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δ_eb。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δ_er，有效补强宽度为w，则δ_eb=δ_nb-C₂，d′_i=d_o-2δ_eb，δ_er=δ_nr=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(δ_er-δ_r)；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(δ_eb-δ_b)；其他可提供的补强面积A₃=2R(δ_o-δ_b)，如前所述用支管直管段的有效厚度δ_eb代替δ_o进行A₃的计算。主管开孔削弱所需要补强的面积A_R=δ_rd′_i。在补强范围内可提供的补强面积A_E=A₁+A₂+A₃，开孔补强条件为A_E≥A_R。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。

    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δ_n，去除腐蚀裕量后的有效厚度为δ_e。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。

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。

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。

[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.