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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δebnb-C2,d′i=do-2δeb,δernr=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′ierr);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(δebb);其他可提供的补强面积A3=2R(δob),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ARrd′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。
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
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.
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