有的(de)(de)設計人(ren)員咨(zi)詢浙江(jiang)至德鋼業(ye)有限(xian)公司工程師工業(ye)管(guan)道與輸氣(qi)管(guan)道的(de)(de)壁(bi)厚(hou)計算是(shi)否可以(yi)(yi)統一或者(zhe)互相(xiang)替(ti)代使用(yong)？因兩者(zhe)的(de)(de)壁(bi)厚(hou)計算具有以(yi)(yi)下區別，所以(yi)(yi)肯(ken)定是(shi)不能(neng)混用(yong)的(de)(de)。
一(yi)、工業管道與(yu)輸氣管道直管壁厚計算公式比(bi)較
1. 壁厚計算理論基(ji)礎比較
承受內壓的(de)直管屬于旋轉殼體的(de)一(yi)種，旋轉殼體應(ying)(ying)力(li)(li)分(fen)析(xi)理(li)論有兩類(lei)：一(yi)類(lei)是忽略彎矩的(de)無力(li)(li)矩理(li)論一(yi)-薄(bo)膜理(li)論，導出的(de)是壁(bi)厚(hou)計算的(de)薄(bo)膜應(ying)(ying)力(li)(li)公式(shi)，該公式(shi)計算的(de)是沿(yan)壁(bi)厚(hou)均(jun)勻(yun)分(fen)布(bu)(bu)的(de)兩向(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)，即軸(zhou)向(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)和周向(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)，忽略了徑向(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)。另一(yi)類(lei)是彈性力(li)(li)學應(ying)(ying)力(li)(li)分(fen)析(xi)理(li)論一(yi)一(yi)拉美公式(shi)，共三個方向(xiang)的(de)應(ying)(ying)力(li)(li)，周向(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)和徑向(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)沿(yan)壁(bi)厚(hou)非線性分(fen)布(bu)(bu)，軸(zhou)向(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)沿(yan)壁(bi)厚(hou)均(jun)勻(yun)分(fen)布(bu)(bu)。
GB 50251《輸(shu)(shu)氣(qi)管道工(gong)程設計規范》采(cai)用(yong)ASME B31.8《輸(shu)(shu)氣(qi)和配(pei)氣(qi)管道系統》的(de)(de)(de)壁厚(hou)計算公(gong)式(shi)(shi)，公(gong)式(shi)(shi)源于無力(li)矩理(li)(li)論(lun)的(de)(de)(de)薄膜理(li)(li)論(lun)應(ying)力(li)公(gong)式(shi)(shi)。GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059等標準采(cai)用(yong)ASME B31.3《工(gong)藝管道》的(de)(de)(de)壁厚(hou)計算公(gong)式(shi)(shi)，公(gong)式(shi)(shi)是拉美公(gong)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)經驗(yan)近似式(shi)(shi)。輸(shu)(shu)氣(qi)管道壁厚(hou)計算公(gong)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)理(li)(li)論(lun)基礎采(cai)用(yong)無力(li)矩理(li)(li)論(lun)-薄膜理(li)(li)論(lun)，而工(gong)業管道采(cai)用(yong)彈性力(li)學應(ying)力(li)分析理(li)(li)論(lun)-拉美公(gong)式(shi)(shi)。
2. 安(an)全系(xi)數取值方式(shi)的比(bi)較
輸氣(qi)(qi)管(guan)道(dao)由(you)于需穿越城市、村(cun)鎮等，根據管(guan)道(dao)通(tong)過區域(yu)的(de)不同(tong)條件，采用改(gai)變(bian)管(guan)道(dao)應力水平（即改(gai)變(bian)管(guan)道(dao)壁厚）以強(qiang)(qiang)度(du)(du)確(que)保管(guan)道(dao)自(zi)(zi)身(shen)的(de)安全，為(wei)(wei)管(guan)道(dao)周圍環境(jing)提供安全保障（采用不同(tong)的(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)設計系數(shu)(shu)F）的(de)理(li)(li)念，同(tong)時(shi)也(ye)體(ti)現了管(guan)道(dao)的(de)經濟成本的(de)合理(li)(li)性。GB50251中規定的(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)設計系數(shu)(shu)F值，一級地(di)區為(wei)(wei)0.8，四(si)級地(di)區為(wei)(wei)0.4。強(qiang)(qiang)度(du)(du)設計系數(shu)(shu)F值的(de)規定與取(qu)值源自(zi)(zi)ASME B31.8《輸氣(qi)(qi)和配(pei)氣(qi)(qi)管(guan)道(dao)系統》。
工業(ye)管(guan)道壁厚計算(suan)中(zhong)(zhong)，設(she)計溫度下的(de)材(cai)料(liao)許用(yong)(yong)應力(li)由材(cai)料(liao)的(de)力(li)學性(xing)能(neng)除(chu)以相應的(de)安(an)全(quan)系數而(er)得，GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059規(gui)定的(de)材(cai)料(liao)安(an)全(quan)系數與(yu)GB 150中(zhong)(zhong)材(cai)料(liao)安(an)全(quan)系數的(de)要求相同(tong)。由于(yu)工業(ye)管(guan)道處于(yu)有限(xian)范圍的(de)工廠環境(jing)中(zhong)(zhong)，材(cai)料(liao)的(de)安(an)全(quan)系數根(gen)據材(cai)料(liao)的(de)類型和力(li)學性(xing)能(neng)（強(qiang)(qiang)度極限(xian)、屈(qu)服極限(xian)、持久強(qiang)(qiang)度、蠕變極限(xian)）的(de)不同(tong)而(er)取值(zhi)，按照規(gui)范規(gui)定選取許用(yong)(yong)應力(li)值(zhi)。許用(yong)(yong)應力(li)值(zhi)的(de)大小與(yu)工業(ye)管(guan)道所(suo)處的(de)環境(jing)條(tiao)件完(wan)全(quan)無關，在GB／T20801、GB 50316、SH／T 3059等中(zhong)(zhong)規(gui)定使用(yong)(yong)應力(li)表(biao)中(zhong)(zhong)的(de)值(zhi)，既體現了許用(yong)(yong)應力(li)所(suo)表(biao)達的(de)安(an)全(quan)強(qiang)(qiang)度，又(you)體現了工程設(she)計的(de)經濟(ji)合理性(xing)。
輸氣(qi)管(guan)道(dao)和工業管(guan)道(dao)壁厚計算公式中安全系(xi)數的區別(bie)，在(zai)(zai)安全理念和規(gui)范(fan)內容上(shang)存在(zai)(zai)差異，在(zai)(zai)設計上(shang)是無法(fa)統一的。
3. 鋼管壁厚附加裕量的(de)比較
輸氣管(guan)(guan)道(dao)在(zai)用公(gong)式(shi)得出(chu)計算(suan)壁(bi)厚(hou)之后，圓整到鋼(gang)管(guan)(guan)標準規(gui)定的壁(bi)厚(hou)，一般沒有考(kao)慮材料(liao)厚(hou)度偏(pian)差(cha)(cha)和(he)腐蝕裕(yu)量。但是ASME B31.8規(gui)定采用該(gai)規(gui)范所列(lie)鋼(gang)管(guan)(guan)，已經考(kao)慮了(le)鋼(gang)管(guan)(guan)的壁(bi)厚(hou)負偏(pian)差(cha)(cha)，并且加了(le)裕(yu)量，例(li)如(ru)(ru)，如(ru)(ru)采用API5L，則不(bu)必再另(ling)加厚(hou)度負偏(pian)差(cha)(cha)了(le)。
工業管道的壁厚計算公式中則明確規定了應該考慮厚度減薄附加量C1和腐蝕磨蝕附加量C2。
二、鋼(gang)管材料選用的比較(jiao)
由于輸(shu)(shu)氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)距離長，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)用(yong)量(liang)大(da)，天(tian)(tian)然氣(qi)輸(shu)(shu)送量(liang)大(da)，輸(shu)(shu)氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)朝著高壓力、大(da)直(zhi)徑(jing)方(fang)向(xiang)發展，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)材(cai)料也(ye)朝著高強度(du)、微(wei)合金的(de)方(fang)向(xiang)發展。與(yu)輸(shu)(shu)氣(qi)管(guan)(guan)道(dao)工(gong)(gong)程相配套的(de)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)也(ye)有了自成體系(xi)(xi)的(de)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)標(biao)準(zhun)(zhun)，在國(guo)際上得(de)到(dao)廣泛應用(yong)的(de)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)標(biao)準(zhun)(zhun)是(shi)美國(guo)標(biao)準(zhun)(zhun)API5L。該標(biao)準(zhun)(zhun)的(de)最高鋼(gang)(gang)級為(wei)L830M（PSL2），規(gui)(gui)定的(de)屈(qu)服強度(du)最小值為(wei)830 MPa。ISO 3183《石油(you)天(tian)(tian)然氣(qi)工(gong)(gong)業管(guan)(guan)線(xian)輸(shu)(shu)送系(xi)(xi)統用(yong)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)》是(shi)在API5L《管(guan)(guan)線(xian)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)規(gui)(gui)范》基礎(chu)上編制的(de)。GB／T 9711《石油(you)天(tian)(tian)然氣(qi)工(gong)(gong)業 管(guan)(guan)線(xian)輸(shu)(shu)送系(xi)(xi)統用(yong)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)》是(shi)在ISO 3183標(biao)準(zhun)(zhun)基礎(chu)上修改編制的(de)，該標(biao)準(zhun)(zhun)得(de)到(dao)了廣泛應用(yong)。與(yu)工(gong)(gong)業管(guan)(guan)道(dao)用(yong)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)在技(ji)術上有重大(da)區別(bie)。GB 50349《氣(qi)田集(ji)輸(shu)(shu)設(she)計規(gui)(gui)范》規(gui)(gui)定氣(qi)田集(ji)輸(shu)(shu)管(guan)(guan)道(dao)用(yong)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)也(ye)是(shi)選用(yong)GB／T 9711。
工(gong)業(ye)管(guan)(guan)(guan)道(dao)所屬裝置的(de)管(guan)(guan)(guan)道(dao)流體多樣(yang)化(hua)、設計參數(shu)各不(bu)相(xiang)同，工(gong)業(ye)管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)器材(cai)(cai)選(xuan)用(yong)(yong)尚無自成體系的(de)統(tong)一(yi)標(biao)(biao)準，均是使用(yong)(yong)相(xiang)應的(de)鋼(gang)材(cai)(cai)和鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)標(biao)(biao)準，例(li)如國(guo)標(biao)(biao)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)常用(yong)(yong)標(biao)(biao)準：GB／T13793《直縫電焊鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T9948《石(shi)油裂化(hua)用(yong)(yong)無縫鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T 6479《高壓(ya)(ya)化(hua)肥(fei)設備用(yong)(yong)無縫鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T8163《輸送(song)流體用(yong)(yong)無縫鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T3087《低中壓(ya)(ya)鍋(guo)爐(lu)用(yong)(yong)無縫鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T5310《高壓(ya)(ya)鍋(guo)爐(lu)用(yong)(yong)無縫鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)》等數(shu)十個，工(gong)業(ye)管(guan)(guan)(guan)道(dao)器材(cai)(cai)選(xuan)用(yong)(yong)具(ju)體規定(ding)與(yu)(yu)輸氣(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)材(cai)(cai)料要求是大(da)不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)，輸氣(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)與(yu)(yu)工(gong)業(ye)管(guan)(guan)(guan)道(dao)在材(cai)(cai)料選(xuan)用(yong)(yong)及材(cai)(cai)料標(biao)(biao)準上均有很大(da)區別。
三、管道(dao)沖(chong)擊試驗的(de)比較
輸(shu)氣(qi)管(guan)道（包括輸(shu)氣(qi)站(zhan)）一般(ban)都在野外，受(shou)自然環(huan)(huan)境（低(di)溫）的(de)(de)影響比(bi)較(jiao)大，輸(shu)氣(qi)管(guan)道用鋼管(guan)對(dui)低(di)溫沖擊韌(ren)性(xing)的(de)(de)要(yao)求(qiu)較(jiao)高，以防止鋼管(guan)脆性(xing)斷裂(lie)擴展和(he)控制(zhi)延(yan)性(xing)斷裂(lie)擴展。我國(guo)對(dui)干線和(he)站(zhan)場用鋼管(guan)提出(chu)了在API5L的(de)(de)基礎上對(dui)鋼管(guan)和(he)焊縫進行夏比(bi)沖擊試(shi)驗的(de)(de)要(yao)求(qiu)，規定(ding)其試(shi)驗溫度(du)(du)應低(di)于(yu)管(guan)道通過(guo)當地的(de)(de)最低(di)環(huan)(huan)境溫度(du)(du)，一般(ban)取(qu)-10℃，-20℃、-30℃，夏比(bi)沖擊韌(ren)性(xing)合(he)格值(zhi)根據不同鋼級和(he)管(guan)徑分(fen)別為27J、40J、54J、80J（3個試(shi)樣最小平均(jun)值(zhi)）。
工業管道對管道設(she)計(ji)溫(wen)(wen)度≤-20℃而高(gao)于(yu)鋼材(cai)使用(yong)溫(wen)(wen)度下限的碳素鋼、低合金鋼、中合金鋼和(he)高(gao)合金鐵素體(ti)鋼，要求進行夏比(bi)低溫(wen)(wen)沖擊試(shi)驗，試(shi)驗沖擊功合格值根據(ju)不同的鋼材(cai)分別(bie)為18J、20J、27J、31J（3個試(shi)樣平均(jun)值），GB／T 20801、GB／T 50316、SH／T 3059等(deng)標注中均(jun)有(you)明確(que)規定(ding)。
輸(shu)氣管(guan)道(dao)與工業(ye)管(guan)道(dao)設計(ji)規范(fan)對鋼管(guan)提出(chu)了夏比低(di)(di)溫(wen)沖擊試(shi)驗(yan)的要求，在夏比低(di)(di)溫(wen)沖擊試(shi)驗(yan)的試(shi)驗(yan)溫(wen)度與合(he)格(ge)值上差異較大。
