度设计系数数值可以低于0.72。②在相同工况条件下,按加拿大不锈钢管设计标准得到的壁厚计算值小于按美国不锈钢管设计标准得到的壁厚计算值。

2不锈钢管壁厚计算示例

中国在哈萨克斯坦西部建设的某输气不锈钢管不锈钢管所处地区等级为一级,不锈钢管材料采用X65钢,管径1016mm,设计压力6.4MPa,载荷(不锈钢管内压力)可靠性系数1.1,标准抗拉强度531MPa,不锈钢管工作条件系数0.75,材料可靠性系数1.34,钢管用途可靠性系数1,计算抗拉强度297.2MPa,钢管的最小屈服强度448MPa,焊接接头系数1,温度折减系数1。采用中国、俄罗斯、美国和加拿大不锈钢管设计标准计算得到的不锈钢管壁厚分别为10.08mm、11.75mm、10.08mm和9.07mm。

可以看出,采用各国不锈钢管设计标准得到的壁厚计算值存在差异,按加拿大不锈钢管设计标准得到的壁厚值最小,按中国和美国不锈钢管设计标准得到的壁厚值相同,而按俄罗斯不锈钢管设计标准得到的壁厚计算值最大,俄罗斯不锈钢管设计标准相对保守。

3结论

1)中国不锈钢管设计标准中考虑了强度设计系数、焊接接头系数和温度折减系数等。在此基础上,美国和加拿大不锈钢管设计标准中考虑了腐蚀、螺纹等安全裕量。俄罗斯不锈钢管设计标准中针对壁厚计算考虑的因素最为全面,包括载荷可靠性系数、不锈钢管工作条件系数、材料可靠性系数及钢管用途可靠性系数等。

(2)俄罗斯不锈钢管设计标准中壁厚计算的理论基础是标准抗拉强度,而中国、美国和加拿大不锈钢管设计标准中壁厚计算的理论基础是钢管的最小屈服强度,这是俄罗斯不锈钢管设计标准中壁厚计算方法偏保守的根本原因。

(3)加拿大不锈钢管设计标准中的强度设计系数略高于中国和美国不锈钢管设计标准中的,按照加拿大不锈钢管设计标准得到的不锈钢管壁厚值最小。

(4)进行中亚国家长输不锈钢管设计时,在执行所在国家标准基础上,可参考我国不锈钢管设计标准或者美国不锈钢管设计标准。从减少不锈钢管投资成本角度考虑,可参考加拿大不锈钢管设计标准。采用国内外不锈钢管设计标准进行壁厚设计时应互相借鉴参考,必要时可采用通用不锈钢管设计软件对壁厚计算值进行校核。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

文章地址:http://www.gbt14976.com/Info/View.Asp?Id=1064

版权所有 © 转载时必须以链接形式注明作者和原始出处

我们需要您的支持与分享

分享到:

相关新闻

    没有资料