开口模压拔制高压汇气管的安全设计
作者:罗红梅 高庆春 刘发安 白光野 彭志群
评论: 更新日期:2012年03月29日
2.2.6 开孔补强计算
在以上物理量的基础上,设支管去除腐蚀裕量后的支管厚度(有效壁厚)为δeb。支管去除腐蚀裕量最后的支管内径为d′i,主管有效厚度为δer,有效补强宽度为w,则δeb=δnb-C2,d′i=do-2δeb,δer=δnr=C2,w=d′i。在有效补强区内,主管承受内压所需设计壁厚外的多余厚度形成的面积A1=d′i(δer-δr);支管承受内压所需最小壁厚外的多余厚度形成的截面积A2=2H(δeb-δb);其他可提供的补强面积A3=2R(δo-δb),如前所述用支管直管段的有效厚度δeb代替δo进行A3的计算。主管开孔削弱所需要补强的面积AR=δrd′i。在补强范围内可提供的补强面积AE=A1+A2+A3,开孔补强条件为AE≥AR。根据参考文献[5]与参考文献[6]中的论述、开孔补强面积示意图及具体设计参数的确定,绘制了如图1所示的开孔补强面积示意图。从图1中可以看出:用支管直管段的有效厚度瓯代替瓯后,对于该拔制高压汇气管面积A3是A2在R高度内的重复。
2.3 计算结果
设满足强度要求的名义厚度为δ′n,既满足强度要求又满足拔制工艺及补强要求的名义厚度(即最终确定的名义厚度)为δn,去除腐蚀裕量后的有效厚度为δe。根据以上论述进行计算,得出钢管的壁厚参数如表1所示,支管拔制与开孔补强的主要参数如表2所示。
表1 钢管壁厚参数表
钢管参数 | ND | 外径(mm) | δ(mm) | δ′n(mm) | δn(mm) | δe(mm) |
主管 | 400 | 426 | 13.74 | 18 | 28 | 25 |
气出口 | 350 | 356 | 11.48 | 16 | 20 | 17 |
气进口 | 150 | 168 | 5.42 | 9 | 12 | 9 |
表2 支管拔制与开孔补强的主要参数表
支管参数 | Rmax(mm) | Rmin(mm) | R(mm) | h(mm) | Ho(mm) | H(mm) | d′i(mm) | A1(mm2) | A2(mm2) | A3(mm2) | AE(mm2) | AR(mm2) |
气出口 | 48.6 | 17.8 | 30 | 14.1 | 50 | 77.8 | 322 | 3625 | 858 | 331 | 4814 | 4425 |
气进口 | 29.8 | 8.4 | 20 | 8.0 | 30 | 38.9 | 150 | 1689 | 278 | 143 | 2110 | 2061 |
如前所述,在有效补强区域之外,接管的名义厚度可以取,为了方便与法兰颈或外部管道对焊,需要对支管端部进行削边处理,形成与外部连接的焊接坡口,削边后的最小厚度不得小于强度要求的名义厚度。气出口的端部坡口如图2所示。气进口的端部坡口如图3所示。
压力检测口的孔径很小,无法进行拔制,所以采用锻制加厚接管与主管筒体焊接。
3 结论
1) 高压拔制汇气管采用的强度计算公式与GB150规定的普通压力容器强度计算公式不同,前者的计算厚度比后者大,与SW6相比,其直管段壁厚的计算公式更加保守,安全系数更高。
2) 支管最大拔出壁厚、圆弧过渡区曲率半径、支管拔出高度、有效补强高度以及短节的长度都有相应规定及要求,设计时须严格遵照相关标准规定,仔细考虑它们的取值,确保汇气管设计的安全可靠。
3) 主管、支管的名义厚度都是通过在一定范围内(大于)假定一壁厚,计算并观察结果是否满足要求,在不断的假定与调整中确定一个最佳值,可以利用计算机善于进行重复性计算的特点,编制相应的计算程序,优化设计过程,减少设计工作强度,缩短设计周期。
致谢:在项目的设计阶段得到刘海宁工程师的耐心指导,在此表示衷心感谢。
参考文献
[1] 张有渝,饶威,刘俊.开口模压拔制高压汇气管的设计与制造[J].天然气与石油,2007,25(6):42-43.
[2] 姜放,饶威.酸性环境中压力容器用钢及腐蚀防护新发展[J].天然气工业,1999,19(1):94-97.
[3] 刘俊,马东方.大长径比汇气管采用双鞍座的安全可靠性分析[J].天然气与石油,2007,25(2):84-85.
[4] The American Society of Mechanical Engineers.ASMEB31~Gas transmission and distribution piping systems[S],New York:[s.n.],2007.
[5] 油气田及管道建设设计专业标准化委员会.GB 50251—2003输气管道工程设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.
[6] 国家经济贸易委员会.SY/T 0518 2002油气管道钢制对焊管件设计规程[S].北京:石油工业出版社,2002.
[7] 国家发展和改革委员会.SY/T 0609—2006优质钢制对焊管件规范[S].北京:石油工业出版社,2006.