影响压力管道壁厚等级确定的因素

　　1、材料的许用应力

　　视镜及人孔用材料的许用应力是指材料的强度指标除以相应的 系数而得到的值。在第三章中已经了解到，材料的机械性能指标有屈服极限、强度极限、蠕变极限、疲劳极限等，这些指标分别反映了材料在不同状态下失效的极限值。为了保证管道运行中的强度 性，常将管道元件中的应力限制在各强度指标下某一值，该数值一般由各强度指标除以一个大于等于的系数得到，并称之为许用应力，这里的系数被称为 系数。当管道元件中的应力超过其许用应力值时，管件的强度将难以保证。因此说，材料的许用应力是确定管道壁厚等级的基本参数。

　　不同的设计标准，采用的 系数是不同的，也 是说选取的许用应力值是不同的。对压力管道来说，国内的设计标准一般是取按GB150《钢制压力容器》规范确定的许用应力值，而ASTM材料则是取按ANSI B31.3《 Process Piping》标准确定的许用应力值。

　　为了便于材料工程师查阅，在这里给出几个常用设计标准的许用应力确定方法。

　　ANSI B31.3规定：计算视镜及人孔用管子强度时的许用应力值不应超过下列中的 小值(不包括螺栓的许用应力值)：

　　1. 室温下规定的 小抗拉强度的1/3;

　　b、该温度下的抗拉强度的1/3;

　　c、室温下规定的 小屈服强度的2/3;

　　d、该温度下屈服强度的2/3。但对奥氏体不锈钢和某些镍钢除外，它们可以达到该温度下屈服极限的90%，但不能大于室温下规定的 小屈服强度的2/3;

　　e、每1000小时蠕变率为0.01%的平均应力的 ;

　　f、每100000小时终了时的平均断裂应力的67%;

　　g、每100000小时终了时的 小断裂应力的80%;

　　计算视镜及人孔用螺栓强度时的许用应力值不应超过下列中的 小值：

　　1. 室温下规定的 小抗拉强度的1/4;

　　b、该温度下的抗拉强度的1/4;

　　c、室温下规定的 小屈服强度的2/3;

　　d、该温度下屈服强度的2/3;

　　e、每1000小时蠕变率为0.01%的平均应力的 ;

　　f、每100000小时终了时的平均断裂应力的67%;

　　g、每100000小时终了时的 小断裂应力的80%;

　　GB150标准规定的管材许用应力按表4-3选取。

　　2、腐蚀余量

　　腐蚀余量是考虑因介质对管道的腐蚀而造成的管道壁厚减薄，从而增加的视镜及人孔壁厚值。它的大小直接影响到管道壁厚的取值，或者说直接影响到壁厚等级的确定。腐蚀余量一般是根据介质对管道材料的腐蚀性和管道的设计寿命确定的。但是，目前工程上比较难做到的是，大多数腐蚀环境对金属材料的年腐蚀量难以确定。第三章中已经讲到，目前我国尚没有一套有关各种腐蚀介质在不同条件下对各种材料的腐蚀速率数据，因此，工程上大多数情况下仍是凭经验来确定其腐蚀余量的。为了简化计算数据，许多国内外的工程公司或设计院通常都将腐蚀余量分为如下四级：

　　a、无腐蚀余量。对一般的不锈钢管道多取该值;

　　b、1.6mm腐蚀余量。对于腐蚀不严重的碳素钢和铬钼钢管道多取该值;

　　c、3.2mm腐蚀余量。对于腐蚀比较严重的碳素钢和铬钼钢管道多取该值;

　　d、加强级(大于3.2mm)腐蚀余量。对于有固体颗粒冲刷等 殊情况下的管道，根据实际情况确定其具体值。

　　3、管子及其元件的制造壁厚偏差

　　视镜及人孔用管子及其元件在制造过程中，相对于其公称壁厚(或者说是理论壁厚)都会有正、负偏差，因此在确定管子及其元件公称壁厚时一定要考虑可能出现的负偏差值。各种钢管标准中规定的偏差值是不完全相同的，GB8163《流体输送用无缝钢管》和GB13296《流体输送用不锈钢无缝钢管》规定的壁厚偏差值见表4-5。

　　焊缝系数

　　金属的焊接过程，实质上是一个冶金过程，其组织带有明显的铸造组织 征。一般情况下，铸造组织缺陷较多，材料性能也有所下降，有关这方面的知识将在第九章和第十章中介绍。对于有纵焊缝和螺旋焊缝的焊接管子及其元件，相对于无缝管子及其元件来说，视镜及人孔工程上常给它一个强度降低系数(即焊缝系数)，以衡量其机械性能下降的程度。机械性能下降的多少取决于焊缝中存在缺陷的多少，视镜及人孔用通常用无损探伤(主要是射线探伤RT)来检查焊缝缺陷，并以射线探伤检查的多少来衡量机械性能下降的程度。设定无缝钢管的焊缝系数为1，那么不同的焊接型式、不同的射线探伤比例，其焊缝系数的取值见表4-6。

　　铸造质量系数

　　同焊缝一样，相对于轧制或锻制的管子元件来说，铸件存在的缺陷相对较多，使得其机械性能有所下降。在ANSI B31.3中，为了衡量铸件机械性能下降的程度，用铸造质量系数来表示。铸造质量系数同样与无损探伤的检验数量有关。一般情况下，视镜及人孔符合材料基本要求且根据MSS SP-55的规定已经过肉眼检验的静态铸件，可取其基本铸造质量系数为0.8，对每一铸件进行补充检验后可以按表4-7的要求提高。值得一提的是，铸件用作压力管道及其元件的情况并不多，仅大直径(DN³50)阀门的阀体常采用铸件，但阀门阀体的强度设计一般由制造商进行，而且多数阀门标准已经给出了 小壁厚要求，故实际的压力管道设计中很少用到铸造质量系数这个概念。

　　6、设计寿命

　　前面已经提到，视镜及人孔设计寿命与压力管道的腐蚀余量有关。对于均匀腐蚀来说，当知道其年腐蚀速率后，根据预定的设计寿命， 很容易算出其应取的腐蚀余量了。除此之外，设计寿命还与交变应力作用的荷载变化次数、氢损伤的孕育时间、断裂因子的扩展期等影响因素有关，同时又与压力管道的一次性投资、资金代尝期和技术 新周期有关。美国一杂志上推荐的设计使用寿命为：碳钢为5年;铬钼钢和不锈钢为10年。SH3059标准规定的使用寿命为(10～15)年。国外的一些工程公司对总承包项目和非总承包项目分别规定了不同的设计寿命，前者一般为10年，后者一般为15年，以便从中获取较大的利润。