5.4 输油管道管壁厚度计算及管道附件的结构设计

5.4.1 输油管道直管段的钢管管壁厚度应按下式计算：

式中：δ——直管段钢管计算壁厚(mm)；
          P——设计内压力(MPa)；
          D——钢管外直径(mm)；
          [σ]——钢管许用应力(MPa)，应按本规范第5.2.1条的规定选用。
5.4.2 弯管的壁厚应按下列公式计算：

式中：δ_H——弯管的外弧侧壁厚最小值(mm)；
          δ_i——弯管的内弧侧壁厚最小值(mm)；
          δ——弯管所连接直管段的计算壁厚(mm)；
          m——弯管的壁厚增大系数；
          R——弯管的曲率半径(mm)；
          D——弯管的外径(mm)。
5.4.3 弯管的母管壁厚应按下式计算：

式中：δ_b——弯管母管计算壁厚(mm)；
          δ——弯管所连接直管段的计算壁厚(mm)；
          C——弯管弯制允许最大壁厚削薄率。
5.4.4 输油站间的管道可按设计内压力分段设计管道的管壁厚度。
5.4.5 钢制管件应符合下列规定：
    1 冷弯管、热煨弯管宜采用与直管段相同的钢级材料制作；
    2 制作冷弯管的钢管管型宜与两侧连接的直管段相同，热煨弯管不宜采用螺旋焊缝钢管制作；
    3 用为了达到规定的最低屈服强度而进行过冷加工(控轧、冷扩)的母管制作的热煨弯管，其许用应力应按本规范第5.2.1条第4款的规定取值。
    4 钢制管件的制造、检验、试验、标志和验收应符合国家现行标准《钢制对焊无缝管件》GB 12459、《优质钢制对焊管件规范》SY/T 0609、《钢制对焊管件规范》SY/T 0510和《油气输送用钢制感应加热弯管》SY/T 5257的有关规定。管件与直管段不等壁厚的焊接应符合本规范附录G的规定。
5.4.6 当管道及管件的壁厚极限偏差符合现行国家标准的规定时，在无其他特殊要求情况下，可不再增加管壁的裕量。
5.4.7 管道附件设计应符合下列规定：
    1 管道附件应按设计内压力、设计温度和最低环境温度选择和设计，并应按本规范第5.1.2条第2款规定进行核算；
    2 管道附件的非金属镶装件、填料、密封件，应选择耐油、耐温的材料。
5.4.8 钢制异径接头的设计应符合现行国家标准《压力容器》GB 150的有关规定。无折边异径接头的半锥角应小于或等于15°，异径接头的材质宜与所连接钢管的材质相同或相近。
5.4.9 钢制平封头或凸封头的设计应符合现行国家标准《压力容器》GB 150的有关规定。
5.4.10 绝缘接头、绝缘法兰的设计应符合现行行业标准《绝缘接头与绝缘法兰技术规范》SY/T 0516的有关规定。公称压力大于5MPa，直径大于300mm的输油管道宜采用绝缘接头。
5.4.11 管道和管道附件的开孔补强应符合下列规定：
    1 在主管上直接开孔焊接支管，当支管外径小于0.5倍主管外径时，可采用补强圈进行局部补强，也可增加主管和支管管壁厚度进行整体补强。支管和补强圈的材料，宜与主管材料相同或相近。
    2 当相邻两支管中心线的间距小于两支管开孔直径之和，但大于或等于两支管开孔直径之和的2/3时，应进行联合补强或加大主管管壁厚度。当进行联合补强时，支管两中心线之间的补强面积不得小于两开孔所需总补强面积的1/2。当相邻两支管中心线的间距小于两支管开孔直径之和的2/3时，不得开孔。
    3 当开孔直径小于或等于50mm时，可不补强。
    4 当支管外径大于或等于0.5倍主管外径时，应采用三通或采用全包型补强。
    5 三通和主管开孔宜采用等面积补强，等面积补强的有效范围见图5.4.11，等面积补强按照下列公式校核计算：

式中：A_R——需要的补强面积(mm²)；
          A₁——主管补强面积(mm²)；
          A₂——支管补强面积(mm²)；
          A₃——补强圈、焊缝等所占补强面积(mm²)，对于拔制三通A₃＝0；
          d——支管内径(mm)；
          δ_h——按公式(5.4.1)计算的主管管壁厚度(mm)；
          δ_H——主管的公称管壁厚度(mm)；
          δ_b——按公式(5.4.1)计算的支管管壁厚度(mm)；
          δ_B——支管的公称管壁厚度(mm)；
          L——取2.5δ_H或2.5δ_B＋M之较小值(mm)，对于拔制三通

。
M——补强圈厚度(mm)；

图5.4.11 等面积补强的有效范围

注：图中双点划线框内为可提供补强的范围。
    6 开孔边缘距主管焊缝宜大于主管管壁厚的5倍。
5.4.12 当输油管道采用弯头或弯管时，其所能承受的温度和内压力，应不低于相邻直管段所承受的温度和内压力。
5.4.13 冷弯管的任何部位不得出现明显褶皱、裂纹及其他机械损伤，弯管两端的圆度不得大于2％，其他部位不得大于2.5％。
5.4.14 地面管道的管架、支承件和锚固件的设计应符合下列规定：
    1 被支承的钢管不应产生过大的局部应力、轴向和侧向摩擦力；
    2 管道运行时可能发生振动处，可采用支柱或防振装置，但不应改变设计的管道约束形式；
    3 钢管上的支承件，可采用不与钢管焊接成一体的部件的管夹或“U”形管卡；
    4 当设计的管道是在其许用应力或接近其许用应力的情况下运行时，焊接在钢管上的连接件应是一个环抱整个钢管的单独的圆筒形加强件。加强件与钢管的焊接应采用连续焊。

条文说明

5.4.1 本条参照美国国家标准ASME B31.4-2012规定了输油管道壁厚的计算公式。需要强调的是公式(5.2.1-1)[σ]＝K·

·σs中的设计系数K取值已综合考虑了管道加工偏差等因素，管道壁厚设计选用值不应再额外考虑此因素。对于大口径管道，为节省管材，设计选用壁厚可不按5.3.2条钢管标准中的标准壁厚选用。
5.4.2、5.4.3 本条对弯管壁厚及其母管壁厚的计算方法进行了规定，其中以连接段直管管道计算壁厚为基础，按照现行行业标准《油气输送用钢制感应加热弯管》SY/T 5257对弯管的外壁内外弧侧的壁厚进行了规定，同时也对弯管母管壁厚进行了规定。
5.4.4 输油站间的输油压力是沿程递减的，为了减少钢材耗量、节约工程投资、可分段计算管壁厚度，但有反输流程时，同时也要核算反输时需要的管壁厚度。
5.4.5 本条参照美国国家标准ASME B31.4-2012和国内输油管道的建设经验，对钢制管件的制作作出了规定。
    为方便工程订货，规定冷弯管、热煨弯管宜采用与直管段相同的钢级材料制作。对于冷热弯管母管管型的规定是根据国内多年工程经验提出的。
5.4.6、5.4.7 这两条是参考了美国国家标准ASME B31.4-2012有关章节制定的。管道及管件的壁厚极限偏差计算中采取的设计系数已经考虑加工偏差因素，所以不再增加管壁的裕量。但有些小口径、低压力的管道，计算壁厚一般很小，从方便施工焊接和增加抵抗第三方破坏能力方面考虑，可额外增加部分壁厚裕量。
5.4.10 公称直径大于300mm的绝缘法兰制造和安装都比较困难，绝缘接头比绝缘法兰直径小，重量轻、抗弯刚度大、受弯后不易泄漏，且可以直接埋地，使用比较可靠。
5.4.11 本条是参考国家现行标准《压力容器》GB 150和美国国家标准ASME B31.4-2012制定的。
5.4.12 弯头或弯管是整个管道系统的一个组成部分，其所能承受的温度和压力，应同相邻直管一致，以保证管道系统的安全。
5.4.13 为了保证管道在运行期间的安全和顺利通过清管器及检测仪器，本条对冷弯管的质量提出了要求。
    通过国内管道局研究院做的一些实验和研究，对西一线1016mm和西二线1219mm管道的实际弯制来讲，波浪高能够控制在1.3mm之内；低钢级、小口径管道弯管弯制不容易出现褶皱，相对容易控制。结合国内实际弯制情况和国外相关标准要求，对于冷弯管褶皱，需要根据管道口径大小对波浪高和波浪间距提出相应要求。
5.4.14 管架和支承件的设计，应尽可能使管道处于有利的受力状态，使管道不产生过大的局部应力和过大的摩擦力，以不影响管道的自由伸缩，例如活动管架顶应能适应管道热变形的要求；管托要安置得当，应有足够的长度，不应妨碍管道的胀缩等。
    高压管道的振动程度虽然不很严重，但一旦因振动而引起破坏，后果比较严重，故对管道的振动应采取减振或防振措施。所采取的措施不得妨碍管道的胀缩。
    支承装置和管道上的各种附件，不论是焊在钢管上的还是不焊在管子上的，都应避免使管壁增加应力，对管壁应力较大的管道尤应如此。

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