城镇高压天然气管道管材选用及计算分析

2014No.2城镇高压天然气管道管材选用及计算分析冯粉莉宝鸡市同昌燃气工程设计有限责任公司，陕西宝鸡721000摘要在微饮嫁上管网微奸中，裔及麒北管道越来越多，次中通过对密江麒w管道筏斜中的点问题进行分q析，详细介绍了燃气管道输气压力的确定，管径、管型、管材选择及管道相关设计计算内容，力求在满足安全的前提下，通过合理选择管材和详细的设计计算分析，尽可能利用高压能源，实现安全设计并提高工程的经济性关键词天然气;管径、管材选择；设计讨算书中图分类号文献标识码文章编号TE8B1004-9614201402-0011-03Selection andCalculation Analysisof UrbanHighPressure NaturalGas PipelineMaterialsFENG Fen-liBaoji TongchangGas EngineeringDesign Co.,Ltd.,Baoji721000,ChinaAbstract:In thetown gaspipe networkdesign,high pressure gas pipelineis usedmore andmore,so inthis paper,key problemsin thedesignofhigh-pressuregaspipeline areanalyzed indetail.The gaspipeline gaspressure determination,the pipe diameter,the pipematerialselection andpiping designare discussedto calculateand analyzethe content,in orderto meetthe securityunder thepremise ofa rationalselectionof pipematerials anda reasonableand detaileddesign calculation,to makeuse ofhigh energyas foras possibleand torealize thesecuritydesign andimprove theeconomy ofthe projectas aresult.Keywords:natural gas;pipediameterand pipematerialselection;design calculations0引言根据GB50028的规定，高压管道不宜进入四级地区，天然气管网的设计，不仅要满足用户和工艺设计的四级地区地下燃气管道输配压力不应大于在项目

4.0MPa.要求，而且要使整个工程的投资最小，尽可能利用高压能规划阶段，便要确定管道的输气压力

2.2管径的选择源，使得天然气管网运行更经济、安全、可靠高压燃气一般根据规划，可确定工程天然气高压管道管径管道设计最主要的是通过应力计算合理选择管材，这对实如需进行管径的选择计算，则要根据总体用气量需求及管现安全设计、优化能源结构、保护环境具有重要意义网布局规划，通过水力计算及管道储气计算等综合确定钢管类型的选择1天然气管网输配系统的压力级制划分

2.3根据《城镇燃气设计规范》GB50028-2006的规定，天然气输送常用的钢管有无缝钢管和焊接钢管无城镇燃气管道的设计压力分为级文中探讨的城镇高缝钢管由于其成型精度低、价格高，一般用于小口径管p7压燃气管道设计指的是之间的高压燃道，不适用于输气管线目前国内外的油气输气管线主要

2.5MPapa.0MPa A气管道和的高压燃气管道设计及计算为焊接钢管

1.6MPap2,5MPa B高压燃气管道输气压力的确定及管径、管型、管材选焊接钢管有螺旋缝焊接钢管和直缝焊接钢管，都能2满足《石油天然气工业管线输送系统用钢管》择GB/要求直焊缝具有焊缝短、焊缝质量易于控制、输气压力的确定T9711-

20112.1成型精度高、残余应力小、错边量小的优点；螺旋缝钢管合理地提高输气管道的压力，不仅可以提高管道的具有受力状态好、价格便宜的优点这两种焊接钢管在城输气能力，同时还提高了管道的储气能力，可以节省工程投资市燃气建设中都被广泛使用，但在重要地段和部位，比如穿跨越、弯管等，一般都使用直缝钢管可根据管线沿线周围的建设情况，若管道敷设收稿日期收修改稿日期2013-07-042013-10-10外荷载较大时，应按无内压状态校核其稳定性的沿线都为

三、四类地区，建筑物密集，并且穿跨越量大，地下管线错综复杂，建议选用直缝焊接钢管；若为

一、二△X

0.03D2类地区，可采用直缝或螺旋缝钢管⑶ZKTO钢管钢级

2.4W=W1+W⑷高压管道所使用的材质应具有较高的强度和良好的2焊接性能及韧性，其屈强比和冲击韧性等指标应满足相关1=83/12⑸式中为钢管水平方向最大变形量，为钢管平均规范的要求，以保证输气管道的安全随着钢级的提高，AX m;Dm直径，为作用在单位管长上的总竖向荷载，为钢管的强度提高，但韧性和可焊性下降在经济性方面，m;W N/m;W,单位管长上的竖向永久荷载，为地面可变荷载传递钢级提高，管壁变薄，钢材的耗量减小，但钢材的单价上N/m;W2到管道上的荷载，为钢管变形滞后系数，为升W-0;Z Z=L5;K2基床系数，为钢材弹性模量，为一般地，对于高压输气管道来讲，大口径钢管的钢级K=

0.085;E E=

2.1xl05MPa;I单位管长上截面惯性矩，为钢管壁厚，为土要高一些，而小口径钢管的钢级要低一些m4/m;8o m;E,壤变形模量，值应采用现场实测数，当无实测资料时，在设计时必须遵守第条规定，三级和EGB

500286.

4.4可按附录的规定选取四级地区高压燃气管道材料钢级不应低于设计计GB50251-2003D

4.8X106N/m

2.L2453取土壤密度的计算平均值管道管顶算p=

2.65X103kg/m3,埋深为单位管长覆土体积按式计算管道壁厚选择不仅要满足管道强度、稳定性要求，同h

2.0m,L=l km6吟得时应满足抗御外力破坏的要求按照GB50028-2006的相关・[•⑹V A7计算要求，需要进行直管段管壁厚度计算根据根据式⑹计算单位管长附土体积，单位管长V=

0.66m3;第条规定,稳定性计算、受约束的埋地GB50028-

20066.

4.10竖向永久荷载直管段轴向应力计算和当量应力校核均需符合《输气管道Wi=pVg=

2.65xl03x

0.66x

9.8=

1.71xl04N/m;工程设计规范》的相应规定，同时根据GB5O251GB50251-2003第

5.

1.1条第一款规定，当管道通过地震动峰值作用在单位管长上的总竖向荷载W=W1+W=

1.71X1042加速度等于或大于

0.1g的地区时，应对管道在地震作用下N/m;的强度进行校核计算根据式⑸计算单位管长上截面惯性矩1二

0.00643/实例为某工业园区天然气输气管线工程的高压输气12=

2.18xl0-8m4/m;管道，管道规格L360MB、D

323.9x

647.

1、PN40,地区等级钢管的平均直径Dm=

323.9mm=

0.324m;按三级地区考虑，强度设计系数为

0.5,管道长度49km,计算根据式⑶计算△X=

0.007m

0.03D,故符合规温度范要求20℃.受约束的埋地直管段轴向应力计算和当量应力校核

3.3壁厚计算

3.1由内压和温度引起的轴向应力计算

3.

3.1根据的条，直管段壁厚按式⑴计GB50251-

20035.L2根据的附录由内压和温度引起的轴GB50251-2003B,算向应力应按式⑺计算oL=|ioh+Eati-t72式中为钢管计算壁厚，为设计压力，8mm;p p=

4.0MPa;D为钢管外径，为钢管的最小D=

323.9mm;o,式中为管道的轴向应力，拉应力为正，压应力为负，oL屈服强度，为强度设计系数，=360MPa;F F=

0.5;以为泊桑比，取为由内压产生的管道环向应力，MPa;

0.3;oh6为焊缝系数，6=

1.0;t为温度折减系数，当温度小于120℃MPa;d为管子内径，cm;3为管子公称壁厚cm;a为钢材的时，仁10线膨胀系数，a=

1.210-5°C-1;为根据式计算壁厚13=

3.60mm.管道下沟回填时温度，暂定为为管道的tkl0C;t2综合考虑管径、管材、壁厚级别，该工程管段选取的工作温度，t2=20℃壁厚为满足计算要求

6.4mm,根据式⑻计算二oh=

4.0X

31.11/2X

0.

6497.22MPa,稳定性计算

3.2根据式⑺计算o L=

0.3x

97.22+

2.1x105xl.2xl0-5根据的条，输气管道径向稳定GB50251-

20035.

1.4x20-l0=

54.37MPa.校核应符合下列表达式的要求，当管道埋设较深或当量应力校核

3.

3.2城市天然气管网工程设计关系到城市的建设、经济的发根据的附录受约束热胀直管段，展、居民的日常生活因此，设计的重点应该是采用技术成GB50251-2003B,按最大剪应力强度理论计算当量应力应符合式⑼要求熟、可靠的材料和设备，以确保管道的长期安全稳定运行另外，在满足安全要求的前提下，尽可能利用管网压力，o=0h-oL

0.9o9o o进行详细的设计计算，合理确定管材及管径，选择合理的线式中为当量应力，为管子的最低屈服强度，MPa;路走向，降低管网工程造价，提高城市天然气管网运行的可MRi靠性、安全性及经济性根据式⑼计算e=

97.22-

54.37=

42.85MPa,

0.9o参考文献符合规范要求=324MPaQ.vO.9o”王蓉.城镇超高压天然气管道设计探讨.城市公用事业，管道抗震设计

[1]

3.420112:43-45;

55.该工程所在地的设计基本地震加速度值为

0.05g,刘威，刘聿天.浅议城市燃气管网的设计选择与设计要点.

[2]抗震设防烈度为6度根据GB50251-2003的第

5.

1.1科技资讯，20115:58-

60.条第一款规定，当管道通过地震动峰值加速度等于或大于

0.1g王宏妹.设计压力高压天然气管道安全设计问题

[3]

22.5MPa的地区时，应对管道在地震作用下的强度进行校核该工探讨.城市燃气兆帕以上压力燃气管道设计、施工、

2.5程拟建管道地带处于对建筑抗震有利地段，适宜管道建设，管理研讨会，北京，2012故无需做抗震校核

3.5结论孟涛.城镇高压、次高压燃气管道工程建设探讨.上海煤气，

[4]综上所述，该工程的高压输气管道管道规格20122:7-

10.、符合规范要求L360MBD

323.9x

6.4PN40,作者简介冯粉莉注册咨询师，工程师，主要从事燃气1978-,工程设计及管理工作结束语4E-mail:790855001@qq.com上接第页次应力由于分析中不做疲劳校核，只需校核虑不宜采用通过改变参数来降低支管座应力水平；增大7A9,一次局部薄膜应力强度、一次加二次应力强度，其相可以有效地降低最大应力值，增强支管座的承载能力；改变应校核准则见表参数、对降低应力水平有显著效果，从加工角度考虑3Ri R2便于实现，从经济角度考虑没有增加材料成本表3线性化结果及判定MPa校核条目许用值计算值结果采用正交试验设计法，优化结构参数为、、、，A RiR20局部薄膜应力206177合格优化后的支管座内壁转角处最大结构应力减少11%,并一次加二次应力合格411200对优化后的锥形锻制嵌入式支管座进行了强度校核，结90优化后的锥形支管座结构满足强度要求，达到优化90°构满足强度要求目的，能够保证安全投入生产参考文献结束语3杨林娟.挤压三通的有限元应力分析.南通工学院学报，

[1]锻制嵌入式支管座相对于三通结构，承载能力高，受相2001,172:29-

31.同载荷下的应力水平较低，更具安全性有限元结果表明郭顺显.支管座的标准编制与工程应用,化工设备与管

[2]道,2004,40:44-

45.最大应力强度分布在锻制支管座肩部的内壁处，此处具有最王鹏.锻制嵌入式支管座设计及应力分析.第四届全国管道

[3]大的应力集中系数，从此点开始支管座的应力随距离的增加技术学术会议，黄山，

2010.而急速降低，几何结构对称部分应力分布也相应对称，整体王鹏.锻制嵌入式支管座结构优化设计与研究[学位论文].

[4]应力分布相对均匀南京南京工业大学，

2010.通过大量有限元分析，可知结构参数、变化对w W190钢制压力容器一分析设计标准.

[5]JB4732—1995锥形支管座应力分布儿乎没有影响；随着参数的增大，支A作者简介焦程1989—,硕士研究生，主要研究方向为压力容管座最大应力值略有下降，但由于支管座壁加厚部分长度增器可靠性分析加，所需材料增加，从经济角度考第期冯粉莉城镇高压天然气管道管材选用及计算分析213万方数据。