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 PE管道壁厚計算公式的改進

PE管道運營公司的安全輸送記錄和實驗分析研究結果表明，傳統(tǒng)的PE管道壁厚設計公式過于保守，已成為油氣運輸公司面臨的急待解決的問題。

目前，PE管線設計是根據(jù) ASME （美國機械工程師協(xié)會）標準規(guī)范 B31.8 計算所需的PE管壁厚度或允許壓力，是一種基于允許環(huán)向應力的設計方法。當陸上管道受到升溫及內部壓力的綜合作用時， B31.8 并沒有相應的壁厚修正標準或公式。在遵循原有基本原則以及極限狀態(tài)設計概念的基礎上，建議改變 B31.8 的保守設計，在不影響PE管道的完整性情況下，減小管PE道壁厚。

對 B31.8 的修改提議主要涉及三個方面：

1 ．引入最小壁厚設計因素

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

采用 B31.8 中PE管道壁厚的計算標準，考慮PE管道制造中的公差，可以修正設計因數(shù)，增加環(huán)向應力允許值，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管或無縫管，利用修正后的公式計算，允許的環(huán)向應力可增加 8.5% 。

2. 完善環(huán)向應力計算公式

基于極限狀態(tài)標準的設計是PE管道設計規(guī)范的趨勢。保守的極限狀態(tài)設計是應用傳統(tǒng)的允許應力標準來計算材料實際的非線性特性下的應力，改進后的壁厚設計公式充分考慮到了管道材料的非線性性能（即橡膠 - 塑料應力 - 張力圖），以及管壁徑向應力分布。與原有公式相比，新的環(huán)向應力計算公式提供了更經(jīng)濟的方案。

3. PE管道壁厚與溫差之間的關系

對于現(xiàn)代PE管道而言，確定PE管道壁厚與溫差的關系具有重要意義。 B31.8 中既不包括縱向應力和等效應力，也不包括確定受限制的管道縱向應力的計算公式，因此建議加以修訂。對于受限制的管道考慮實際的非線性特性下的應力，采用修正后的方法計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、設計壓力 1440psig 為例，按標準計算壁厚為 0.462in 、允許的溫差為 114 ℉，按修正后公式計算溫差為 185 ℉；如果按溫差為 140 ℉設計，需要的壁厚為 0.565in ，修正后公式計算的壁厚是 0.462in ，減少了 18% 。