CNG汽車加氣站高壓天然氣管道的強度計算

1、CNG汽車加氣站高壓天然氣管道的強度計算寶雞同昌燃氣工程設計有限責任公司  魯曉麗摘要：CNG汽車加氣站高壓天然氣管道的設計工作是CNG汽車加氣站總體設計工作的重要組成部分，而相當一部分城市燃氣行業(yè)的設計人員對這種高壓管道設計工作中的強度計算比較陌生。在此種管道的設計工作中，管道的強度計算正確與否，直接涉及CNG汽車加氣站運行的安全可靠和設計結果的經濟合理。本文將結合自身的設計經驗對高壓天然氣管道的強度計算就計算公式的選用和計算中應注意的問題預以探討，以期對讀者能有所幫助。關鍵詞：薄壁管；計算壁厚；設計壁厚；公稱壁厚引言天然氣作為一種清潔、高效、節(jié)能的綠色能源越來越受到人們的歡迎，在

2、大中城市已廣泛應用。CNG汽車加氣站作為天然氣應用場站一般建在城鎮(zhèn)的建成區(qū)，其周圍建構筑物比較多，人口密度大，安全要求高，在設計上不能有絲毫的誤差，否則將會引起天然氣泄漏，極易發(fā)生火災、爆炸事故，后果不堪設想。CNG汽車加氣站高壓天然氣管道一般采用埋地敷設，其工作條件為高壓、常溫、介質無腐蝕，管道受力為內壓。在彈塑性力學領域，分析研究認為，受內壓的圓筒，在工況下將產生三種應力：即周向應力（沿圓筒的圓周方向）、徑向應力（沿圓筒的軸線方向）、切向應力（沿圓筒的壁厚方向），其周向應力是徑向應力的2倍，切向應力沿圓筒的壁厚方向分布是內壁最大，外壁最小，隨壁厚增加應力差值愈大。我國的鋼制壓力容容器規(guī)定：

3、當時為薄壁管， 時為厚壁管，在CNG汽車加氣站高壓管道一般采用的是高強度鋼，計算結果大都 ，因此就薄壁管的壁厚計算預以探討。一、受內壓金屬管道的強度計算1受內壓直管（ ）管子的計算壁厚 按下式確定： 式中： 管子的理論計算壁厚，mm；  管子的設計壓力，MPa；  管子的外徑，mm；  設計溫度下管子材料的許用應力，MPa；  焊縫系數(shù)。管子的設計壁厚 按下式確定： 式中： 設計壁厚，即包括附加量在內的管子壁厚，mm；鋼管壁厚附加量， ，mm；腐蝕余量，由土壤的性質和管道的材質確定，當管道采用奧氏體不銹鋼時， 項可取為零。鋼管壁厚負偏

4、差，由管子的制造精度確定，按表1取值。表1  鋼管壁厚負偏差材料壁厚，mm負偏差，%碳鋼、合金鋼2012.52012.5不銹鋼10151020螺紋深度，CNG汽車加氣站高壓管道連接一般采用卡套連接或焊接連接，管端無螺紋， 項可取為零。管子的公稱壁厚 按下式確定： 式中： 鋼管的公稱壁厚，mm；根據(jù)管子的設計壁厚 向上圓整到鋼管的壁厚規(guī)格。2受內壓彎管（ ）按受內壓直管壁厚計算公式首先計算出管子的理論計算壁厚 ，再計算鋼管壁厚附加量 ，計算 時， ， 按上述計算方法進行計算，為加工減薄量，與彎管的加工方法有關，采用煨彎加工時，管子外側受拉，壁厚減薄，且隨管子彎曲半徑的減小壁厚

5、減薄量增大，彎曲半徑與壁厚減薄量的關系如表2。表2  彎曲半徑與壁厚減薄量的關系彎曲半徑壁厚減薄量 % 15.0 12.5 11.0 10.0 9.0CNG汽車加氣站高壓管道為改變管道走向采用的彎管曲率半徑為 ，壁厚減薄量 取公稱壁厚的10.0%彎管的設計壁厚算出后向上圓整到鋼管的壁厚規(guī)格，確定出彎管的公稱壁厚。二、CNG汽車加氣站高壓管道的強度計算應用1設計參數(shù)設計壓力：27.5MPa；設計溫度：50；材料：0Cr18Ni9 =137 MPa；焊縫系數(shù) =1/（對接焊縫100%×射線探傷）。2不同外徑的高壓管道壁厚計算表3

6、  直管壁厚計算成果表（mm）10141822283442（mm）0.921.281.652.012.563.113.84（mm）0.000.000.000.000.000.000.00（mm）0.180.240.300.380.450.600.75（mm）0.000.000.000.000.000.000.00（mm）1.091.521.952.393.013.714.59（mm）1.201.602.002.503.504.005.00規(guī)格10×1.214×1.618×222×2.528×3.534×442×5表

7、4  彎管壁厚計算成果表（mm）10141822283442 （mm）0.921.281.652.012.563.113.84（mm）0.000.000.000.000.000.000.00（mm）0.210.300.380.450.600.680.83（mm）0.140.200.250.300.400.450.55（mm）1.271.782.282.763.564.245.22（mm）1.402.002.503.004.04.505.5規(guī)格10×1.414×218×2.522×328×434×4.542×5.5 在進行計算時,  、 與 有關，首先假設一個 ， 取值稍大于 ，反復計算多次，計算出，再向上園整，確定最終的 。在實際應用中，因直管段的壁厚與彎管的壁厚差別不大，且在CNG加氣站中高壓管道的用量不大，為減少材料規(guī)格和焊接工作量，一般用彎管的公稱壁厚作為高壓管道最終的壁厚。 參考文獻：1.張德姜、王懷義、劉紹葉主編石油化工裝置工藝管道安裝設計