输气管道工艺计算.docx

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输气管道工艺计算

输气管道工艺计算

A.0.1当输气管道沿线的相对高差△h≤200m且不考虑高差影响时，气体的流量应按下式计算：

式中：

qv——气体（P0＝0.101325MPa，T＝293K）的流量（m3／d）；

E——输气管道的效率系数（当管道公称直径为300mm～800mm时，E为0.8～0.9；当管道公称直径大于800mm时，E为0.91～0.94）；

d——输气管内直径（cm）；

P1、P2——输气管道计算管段起点和终点的压力（绝）（MPa）；

Z——气体的压缩因子；

T——气体的平均温度（K）；

L——输气管道计算段的长度（km）；

△——气体的相对密度。

A.0.2当考虑输气管道沿线的相对高差影响时，气体的流量应按下式计算：

式中：

α——系数（m-1），

，Ra为空气和气体常数，在标准状况下，Ra＝287.1m2／（s2·K）；

△h——输气管道计算管段的终点对计算段的起点的标高差（m）；

n——输气管道沿线计算管段数，计算管段是沿输气管道走向从起点开始，当相对高差≤200m时划作一个计算管段；

hi、hi-1——各计算管段终点和对该段起点的标高差（m）；

Li——各计算管段长度（km）。

附录B受约束的埋地直管段轴向应力计算和当量应力校核

B.0.1由内压和温度引起的轴向应力应按下列公式计算：

式中：

σL——管道的轴向应力，拉应力为正，压应力为负（MPa）；

μ——泊桑比，取0.3；

σh——由内压产生的管道环向应力（MPa）；

E——钢材的弹性模量（MPa）；

α——钢材的线膨胀系数（℃-1）；

t1——管道下沟回填时的温度（℃）；

t2——管道的工作温度（℃）；

P——管道设计内压力（MPa）；

d——管子内径（mm）；

δn——管子公称壁厚（mm）。

B.0.2受约束热胀直管段，应按最大剪应力强度理论计算当量应力，并应满足下式要求：

式中：

σe——当量应力（MPa）；

σs——管材标准规定的最小屈服强度（MPa）。

附录C受内压和温差共同作用下的弯头组合应力计算

C.0.1当弯头所受的环向应力σh小于许用应力[σ]时，组合应力以σe应按下列公式计算：

式中：

σe——由内压和温差共同作用下的弯头组合应力（MPa）；

σh——由内压产生的环向应力（MPa）；

σhmax——由热胀弯矩产生的最大环向应力（MPa）；

σb——材料的强度极限（MPa）；

P——设计内压力（MPa）；

d——弯头内径（m）；

δb——弯头的壁厚（m）；

[σ]——材料的许用应力（MPa）；

F——设计系数，应按本规范表4.2.3和表4.2.4选取；

φ——焊缝系数，当选用符合本规范第5.2.2条规定的钢管时，φ值取1.0；

t——温度折减系数，温度低于120℃时，t取1.0；

σs——材料标准规定的最小屈服强度（MPa）；

βq——环向应力增强系数；

σo——热胀弯矩产生的环向应力（MPa）；

r——弯头截面平均半径（m）；

R——弯头曲率半径（m）；

λ——弯头参数；

M——弯头的热胀弯矩（MN·m）；

Ib——弯头截面的惯性矩（m4）。

附录D敷管条件的设计参数

表D敷管条件的设计参数

注：

1管径大于或等于750mm的管道不宜采用1型。

2基床包角指管基土壤反作用的圆弧角。

3表中的Es为土壤变形模量。

附录E管道附件由膨胀引起的综合应力计算

E.0.1当输气管道系统中的直管段没有轴向约束（如固定支墩或其他锚固件）时，由于热胀作用使管道附件产生弯曲和扭转，其产生的组合应力（不考虑流体内压作用）应按下列公式计算：

式中：

σe——组合应力（MPa）；

σs——钢管标准规定的最小屈服强度（MPa）；

σmp——弯曲合应力（MPa）；

σts——扭应力（MPa）；

I——管件弯曲应力增强系数，应按表E.0.1选取或计算；

Mb——总弯曲力矩（N·m）；

W——钢管截面系数（cm3）；

Mt——扭矩（N·m）。

表E.0.1管件弯曲应力增强系数表

注：

对管道附件，应力增强系数I适用于任何平面上的弯曲，其值不应小于1，这两个系数适用于弧形弯头整个弧长及三通交接口处。

E.0.2对于大口径薄壁弯头或弯管，应力增强系数应除以修正系数，修正系数应按下式计算：

式中：

α——应力增强系数的修正系数；

P——管道附件承受的内压（MPa）；

E——室温下材料的弹性模量。

E.0.3当管件计算的组合应力不满足本规范式（E.0.1-1）时，应加大壁厚再校核。

附录F三通和开孔补强的结构与计算

F.0.1三通或直接在管道上开孔与支管连接时，其开孔削弱部分可按等面积补强原理进行补强，其补强应按下列公式计算：

式中：

A1——在有效补强区内，主管承受内压所需设计壁厚外的多余厚度形成的面积（mm2）；

A2——在有效补强区内，支管承受内压所需最小壁厚外的多余厚度形成的截面积（mm2）；

A3——在有效补强区内，另加的补强元件的面积，包括这个区内的焊缝截面积（mm2）；

A4——主管开孔削弱所需要补强的面积（mm2）。

F.0.2拔制三通补强（图F.0.2）补强结构的补强计算应满足本规范式（F.0.1-1）的要求，其中的A3应按下式计算：

F.0.3整体加厚三通（图F.0.3）补强结构可采用主管或支管的壁厚或主、支管壁厚同时加厚补强，补强计算应满足本规范式（F.0.1-1）的要求，其中的A3应是补强区内的焊缝面积。

图F.0.2拔制三通补强

do-支管外径（mm）；di-支管内径（mm）；Do-主管外径（mm）；Di-主管内径（mm）；H-补强区的高度（mm）；

δ0-翻边处的直管管壁厚度（mm）；δb-与支管连接的直管管壁厚度（mm）；δ′b-支管实际厚度（mm）；δn-与主管连接的直管管壁厚度（mm）；

δ′n-主管的实际厚度（mm）；F-补强区宽度的1／2，等于di（mm）；H0-拔制三通支管接口扳边的高度（mm）；r0-拔制三通扳边接口外形轮廓线部分的曲率半径（mm）

注：

图中双点划线范围内为有效补强区。

图F.0.3整体加厚三通

注：

图F.0.3中，除A3外其余符号的含义与图F.0.2相同。

F.0.4在管道上直接开孔与支管连接的开孔局部补强（图F.0.4）结构，开孔削弱部分的补强计算应满足本规范式（F.0.1-1）的要求，其中的A3应是补强元件提供的补强面积与补强区内的焊缝面积之和，补强的材质和结构还应符合下列规定：

图F.0.4开孔局部补强

注：

图F.0.4中，除A3外其余符号的含义与图F.0.2相同。

1补强元件的材质应和主管道材质一致，当补强元件钢材的许用应力低于主管道材料的许用应力时，补强元件面积应按二者许用应力的比值成比例增加；

2主管上邻近开孔连接支管时，其两相邻支管中心线的距离不得小于两支管直径之和的1.5倍，当相邻两支管中心线的距离小于2倍大于1.5倍两支管直径之和时，应采用联合补强件，且两支管外壁到外壁间的补强面积不得小于主管上开孔所需总补强面积的1／2；

3开孔应避开主管道的制管焊缝和环焊缝。

附录G压缩机轴功率计算

G.0.1离心式压缩机轴功率应按下式计算：

式中：

N——压缩机轴功率（kW）；

ω——天然气流量（kg／h）；

η——压缩机效率；

M——气体的质量（kg／kmol），其值等于气体的相对分子量；

Z——气体平均压缩因子；

T1——压缩机进口气体温度（K）；

K——气体绝热指数，以甲烷为主的天然气K可取1.27～1.31；

ε——压缩比。

G.0.2往复式压缩机轴功率应按下式计算：

式中：

N——压缩机轴功率（kW）；

P1——压缩机进气压力（MPa）；

qv——进气条件下压缩机排量（m3／min）；

Z1、Z2——压缩机进、排气条件下的气体压缩系数。

附录H管端焊接接头坡口型式

H.0.1管端壁厚相同的对焊接头坡口型式宜符合图H.0.1的规定。

图H.0.1管端壁厚相同的对焊接头坡口型式

H.0.2管端壁厚不同和（或）材料屈服强度不同的对焊接头坡口型式应满足图H.0.2的要求，并应符合下列规定：

1材料、过渡处理及焊后热处理应符合下列规定：

1）对接管段的最小屈服强度不同时，焊缝金属的力学性能不应小于强度较高的管段；

2）壁厚不等管段的管端之间的过渡，可按图H.0.2所示方法或可采用预制的过渡短节管过渡；

3）采用加工斜坡口时，焊趾部位应圆滑过渡，不应出现咬边或凹槽；

4）最小屈服强度相同的不等壁厚管段对接焊时，对加工斜坡口的最小角度可不作限制；

5）焊后热处理应按有效焊缝高度值确定。

2对接管段内径不同时，坡口应符合下列规定：

1）当壁厚差不大于2.5mm时应焊透，坡口可按图H.0.2（a）加工且不作特殊加工处理；

2）当壁厚差大于2.5mm且不能进入管内焊接时，应按图H.0.2（b）将较厚侧管端内部加工成斜坡口，斜坡口的加工角度最大不应大于30°，最小不应小于14°；

3）当壁厚差超过2.5mm，但不超过较薄管段壁厚的1／2，且能进入管内施焊时，可按图H.0.2（c）采用内焊填充完成过渡，较厚管段上的坡口钝边高度应等于管壁厚度的内偏差加上对接管上的坡口的钝边高度；

4）当壁厚差大于较薄管段壁厚的1／2，且能进入管内施焊时，可按图H.0.2（b）将较厚管端的内侧加工成斜坡口，或可按图H.0.2（d）加工成组合型式的斜坡口，即以较薄管钢壁厚的1／2采用锥形焊缝，并从该点起将剩余部分加工成锥面。

3当相焊接钢管外径不等时，坡口应符合下列规定：

1）当壁厚差不超过较薄钢管壁厚的1／2时，可按图H.0.2（e）加工坡口，焊缝过渡面角度不应大于30°，且焊趾部位应圆滑过渡；

2）当壁厚差超过较薄钢管壁厚的1／2时，应按图H.0.2（f）将超出部分加工成斜坡口。

4当相接管段内径及外径均不同时，应综合采用图H.0.2（a）～H.0.2（f）或图H.0.2（g）的方式进行坡口设计。

图H.0.2管端壁厚不同和（或）材料屈服强度不同的对焊接头坡口型式

注：

1当相接材料等强度不等厚度时，图中①不限定最小值。

2图中②设计用最大厚度δ2不应大于1.5δ1。