输气站场钢管壁厚计算公式选用探讨

摘要：输气站场管道壁厚按《全国压力管道设计审批人员培训教材（第二版）》划为工业管道计算存在超过钢管厂生产能力的情况，而按《输气管道工程设计规范》虽不存在超壁厚生产能力的情况，但不符合《全国压力管道设计审批人员培训教材（第二版）》压力管道划类的要求，两者存在一定的矛盾。通过对工业管道和长输管道标准壁厚计算公式的计算结果进行对比，给出了推荐意见，并且阐述了对输气站场管道划类与标准衔接的建议。关键词：站场；钢管；壁厚；计算公式；选用

中图分类号：TU392.3

1 概述

天然气作为一种清洁、高效、节能的绿色能源越来越受到人们的欢迎，我国天然气发展“十二五”规划要求，“十二五”期间新建天然气管道4.4万公里，即每年建设近9000公里天然气管道。随着天然气长输管道的建设，在站场管道设计中，管道壁厚设计计算和选取直接影响到管道输送安全和工程投资，尤其随着输气量的不断增加，管道压力也不断提高，因此站场管道壁厚的选取应当引起足够的重视。

2 站场钢管壁厚计算公式

2.1 目前，国内站场钢管的壁厚计算主要分为两种，一种是按工业管道计算，另一种是按输气管道工程设计规范计算，可依据的壁厚计算标准见表1，从表1中可以看出SH/T 3059-2012、GB 50316-2000、GB/T 20801-2006的计算壁厚公式基本一致，只是有些符号表示不同，并且名义厚度的取法也是一致的，即计算壁厚+钢管的壁厚附加裕量（腐蚀裕量、厚度负偏差和螺纹深度等）+厚度圆整值。

2.2 GB50251-2003《输气管道工程设计规范》的壁厚计算公式与其他三个计算公式相差较大，其公式中F强度设计系数与地区等级有关，GB50251-2003的4.2.4规定，输气站内管道及其上下游各200 m 管道，截断阀室管道及其上下游各50 m 管道（ 其距离从输气站和阀室边界线起算） ，设计系数在一至四级地区分别为0. 5、0. 5、0. 5 和0. 4。而在实际项目中，输气站场一般不设置在四级地区，因此，设计系数F一般取0.5。

3 钢管壁厚计算对比

3.1 钢管壁厚试算

以西气东输二线工程西段站场钢管为例进行试算，取DN1200、DN1000、DN900三种规格，设计压力12MPa、材质X80M、壁厚负偏差1.5mm、腐蚀裕量2mm，按SH/T 3059-2012标准的计算公式计算结果见表2，按GB 50251-2003标准的计算公式计算结果。由计算结果可以看出，同种规格的钢管按两种不同的标准计算，得到的结果相差较大，按SH/T 3059-2012 计算的壁厚要比按GB 50251-2003计算的壁厚要厚的多，以DN1200的钢管为例，名义厚度相差8mm。

3.2 试算结果分析

按《全国压力管道设计审批人员培训教材（第二版）》的压力管道及类别划分，天然气输气站内部管道类别为工业管道【2】，按此要求则应取SH/T 3059-2012的壁厚计算公式，但从计算结果看，DN1200的钢管壁厚取值为38mm，而目前国内X80M钢管壁厚最大只能做到33mm，钢厂X80M中厚板最大厚度见表4。因此，西气东输二线显然不是按工业管道来进行计算的。

GB 50251-2003标准“6.8站内管线”中要求“钢管强度及稳定计算，应符合本规范第5.1节的有关规定。”第5.1节即表1中列出的GB50251-2003计算公式。也就是说GB 50251-2003标准要求站内钢管壁厚计算按照GB 50251-2003标准的公式，西气东输二线项目站内钢管壁厚选取也是符合GB 50251-2003的要求。同时也有文献介绍站内钢管壁厚选取“管道的计算壁厚向上圆整至相近的公称厚度，即得到钢管的选用壁厚【4】”。

3.3 关于钢管壁厚负偏差和腐蚀裕量

SH/T 3059-2012、GB 50316-2000、GB/T 20801-2006的钢管壁厚计算中都明确规定了钢管壁厚负偏差和腐蚀裕量，而GB 50251-2003则没有明确给出，其壁厚计算公式采用的是ASME B31.8的公式，按ASME B31.8“在确定设计系数F的数值时，对管子材料标准所列的，并由本规范批准使用的各种壁厚负公差，已适当考虑，并且加了裕量”。GB 50251-2003的第3.1.4条“当输气管道及其附件已按国家现行标准《钢制管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》SY 0007和《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》SY/T 0036的要求采取了防腐蚀措施时，不应再增加管壁的腐蚀裕量。”同时条文说明中也明确指出输气管道一般不允许采用增加腐蚀裕量的方法来解决管壁内腐蚀问题。管道采取防腐蚀措施后，确定管壁厚度时可不考虑腐蚀裕量。前文提到的文献中站内钢管壁厚计算也未提及钢管的壁厚负偏差和腐蚀裕量，其给出的计算实例也没单独考虑壁厚负偏差和腐蚀裕量。因此，如不考虑腐蚀裕量及厚度负偏差，表3中所取的名义厚度还应减小。

4 结束语

综上所述，按GB 50251-2003壁厚计算公式选取的壁厚经济性更为明显，也能解决钢厂壁厚生产能力达不到的问题，并且有西气东输二线等工程项目的成功经验可以吸收、借鉴，而《全国压力管道设计审批人员培训教材（第二版）》中的管道类别划分却限制了GB 50251-2003壁厚计算公式的应用，因此建议国家相关技术管理部门尽快协调处理压力管道管理规定和长输管道标准的衔接问题，以便于统一设计计算方法和压力管道的管理。

参考文献：

[1] GB50251-2003 输气管道工程设计规范

[2] 全国压力管道设计审批人员培训教材（第二版）. 中国石化出版社，2011：47

[3] ASME B31.8 输气和配气管道系统

[4] 唐治国，王文江，李龙，耿德江. 油气长输管道壁厚计算及选用. 管道技术与设备， 2011（06）： 52-53