標準管件壁厚系列號的選擇

1、標準管件壁厚系列號的選擇杜保軍，黃 麗，劉志廣(中國石油天然氣管道工程有限責任公司，河北廊坊065000) 摘要：壓力管道設(shè)計中選擇標準系列號SCH(scheduleNumbers)是經(jīng)常遇到的問題，綜述了鋼管系列號SCH的產(chǎn)生過程，指出系列號SCH只是用于編排鋼管壁厚順序的簡便標志系統(tǒng)，修正過的計算管壁厚度的巴洛(Barlow)公式的計算值與現(xiàn)在通常使用的鋼管壁厚偏差較大，沒有達到早期的意圖。指出管件許用壓力額定值應(yīng)按相同材料的直無縫鋼管計算。 關(guān)鍵詞：管件；壁厚系列號(SCH)；壓力管道；選擇 中圖分類號，TE973I 文獻標識碼：B 文章編號：1004-9614(2003)02-0010

2、021 引言 在壓力管道的工程設(shè)計中，經(jīng)常遇到鋼管和管件的系列號SCH或標準壁厚STD(Standard Weight)、加強壁厚XS(Extra-Strong)和雙倍加強壁厚XXS(Double Extra-Strong)等術(shù)語以及下列問題： SCH、STD、XS和XXS這些爾可術(shù)語是如何定義的？有什么實際意義?SCH、STD、XS和XXS主些名詞術(shù)語對工程設(shè)計有沒有什么特別方便之處？如何根據(jù)鋼管和管件的雇受壓力確定鋼管和管件的SCH?2 美國鋼管標準ANSlASMEB36，BOM(焊接和無縫鍛制鋼管)的發(fā)展歷史1 早期在美國通常使用的工業(yè)鋼管的尺寸主要是STD、XS和XXS 1927年3月

3、，美國標準協(xié)會成立了個有關(guān)鋼管尺寸和材料的標準比委員會(以后簡稱“標委全”)，目的是統(tǒng)一這類產(chǎn)品的標準。標委會組建后，與工業(yè)界合作，對當時使用的鋼管實際情況做了一次調(diào)查，作為制定美國鋼管標準的依據(jù)。調(diào)查后，標委會曾設(shè)計了張鋼管規(guī)格表，以儀選擇鋼管壁厚。此標準的第一版于1934年10月由部門委員會以書面投票方式認可，隨后被美國機械工程師學會ASME(American Society of Mechanical Engineers、美國材料與試驗學會ASTM(American Society for Testing and Materials)和美國標準協(xié)會ASA(American Standar

4、ds Association)認可。標委會早期意圖是建立一個與鋼管直徑、壁厚有關(guān)的鋼管壁厚系列號碼(SCH)體系，期望具有近似一致的關(guān)系，其數(shù)值等于該規(guī)范附錄中規(guī)定用于計算管壁厚度的巴洛(Barlow)公式： 現(xiàn)在，ANSIASME B36.10M焊接和無縫鋼管標準中已不再將此公式列入。 在1939年，曾希望所有使用的鋼管如STD、XS和XXS逐步用SCH來取代。然而由于多年來傳統(tǒng)尺寸(STD、XS和XXS)的鋼管的需求和生產(chǎn)沒有減少，因此這些傳統(tǒng)尺寸鋼管保存下來。 1957年又對ANSIASME B36.10M進行了修訂，納入API(美國石油學會)標準5L和SLX的各種直徑和重量并使之統(tǒng)一，

5、對重量和尺寸表又作了進一步的修訂。 這些修改導致巴洛(Barlow)公式的計算值與現(xiàn)在通常使用的鋼管壁厚偏差較大，沒有達到早期的意圖，已不能再用于確定鋼管的SCH后來SCH被用于編排鋼管壁厚順序的簡便標志系統(tǒng)，計算管壁厚度的巴洛(Barlow)公式已沒有實際意義。3壁厚系列號 美國鋼管的壁厚系列號STD、XS和XXS作為商業(yè)牌號已使用多年。后來增加的鋼管SCH(10，2030，40，60，80，100，120，140和160)只是方便使用的符號。STD、XS與SCH有下列簡單的關(guān)系：對于公稱直徑10(273mm)(包括10273mm)以下的鋼管，STD和SCH90的壁厚相同；所有較大直徑的標準

6、鋼管，壁厚均為38(9.525mm)。對于公稱直徑8”及以下的鋼管，XS和SCH 80壁厚相同；所有更大直徑的XS鋼管壁厚均為12(12.7mm)1。4 鋼管壁厚的選擇 選擇鋼管壁厚，主要取決于在給定條件下承受內(nèi)壓的能力。按照鍋爐壓力容器標準和壓力管道規(guī)范中的計算公式計算鋼管所需壁厚精確值，計算公式分別如下： ASME Section 1： BF l503： ANSIASMEB 31.44： ANSIASMEB 31.85； GB 502516： GB 502537： 式中的符號分別見各自標準。 最后再從鋼管規(guī)格表中根據(jù)公稱直徑與壁厚的計算值查與之相配的厚度。5 管件的SCH的選擇 在壓力管道

7、設(shè)計過程小，下面是幾種選擇管件的SCI-的方法： (1)利用美國早期鋼管標準中的巴洛(Barlow)公式的計算值來選用管件的壁厚系列號。 (2)利用鍋爐壓力容群標準和壓力管道規(guī)程中的管件強度設(shè)計計算公式進行計算，根據(jù)計算得到的主管和土管壁厚值查管件壁厚分級表，從而查得與計算值相配的SCH(3)根據(jù)國內(nèi)外管件標準中的規(guī)定，按相同材料的直無縫鋼管計算。利用鋼管的壁厚選擇方法計算的壁厚值，查管仆壁厚分級表得到與計算值相配的SCH 美國ASMEANSI B16.91993工廠制造的鋼制對焊管件規(guī)定管件許用壓力額定值是根據(jù)ANSIASME B31壓力管道規(guī)范有關(guān)章節(jié)中規(guī)定的原則桉相同材料的直無縫鋼管計算

8、8。中國石化標準SHJ 340896和SHJ 340996規(guī)定管件的許用壓力值應(yīng)根據(jù)SH 3059中第7章規(guī)定的原則接受內(nèi)壓鋼管計算910。 ASMEANSI B16.9、SHJ 340896和SHJ 340996還都規(guī)定管件驗證試驗壓力不小于管件標記指定鋼管在下式定義的爆破試驗壓力的105時不爆破，就認為試驗成功8-10。 式中：P為計算的爆破試驗壓力；為拉仲強度；T為鋼管的公稱壁厚；D為鋼管的外徑。 這說明合格的標準管件的爆破壓力值應(yīng)大于等于相應(yīng)鋼管的爆破壓力。 由L面國內(nèi)外標準的規(guī)定，可以看出管件和鋼管的壁厚系列號(SCH)是統(tǒng)的，相同材料、壁厚系列號(SCH)相同的鋼管和管件可以承受的

9、載荷是相同的。相同系列號相同直徑的鋼管和管件在焊接坡口處內(nèi)外徑是一樣的，即壁厚是一致的。所以按方法3選取標準管件是科學、合理的，并且能夠滿足強度要求。 如前所述，巴洛(Barlow)公式計算鋼管壁厚偏差較大，已不能再用于確定鋼管SCH，所以用SCH=P/S×1000的計算值確定鋼制管件SCH偏差同樣較大，也不再適當。 利用鍋爐壓力容器標準和壓力管道規(guī)程十的管件強度設(shè)計計算公式進行計算，根據(jù)計算得到的主管壁厚值查管件壁厚分級表得到與計算值相配的SCH比按直鋼管計算得到的SCH大得多。例如三通，由于開孔以后，一方面削弱了管壁的強度，降低了承載能力，另一方面，開孔和接管破壞了原來結(jié)構(gòu)的連續(xù)

10、性，升壓后，勢必在開孔相接管處產(chǎn)生較大的不連續(xù)應(yīng)力(邊緣剪力和邊緣彎距)，往往在開孔附近導致很高的應(yīng)力集中。為了降低應(yīng)力集咔，不得不按等面積補強法或其他方法(壓力面積法和削弱系數(shù)法)進行補強計算，這必然導致主管和支管的壁厚增大許多，才能滿足強度要求。 表1給出了按巴洛公式(方法1)，強度設(shè)計計算得到的SCH(方法2)和按直無縫鋼管計算(方法3)等3種方法計算的不同壓力下三通的壁厚系列號。表1 3種方法選擇三通壁厚系列號結(jié)果表1.6MPa2.5MPa4.0MPa6.3MPa10.0MPa一二三一二三一二三一二三一二三1142020202020204020204020208060201412020

11、202020204020204040208060201682020202020203020204040208080202192020202020203020204060208010030273202020202020303020406020801004032420202020202030402040602080100403561010102030103040104060208010040406101010203010304010403420801004045710101020301030401040803080100405081020102030103040104080308012060559

12、10201020301030402040803080120606101020102030103060204080308012060 注：三通的尺寸均為標準等三通，敘用應(yīng)力取160Mpa，方法2的支管厚度假定為主管厚度的0.8倍，以上計算均沒有考慮腐蝕裕量。壁厚系列號除SCH 10是按ANSI/ASME B36.10M確定的，其他是按SH 3048-96附錄A無縫鋼管壁厚分級表確定的。表1中黑框內(nèi)3種方法結(jié)果完全相同是由鋼管或管件的最小SCH決定的。而黑框以外的方法1和方法2選取的管件壁厚系列號均比方法3的高，這兩種不當計算方法將導致不必要的浪費，使工程造價升高，10MPa、DN600 3種方法

13、的三通重量與價格如表2所示：表2 3種方法選擇三通的價格比較表壁厚系列號重 量單 價價 格kg元/kg元SCH 807483022 440SCH 12011003033 000SCH 606563019 680 管件的SCH選擇不正確，不僅造成浪費，而且由管件的壁厚與鋼管壁厚相差較大，也易造成焊接缺陷，給現(xiàn)場施工和檢測造成困難。 如某公司承包的中東某國管道項目中，一家單位按方法2通過計算得到的壁厚選擇管件，導致購買的管件到現(xiàn)場不能使用，不僅造成不必要的損失，而且耽誤工期。 6 結(jié)束語 (1)SCH只是用于編排鋼管壁厚順序的簡便標志系統(tǒng)，對工程設(shè)計并沒有什么方便之處。 (2)利用巴洛(Bar1ow)公式：SGH=P/S×100O的計算值來選用鋼管或管件的SCH是不恰當?shù)摹?(3)按有關(guān)標準中的管件設(shè)計計算公式得到的主管壁厚計算值，查管件壁厚的分級表確定與之相配的SCH也是不恰當?shù)摹?(4)按相同管徑相同材料的直無縫鋼管計算值，查管件壁厚分析寢得到與計算值相配的SCH，這種方法使用起來即方便適用，又具有科學性。 參 考 文 獻 1 ANSIASME B36 10M 焊接和無縫鋼管 2 ASME Section 壓力容器 3 GB l50 鋼制