有的設計人(ren)員咨詢浙(zhe)江至德鋼(gang)業(ye)有限公司工程師工業(ye)管道與輸氣管道的壁厚(hou)計算(suan)是否(fou)可以統(tong)一或者互相替代使(shi)用？因兩者的壁厚(hou)計算(suan)具(ju)有以下(xia)區別，所(suo)以肯定(ding)是不能混用的。
一、工業管道(dao)與輸氣管道(dao)直管壁厚計(ji)算公式比(bi)較(jiao)
1. 壁厚計(ji)算理論(lun)基(ji)礎比(bi)較
承受內壓的直(zhi)管屬(shu)于旋轉殼(ke)體的一(yi)(yi)種，旋轉殼(ke)體應(ying)(ying)力(li)分(fen)(fen)析(xi)理論有兩類(lei)(lei)：一(yi)(yi)類(lei)(lei)是(shi)忽略彎(wan)矩的無力(li)矩理論一(yi)(yi)-薄(bo)膜理論，導出的是(shi)壁厚計算的薄(bo)膜應(ying)(ying)力(li)公(gong)式(shi)，該公(gong)式(shi)計算的是(shi)沿(yan)壁厚均勻(yun)分(fen)(fen)布的兩向應(ying)(ying)力(li)，即軸向應(ying)(ying)力(li)和(he)周(zhou)(zhou)向應(ying)(ying)力(li)，忽略了徑(jing)向應(ying)(ying)力(li)。另一(yi)(yi)類(lei)(lei)是(shi)彈性力(li)學應(ying)(ying)力(li)分(fen)(fen)析(xi)理論一(yi)(yi)一(yi)(yi)拉美公(gong)式(shi)，共(gong)三個方向的應(ying)(ying)力(li)，周(zhou)(zhou)向應(ying)(ying)力(li)和(he)徑(jing)向應(ying)(ying)力(li)沿(yan)壁厚非(fei)線性分(fen)(fen)布，軸向應(ying)(ying)力(li)沿(yan)壁厚均勻(yun)分(fen)(fen)布。
GB 50251《輸(shu)氣(qi)(qi)管道(dao)工程設計(ji)規范(fan)》采(cai)用(yong)ASME B31.8《輸(shu)氣(qi)(qi)和配氣(qi)(qi)管道(dao)系統》的(de)壁厚(hou)(hou)計(ji)算(suan)公(gong)(gong)式(shi)，公(gong)(gong)式(shi)源于無力(li)(li)矩理(li)(li)論(lun)(lun)的(de)薄膜理(li)(li)論(lun)(lun)應(ying)力(li)(li)公(gong)(gong)式(shi)。GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059等(deng)標準采(cai)用(yong)ASME B31.3《工藝管道(dao)》的(de)壁厚(hou)(hou)計(ji)算(suan)公(gong)(gong)式(shi)，公(gong)(gong)式(shi)是(shi)拉美(mei)公(gong)(gong)式(shi)的(de)經驗近(jin)似式(shi)。輸(shu)氣(qi)(qi)管道(dao)壁厚(hou)(hou)計(ji)算(suan)公(gong)(gong)式(shi)的(de)理(li)(li)論(lun)(lun)基礎采(cai)用(yong)無力(li)(li)矩理(li)(li)論(lun)(lun)-薄膜理(li)(li)論(lun)(lun)，而工業(ye)管道(dao)采(cai)用(yong)彈性力(li)(li)學(xue)應(ying)力(li)(li)分(fen)析理(li)(li)論(lun)(lun)-拉美(mei)公(gong)(gong)式(shi)。
2. 安(an)全系數取值(zhi)方式的(de)比(bi)較(jiao)
輸氣(qi)管(guan)道由于需(xu)穿越城市(shi)、村鎮等，根據管(guan)道通過區(qu)域的(de)不(bu)同條件(jian)，采用改(gai)變管(guan)道應力(li)水平（即改(gai)變管(guan)道壁厚）以(yi)強度(du)確保管(guan)道自身的(de)安全(quan)，為管(guan)道周(zhou)圍環境(jing)提供安全(quan)保障（采用不(bu)同的(de)強度(du)設計系(xi)數(shu)F）的(de)理念，同時也體現了管(guan)道的(de)經濟成(cheng)本的(de)合理性。GB50251中(zhong)規定的(de)強度(du)設計系(xi)數(shu)F值，一級地區(qu)為0.8，四級地區(qu)為0.4。強度(du)設計系(xi)數(shu)F值的(de)規定與(yu)取值源自ASME B31.8《輸氣(qi)和配(pei)氣(qi)管(guan)道系(xi)統》。
工(gong)業(ye)管道壁厚(hou)計算中(zhong)(zhong)，設(she)計溫度(du)(du)下的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)許(xu)用(yong)應(ying)力(li)由(you)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)力(li)學性(xing)能除(chu)以相應(ying)的(de)(de)(de)(de)安全(quan)系數(shu)而得，GB／T 20801、GB 50316、SH／T 3059規定的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)安全(quan)系數(shu)與(yu)GB 150中(zhong)(zhong)材(cai)料(liao)安全(quan)系數(shu)的(de)(de)(de)(de)要求相同。由(you)于(yu)工(gong)業(ye)管道處于(yu)有限(xian)范(fan)圍(wei)的(de)(de)(de)(de)工(gong)廠環境中(zhong)(zhong)，材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)安全(quan)系數(shu)根據材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)類(lei)型和力(li)學性(xing)能（強度(du)(du)極(ji)限(xian)、屈服(fu)極(ji)限(xian)、持久強度(du)(du)、蠕變極(ji)限(xian)）的(de)(de)(de)(de)不同而取值(zhi)，按照規范(fan)規定選取許(xu)用(yong)應(ying)力(li)值(zhi)。許(xu)用(yong)應(ying)力(li)值(zhi)的(de)(de)(de)(de)大小與(yu)工(gong)業(ye)管道所處的(de)(de)(de)(de)環境條件完全(quan)無關(guan)，在GB／T20801、GB 50316、SH／T 3059等中(zhong)(zhong)規定使用(yong)應(ying)力(li)表中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)值(zhi)，既(ji)體現了許(xu)用(yong)應(ying)力(li)所表達的(de)(de)(de)(de)安全(quan)強度(du)(du)，又體現了工(gong)程設(she)計的(de)(de)(de)(de)經濟(ji)合(he)理性(xing)。
輸(shu)氣管(guan)道和(he)工(gong)業管(guan)道壁厚計(ji)算公式中安(an)全系數的區別，在(zai)安(an)全理念和(he)規(gui)范(fan)內容(rong)上(shang)存在(zai)差異，在(zai)設計(ji)上(shang)是(shi)無(wu)法(fa)統一的。
3. 鋼管(guan)壁厚附加裕量的比較(jiao)
輸(shu)氣管(guan)道(dao)在(zai)用公式得出(chu)計算壁厚(hou)之后，圓整(zheng)到鋼管(guan)標準(zhun)規(gui)(gui)定(ding)的壁厚(hou)，一(yi)般沒有考慮材料(liao)厚(hou)度偏(pian)差(cha)和腐蝕(shi)裕(yu)量。但是ASME B31.8規(gui)(gui)定(ding)采用該規(gui)(gui)范所列鋼管(guan)，已(yi)經考慮了鋼管(guan)的壁厚(hou)負偏(pian)差(cha)，并且加(jia)(jia)了裕(yu)量，例如，如采用API5L，則不必再另(ling)加(jia)(jia)厚(hou)度負偏(pian)差(cha)了。
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、鋼管材(cai)料選用的比較
由于輸(shu)(shu)(shu)氣(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)距離長，鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)用(yong)量大，天然(ran)氣(qi)(qi)(qi)輸(shu)(shu)(shu)送量大，輸(shu)(shu)(shu)氣(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)朝著高(gao)壓力(li)、大直徑方(fang)向(xiang)發展，鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)材料(liao)也(ye)朝著高(gao)強(qiang)度、微合金的(de)(de)方(fang)向(xiang)發展。與(yu)輸(shu)(shu)(shu)氣(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)工程相(xiang)配套(tao)的(de)(de)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)也(ye)有了(le)自成體系(xi)(xi)的(de)(de)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)標準，在(zai)國(guo)際上(shang)得到(dao)廣(guang)(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)的(de)(de)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)標準是美(mei)國(guo)標準API5L。該標準的(de)(de)最高(gao)鋼(gang)級為L830M（PSL2），規定的(de)(de)屈服(fu)強(qiang)度最小(xiao)值為830 MPa。ISO 3183《石油(you)天然(ran)氣(qi)(qi)(qi)工業管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)輸(shu)(shu)(shu)送系(xi)(xi)統用(yong)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)》是在(zai)API5L《管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)規范》基礎(chu)上(shang)編(bian)制的(de)(de)。GB／T 9711《石油(you)天然(ran)氣(qi)(qi)(qi)工業 管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)輸(shu)(shu)(shu)送系(xi)(xi)統用(yong)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)》是在(zai)ISO 3183標準基礎(chu)上(shang)修改編(bian)制的(de)(de)，該標準得到(dao)了(le)廣(guang)(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。與(yu)工業管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)用(yong)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)在(zai)技術上(shang)有重(zhong)大區別。GB 50349《氣(qi)(qi)(qi)田集輸(shu)(shu)(shu)設計(ji)規范》規定氣(qi)(qi)(qi)田集輸(shu)(shu)(shu)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)用(yong)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)也(ye)是選用(yong)GB／T 9711。
工(gong)業(ye)管(guan)(guan)(guan)道(dao)所屬裝(zhuang)置(zhi)的(de)管(guan)(guan)(guan)道(dao)流體多樣化、設計參(can)數各不(bu)相(xiang)同，工(gong)業(ye)管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)器(qi)(qi)材(cai)(cai)選用(yong)(yong)尚無(wu)自(zi)成體系(xi)的(de)統一標(biao)(biao)準(zhun)，均是使用(yong)(yong)相(xiang)應的(de)鋼(gang)(gang)材(cai)(cai)和(he)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)標(biao)(biao)準(zhun)，例(li)如國標(biao)(biao)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)常用(yong)(yong)標(biao)(biao)準(zhun)：GB／T13793《直縫(feng)(feng)(feng)電焊鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T9948《石油裂(lie)化用(yong)(yong)無(wu)縫(feng)(feng)(feng)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T 6479《高(gao)(gao)壓化肥(fei)設備用(yong)(yong)無(wu)縫(feng)(feng)(feng)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T8163《輸(shu)送流體用(yong)(yong)無(wu)縫(feng)(feng)(feng)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T3087《低中壓鍋爐用(yong)(yong)無(wu)縫(feng)(feng)(feng)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》，GB／T5310《高(gao)(gao)壓鍋爐用(yong)(yong)無(wu)縫(feng)(feng)(feng)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)》等數十(shi)個，工(gong)業(ye)管(guan)(guan)(guan)道(dao)器(qi)(qi)材(cai)(cai)選用(yong)(yong)具體規定與輸(shu)氣管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)材(cai)(cai)料(liao)要求是大不(bu)一樣的(de)，輸(shu)氣管(guan)(guan)(guan)道(dao)與工(gong)業(ye)管(guan)(guan)(guan)道(dao)在(zai)材(cai)(cai)料(liao)選用(yong)(yong)及(ji)材(cai)(cai)料(liao)標(biao)(biao)準(zhun)上(shang)均有很(hen)大區別。
三、管道沖擊試驗的比較(jiao)
輸氣管(guan)道（包括輸氣站）一(yi)般都在野外，受自然環境（低(di)溫(wen)(wen)）的影響(xiang)比較(jiao)大(da)，輸氣管(guan)道用鋼(gang)管(guan)對低(di)溫(wen)(wen)沖擊韌性(xing)(xing)的要求(qiu)較(jiao)高，以(yi)防止鋼(gang)管(guan)脆性(xing)(xing)斷裂擴展和控制延性(xing)(xing)斷裂擴展。我國對干線(xian)和站場(chang)用鋼(gang)管(guan)提出了在API5L的基(ji)礎上(shang)對鋼(gang)管(guan)和焊縫(feng)進行夏(xia)比沖擊試(shi)驗(yan)的要求(qiu)，規定其試(shi)驗(yan)溫(wen)(wen)度(du)應低(di)于管(guan)道通過當地(di)的最低(di)環境溫(wen)(wen)度(du)，一(yi)般取-10℃，-20℃、-30℃，夏(xia)比沖擊韌性(xing)(xing)合格值根據(ju)不同鋼(gang)級和管(guan)徑分別為27J、40J、54J、80J（3個(ge)試(shi)樣最小平均(jun)值）。
工業(ye)管道對管道設計(ji)溫度≤-20℃而高(gao)于(yu)鋼(gang)材使用溫度下限的碳素(su)鋼(gang)、低(di)合(he)金鋼(gang)、中合(he)金鋼(gang)和高(gao)合(he)金鐵素(su)體鋼(gang)，要求進行(xing)夏比低(di)溫沖(chong)擊試(shi)驗，試(shi)驗沖(chong)擊功合(he)格值(zhi)根(gen)據不同(tong)的鋼(gang)材分別為(wei)18J、20J、27J、31J（3個(ge)試(shi)樣平均(jun)值(zhi)），GB／T 20801、GB／T 50316、SH／T 3059等標注中均(jun)有(you)明確規定。
輸氣管(guan)道與(yu)工業管(guan)道設計規范(fan)對鋼管(guan)提出(chu)了夏(xia)比低(di)溫(wen)沖擊試驗的(de)(de)要求(qiu)，在夏(xia)比低(di)溫(wen)沖擊試驗的(de)(de)試驗溫(wen)度(du)與(yu)合格值(zhi)上差異較大(da)。
