压力管道管道厚度计算

压力管道管径和壁厚的选择论述摘要：压力管道的运行安全问题备受关注，特别是石油化工行业的压力管道，不仅作业环境复杂多变，而且易燃易爆、有毒有害介质较多，故必须对其管径和壁厚进行慎重选择和规范设计，来确保压力管道的安全运行。

对此，本文结合压力管道设计内涵，并就其管径和壁厚的选择方法进行了重点论述。

关键词：压力管道设计管径壁厚众所周知，压力管道涉及的介质多具有较强的毒害性、爆炸性和环境破坏性，一旦发生事故极易造成难以弥补的人员伤亡、经济损失和环境污染等，近年来这样的事故也在频频发生，故强化压力管道的规范化设计就具有更重要和深远的意义。

其中管径和壁厚的大小对介质流速、管路安全运行、费用成本等都有着重要影响，选择合理的管径和壁厚就尤为关键，下面就其选择方法加以论述。

一、压力管道设计内涵压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。

国家在相应的监督规程中以设计压力、温度、输送介质的腐蚀性、毒性和火灾危险程度等为依据，将压力管道分为GA类（长输管道）、GB类（公用管道）、GC类（工业管道）、GD类（动力管道）[1]。

虽然管径的大小会影响介质的输送效果，壁厚的大小会影响介质的输送安全，但这并不意味着管径越大、管壁越厚就越好，而应将两者视为设计的基础和关键，予以综合分析和科学计算，以此来确保其取值切实合理，有助于提高压力管道的安全性、可靠性与经济性。

二、压力管道管径和壁厚的选择1.压力管道的管径选择一般情况下，若流体的输送能力一定，管径越大，介质流动速度越小，管路压力降也会随之减小，此时虽降低了压缩机、泵等动力设备的运行费用，但会大大增加管路建设费用，所以从安全和经济的角度出发，形成了一套简单而有效的方法用于计算管道内径，即di=18.8[qm/υ]1/2，其中di-管道内径（mm）、qm-介质体积流量（m3/h）、υ-介质平均流速（m/s），可见管径的选择是以预定介质流速为前提的[2]。

根据GB/T20801.3-2006《压力管道规范-工业管道 》第3部分：设计和计算
直管的内压设计
直管的内压设计
t——计算厚度
直管的内压设计
当t＜D/6时。

直管的计算厚度t按下列公式
计算厚度表格：使用填写P、D、S、φ、Y
P设计压力（MPa）D管道外径（mm）S{[δ]t(MPa)}φY计算厚度t（mm) 421913710.4 3.16017316
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#DIV/0!
#DIV/0! GB/T8163的20#钢的-19--100℃度下的许用应力为137MPa
焊接系数：1或0.85
材料壁厚的最终厚度=t+C1+C2 得出的数值查材料厚度 圆整。

C1:材料厚度负偏差：
C:设计的腐蚀余量 一年腐蚀余量约0.1 不小于1mm (1.5-3mm )
不锈钢无腐蚀余量
最终厚度=t+C1+C2 得出的数值查材料厚度 圆整。

最终选取厚度不能低于GB50028-2006规定的管道最小厚度。

1、计算依据
《压力管道规范 工业管道 第2部分：材料》GB/T20801.2-2006 《压力管道规范 工业管道 第3部分：设计与计算》GB/T20801.3-2006 2、计算公式
()
t 2pD
S pY =
Φ+
3、计算过程
3.1 先假设管道名义壁厚小于16mm ，计算壁厚小于外径的六分之一 3.2 本管道采用输送流体用无缝钢管（GB/T8163-2008），设计温度为70℃，则上述计算公式中的输入数据和计算结果如下：
3.3本管道介质为二甲苯，腐蚀性较小，按每年腐蚀0.1mm ，设计年限15年计算，腐蚀余量取1.5mm ，管道制造负偏差按流体输送用无缝钢管标准（GB/T8163-2008）取12.5%,则有：
DN200管道设计厚度td=1.75+1.5=3.25mm
DN200管道包含负偏差的厚度tm=3.25/（1-0.125）=3.71mm
DN200管道选取的名义壁厚T=8mm
DN150管道设计厚度td=1.27+1.5=2.77mm
DN150管道包含负偏差的厚度tm=2.77/（1-0.125）=3.17mm
DN150管道选取的名义壁厚T=7mm
3.4验算
3.4.1DN200管道的采用壁厚为8mm，小于16mm，计算壁厚1.75mm 小于外径的六分之一，计算前的假设成立，计算结果有效。

3.4.2DN150管道的采用壁厚为7mm，小于16mm，计算壁厚1.27mm 小于外径的六分之一，计算前的假设成立，计算结果有效。

DATA SHEET OF STRENGTH工程名称：项目号：版次：设计单位：项目负责：设计：校核：审核：工业及热力管道壁厚计算书1直管壁厚校核1.1计算公式：根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）6.2中规定，当直管计算厚度t s 小于管子外径D o 的1/6时，承受内压直管的计算厚度不应小于式（1）计算的值。

设计厚度t sd 应按式（2）计算。

[]()PYE PD t j tos +=σ2 （1）C t t s sd += （2）21C C C += （3）式中 s t —直管计算厚度（mm ）；P —设计压力（MPa ）； o D —管子外径（mm ）；[]t σ—在设计温度下材料的许用应力（MPa ）；j E —焊接接头系数；sd t —直管设计厚度（mm ）；C —厚度附加量之和（mm ）； 1C —厚度减薄附加量（mm ） 2C —腐蚀或腐蚀附加量（mm ）Y —计算系数设计压力P：P=2σt/（D-2tY）Y=0.4--0Cr18Ni9式中设计温度为常温，一般取50℃，[]tσ根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）附录A金属管道材料的许用应力表A.0.1进行选取，故20#为130MPa，0Cr18Ni9为128.375 MPa。

E取值是根据《压力管道规范-工业管道第2部分：材料》j（GB/T20801.2-2006）表A.3，故20#和0Cr18Ni9的取值都为1。

Y根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）表6.2.1进行选取，故20#和0Cr18Ni9的取值都为0.4。

1.2常用低压管道计算厚度1.3常用高压管道计算厚度1.4厚度附加量(1).C1厚度减薄附加量（mm），取钢管允许厚度负偏差。

根据《流体输送用不锈钢无缝钢管》（GB/T14976-2002）规定：热轧（挤、扩）钢管壁厚＜15mm时，普通级允许厚度负偏差（12.5%δ）高级允许厚度负偏差（12.5%δ）；热轧（挤、扩）钢管壁厚≥15mm时，普通级允许厚度负偏差（15%δ）高级允许厚度负偏差（12.5%δ）；冷拔（轧）钢管壁厚≤3mm时，普通级允许厚度负偏差（14%δ）高级允许厚度负偏差（10%δ）；冷拔（轧）钢管壁厚＞3mm时，普通级允许厚度负偏差（10%δ）高级允许厚度负偏差（10%δ）。

强度计算书工程名称：XXXXXXXXXX 项目号：XXXX版次：0设计单位：XXXXXXXXXX项目负责：设计：校核：审核：工业及热力管道壁厚计算书1直管壁厚校核1.1计算公式：根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）（2008年版）6.2中规定，当直管计算厚度t s 小于管子外径D o 的1/6时，承受内压直管的计算厚度不应小于式（1）计算的值。

设计厚度t sd 应按式（2）计算。

[]()PYE PD t j tos +=σ2 （1）C t t s sd += （2）21C C C += （3）式中 s t —直管计算厚度（mm ）；P —设计压力（MPa ）； o D —管子外径（mm ）；[]t σ—在设计温度下材料的许用应力（MPa ）；j E —焊接接头系数；sd t —直管设计厚度（mm ）；C —厚度附加量之和（mm ）； 1C —厚度减薄附加量（mm ） 2C —腐蚀或腐蚀附加量（mm ）Y—计算系数式中设计温度为常温，一般取100℃，[]tσ根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）（2008年版）附录A金属管道材料的许用应力表A.0.1进行选取，故20#为130MPa，S30408为137MPa。

E取值是根据《压力管道规范-工业管道第2部分：材料》j（GB/T20801.2-2006）表A.3，故20#和S30408的取值都为1。

Y根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）（2008年版）表6.2.1进行选取，故20#和S30408的取值都为0.4。

1.2管道计算厚度1.3厚度附加量(1).C1厚度减薄附加量（mm），取钢管允许厚度负偏差。

根据《流体输送用不锈钢无缝钢管》（GB/T14976-2012）规定：热轧（挤、扩）钢管壁厚＜15mm时，普通级允许厚度负偏差（12.5%δ）高级允许厚度负偏差（12.5%δ）；热轧（挤、扩）钢管壁厚≥15mm时，普通级允许厚度负偏差（15%δ）高级允许厚度负偏差（12.5%δ）；冷拔（轧）钢管壁厚≤3mm时，普通级允许厚度负偏差（14%δ）高级允许厚度负偏差（10%δ）；冷拔（轧）钢管壁厚＞3mm时，普通级允许厚度负偏差（10%δ）高级允许厚度负偏差（10%δ）。

支管：φ219×6
判断是否可以使用焊接支管
支管材料
支管许用应力MPa
支管厚度减薄附加量C1t mm
支管厚度附加量Ct mm
支管焊接接头系数Ej
支管轴线与主管轴线的夹角α1°
补强板材料与主管材料的许用应力比fr
非圆形开孔长直径d1mm
支管计算厚度tt mm
开孔补强所需的面积A mm 2
补强区有效宽度B mm
主管外侧法向补强的有效高度h1mm
主管多余金属面积A1mm 2
支管多余金属面积A2mm 2
焊缝金属面积A3mm 2
除补强圈以外的多余金属面积A1+A2+A3mm 2
判断是否使用补强圈补强
补强板的外径Dr mm
补强板名义厚度tr mm
补强板的材料
补强板许用应力MPa
补强板厚度减薄附加量C1r mm
补强圈金属面积A4mm 2
总的多余金属面积A1+A2+A3+A4mm 2
3147.880.51.821937.7624.75380.03162.361218560.39计算条件
2587.49Q235B 1200.50.9需要使用补强圈444Q235B 合格可以使用焊接支管208.81417.62120补强计算结论
0.8901开孔补强计算。

强度计算书工程名称：XXXXXXXXXX 项目号：XXXX版次：0设计单位：XXXXXXXXXX项目负责：设计：校核：审核：工业及热力管道壁厚计算书1直管壁厚校核1.1计算公式：根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）（2008年版）6.2中规定，当直管计算厚度t s 小于管子外径D o 的1/6时，承受内压直管的计算厚度不应小于式（1）计算的值。

设计厚度t sd 应按式（2）计算。

[]()PYE PD t j tos +=σ2 （1）C t t s sd += （2）21C C C += （3）式中 s t —直管计算厚度（mm ）；P —设计压力（MPa ）； o D —管子外径（mm ）；[]t σ—在设计温度下材料的许用应力（MPa ）；j E —焊接接头系数；sd t —直管设计厚度（mm ）；C —厚度附加量之和（mm ）； 1C —厚度减薄附加量（mm ） 2C —腐蚀或腐蚀附加量（mm ）Y—计算系数式中设计温度为常温，一般取100℃，[]tσ根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）（2008年版）附录A金属管道材料的许用应力表A.0.1进行选取，故20#为130MPa，S30408为137MPa。

E取值是根据《压力管道规范-工业管道第2部分：材料》j（GB/T20801.2-2006）表A.3，故20#和S30408的取值都为1。

Y根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）（2008年版）表6.2.1进行选取，故20#和S30408的取值都为0.4。

1.2管道计算厚度1.3厚度附加量(1).C1厚度减薄附加量（mm），取钢管允许厚度负偏差。

根据《流体输送用不锈钢无缝钢管》（GB/T14976-2012）规定：热轧（挤、扩）钢管壁厚＜15mm时，普通级允许厚度负偏差（12.5%δ）高级允许厚度负偏差（12.5%δ）；热轧（挤、扩）钢管壁厚≥15mm时，普通级允许厚度负偏差（15%δ）高级允许厚度负偏差（12.5%δ）；冷拔（轧）钢管壁厚≤3mm时，普通级允许厚度负偏差（14%δ）高级允许厚度负偏差（10%δ）；冷拔（轧）钢管壁厚＞3mm时，普通级允许厚度负偏差（10%δ）高级允许厚度负偏差（10%δ）。

长输管道压力试验封头型式及厚度的确定符号说明δ——计算厚度，mm；——计算压力，MPa；等于设计压力与压力试验管段液位高差静压力之和；PcD——封头内直径，mm；i[σ]t——设计温度下材料的许用应力，MPa；φ——焊接接头系数，采用整板料取1；α——圆锥半顶角，（°）；压力试验是管道施工涉及人身和财产安全的关键工序，在管道设计规范、施工规范中均未对管道压力试验的封头型式、材质与厚度作出相应的规定，施工单位一般根据经验和材料的实际情况确定，存在着较大的安全风险。

但压力管道（最大直径φ1219mm，最高设计压力10MPa）与压力容器（最大直径超过φ5000mm，最高设计压力大于100MPa）同属承压类特种设备，把管道等同于筒体很长的压力容器，管道压力试验与压力容器的压力试验就是完全相同的，因此，用压力容器的方法确定长输管道试压封头是满足管道要求的。

管道压力试验的封头型式、材质与厚度可以根据压力容器的基本要求和计算方法确定。

1 封头型式的确定压力容器用封头根据几何形状的不同，一般分为球形封头、椭圆封头、碟形封头、锥形封头、平盖等。

以峰值应力和截面突变情况为依据，优先选用球形封头，其它封头依次次之，平盖的受力状况最差，截面突变最大。

1.1球形封头球形封头截面形状为半球形，球形封头没有相应的专业制造标准，到目前为止，一般按照GB150进行设计计算，参照JB/T4746制造，根据需要，封头直边可有可无，供需双方协商确定。

由于截面突变最小，其受力状况最好，在同等条件下所需的金属厚度最小，其厚度计算公式为：δ=PcDi4[σ]tφ-Pc但由于封头深度较大，加工难度相对较大，且考虑到与管道（筒体）等厚度焊接的因素，从经济适用出发，球形封头一般用于压力较高的场合才能体现其受力状况佳、用料厚度较小的优势。

建议设计压力≥8.0MPa的管道采用球形封头作为试压封头。

1.2椭圆封头（本文指标准椭圆封头）椭圆封头截面形状为半椭圆形，按GB150进行设计计算，按JB/T4746制造加工。

1、光面管抗外压稳定判断
管壁厚度δ16mm
管径D2300mm
管道倾角α20
内水压力H0.5Mpa
钢材弹性模量Es206000N/mm2
钢材屈服点δs315N/mm2
临界外压Pcr0.138699104N/mm2
大气压P0.1
安全系数K≥2不设加劲环 1.386991041
2、有加劲环明管外压稳定计算
加劲环间距l3000mm
泊松比μ0.3
最小临界压力波数n5 4.940临界外压Pcr 1.71N/mm2
安全系数K≥217.14
3、加劲环抗外压稳定及应力分析
截面惯性矩I R2933821.78
加劲环有效截面重心处半径R1168.9
假定加劲环高度h100mm
假定加劲环厚度h8mm
加劲环两侧变形主管长度L′105.804mm
假定重心轴离管壁内侧距离18.9mm
上S1面积776.8
中S2面积23.2
下S3面积3513.739128
上S1面积形心离重心轴距离y148.55
中S2面积形心离重心轴距离y2 1.45
下S3面积形心离重心轴距离y310.9
S1*Y1-S2*Y2-S3*Y3=0-619.7564906
加劲环有效截面面积A R4313.739128
P CR10.378415462
取二者小值P CR20.393863138
安全系数K≥2 3.938631377
4、加劲环横截面压应力
计算截面上轴向压力N R345000N
径向均布外压力标准值P0K0.1N/mm2
受压构件稳定系数。