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1、第六节第六节 燃气管网强度设计简介燃气管网强度设计简介一、管道强度设计一、管道强度设计二、储气罐强度二、储气罐强度三、管道校核三、管道校核一、管道强度设计一、管道强度设计钢管钢管s s钢管最小屈服强度，钢管最小屈服强度， MPaMPaFF强度设计系数，按地区强度设计系数，按地区等级选取等级选取焊缝系数焊缝系数tt温度折减系数，当温度温度折减系数，当温度小于小于120120时取时取1 1钢管计算厚度，钢管计算厚度，cmcmPP设计压力设计压力MPaMPaDD钢管外径，钢管外径， cmcm城镇燃气管道通过的地区，应按建筑物的城镇燃气管道通过的地区，应按建筑物的密集程度，划分为四个地区等级，并依据密
2、集程度，划分为四个地区等级，并依据地区等级作出相应的管道设计。地区等级作出相应的管道设计。城镇燃气管道地区等级划分应符合下列规城镇燃气管道地区等级划分应符合下列规定：定：沿管道中心线两侧各沿管道中心线两侧各200米范围内，任意划米范围内，任意划分分1.6千米长并能包括最多供人居住的独立千米长并能包括最多供人居住的独立建筑物数量的地段，按划定地段内的房屋建筑物数量的地段，按划定地段内的房屋建筑的密集程度、划分为四个等级。建筑的密集程度、划分为四个等级。在多单元住宅建筑物内，每个独立住宅单在多单元住宅建筑物内，每个独立住宅单元按一个供人居住的独立建筑物计算。元按一个供人居住的独立建筑物计算。强度设
3、计系数强度设计系数一级地区：有一级地区：有12个或个或12个以下供人居住建个以下供人居住建筑物的任一地区分级单元。筑物的任一地区分级单元。二级地区：有二级地区：有12个以上，个以上，80个以下供人居个以下供人居住建筑物的任一地区分级单元。住建筑物的任一地区分级单元。三级地区：介于二级和四级之间的中间地三级地区：介于二级和四级之间的中间地区。有区。有80个和个和80个以上供人居住建筑物的个以上供人居住建筑物的任一地区分级单元；或距人员聚集的室外任一地区分级单元；或距人员聚集的室外场所场所90m内铺设管线的区域。内铺设管线的区域。四级地区：地上四级地区：地上4层或层或4层以上建筑物普遍层以上建筑物
4、普遍且占多数的任一地区分级单元（不计地下且占多数的任一地区分级单元（不计地下室层数）。室层数）。城镇燃气管道的强度设计系数城镇燃气管道的强度设计系数地区等级地区等级强度设计系数，强度设计系数，F一级地区一级地区0.72二级地区二级地区0.60三级地区三级地区0.40四级地区四级地区0.30调压站内管道的强度设计系数调压站内管道的强度设计系数管道及管段管道及管段地区等级地区等级一一二二三三四四强度设计系数强度设计系数有套管穿越有套管穿越、级公路的管道级公路的管道0.720.60.40.3无套管穿越无套管穿越、级公路的管道级公路的管道0.60.5有套管穿越有套管穿越、级公路、高速级公路、高速公路、
5、铁路的管道公路、铁路的管道0.60.6门站、储配站、调压站内管道及其上、门站、储配站、调压站内管道及其上、下游各下游各200m管道，截断阀室管道，截断阀室0.50.5人员聚集场所的管道人员聚集场所的管道0.40.3钢质燃气管道最小壁厚，钢质燃气管道最小壁厚，mm钢管公称直径，钢管公称直径，mm最小公称壁厚，最小公称壁厚，mmDN100DN1504.0DN200DN3004.8DN350DN4505.2DN500DN5506.4DN600DN9007.1DN950DN10008.7DN10509.5PEPE管管根据根据PEPE管标准尺寸比管标准尺寸比SDRSDR的规定，的规定，我国我国燃气输送用
6、聚乙烯（燃气输送用聚乙烯（PEPE管管材和管管管材和管件设计、搬运和安装规范件设计、搬运和安装规范GB15558.1-GB15558.1-20032003规定最大工作压力（规定最大工作压力（MOPMOP）按以下公式）按以下公式计算。计算。式中式中 MOP最大工作压力，最大工作压力，MPa； MRS聚乙烯（聚乙烯（PE）材料的最小要求）材料的最小要求强度，强度，MPa； SDR标准尺寸比；标准尺寸比； C总体实用设计系数（安全系数），总体实用设计系数（安全系数），是一个大于是一个大于1的数值；的数值；PE80PE80PE100PE100SDR11SDR11SDR17.6SDR17.6SDR11S
7、DR11SDR17.6SDR17.6最大允许工作压力最大允许工作压力MPaMPa0.5/0.40.5/0.40.30.30.70.70.40.4安全系数安全系数C3.2/4.03.2/4.03.23.22.92.93.03.0最大允许工作压力机对应安全系数最大允许工作压力机对应安全系数不同工作温度的折减系数不同工作温度的折减系数平均温度，平均温度，203040折减系数折减系数1.01.11.3不同气种的最大工作压力不同气种的最大工作压力燃气种类燃气种类2020下最大允许高压力下最大允许高压力MPaMPa/ /安全系数安全系数C CPE80PE80PE100PE100SDR11SDR11SDR1
8、7.6SDR17.6SDR11SDR11SDR17.6SDR17.6天然气天然气0.50/3.0.50/3.2 20.30/3.20.30/3.20.70/2.0.70/2.9 90.40/3.00.40/3.0液化液化石油气石油气混空气混空气0.40/4.0.40/4.0 00.20/4.80.20/4.80.50/4.0.50/4.0 00.30/4.00.30/4.0气态气态0.20/8.0.20/8.0 00.10/9.60.10/9.60.30/6.0.30/6.7 70.20/6.00.20/6.0人工人工煤气煤气干气干气0.40/4.0.40/4.0 00.20/4.80.20/
9、4.80.50/4.0.50/4.0 00.30/4.00.30/4.0其他其他0.20/8.0.20/8.0 00.10/9.60.10/9.60.30/6.0.30/6.7 70.20/6.00.20/6.0二、储气罐强度设计二、储气罐强度设计1、卧式罐筒体强度设计、卧式罐筒体强度设计2、球形罐及球形封头壁厚设计、球形罐及球形封头壁厚设计1、圆筒形储罐筒体壁厚计算、圆筒形储罐筒体壁厚计算SS筒体计算厚度，筒体计算厚度，mmmm；PP设计压力，设计压力，MPaMPa，D Di i筒体平均直径，筒体平均直径， mmmm； t t设计温度下的许用设计温度下的许用应力，应力， MPaMPa；焊缝系
10、数焊缝系数cc腐蚀余量，腐蚀余量， mmmm。应力校核公式应力校核公式2、球形罐壳体及球形封头、球形罐壳体及球形封头壁厚计算公式壁厚计算公式应力校核公式应力校核公式壁厚余量壁厚余量壁厚余量也称腐蚀余量。靠经验确定，由壁厚余量也称腐蚀余量。靠经验确定，由下面三部分组成。下面三部分组成。C=CC=C1 1+C+C2 2+C+C3 3C C1 1材料厚度允许负公差，一般不大于材料厚度允许负公差，一般不大于1mm;1mm;C2根据介质对材质的腐蚀性能及使用寿根据介质对材质的腐蚀性能及使用寿命确定的腐蚀余量，一般地上罐命确定的腐蚀余量，一般地上罐1mm,地下地下罐罐3mm；C3材料冲压加工减薄量，取计算
11、厚度的材料冲压加工减薄量，取计算厚度的10%，但不大于，但不大于4mm。三、管线稳定性、抗震校核三、管线稳定性、抗震校核1 1、管线径向稳定性校核、管线径向稳定性校核 2 2、管线轴向稳定性校核、管线轴向稳定性校核 3 3、管线抗震稳定性校核、管线抗震稳定性校核1 1、管线径向稳定性校核、管线径向稳定性校核 埋地燃气管线的径向稳定性应按无内压状埋地燃气管线的径向稳定性应按无内压状态校核。态校核。x 0.03DW WW W1 1+W+W2 2xx 钢管水平方向最大变形量钢管水平方向最大变形量(m)(m)；D Dm m钢管平均直径钢管平均直径(m) (m) ；W W作用在单位管长上的总竖向荷载作用
12、在单位管长上的总竖向荷载(N/m)(N/m)；Z Z钢管变形滞后系数，宜取钢管变形滞后系数，宜取1.51.5；K K基床系数，可取基床系数，可取0.1030.103；E E管材弹性模量管材弹性模量(N/m(N/m2 2) )；I I单位管长截面惯性矩单位管长截面惯性矩(m(m4 4/m)/m)；n n钢管公称壁厚钢管公称壁厚(m)(m)；E Es s土壤变形模量土壤变形模量(N/m(N/m2 2) )，采用现场实测数，采用现场实测数据，无实测数据可取据，无实测数据可取2.82.8；W W1 1作用在单位管长上的竖向永久荷载（埋作用在单位管长上的竖向永久荷载（埋地管道土层压力）地管道土层压力）(
13、N/m)(N/m)；W W2 2地面可变载荷传递到管道上的荷载（车地面可变载荷传递到管道上的荷载（车辆负荷）辆负荷）(N/m)(N/m)。2 2、管线轴向稳定性校核、管线轴向稳定性校核 在埋地直管段中可产生因在埋地直管段中可产生因泊松效应泊松效应应力、应力、温度应力温度应力以及由以及由内压产生内压产生的轴向力引起的的轴向力引起的轴向应力，必须进行当量应力校核，受约轴向应力，必须进行当量应力校核，受约束的埋地直管段轴向应力计算和当量应力束的埋地直管段轴向应力计算和当量应力校核按校核按输气管道工程设计规范输气管道工程设计规范GB50251-2003GB50251-2003中附录中附录B B的公式计
14、算。的公式计算。L L管道的轴向应力，拉应力为正，压应力管道的轴向应力，拉应力为正，压应力为负（为负（MPaMPa）；）；泊桑比，取泊桑比，取0.30.3；h h由内压产生的管道环向应力（由内压产生的管道环向应力（MPaMPa）；）；P P管道设计内压力（管道设计内压力（MPaMPa）；）；d d管子内径（管子内径（cmcm）；）；n n管子公称壁厚（管子公称壁厚（cmcm）；）；E E钢材的弹性模量（钢材的弹性模量（MPaMPa）；）；钢材的线膨胀系数（钢材的线膨胀系数（-1-1）；）；t t1 1管道下沟回填时温度（管道下沟回填时温度（）；）；t t2 2管道工作温度（管道工作温度（）；）
15、； 受约束热胀直管段，按最大剪应力强度理受约束热胀直管段，按最大剪应力强度理论计算当量应力，并应符合下列表达式的论计算当量应力，并应符合下列表达式的要求。要求。e e当量应力（当量应力（MPaMPa）；）；s s管子的最低屈服强度（管子的最低屈服强度（MPaMPa）3 3、抗地震动稳定性校核、抗地震动稳定性校核对位于设计地震动峰值加速度大于或等于对位于设计地震动峰值加速度大于或等于0.2g地区的管道，应进行抗拉伸和抗压缩地区的管道，应进行抗拉伸和抗压缩校核。校核。地震波引起的管道最大轴向应变地震波引起的管道最大轴向应变max应与操应与操作条件下荷载（内压、温差）引起的轴向作条件下荷载（内压、温
16、差）引起的轴向应变应变组合。组合。当当maxmax+0+0时时当当maxmax+00时时max+tv由操作荷载（内压和温由操作荷载（内压和温度）引起的轴向应变度）引起的轴向应变maxmax地震波引起管道的最大轴向拉、压应地震波引起管道的最大轴向拉、压应变。变。a设计地震动峰值加速度，按设计地震动峰值加速度，按中国地震中国地震动参数区划图动参数区划图GB18306选取。选取。m/s2tv埋地管道抗震动的轴向容许拉埋地管道抗震动的轴向容许拉伸应变。伸应变。管道材料容许拉伸应变管道材料容许拉伸应变拉伸强度极限，拉伸强度极限，bMPa容许拉伸应变容许拉伸应变tvb5521.0%552b7930.9%7
17、93b8960.8% c c v v埋地管道抗震动轴向容许压缩埋地管道抗震动轴向容许压缩应变应变管道壁厚，管道壁厚，m m；DD管道外直径，管道外直径， m m；思考题思考题11111 1、影响管道壁厚设计的因素主要有、影响管道壁厚设计的因素主要有 、 、 、 。2 2、燃气管道强度设计系数取决于、燃气管道强度设计系数取决于 。3 3、储气罐强度设计包括、储气罐强度设计包括 和和 两方面。两方面。4 4、站内管道及穿越工程强度设计主要、站内管道及穿越工程强度设计主要与与 和和 有关。有关。5 5、燃气管道径向稳定性校核按、燃气管道径向稳定性校核按 进行。进行。管材与强度小结管材与强度小结1 1
18、、城镇燃气常用管材有钢管、铸铁管、城镇燃气常用管材有钢管、铸铁管、PEPE管管2 2、管材的选择应考虑：燃气压力、所用的、管材的选择应考虑：燃气压力、所用的空间（室内外、架空、埋地），输送的燃空间（室内外、架空、埋地），输送的燃气类型、土壤腐蚀性；气类型、土壤腐蚀性；3 3、管线的连接方式：、管线的连接方式：钢管：焊接、螺纹连接、法兰连接，不同钢管：焊接、螺纹连接、法兰连接，不同连接方式所适用的条件连接方式所适用的条件6 6、燃气管道轴向稳定性要考虑因、燃气管道轴向稳定性要考虑因 效应效应应力、应力、 应力以及由应力以及由 产生的轴向力引产生的轴向力引起的轴向应力。起的轴向应力。7 7、受约束热胀、受约束热胀 ，按最大，按最大 强度理强度理论计算当量应力。论计算当量应力。8 8、对位于设计地震动峰值加速度大于或等、对位于设计地震动峰值加速度大于或等于于 地区的管道，应进行抗拉伸和抗压地区的管道，应进行抗拉伸和抗压缩校核。缩校核。9 9、地震波引起的管道最大、地震波引起的管道最大 应变应变maxmax应应与与 引起的轴向应变引起的轴向应变组合。组合。1010、抗地震动应力校核应对、抗地震动应力校核应对 和和 分分别进行。别进行。
