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管道壁厚选择因素
换热管壁厚的选择与优化方法
1、换热管在设计温度与压力下的强度计算,可以用如下公式进行计算;
t=P×Do÷2/([σ]t×Ej + P×Y)
P—设计压力,MPa;
[σ]t—设计温度下材料的(基本)许用应力,MPa;
Do—管外径名义值,mm;
t—计算厚度,mm;
Y—修正系数;
Ej—焊接接头系数。
考虑壁厚附加量后的计算:
t1=t÷(1-a)
t1—考虑内压和制造负偏差的管壁厚,mm;
a—以壁厚百分数允许的负偏差,,, ,;
t2=t1÷(1-b)
t2—考虑内压和制造负偏差和弯管减薄的管壁厚,mm;
b—以壁厚百分数允许的弯管减薄负偏差,-, -;
由t2再加上腐蚀裕量,螺纹或刻槽深度,可得到最小壁厚tm。
2、影晌壁厚等级确定的因素
、材料的许用应力
材料的许用应力是指材料的强度指标除以相应的安全系数而得到的值。材料的机械性能指标有屈服极限、强度极限、蠕变极限、疲劳极限等,这些指标分别反映了不同状态下失效的极限值。为了保证管道运行中的强度可靠,常将管道元件中的应力限制在各强度指标下某一值,该数值即为许用应力。当管道元件中的应力超过其许用应力值时,就认为其强度已不能得到保证。因此说,材料的许用应力是确定管道壁厚等级的基本参数。
不同的设计标准,选取材料的许用应力值是不同的。对压力管道
来说,国内的设计标准是按GB150《钢制压力容器》确定的许用应力值,ASTM材料则是取按ANSI 《Process Piping》标准确定的许用应力值。

腐蚀余量是考虑因介质对管道的腐蚀而造成的管道壁厚减薄,从而增加的管道壁厚值。它的大小直接影响到管道壁厚的取值,或者说直接影响到壁厚等级的确定。目前我国尚没有一套有关各种腐蚀介质在不同条件下对各种材料的腐蚀速率数据,因此,工程上大多数情况下仍是凭经验来确定其腐蚀余量的。许多国内外的工程公司或设计院通常都将腐蚀余量分为如下四级:
a、无腐蚀余量。对一般的不锈钢管道多取该值;
b、。对于腐蚀不严重的碳素钢和铬钼钢多取该值;
c、。对于腐蚀比较严重的碳素钢和铬钼钢管道多取该值;
d、加强级()腐蚀余量。对于有固体颗粒冲刷等特殊情况下的管道,根据实际情况确定其具体值。

管子及其元件在制造过程中,相对于其公称壁厚(或者叫理论壁厚)都会有正、负偏差,因此在确定管子及其元件公称壁厚时一定要考虑可能出现的负偏差值。各种钢管标准中规定的负偏差值是不完全相同的,GB/T8163《流体输送用无缝钢管》、GB/T14976《流体输送用不锈钢无缝钢管》规定的壁厚偏差值如下: 表5-3 常用标准的壁厚偏差值
材料标准壁厚(mm) 偏差值(%)
GB/T8163 ≤20 +15,-10,+12,-5,-10
GB/T14976 <15 ≥15 +15,-
+20,-15
、焊缝系数
金属的焊接过程,实质上是一个冶金过程,其组织带有明显的铸造组织特征。一般情况下,铸造组织缺陷较多,材料性能也有所下降。
对于有纵焊缝和螺旋焊缝的焊接管子及其元件,相对于无缝管子及其元件来说,工程上常给它一个强度降低系数(即焊缝系数),以衡量其机械性能下降的程度。其焊缝系数的取值见表5-4。
表5-4 焊接钢管的焊缝系数
序号焊接方法接头形式焊缝型式检验型式焊缝系数 1 锻焊对焊直线按标准要求 2 电阻焊对焊直线或螺旋形按标准要求
3 电弧焊单面对焊直线或螺旋形无RT
10%RT
100%RT


双面对焊直线或螺旋形无RT
10%RT
100%RT


RT 射线探伤
、设计寿命
a、设计寿命与压力管道的腐蚀余量有关。
对于均匀腐蚀来说,当知道其年腐蚀速率后,根据预定的设计寿命,就很容易算出其应取的腐蚀余量了。
b、设计寿命还与交变应力作用的荷载变化次数、氢损伤的孕育时间、断裂因子的扩展期等影响因素有关。
c、与压力管道的一次性投资、资金代尝期和技术更新周期有关。 d、美国一杂志上推荐的设计使用寿命为:碳钢为5年;铬钼钢和不锈钢为
10年。
SH3059标准规定的设计寿命为15年。
国外的一些工程公司对总承包项目规定一般为10年;非总包项目一般为15年,以便从中获取较大的