PE管道壁厚計(jì)算公式的改進(jìn)

PE管道運(yùn)營(yíng)公司的安全輸送記錄和實(shí)驗(yàn)分析研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)的PE管道壁厚設(shè)計(jì)公式過(guò)于保守，已成為油氣運(yùn)輸公司面臨的急待解決的問(wèn)題。

目前，PE管線設(shè)計(jì)是根據(jù) ASME （美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 B31.8 計(jì)算所需的PE管壁厚度或允許壓力，是一種基于允許環(huán)向應(yīng)力的設(shè)計(jì)方法。當(dāng)陸上管道受到升溫及內(nèi)部壓力的綜合作用時(shí)， B31.8 并沒(méi)有相應(yīng)的壁厚修正標(biāo)準(zhǔn)或公式。在遵循原有基本原則以及極限狀態(tài)設(shè)計(jì)概念的基礎(chǔ)上，建議改變 B31.8 的保守設(shè)計(jì)，在不影響PE管道的完整性情況下，減小管PE道壁厚。

對(duì) B31.8 的修改提議主要涉及三個(gè)方面：

1 ．引入最小壁厚設(shè)計(jì)因素

PE管線的壁厚越小，環(huán)向應(yīng)力越大。設(shè)計(jì)要求由PE管線幾何尺寸決定的環(huán)向應(yīng)力小于（或等于）允許的環(huán)向應(yīng)力，從而可計(jì)算出最小的壁厚尺寸。 B31.8 中的允許環(huán)向應(yīng)力計(jì)算由復(fù)雜的設(shè)計(jì)參數(shù)決定，包括規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度、取決于加工設(shè)備類型的設(shè)計(jì)因數(shù)、縱向焊縫因數(shù)和溫度降低因數(shù)。

采用 B31.8 中PE管道壁厚的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，考慮PE管道制造中的公差，可以修正設(shè)計(jì)因數(shù)，增加環(huán)向應(yīng)力允許值，則可減小名義壁厚的允許值。例如，PE管線外徑小于 20in 的焊接PE管或無(wú)縫管，利用修正后的公式計(jì)算，允許的環(huán)向應(yīng)力可增加 8.5% 。

2. 完善環(huán)向應(yīng)力計(jì)算公式

基于極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)是PE管道設(shè)計(jì)規(guī)范的趨勢(shì)。保守的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)是應(yīng)用傳統(tǒng)的允許應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算材料實(shí)際的非線性特性下的應(yīng)力，改進(jìn)后的壁厚設(shè)計(jì)公式充分考慮到了管道材料的非線性性能（即橡膠 - 塑料應(yīng)力 - 張力圖），以及管壁徑向應(yīng)力分布。與原有公式相比，新的環(huán)向應(yīng)力計(jì)算公式提供了更經(jīng)濟(jì)的方案。

3. PE管道壁厚與溫差之間的關(guān)系

對(duì)于現(xiàn)代PE管道而言，確定PE管道壁厚與溫差的關(guān)系具有重要意義。 B31.8 中既不包括縱向應(yīng)力和等效應(yīng)力，也不包括確定受限制的管道縱向應(yīng)力的計(jì)算公式，因此建議加以修訂。對(duì)于受限制的管道考慮實(shí)際的非線性特性下的應(yīng)力，采用修正后的方法計(jì)算可增加允許的溫差范圍或減小需要的壁厚。以 24in 管線、 X-52 鋼級(jí)、設(shè)計(jì)壓力 1440psig 為例，按標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算壁厚為 0.462in 、允許的溫差為 114 ℉，按修正后公式計(jì)算溫差為 185 ℉；如果按溫差為 140 ℉設(shè)計(jì)，需要的壁厚為 0.565in ，修正后公式計(jì)算的壁厚是 0.462in ，減少了 18% 。