压力管道强度校计算表

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）。

压力管道的强度计算1．承受内压管子的强度分析按照应力分类，管道承受压力载荷产生的应力，属于一次薄膜应力。

该应力超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。

承受内压的管子，管壁上任一点的应力状态可以用3个互相垂直的主应力来表示，它们是：沿管壁圆周切线方向的环向应力σθ，平行于管道轴线方向的轴向应力σz，沿管壁直径方向的径向应力σr，如图2．1，设P为管内介质压力，D n为管子内径，S为管子壁厚。

则3个主应力的平均应力表达式为管壁上的3个主应力服从下列关系式：σθ＞σz＞σr根据最大剪应力强度理论，材料的破坏由最大剪应力引起，当量应力为最大主应力与最小主应力之差，故强度条件为σe=σθ-σr≤[σ]将管壁的应力表达式代入上式，可得理论壁厚公式图2．1 承受内压管壁的应力状态工程上，管子尺寸多由外径D w表示，因此又得昂一个理论壁厚公式2．管子壁厚计算承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确定时为按管子内径确定时为式中：S l——管子理论壁厚，mm；P——管子的设计压力，MPa；D w——管子外径，mm；D n——管子内径，mm；φ——焊缝系数；[σ]t——管子材料在设计温度下的基本许用应力，MPa。

管子理论壁厚，仅是按照强度条件确定的承受内压所需的最小管子壁厚。

它只考虑了内压这个基本载荷，而没有考虑管子由于制造工艺等方面造成其强度削弱的因素，因此它只反映管道正常部位强度没有削弱时的情况。

作为工程上使用的管道壁厚计算公式，还需考虑强度削弱因素。

因此，工程上采用的管子壁厚计算公式为S j=S l+C (2-3)式中：S j——管子计算壁厚，mm；C——管子壁厚附加值，mm。

(1)焊缝系数(φ)焊缝系数φ，是考虑了确定基本许用应力安全系数时未能考虑到的因素。

焊缝系数与管子的结构、焊接工艺、焊缝的检验方法等有关。

根据我国管子制造的现实情况，焊缝系数按下列规定选取：[1]对无缝钢管，φ=1．0；对单面焊接的螺旋线钢管，φ=0．6；对于纵缝焊接钢管，参照《钢制压力容器》的有关标准选取：①双面焊的全焊透对接焊缝：100％无损检测φ=1．0；局部无损检测φ=0．S5。

压力管道的强度计算1．承受内压管子的强度分析按照应力分类，管道承受压力载荷产生的应力，属于一次薄膜应力。

该应力超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。

承受内压的管子，管壁上任一点的应力状态可以用3个互相垂直的主应力来表示，它们是：沿管壁圆周切线方向的环向应力σθ，平行于管道轴线方向的轴向应力σz，沿管壁直径方向的径向应力σr，如图2．1，设P为管内介质压力，D n为管子内径，S为管子壁厚。

则3个主应力的平均应力表达式为管壁上的3个主应力服从下列关系式：σθ＞σz＞σr根据最大剪应力强度理论，材料的破坏由最大剪应力引起，当量应力为最大主应力与最小主应力之差，故强度条件为σe=σθ-σr≤[σ]将管壁的应力表达式代入上式，可得理论壁厚公式图2．1 承受内压管壁的应力状态工程上，管子尺寸多由外径D w表示，因此又得昂一个理论壁厚公式2．管子壁厚计算承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确定时为按管子内径确定时为式中：S l——管子理论壁厚，mm；P——管子的设计压力，MPa；D w——管子外径，mm；D n——管子内径，mm；φ——焊缝系数；[σ]t——管子材料在设计温度下的基本许用应力，MPa。

管子理论壁厚，仅是按照强度条件确定的承受内压所需的最小管子壁厚。

它只考虑了内压这个基本载荷，而没有考虑管子由于制造工艺等方面造成其强度削弱的因素，因此它只反映管道正常部位强度没有削弱时的情况。

作为工程上使用的管道壁厚计算公式，还需考虑强度削弱因素。

因此，工程上采用的管子壁厚计算公式为S j=S l+C (2-3)式中：S j——管子计算壁厚，mm；C——管子壁厚附加值，mm。

(1)焊缝系数(φ)焊缝系数φ，是考虑了确定基本许用应力安全系数时未能考虑到的因素。

焊缝系数与管子的结构、焊接工艺、焊缝的检验方法等有关。

根据我国管子制造的现实情况，焊缝系数按下列规定选取：[1]对无缝钢管，φ=1．0；对单面焊接的螺旋线钢管，φ=0．6；对于纵缝焊接钢管，参照《钢制压力容器》的有关标准选取：①双面焊的全焊透对接焊缝：100％无损检测φ=1．0；局部无损检测φ=0．S5。

压力管道的强度计算1．承受内压管子的强度分析按照应力分类，管道承受压力载荷产生的应力，属于一次薄膜应力。

该应力超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。

承受内压的管子，管壁上任一点的应力状态可以用3个互相垂直的主应力来表示，它们是：沿管壁圆周切线方向的环向应力σθ，平行于管道轴线方向的轴向应力σz，沿管壁直径方向的径向应力σr，如图2．1，设P为管内介质压力，D n为管子内径，S为管子壁厚。

则3个主应力的平均应力表达式为管壁上的3个主应力服从下列关系式：σθ＞σz＞σr根据最大剪应力强度理论，材料的破坏由最大剪应力引起，当量应力为最大主应力与最小主应力之差，故强度条件为σe=σθ-σr≤[σ]将管壁的应力表达式代入上式，可得理论壁厚公式图2．1 承受内压管壁的应力状态工程上，管子尺寸多由外径D w表示，因此又得昂一个理论壁厚公式2．管子壁厚计算承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确定时为按管子内径确定时为式中：S l——管子理论壁厚，mm；P——管子的设计压力，MPa；D w——管子外径，mm；D n——管子内径，mm；φ——焊缝系数；[σ]t——管子材料在设计温度下的基本许用应力，MPa。

管子理论壁厚，仅是按照强度条件确定的承受内压所需的最小管子壁厚。

它只考虑了内压这个基本载荷，而没有考虑管子由于制造工艺等方面造成其强度削弱的因素，因此它只反映管道正常部位强度没有削弱时的情况。

作为工程上使用的管道壁厚计算公式，还需考虑强度削弱因素。

因此，工程上采用的管子壁厚计算公式为S j=S l+C (2-3)式中：S j——管子计算壁厚，mm；C——管子壁厚附加值，mm。

(1)焊缝系数(φ)焊缝系数φ，是考虑了确定基本许用应力安全系数时未能考虑到的因素。

焊缝系数与管子的结构、焊接工艺、焊缝的检验方法等有关。

根据我国管子制造的现实情况，焊缝系数按下列规定选取：[1]对无缝钢管，φ=1．0；对单面焊接的螺旋线钢管，φ=0．6；对于纵缝焊接钢管，参照《钢制压力容器》的有关标准选取：①双面焊的全焊透对接焊缝：100％无损检测φ=1．0；局部无损检测φ=0．S5。

压力管道检验计算案例54、某公司管道规格为Φ89×6.5mm，材料20＃，最大工作压力为1.8MPa，工作温度：常温，工作介质：放空气体。

管道等级为GC2，实际使用时间为11年，本次为首次全面检验，测厚时发现管道存在局部减薄，实测最小壁厚为5.4mm，减薄区域环向长度实测最大值为50mm。

该管道本次检验时未发现其他缺陷，材料未出现性能劣化；该管道结构符合设计规范且不承受疲劳载荷。

问该管道如何定级？第四十七条管子的局部减薄，安全状况等级的确定方法如下：(一)若局部减薄在制造或验收规范所允许的范围内，则不影响定级。

(二)局部减薄超过制造或验收规范所允许的范围时，如果同时满足以下条件，则按照表3或表4定级；否则安全状况等级定为4级。

1．管道结构符合设计规范或管道的应力分析结果满足有关规范；2．在实际工况下，材料韧性良好，并且未出现材料性能劣化及劣化趋向；3．局部减薄及其附近无其它表面缺陷或埋藏缺陷；4．局部减薄处剩余壁厚大于2mm；5．管道不承受疲劳载荷。

表3 GC2或GC3管道所允许的局部减薄深度的最大值(mm)注：D为缺陷附近管道外径实测最大值，mm，以下同；t为缺陷附近壁厚的实测最小值减去至下一检验周期的腐蚀量的2倍，mm，以下同；B为缺陷环向长度实测最大值，mm；P为管道最大工作压力，MPa，以下同；P L0管道极限内压，P L0=(2/√3)σs In[(D/2)/(D/2-t)]，以下同；σs为管道材料的屈服强度，MPa，以下同；C为至下一检验周期局部减薄深度扩展量的估计值，mm，以下同。

表4 GC1级管道所允许的局部减薄深度的最大值（mm）答：根据《在用工业管道定期检验规程》第四十七条，该管道存在局部减薄， 已知：P=1.8MPa ，B=50mm ，D=89mm ，MPa 245s =σ（1）18.0)8950/(3.14D)/(=⨯=πB ＜0.25，（B 为缺陷环向长度实测最大值，50mm ） （2）.2932)2/(2/ln 32P L0 =-=t D D s σ（3）计算C 、t 值减薄量为Δ=6.5-5.4=1.1mm (原始厚度-实测最小壁厚)年腐蚀速率为：1.1mm/11年=0.1mm/年如按运行3年计算，则：C=0.1mm ／年×3年=0.3mmt=5.4-2C=5.4-2*0.3=4.8mm（4）计算允许的局部减薄深度的最大值GC2管道定2级所允许的局部减薄深度的最大值为：0.33t-C=0.33*4.8-0.3=1.28mm因减薄量为Δ=1.1mm <1.28mm （小于该管道定2级运行3年所允许的局部减薄深度最大值1.28mm ）。

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》（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》（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-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》（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）。

压力管道强度理论及校核实际工程中，很少有管子仅承受单一的拉压、剪切、扭转或弯曲载荷，而多是两种或多种载荷同时作用，这样就使得应力的求解变得复杂起来。

与简单的拉压、剪切、扭转和弯曲相比，它的难点主要是表现在以下两个方面：其一是管子中各点的应力求解困难。

此时因涉及的未知变量较多，建立的相应静力平衡方程、物理方程和几何方程较多，求解这些方程的计算工作十分浩繁;其二是管子中的各点可能同时承受三个方向的主应力和六个面上的剪应力，这些应力对材料的强度都将产生影响。

此时如何建立与许多应力有关的强度校核公式是十分棘手的，它既不能象简单变形形式那样用单一的强度指标进行判断，又不能对各个应力分别施以判断，这样做也是不现实的。

下面就针对上述两个问题的解决方法进行介绍。

(一)复杂应力状态下的应力求解对于几何形状比较规则的管子，无论它受力多么复杂，都可以按前面所介绍的步骤和方法进行求解。

即首先从管子中取一微元，然后根据受力情况、几何形状、边界条件等分别建立其静力平衡方程、物理方程和几何方程，然后联解方程。

复杂应力状态下的静力平衡方程、物理方程和几何方程型式如下：1、静力平衡方程：ΣFx=0; ΣFy=0; ΣFz=0ΣMx=0; Σmy=o; ΣMz=02、物理方程：3、几何方程：很显然，对于空间几何形状、受力和边界条件复杂的管道系统，要想对每个管道元件建立并求解上面的联合方程确实不是一件容易的事。

但随着电子计算机的应用，这样的计算就不再是难事了。

事实上，目前计算机已广泛应用于这类问题的计算。

对于形状不规则的管道元件，尤其是管道元件局部形状不规则时(如三通分支的根部、对焊法兰颈部弯曲过渡处等)，有时很难通过其平衡方程、物理方程和几何方程求出能满足边界条件的方程解，也就是说其应力将无法通过方程进行求解，此时往往作出一些假设，或根据试验找出一些修正系数来简化计算，从而求出一些工程上尚可使用的近似解。

值得一提的是，随着有限元技术的发展，它在求解复杂情况下的应力分析计算中得到了应用。