国内外管道设计标准中管道壁厚计算方法差异

陆育

摘要：中国在中亚地区运营多条输油气管道，由于各国的管道设计标准不同，标准水平也存在一定的差异，这在一定程度上加重了管道的投资力度，因此本文就国内外管道设计标准中管造壁厚计算方法的差异进行研究分析，尤其是对中国和俄罗斯管道设计标准中管造壁厚计算方法进行阐述，进而为国内外新建管道工程设计提供有效的参考依据，从而促使我国经济得到进一步的提升和发展。

关键词：国内外管道;设计标准;中管道壁厚;计算;差异

前言：

中亚是中国海外石油投资的重要区域，但由于各国的管道设计标准及标准水平存在差异，致使中国在中亚地区建设石油输管道过程中遇到各种各样的问题，尤其是管道建设周期变长、商讨管的设计标准耗时较长、管道设计无法达到最优等，这些都会增加管道建设的成本，因此本文就中国和俄罗斯的管道设计标准中管造壁厚计算方法的差异进行分析研究，并根据其中关键参数含义和取值，计算出各国管道壁厚的计算值。

一、国内外管道设计标准中壁厚计算方法

（一）中国管道设计标准

GB 50251-2015《输气管道工程设计规范》中规定输气管道直管道管壁厚度按照：，其中δ是钢管计算壁厚，D为钢管外径，单位是mm;P为设计压力，为最小屈服强度，单位是MPa;为焊接接头系数;F为强度设计系数，输气管道一级、一级二类、二级、三级及四级地区的强度设计系数分别为：0.8、，072、0.6、0.5和0.4，T为温度折减系数，GB 50253-2014《输气管道工程设计规范》中规定输油管道直管道管壁厚度按照：其中，[]为钢管许用应力，k为设计系数=，其取值一般为0.72[1]。由此可见，中国管道设计标准中的输油管道和输气管道的壁厚计算公式大致相同，不同之处在于强度系数，这是因为输气管道强度系数是根据地区的等级获取不同的数值，输油管道的强度系数是固定值。但要注意的是，当输气管道的温度小于120℃时，其温度折减系数对厚壁计算有影响，T值为1.0，要是输气管道的温度在正常范围内，则温度折减系数对厚壁计算无太大影响。

（二）俄罗斯管道设计标准

SNIP 2.05.06-85-1997《干线管道设计规范》中滚到壁厚按照：计算，要是有纵向压力和周向压缩应力，其管道厚壁按照计算，其中

为管道内压力的可靠性系数，其值为1.1;R1为计算抗拉强度，R1H为标准抗拉强度，为计算管道压力及作用力时确定的纵向轴向压缩应力，为管道的双轴受力系数，m为管道工作条件系数，其管道等级分为B、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，管道工作条件系数分别为0.6、0.75、0.75、0.9、0.9;kl为材料可靠系数，kH为宇通可靠性系数，其值一般为1.

二、国内外管道设计标准中壁厚计算方法差异分析

（一）中俄管道理论基础

俄罗斯管道设计标准是以壁厚计算为基础，将壁厚计算的相关因素考虑的较为全面，尤其是管道内压力的可靠性系数、管道工作条件系数以及材料可靠性系数等方面，而中国管得道设计标准以强度设计系数、温度折减系数及焊接接头系数为基础。此外，俄罗斯管道设计标准中壁厚计算是以标准抗拉强度为理论基础，而中国管道设计标准中壁厚计算是以钢管的最小屈服强度为理论基础，同时俄罗斯管道设计标准还将纵向和轴向压缩应力的情形考虑在内，而中国则没有考虑这一情况。

（二）中俄管道设计理念

中国管道设计的设计理念是根据管道沿线人口密度划分的，将其划分为四个地区等级，不同地区采用不同的强度设计系数，简单的说，就是根据管材的屈服度来确定壁厚，同时中国在计算管道壁厚时，考虑了强度设计系数、温度折减系数及焊缝系数，而俄罗斯因为地广人稀，因此俄罗斯在设计管道标准时没有考虑管道沿线人口密度划分问题，但俄罗斯是以可靠性理念为设计依据，综合考虑管道的压力负荷、管材特性及施工环境等因素，它是以管材抗拉强度来确定壁厚，因此俄罗斯计算管道壁厚的方法覆盖率较为全面，尤其是负载可靠性系数、管段性质等级及管道工作条件系数等。

三、国内外管道设计标准中壁厚计算方法的选择

（一）高纲级

中亚、中俄油气管道都是属于大口径、高压力、高纲级管道，它们的特点是管线钢管会随着等级的提高屈服强度与屈强比值，屈强比越低，管材变形从初始到断裂容量就会越大，就可以有效的缓解因过量超载而产生的应力集中，但屈强比要是过低，就会让管材的强度收到损失，进而导致壁厚过大，屈强比越高，初始塑性变形至断裂形变容量就会变小，因此，管线钢管等级越高，其管道安全裕量就会越小，所以有些学者认为X65以上的高等级钢管以及高寒地区的管道应使用极限载荷的设计方法、可靠性设计方针为设计依据，以此来保障管道安全运行。

（二）普通钢级

根据中国标准GB 50251-2015以及俄罗斯标准SNIP 2.05.06-85-1997管材抗拉强度计算壁厚值，据了解俄罗斯计算壁厚值较大，钢管等级由X42提升到X80，中俄管道设计标准的壁厚计算值差值最大为4.13mm，最小为2.89mm，其差值范围可以作为管线钢管等级高于X65时，就要按照中國GB 50251-2015计算管道壁厚设计的安全裕量，要是钢管等级低于X65时，要想节省管道成本，就要按照中国管道设计标准进行管道壁厚设计，要是中亚不能采用中国管道设计标准进行管道壁厚设计时，可采用俄罗斯管道设计标准中的抗拉强度进行管道壁厚设计，争取让我国经济利益得到最大化。

结语：

综上所述，各个国家在进行管道设计时，其设计标准和设计水平都存在差异，致使壁厚计算公式也略有不同，但在原理上大多都符合的要求，只是运用参考数据略有不同，因此在进行国内外管道设计标准中管道壁厚计算时，要互相借鉴，相互补充和参考，同时还可以利用相关的管道设计软件，对管道设计标准中管道壁厚计算结果进行校对，只有这样才能让管道设计工程得到更好的应用和发展，从而推动我国的经济发展，促使我国经济得到进一步的提升。

参考文献：

[1]张振永.高钢级大口径天然气管道环焊缝安全提升设计关键[J].油气储运2020（06）：1-10.

[2]王晓香.国内外超大输量天然气管道建设综述[J].焊管，2019，41（07）：1-9.

[3]陈东旭，胡磊，王学等.国内外焊后热处理标准对新型9%Cr热强钢管道的适用性[J].中国电力，2017，50（11）：78-83.