四级地区:系指四层及四层以上楼房(不计地下室层数)普遍集中、交通频繁、地下设施多的地段。城镇供气区一般应为四级地区。
各级地区强度设计系数见下表。地区等级强度设计系数(F) 一级地区0.72二级地区0.6三级地区0.5四级地区0.4
城镇燃气输配系统既要保证系统的整体合理性,还应满足相应设计规范的要求。《输气管道工程设计规范》中虽然未确定管道与建、构筑物之间的水平净距,但并不等于不需要净距,最起码应考虑施工和检修间距。同时,高一级压力的管道总不应比低一级压力的管道距建、构筑物更近,应考虑燃气输送压力的影响。因此,在与规划、消防及上级主管部门充分酝酿、讨论的基础上,我院决定采用《输气管道工程设计规范》“以控制管道自身的安全性为原则”的原则进行管道强度计算,为保证规范执行的连续性,线路选择则按照《城镇燃气设计规范》5.3.2条高压A级管道与建、构筑物之间6米的水平净距的规定进行。这样,两本规范并用,不仅为在城区选择超高压天然气管线路由提供了可行性,而且,采用“以控制管道自身的安全性为原则”的原则,从设计上也保证了在城区敷设超高压管线的安全可靠性。同时,开创了在城区敷设超高压天然气管线的先例,为今后同类型的工程设计树立了典范。
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(2)管材的选取'P>
①管道强度计算
在进行超高压燃气管道设计时,因管线与其它建、构筑物水平净距的确定始终是以强调管道自身的安全性为前提的,因此在进行压力大于1.6MPA的燃气管道设计时,必须对管道、弯头、弯管的壁厚进行计算。
根据《输气管道工程设计规范》5.1.2条规定,管道强度计算采用如下公式:
PD
Δ= ————
2ΣSΨFT
式中: Δ-——钢管计算壁厚(CM);
P ———设计压力(MPA);
D ———钢管外径(CM);
ΣS ——钢管的最小屈服强度(MPA);
F--—强度设计系数;
Ψ——-焊缝系数;
T———温度折减系数;当温度小于120℃时,T值取1.0。
在以往的燃气管道强度计算时,由于制管水平、施工焊接等缺乏严格的要求,在计算中要考虑一个小于1的焊接系数以确保输气安全,这实际上就增加了管道工程的钢材用量。当前,我国制管技术已有较大的提高,新的钢管标准如《石油天然气输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管》,是参照美国APISPEC 5L的标准制定的,技术要求基本一致。在《输气管道工程设计规范》中对管道的施工、焊接和检验也提出了严格的要求,以确保管道的安全运行。故在进行管道的强度计算时,不再考虑由于焊接所降低钢材的设计应力,规定焊接系数为1。
另外,《输气管道工程设计规范》中规定在进行管道强度计算时,不考虑增加管壁的腐蚀裕量。这是因为规范中明确提出了输气管道防腐设计必须符合国家现行标准《钢质管道及储罐防腐蚀工程设计规范》和《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》的有关规定。而这两本规范是根据国内外的实践经验制定的,规范中提出了防止管道外腐蚀的有效办法。在输送满足规范要求的天然气时,管子内壁一般不会产生腐蚀。同时,由于工程造价、金属耗量等经济原因,一般不允许采用增加腐蚀裕量的方法来解决管壁内腐蚀问题。因此,管道采取防腐措施后,确定管壁厚度时可不考虑腐蚀裕量。
对几种常用管材进行计算,结果如下表: Q235B20号钢SM41BX4216MNX52最小屈服强度(MPA) ≥235≥245≥245≥290≥340≥358设计压力 (MPA) 2.52.52.52.52.52.5钢管计算壁厚DN7000.9570.9180.9180.7760.6620.628(CM)DN5000.7030.6750.6750.5700.4860.462 DN4000.5660.5430.5430.46L0.3930.372 DN3000.4320.4150.4150.3500.2990.284
注:表中钢管计算壁厚值均是以Ψ、T为1,F为0.4情况下得出的。
在对管道进行强度计算的同时,燃气管道的壁厚还不得小于最小公称管壁厚度。在承受内压较小时计算的壁厚可能很小,为满足运输、吊装铺管和修理的要求,还应根据各种荷载条件下予以校核。一般认为D/Δ>140时,才会在正常的运输、敷设、埋管情况下出现圆截面的失稳。下表列出几种常用管径的最小公称壁厚。
