長輸管道材質(zhì)選擇計(jì)算書

1、計(jì)算書1 工程概況2 管線全線基礎(chǔ)參數(shù)2.1 管線管徑及設(shè)計(jì)壓力管段管徑（ mm）設(shè)計(jì)壓力（ MPa ）0 28.5kmD273.19.528.549.4kmD273.18.549.493.9kmD273.18.593.9118.1kmD273.18.0118.1130.2kmD273.18.0130.2138.5kmD273.112.0138.5205kmD219.19.02.2 管線埋深本工程管線埋深系結(jié)合管道沿線的最大凍土層深度并考慮農(nóng)耕等人為因素后確定，管頂?shù)穆裨O(shè)深度一般為1.6m。3 遵循的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范1、輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范 （ GB502532003）。2、油（氣）輸送管道穿越工程設(shè)

2、計(jì)規(guī)范（送審稿）。3、石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第2 部分： A級鋼管（ GB/T9711.21999）。4 設(shè)計(jì)原則1、管型選取原則參照國內(nèi)類似工程的管材使用情況，管徑 DN400 的管線中：一般地段、穿越地段、熱煨彎頭均采用ERW 鋼管制作。2、壁厚選取原則本工程管線對于管徑150DN 300 的管道最小壁厚取5.2mm。5 管線全線的壁厚計(jì)算5.1 直管段的壁厚計(jì)算公式根據(jù)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范 （ GB502532003）的規(guī)定，鋼管壁厚與設(shè)計(jì)壓力、鋼管外徑、鋼管的強(qiáng)度等級、設(shè)計(jì)系數(shù)有關(guān)，鋼管壁厚按下式計(jì)算：PD2KS式中：焊縫系數(shù)；鋼管計(jì)算壁厚， mm；P設(shè)計(jì)壓力， MPa；s

3、鋼管的最小屈服強(qiáng)度， MPa；D鋼管外徑， mm；K 設(shè)計(jì)系數(shù)。一般地區(qū)取 0.72，大中型河流、鐵路、二級及以上公路等特殊地段穿越取 0.6。5.2 線路用管5.2.1 干線用管鋼級的確定根據(jù)管線設(shè)計(jì)壓力高、管徑小的特點(diǎn)，采用（L360、L390、L415 鋼級）鋼管，并對其進(jìn)行比選。1、應(yīng)用上述公式，計(jì)算出管線壁厚；2、圓整選取壁厚，計(jì)算出單位管重，單位管重×管線長度管線耗鋼量；3、單價(jià)×管線耗鋼量總價(jià)管線壁厚、耗鋼量計(jì)算表單位管設(shè)計(jì)選取重管線長度管徑壓力計(jì)算壁厚壁厚鋼級s(kg/m)(km)耗鋼量 (t)273.19.55.007.1L36036046.5728.51

4、327.245273.19.54.626.4L39039042.0928.51199.565273.19.54.345.2L41541534.3528.5978.975273.18.54.486.4L36036042.0965.42752.686273.18.54.136.4L39039042.0965.42752.686273.18.53.885.2L41541534.3565.42246.49273.18.04.216.4L36036042.0936.31527.867273.18.03.896.4L39039042.0936.31527.867273.18.03.664.8L415415

5、31.7636.31152.888273.112.06.328.7L36036056.728.3470.776273.112.05.847.1L39039046.578.3386.531273.112.05.486.4L41541542.098.3349.347219.193.805.2L36036034.3566.52284.275219.193.515.2L39039034.3566.52284.275219.193.304.8L41541531.7666.52112.04管線管材總價(jià)計(jì)算表管徑鋼級耗鋼量 (t)單價(jià) ( 元/t)總價(jià)( 元)273.1L3606078.5746050367

6、75372.7273.1L3905866.649650038133218.5273.1L4154727.77100219.1L3602284.275595013591436.25219.1L3902284.2756400219.1L4152112.047000根據(jù)最新詢價(jià)結(jié)果，無縫鋼管的價(jià)格高于螺旋縫埋弧焊鋼管和直縫電阻焊鋼管，直縫電阻焊鋼管比螺旋縫埋弧焊鋼管的價(jià)格略高。ERW 鋼管焊接時(shí)不需填充金屬，并且加熱速度快，使得焊接熱影響區(qū)小，此外 ERW 鋼管還具備外形尺寸精度高等優(yōu)點(diǎn)，其生產(chǎn)質(zhì)量符合API5L和GB/T9711.1 標(biāo)準(zhǔn)的要求，在國內(nèi)外油氣管道工程中被廣泛使用。從經(jīng)濟(jì)上考慮，雖然

7、目前 ERW 鋼管的出廠價(jià)格比螺旋縫埋弧焊鋼管的出廠價(jià)格高出約200元/噸左右，但是由于 ERW 鋼管比螺旋縫埋弧焊鋼管焊縫殘余應(yīng)力更小，尺寸精度更高，質(zhì)量更優(yōu)，另一方面，根據(jù)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50253-2003）中的有關(guān)規(guī)定， 管道附件不宜采用螺旋縫埋弧焊鋼管制作，若采用螺旋縫埋弧焊鋼管，則需另外訂購 ERW 鋼管制作熱煨彎頭， 量小難于采購； 而管道采用 ERW鋼管，則熱煨彎頭仍可采用 ERW 鋼管制作。因此為了保證供貨周期，本工程推薦采用ERW 鋼管。D273.1 用 L415 鋼級的鋼管價(jià)格較低。 綜合考慮比選結(jié)果， 統(tǒng)一管線鋼級后，為便于訂貨，縮短訂貨周期，統(tǒng)一采用 L39

8、0 鋼級的鋼管。5.2.2 用管壁厚的確定根據(jù)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范 （ GB502532003）的規(guī)定，對于不同設(shè)計(jì)壓力、管徑的壁厚計(jì)算值及選取值見表。干線用管計(jì)算表管徑設(shè)計(jì)壓力一般地段穿越地段區(qū)段計(jì)算壁厚 選取壁 計(jì)算壁厚鋼級(mm)(MPa)選取壁(mm)厚(mm)厚 (mm)(mm)0 28.5kmD273.19.54.626.45.546.4L39028.549.4kmD273.18.54.136.44.966.4L39049.493.9kmD273.18.54.136.44.966.4L39093.9118.1kmD273.18.03.896.44.676.4L390118.1130

9、.2kmD273.18.03.896.44.676.4L390130.2138.5kmD273.112.05.847.17.007.1L390138.5205kmD219.19.03.515.24.215.2L3905.2.3 線路熱煨彎頭壁厚計(jì)算及選擇1）熱煨彎頭強(qiáng)度計(jì)算公式b = *mm =（4RD）/（4R 2D）式中：b 彎頭或彎管計(jì)算壁厚， mm。彎頭或彎管所連接的直線管段計(jì)算壁厚，mm。m 彎頭或彎管壁厚增大系數(shù)。R 彎頭或彎管的曲率半徑，6D。D 彎頭或彎管外直徑， mm。熱煨彎頭在制作過程中其外弧部位會因?yàn)槔於鴾p薄。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和制作經(jīng)驗(yàn)，其減薄量約為 7%8%。為保證制

10、作彎頭的壁厚達(dá)到設(shè)計(jì)要求，本工程用于制作彎頭的鋼管的壁厚計(jì)算時(shí)考慮 10%的減薄余量。經(jīng)計(jì)算，本工程管線對應(yīng)熱煨彎頭壁厚計(jì)算及選擇見表熱煨彎頭壁厚計(jì)算表設(shè)計(jì)一般地段熱煨穿越地段熱煨管徑彎頭彎頭區(qū)段壓力鋼級(mm)計(jì)算壁厚 選取壁厚 計(jì)算壁厚選取壁(MPa)(mm)(mm)(mm)厚 (mm)0 28.5kmD273.9.54.8517.15.8177.1L390128.549.4kmD273.8.54.33657.15.2087.1L390149.493.9kmD273.8.54.33657.15.2087.1L390193.9118.1kmD273.8.04.08457.14.90357.1

11、L3901118.1130.2kmD273.8.04.08457.14.90357.1L3901130.2138.5kmD273.12.06.1327.87.357.8L3901138.5205kmD219.9.03.68555.64.42055.6L3901在下步工作中，將根據(jù)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB50253-2003 附錄 G 中G.0.3 條的要求，委托有相應(yīng)資質(zhì)的單位開展熱煨彎頭樣品的爆破試驗(yàn)，以試驗(yàn)結(jié)果最終確定熱煨彎頭壁厚。6 管道強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核當(dāng)管道壁厚和材質(zhì)確定后， 根據(jù)管道的工作條件和環(huán)境狀況進(jìn)行強(qiáng)度、 穩(wěn)定性校核。6.1 管道強(qiáng)度校核6.1.1 管線的剛度管子需要有一定的

12、剛性，否則在裝卸、運(yùn)輸、堆放、下溝、回填等過程中會使管子嚴(yán)重變形或壓癟，一旦發(fā)生這種情形，管段即報(bào)廢。管子的剛度與材料強(qiáng)度無關(guān)，而與材料的彈性模量、直徑與壁厚比(D/ )有關(guān)。因各種等級鋼號的彈性模量都是一樣的，故只考慮直徑與壁厚比(D/ )即可。同直徑的管子壁厚越厚，D/就越小，管子剛性越好。本 工 程 D/=273.1/6.4=42.7<140 ， D/=273.1/7.1=38.5<140 ， D/ =219.1/5.2=42.1<140， 滿足要求。根據(jù)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50253-2003）第 5.6.1 節(jié)，鋼管的外直徑與壁厚的比值不應(yīng)大于 140，本工

13、程管線的剛度均能滿足要求。6.1.2 管線的強(qiáng)度校核對于埋地，受約束熱脹直管段， 按最大剪切應(yīng)力強(qiáng)度理論計(jì)算的當(dāng)量應(yīng)力必須滿足下式要求：eha0.9s式中， e當(dāng)量應(yīng)力， MPa； s鋼管的最低屈服強(qiáng)度， MPa； a內(nèi)壓和溫度引起的軸向應(yīng)力， h管內(nèi)壓引起的環(huán)向應(yīng)力， MPa； hPd/(2)其中， P設(shè)計(jì)壓力， MPa；d管子內(nèi)徑， m；管子的公稱壁厚（按最小考慮） ， m； a hE(t1-t2),MPa；其中，泊桑比， 0.3；E鋼材彈性模量， E2.05×105 MPa；鋼材線膨脹系數(shù)，1.2× 10-5 m/(m · )；t1管道連頭時(shí)溫度， 5（按保

14、守考慮）；t2管道的工作溫度，即管內(nèi)輸送介質(zhì)的溫度75；下面以管線最不利情形 （壁厚最薄， 溫差考慮極限溫差） 進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算和當(dāng)量應(yīng)力校核，見表軸向應(yīng)力計(jì)算和當(dāng)量應(yīng)力校核結(jié)果管線外徑設(shè)計(jì)壓力s軸向應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力當(dāng)量應(yīng)力0.9 she（ mm）（ MPa）（ MPa ）（ MPa）（ MPa）（ MPa）（MPa）D273.19.5390-138.34193.2323.03351.00D273.18.5390-144.94172.9317.80351.00D273.18.5390-144.94172.9317.80351.00D273.18.0390-147.99162.7310.68351.00

15、D273.18.0390-147.99162.7310.68351.00D273.112.0390-131.16218.8349.95351.00D219.19.0390-142.62180.6323.22351.00經(jīng)過計(jì)算校核，管道的最大當(dāng)量應(yīng)力值e <0.9s，滿足強(qiáng)度要求。6.2 管道穩(wěn)定性校核在某些地段管線埋深會較深， 在此種情況下，對管線的徑向穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。管道的徑向穩(wěn)定性按無內(nèi)壓狀態(tài)校核：X0.03DZKWRm 3XEI0.061ES Rm33nI12WDH其中：D鋼管外徑（ m）；X鋼管水平方向最大變形量（m）；Rm鋼管平均半徑（ m）；W作用在單位管長上的總豎向荷載（

16、MN/m）；Z鋼管變形滯后系數(shù)，取1.5 ；K基座系數(shù)；取0.103 ；E管材彈性模量（ N/m2），取 2.05 ×105；4I 單位管長截面慣性矩（m/m）； n鋼管公稱壁厚（m）；ES回填土壤的變形模量（MPa）；3土壤容重（ MN/m），取 0.0167 ；H管頂回填土高度（ m）。管道穩(wěn)定性校核計(jì)算結(jié)果表最大DKHWRm nIEsX0.03D埋深0.27310.1051.60.0772972320.133350.00642.18453E-082.00.006060.008193.0410.27310.1031.60.0772972320.133350.00642.18453

17、E-082.80.00580.008198.5870.27310.1051.60.0772972320.1330.00712.98259E-082.00.004470.008199.5380.27310.1031.60.0772972320.1330.00712.98259E-082.80.004310.0081916.840.21910.1051.60.0758543520.106950.00521.17173E-082.00.005940.006574.645注：標(biāo)準(zhǔn)鋪管條件設(shè)計(jì)系數(shù)管道敷設(shè)在未擾動(dòng)的土上，管道中線以下的土輕壓實(shí)，取E=2.0MPa，基座系數(shù)為0.105 ；管道敷設(shè)在厚度最

18、少為10cm的松土墊層內(nèi)，管頂以下回填土輕輕壓實(shí)， 取 E=2.8MPa，基座系數(shù)為 0.103 。經(jīng)驗(yàn)算，在本工程原油管道設(shè)計(jì)埋深及外載荷情況下，用管均滿足徑向穩(wěn)定要求。7 管道抗震強(qiáng)度校核在遇到地震影響時(shí)，為了保證管道安全，避免或減少管道的破壞和防止發(fā)生次生災(zāi)害， 根據(jù)輸油（氣）鋼質(zhì)管道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 SY/T0450-2004 的要求，對位于設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度大于或等于 0.2g 地區(qū)的管道，應(yīng)進(jìn)行抗拉伸和抗壓縮校核。6.4.1.2 管道通過地震烈度區(qū)的抗震計(jì)算1） 埋地直管道在地震波作用下所產(chǎn)生的最大軸向應(yīng)變maxaTg4 C式中：a設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度；c波的傳播速度，即場地剪切波速

19、；max地震波引起的最大管道軸向應(yīng)變。2） 操作條件下的管道軸向應(yīng)變EhhE(t1t 2 )pd2 n式中：由于內(nèi)壓和溫度變化產(chǎn)生的管道軸向應(yīng)變；由于內(nèi)壓和溫度變化產(chǎn)生的管道軸向應(yīng)力，MPa；h由內(nèi)壓產(chǎn)生的管道環(huán)向應(yīng)力，MPa；p管道的設(shè)計(jì)內(nèi)壓力， MPa；n管子公稱壁厚， mm；d管子內(nèi)徑， mm；E鋼材的彈性模量， MPa。3）管道抗震動(dòng)校核當(dāng) max+ 0 時(shí)， max+ cv ；當(dāng) max+ 0 時(shí)， max+ tv ；式中：max 地震波引起的最大軸向拉、壓應(yīng)變；t v， c v埋地管道抗振動(dòng)的軸向容許拉伸、壓縮應(yīng)變。4） 埋地管道抗振的軸向容許應(yīng)變a)容許壓縮應(yīng)變可按下式計(jì)算：c

20、v0.35D式中：管道壁厚， mm；D管子外徑， mm。b)容許拉伸應(yīng)變t v<1.0%。5）計(jì)算結(jié)果表 6.4-4管道抗震校核計(jì)算結(jié)果管線外壁設(shè)計(jì)壓徑厚力max + maxc vt vmmmm（MPa）D273.16.49.5±1.273×10-5-6.77 ×10-46.90×10-48.202×10-31.0%D273.16.48.5±×-5×-47.26×-48.202×-31.0%1.91010-7.07 101010D273.16.48.5±1.910×10

21、-5-7.07 ×10-47.26×10-48.202×10-31.0%D273.16.48.0±×-5×-47.47×-48.202×-31.0%2.55710-7.22 101010D273.16.48.0±2.557×10-5-7.22 ×10-47.47×10-48.202×10-31.0%D273.17.112.0±2.557×10-5-6.40 ×10-46.65×10-49.10 ×10-31.0%D2

22、19.15.29.0±1.280×10-5-6.96 ×10-47.08×10-48.31 ×10-31.0%對于管道通過、區(qū)，計(jì)算結(jié)果如下：a)b)管道最大壓縮應(yīng)變：max+ < 管道最大拉伸應(yīng)變：max+< t vcv所以管道通過度區(qū)和度區(qū)時(shí)，管道是安全的，不用采取防震措施。根據(jù)現(xiàn)場勘察，本段管線與大河沿洛包泉斷裂交匯處地震動(dòng)峰值加速度等于0.2g，因此，對通過該區(qū)的管道進(jìn)行抗拉伸和抗壓縮校核。通過活動(dòng)斷層的埋地管道計(jì)算由于斷層錯(cuò)動(dòng)引起管道長度的變化計(jì)算：L=X+（L， Y 2+Z2）/4LAX=HcosY=Hsin式中：X平行

23、于管道軸線方向的斷層位移（Y管道法線方向的斷層位移（m）Z垂直方向的斷層位移（m）m）活動(dòng)段層帶與管道軸線的夾角（o）H水平方向的斷層位移（m）L A 斷層一側(cè)過渡段的管道長度（ m），當(dāng)管道受拉伸時(shí)， L A=Lt ；當(dāng)管道受壓縮時(shí)， L A=Lc；Lt管道受拉伸時(shí)斷層一側(cè)管道的滑動(dòng)長度（m）Lc管道受壓縮時(shí)斷層一側(cè)管道的滑動(dòng)長度（m）其中，H，Z，應(yīng)經(jīng)地震地質(zhì)工程勘察確定。（1）管道經(jīng)過活動(dòng)斷層受拉時(shí)，應(yīng)按下列準(zhǔn)則進(jìn)行抗震校核：若 L Lt，可不采取抗震措施；若 L Lt，則需采取抗震校核。其中：L斷層錯(cuò)動(dòng)引起的管道長度變化，按上面述計(jì)算。 Lt 管道受拉伸時(shí)允許的最大長度變化。（2）管道

24、經(jīng)過活動(dòng)斷層受壓時(shí)，應(yīng)按下列準(zhǔn)則進(jìn)行抗震校核：若 L Lc，可不采取抗震措施；若 L Lc，則需采取抗震措施。其中： Lc管道受壓縮時(shí)允許的最大長度變化。（3）管道受拉伸時(shí)，最大允許的長度變化 Lt ，即管道適應(yīng)斷層活動(dòng)的能力，按下式來計(jì)算： Lt=2（ Lee +Lpp ）eD1×106L =FpD(21 )6×10L =F=1e2E1p= 122 02E2式中 L e管道彈性部分的滑動(dòng)長度Lp管道塑性部分的滑動(dòng)長度e 平均彈性應(yīng)變p 平均塑性應(yīng)變 0在應(yīng)力與應(yīng)變圖中， 點(diǎn) ( 1, 1 ) 和點(diǎn) ( 2 , 2 ) 連線的延伸線與 軸的交點(diǎn)處的應(yīng)力值（ Mpa）1 材料應(yīng)力 應(yīng)變簡化折線中的材料彈塑性變形開始點(diǎn)的應(yīng)力（Mpa）2 彈塑性區(qū)與塑性區(qū)交點(diǎn)處的應(yīng)力（Mpa）E1彈性區(qū)的材料彈性模量（Mpa）E2彈塑性區(qū)的材料彈性模量（Mpa）斷層一側(cè)管道的滑動(dòng)長度按下式計(jì)算Lt=Le+L p（4）管道受壓縮時(shí)