2.2.6 開孔補(bǔ)強(qiáng)計算
??? 在以上物理量的基礎(chǔ)上，設(shè)支管去除腐蝕裕量后的支管厚度(有效壁厚)為δeb。支管去除腐蝕裕量最后的支管內(nèi)徑為d′i，主管有效厚度為δer，有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為w，則δeb=δnb-C2，d′i=do-2δeb，δer=δnr=C2，w=d′i。在有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)，主管承受內(nèi)壓所需設(shè)計壁厚外的多余厚度形成的面積A1=d′i(δer-δr)；支管承受內(nèi)壓所需最小壁厚外的多余厚度形成的截面積A2=2H(δeb-δb)；其他可提供的補(bǔ)強(qiáng)面積A3=2R(δo-δb)，如前所述用支管直管段的有效厚度δeb代替δo進(jìn)行A3的計算。主管開孔削弱所需要補(bǔ)強(qiáng)的面積AR=δrd′i。在補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)可提供的補(bǔ)強(qiáng)面積AE=A1+A2+A3，開孔補(bǔ)強(qiáng)條件為AE≥AR。根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]與參考文獻(xiàn)[6]中的論述、開孔補(bǔ)強(qiáng)面積示意圖及具體設(shè)計參數(shù)的確定，繪制了如圖1所示的開孔補(bǔ)強(qiáng)面積示意圖。從圖1中可以看出：用支管直管段的有效厚度甌代替甌后，對于該拔制高壓匯氣管面積A3是A2在R高度內(nèi)的重復(fù)。
2.3 計算結(jié)果
??? 設(shè)滿足強(qiáng)度要求的名義厚度為δ′n，既滿足強(qiáng)度要求又滿足拔制工藝及補(bǔ)強(qiáng)要求的名義厚度(即最終確定的名義厚度)為δn，去除腐蝕裕量后的有效厚度為δe。根據(jù)以上論述進(jìn)行計算，得出鋼管的壁厚參數(shù)如表1所示，支管拔制與開孔補(bǔ)強(qiáng)的主要參數(shù)如表2所示。
表1 鋼管壁厚參數(shù)表
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鋼管參數(shù) | ND | 外徑(mm) | δ(mm) | δ′n(mm) | δn(mm) | δe(mm) |
主管 | 400 | 426 | 13.74 | 18 | 28 | 25 |
氣出口 | 350 | 356 | 11.48 | 16 | 20 | 17 |
氣進(jìn)口 | 150 | 168 | 5.42 | 9 | 12 | 9 |
表2 支管拔制與開孔補(bǔ)強(qiáng)的主要參數(shù)表
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支管參數(shù) | 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) |
氣出口 | 48.6 | 17.8 | 30 | 14.1 | 50 | 77.8 | 322 | 3625 | 858 | 331 | 4814 | 4425 |
氣進(jìn)口 | 29.8 | 8.4 | 20 | 8.0 | 30 | 38.9 | 150 | 1689 | 278 | 143 | 2110 | 2061 |
如前所述，在有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域之外，接管的名義厚度可以取，為了方便與法蘭頸或外部管道對焊，需要對支管端部進(jìn)行削邊處理，形成與外部連接的焊接坡口，削邊后的最小厚度不得小于強(qiáng)度要求的名義厚度。氣出口的端部坡口如圖2所示。氣進(jìn)口的端部坡口如圖3所示。
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??? 壓力檢測口的孔徑很小，無法進(jìn)行拔制，所以采用鍛制加厚接管與主管筒體焊接。
3 結(jié)論
1) 高壓拔制匯氣管采用的強(qiáng)度計算公式與GB150規(guī)定的普通壓力容器強(qiáng)度計算公式不同，前者的計算厚度比后者大，與SW6相比，其直管段壁厚的計算公式更加保守，安全系數(shù)更高。
2) 支管最大拔出壁厚、圓弧過渡區(qū)曲率半徑、支管拔出高度、有效補(bǔ)強(qiáng)高度以及短節(jié)的長度都有相應(yīng)規(guī)定及要求，設(shè)計時須嚴(yán)格遵照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，仔細(xì)考慮它們的取值，確保匯氣管設(shè)計的安全可靠。
3) 主管、支管的名義厚度都是通過在一定范圍內(nèi)(大于)假定一壁厚，計算并觀察結(jié)果是否滿足要求，在不斷的假定與調(diào)整中確定一個最佳值，可以利用計算機(jī)善于進(jìn)行重復(fù)性計算的特點(diǎn)，編制相應(yīng)的計算程序，優(yōu)化設(shè)計過程，減少設(shè)計工作強(qiáng)度，縮短設(shè)計周期。
致謝：在項(xiàng)目的設(shè)計階段得到劉海寧工程師的耐心指導(dǎo)，在此表示衷心感謝。
參考文獻(xiàn)
[1] 張有渝，饒威，劉俊.開口模壓拔制高壓匯氣管的設(shè)計與制造[J].天然氣與石油，2007，25(6)：42-43.
[2] 姜放，饒威.酸性環(huán)境中壓力容器用鋼及腐蝕防護(hù)新發(fā)展[J].天然氣工業(yè)，1999，19(1)：94-97.
[3] 劉俊，馬東方.大長徑比匯氣管采用雙鞍座的安全可靠性分析[J].天然氣與石油，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] 油氣田及管道建設(shè)設(shè)計專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會.GB 50251—2003輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003.
[6] 國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.SY/T 0518 2002油氣管道鋼制對焊管件設(shè)計規(guī)程[S].北京：石油工業(yè)出版社，2002.
[7] 國家發(fā)展和改革委員會.SY/T 0609—2006優(yōu)質(zhì)鋼制對焊管件規(guī)范[S].北京：石油工業(yè)出版社，2006.
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