CNG汽車加气站高压天然气管道的强度计算.doc

CNG汽车加气站高压天然气管道的强度计算 宝鸡同昌燃气工程设计有限责任公司? 鲁晓丽 摘要：CNG汽车加气站高压天然气管道的设计工作是CNG汽车加气站总体设计工作的重要组成部分，而相当一部分城市燃气行业的设计人员对这种高压管道设计工作中的强度计算比较陌生。在此种管道的设计工作中，管道的强度计算正确与否，直接涉及CNG汽车加气站运行的安全可靠和设计结果的经济合理。本文将结合自身的设计经验对高压天然气管道的强度计算就计算公式的选用和计算中应注意的问题预以探讨，以期对读者能有所帮助。 关键词：薄壁管；计算壁厚；设计壁厚；公称壁厚 引言 天然气作为一种清洁、高效、节能的绿色能源越来越受到人们的欢迎，在大中城市已广泛应用。CNG汽车加气站作为天然气应用场站一般建在城镇的建成区，其周围建构筑物比较多，人口密度大，安全要求高，在设计上不能有丝毫的误差，否则将会引起天然气泄漏，极易发生火灾、爆炸事故，后果不堪设想。 CNG汽车加气站高压天然气管道一般采用埋地敷设，其工作条件为高压、常温、介质无腐蚀，管道受力为内压。在弹塑性力学领域，分析研究认为，受内压的圆筒，在工况下将产生三种应力：即周向应力（沿圆筒的圆周方向）、径向应力（沿圆筒的轴线方向）、切向应力（沿圆筒的壁厚方向），其周向应力是径向应力的2倍，切向应力沿圆筒的壁厚方向分布是内壁最大，外壁最小，随壁厚增加应力差值愈大。我国的《钢制压力容容器》规定：当时为薄壁管， 时为厚壁管，在CNG汽车加气站高压管道一般采用的是高强度钢，计算结果大都 ，因此就薄壁管的壁厚计算预以探讨。 一、受内压金属管道的强度计算 1．受内压直管（ ） 管子的计算壁厚 按下式确定： ? 式中： —管子的理论计算壁厚，mm； ? —管子的设计压力，MPa； ? —管子的外径，mm； ? —设计温度下管子材料的许用应力，MPa； ? ——焊缝系数。 管子的设计壁厚 按下式确定： ? 式中： —设计壁厚，即包括附加量在内的管子壁厚，mm； —钢管壁厚附加量， ，mm； —腐蚀余量，由土壤的性质和管道的材质确定，当管道采用奥氏体不锈钢时， 项可取为零。 —钢管壁厚负偏差，由管子的制造精度确定，按表1取值。 表1? 钢管壁厚负偏差 材料 壁厚，mm 负偏差，% 碳钢、合金钢 ≤20 12.5 ＞20 12.5 不锈钢 ≤10 15 ＞10 20 —螺纹深度，CNG汽车加气站高压管道连接一般采用卡套连接或焊接连接，管端无螺纹， 项可取为零。 管子的公称壁厚 按下式确定： ? 式中： —钢管的公称壁厚，mm；根据管子的设计壁厚 向上圆整到钢管的壁厚规格。 2．受内压弯管（ ） 按受内压直管壁厚计算公式首先计算出管子的理论计算壁厚 ，再计算钢管壁厚附加量 ，计算 时， ， 按上述计算方法进行计算，为加工减薄量，与弯管的加工方法有关，采用煨弯加工时，管子外侧受拉，壁厚减薄，且随管子弯曲半径的减小壁厚减薄量增大，弯曲半径与壁厚减薄量的关系如表2。 表2? 弯曲半径与壁厚减薄量的关系 弯曲半径 壁厚减薄量 % ? 15.0 ? 12.5 ? 11.0 ? 10.0 ? 9.0 CNG汽车加气站高压管道为改变管道走向采用的弯管曲率半径为 ，壁厚减薄量 取公称壁厚的10.0% 弯管的设计壁厚算出后向上圆整到钢管的壁厚规格，确定出弯管的公称壁厚。 二、CNG汽车加气站高压管道的强度计算应用 1．设计参数 设计压力：27.5MPa； 设计温度：50℃； 材料：0Cr18Ni9 =137 MPa； 焊缝系数 =1/（对接焊缝100%×射线探伤）。 2．不同外径的高压管道壁厚计算 表3? 直管壁厚计算成果表 （mm） 10 14 18 22 28 34 42 （mm） 0.92 1.28 1.65 2.01 2.56 3.11 3.84 （mm） 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 （mm） 0.18 0.24 0.30 0.38 0.45 0.60 0.75 （mm） 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 （mm） 1.09 1.52 1.95 2.39 3.01 3.71 4.59 （mm） 1.20 1.60 2.00 2.50 3.50 4.00 5.00 规格 φ10×1.2 φ14×1.6 φ18×2 φ22×2.5 φ28×3.5 φ34×4 φ42×5 表4? 弯管壁厚计算成果表 （mm） 10 14 18 22 28 34 42 ?（mm） 0.92 1.28 1.65 2.01 2.56 3.11 3.84 （mm） 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 （mm） 0.21 0.30 0.