杨立建;周会强;郭顺显
【摘 要】在其他条件满足设计要求的情况下,钢制管件的壁厚是保证其在压力管道中安全运行的主要因素,对于承压管道使用的管件应进行壁厚补强.针对管件的壁厚即等同于所连接钢管的壁厚这一认识上的问题,对比和分析了国内外主要使用的管件标准对管件壁厚的规定,提出了管件壁厚的几种确定方法,对管件制造商确定管件壁厚提供参考;并建议在修订管件标准时对壁厚给予明确规定,以提高标准的适用性,给管件制造商和检验人员提供制造和检验的标准依据. 【期刊名称】《管道技术与设备》2019理论中文字幕
ising模型【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】4页(P51-54)
【关键词】钢制管件;管道;壁厚;强度;标准
【作 者】杨立建;周会强;郭顺显
【作者单位】湖州久立管件有限公司,浙江湖州313028;湖州久立管件有限公司,浙江湖州313028;江阴市南方管件制造有限公司,江苏江阴214437
【正文语种】中 文
【中图分类】TE8
0 引言
钢制管件(以下简称管件)是在管道输送系统中承担转弯、分支或变径等功能的零件，其强度决定了管道能否安全运行。特别是在压力管道系统中，当管件的材质符合设计选材规定，制造工艺未对材料产生有害缺陷，管件的形状、尺寸、化学成分、力学性能、晶粒度、金相组织以及耐腐蚀性能等各项内容满足设计要求时，壁厚即成为决定管件强度的唯一指标。
对于管件壁厚这一看似简单而实际非常重要的问题，不但在管件制造业和管件采购方，而且包括管道设计人员、监理人员以及监检人员，却常出现理解上的差异。
数理化自学丛书
为了叙述方便，首先说明两个概念:(1)所讨论的管件，是指在压力管道系统中采用钢管或钢板制造的弯头、弯管、三通、异径管等对焊管件，不包括锻制管件、铸造管件和其他非金属材料制造的管件；(2)所讨论的管件壁厚是指对焊管件本体壁厚，而不是与钢管焊接相连的管件端部坡口处的壁厚。
1 管件壁厚认识上的常见误区
最常见的误区是认为管件的壁厚应与所连接钢管的管表号(SCH)相同，也就是认为与管件连接的钢管壁厚即是管件的壁厚[1]。
许多试验研究或专著都表明管件某些部位的壁厚应比接管壁厚要厚[2-3]，因为管件某些部位在内压的作用下承受了比直管更大的应力。为了保证这些管件与直管具有相同的承压能力，必须对管件的某些部位进行壁厚补强。从这一点来说，管件某些部位的壁厚问题也就是管件的强度问题，因此相关管道设计规范[4]对承压管件的壁厚都有明确要求。
然而由于存在管件与钢管等壁厚的认识误区而忽略了管件应与所连接的钢管等强度的问题。如果将这种与钢管相同壁厚的管件用在内压力较高的工况则会使整个管道存在严重的
安全隐患。如上所述，管件的某些部位(例如弯头的内弧侧，三通的主支管相交处的肩部等弯曲部位)承受的介质压力均高于直管所承受的压力，导致这些部位产生应力集中现象，为了抵御所承受的大于直管的压力，这些部位的壁厚比直管壁厚更大时才能保证与钢管的等强度。如果这些承受高于直管压力的部位与直管等壁厚，则这些部位的强度必然降低，给压力管道的运行带来安全隐患。
2 部分标准中对管件的壁厚规定及分析
管件的壁厚在相关设计规范中均给出了计算方法。同样，在管件的产品标准中对管件的强度、合格判定或壁厚要求进行了说明或规定，但这些说明或规定并不一致，标准之间差异较大。文中以具有代表性的、行业内常用的管件标准中的国家标准、行业标准、美国标准、欧盟标准和国际标准为例进行对比讨论。 2．1 国家标准的壁厚规定
GB/T12459[5]和GB/T13401[6]是国内的两项对焊管件标准。这两项标准中均未对管件壁厚提出明确要求，仅规定了采用设计验证试验的方法对管件的设计进行合格评定。
所谓设计验证试验即型式试验，一般采用水压试验的方法对管件进行爆破试验，这是检验管件是否合格的一种方法。但这种方法是用于验证管件的形状、制造工艺和选择的坯料壁厚是否正确的方法，通常用于新产品试制定型或工艺有重大变化可能对产品质量产生影响的情况下。如果正式批量生产时并未完全按验证试验的样品制造条件进行生产，即使合格的验证试验也不能完全代表批量生产的管件强度可靠。因此，仅用几个验证试验证明所生产管件安全可靠是不完善的。
2．2 行业标准的壁厚规定
SH/T3408[7]标准中规定了“管件的设计可按相应的钢制压力容器或管道设计规范中给出的数学分析法进行，或采用验证试验法进行设计”，这里给出了设计计算和验证试验两种方法。
如前所述，验证试验通常不能完全代表所有制造的管件就是可靠的；而采用设计规范中给出的数学分析方法在多数情况下也并不适用，因为管件制造商往往不清楚计算需要的相关参数(如设计压力、温度和腐蚀裕度等)，导致多数情况下无法进行计算。因此，该标准中的这一规定是否适用也值得商榷。
2．3 美国标准的壁厚规定
美国的对焊管件标准ASME B16．9[8]在世界得到普遍认可。该标准中2．2的规定大意是：管件的设计应按国内公认的压力容器或管道规范中所包括的数学分析方法(例如，对于弯管按ASME B16．49)确定，或按制造商选择，依据本标准第9章的验证试验方法进行；为了满足设计或生产技术要求，可以预料，成形管件的某些部位的壁厚可能需要比准备使用该管件的管道壁厚要厚；如果需要，数学分析可以考虑这些较厚的部位。
应该说，这一规定比我国的管件国家标准和石化行业标准更进一步，指出了“成形管件的某些部位的壁厚可能需要比准备使用该管件的管道壁厚要厚”的问题，即提出了管件的某些部位需要壁厚补强的要求。但管件的某些部位需要增厚多少是需要计算的，而补强计算同样涉及到2．2中提到的因素。因此该标准中对这一问题的解决也存在与2.2所述的同样问题。
2．4 欧盟标准的壁厚规定
以欧盟管件标准EN 10253-2[9]为例，该标准将管件划分为两种类别：
(1)A类管件，该标准的7．2中说明的大意是：A类管件的焊接端部和管件主体壁厚与其相
连接的钢管壁厚相同；A类管件承受的内压小于相同直径、壁厚和材料的钢管。并且该标准中给出了A类管件的压降系数供设计人员参考。
(2)B类管件，该标准的7.3中说明的大意是：B类管件在管件本体需要增加壁厚；通常，该类管件与相同直径、壁厚和材料的钢管具有同样的承压性。同时，该标准给出了此类管件壁厚的计算公式，并且为方便选用，以附录的形式列出了一些管件本体的计算壁厚。
EN 10253-2与上述其他标准在管件壁厚也就是管件强度问题上的最大不同点是：
(1)区分了低于钢管强度和与钢管等强度的两类管件，应该用哪类管件由设计方根据工程需要确定；
(2)没有提及验证试验的内容，未将其列入判定管件是否合格的必要条件，原因分析见2．1；医纬达网站
(3)给出了B类管件本体壁厚的计算公式，并为方便使用列出了部分管件的壁厚计算值。
EN 10253-2在管件壁厚方面有了明确规定，与上述其他标准相比是一个进步。
施慧达下面通过GB/T20801．3中第6章管道组成件的压力设计中给出的计算公式对某一规格的直管和管件进行计算，以比较EN标准的计算壁厚与相关设计规范规定的计算壁厚之间的差异。
设：材料为20#碳素钢无缝管，设计压力为10 MPa，设计温度为20 ℃，公称直径为DN600，腐蚀裕量为0时，直管计算壁厚按式(1)计算：
(1)
式中：t为直管计算壁厚，mm；p为设计压力，MPa；D为外径，mm；S为设计温度下材料的许用应力，MPa；φ为焊接接头系数；Y为计算系数。
此例中，p = 10 MPa，D = 610 mm，S = 137 MPa，φ= 1，Y = 0．4，将各参数带入式(1)中计算，得出的直管计算壁厚值为21．63 mm。实际选用时加上钢管的负偏差12．5%，则为24．72 mm；取整数，选用的钢管公称壁厚为25 mm，这一壁厚也是与钢管焊接相连的弯头端部的壁厚。
与钢管同样参数的长半径弯头内弧侧计算壁厚ti按式(2)计算：
(2)
式中I为计算系数。
按式(3)确定I：
(3)
式中R为DN600长半径弯头的弯曲半径，R=914 mm。
将各参数带入式(2)中计算，得出的弯头内弧侧计算壁厚值为26．85 mm。
五力模型按上述计算，钢管公称壁厚25 mm时，与之相连接的弯头内弧侧计算壁厚为26．85 mm。比较EN 10253-2中表C1所列计算数据，与公称壁厚25 mm钢管相配的弯头内弧侧计算壁厚值为31．1 mm。此例的对比结果为，按EN标准计算的弯头内弧侧壁厚比GB/T20801．3中给出的计算值高出15．8%。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议