燃气管网燃气管网强度专家讲座

第六节燃气管网强度设计介绍一、管道强度设计二、储气罐强度三、管道校核燃气管网燃气管网强度专家讲座第1页一、管道强度设计—钢管σs—钢管最小屈服强度，MPaF—强度设计系数，按地域等级选取φ—焊缝系数t—温度折减系数，当温度小于120℃时取1δ—钢管计算厚度，cmP—设计压力MPaD—钢管外径，cm燃气管网燃气管网强度专家讲座第2页城镇燃气管道经过地域，应按建筑物密集程度，划分为四个地域等级，并依据地域等级作出对应管道设计。城镇燃气管道地域等级划分应符合以下要求：沿管道中心线两侧各200米范围内，任意划分1.6千米长并能包含最多供人居住独立建筑物数量地段，按划定地段内房屋建筑密集程度、划分为四个等级。在多单元住宅建筑物内，每个独立住宅单元按一个供人居住独立建筑物计算。强度设计系数燃气管网燃气管网强度专家讲座第3页一级地域：有12个或12个以下供人居住建筑物任一地域分级单元。二级地域：有12个以上，80个以下供人居住建筑物任一地域分级单元。三级地域：介于二级和四级之间中间地域。有80个和80个以上供人居住建筑物任一地域分级单元；或距人员聚集室外场所90m内铺设管线区域。四级地域：地上4层或4层以上建筑物普遍且占多数任一地域分级单元（不计地下室层数）。燃气管网燃气管网强度专家讲座第4页城镇燃气管道强度设计系数地域等级强度设计系数，F一级地域0.72二级地域0.60三级地域0.40四级地域0.30燃气管网燃气管网强度专家讲座第5页调压站内管道强度设计系数管道及管段地域等级一二三四强度设计系数有套管穿越Ⅲ、Ⅳ级公路管道0.720.60.40.3无套管穿越Ⅲ、Ⅳ级公路管道0.60.5有套管穿越Ⅰ、Ⅱ级公路、高速公路、铁路管道0.60.6门站、储配站、调压站内管道及其上、下游各200m管道，截断阀室0.50.5人员聚集场所管道0.40.3燃气管网燃气管网强度专家讲座第6页钢质燃气管道最小壁厚，mm钢管公称直径，mm最小公称壁厚，mmDN100~DN1504.0DN200~DN3004.8DN350~DN4505.2DN500~DN5506.4DN600~DN9007.1DN950~DN10008.7DN10509.5燃气管网燃气管网强度专家讲座第7页PE管依据PE管标准尺寸比SDR要求，燃气管网燃气管网强度专家讲座第8页我国《燃气输送用聚乙烯（PE管管材和管件设计、搬运和安装规范》GB15558.1-要求最大工作压力（MOP）按以下公式计算。燃气管网燃气管网强度专家讲座第9页式中MOP—最大工作压力，MPa；MRS—聚乙烯（PE）材料最小要求强度，MPa；SDR—标准尺寸比；C—总体实用设计系数（安全系数），是一个大于1数值；PE80PE100SDR11SDR17.6SDR11SDR17.6最大允许工作压力MPa0.5/0.40.30.70.4安全系数C3.2/4.03.22.93.0最大允许工作压力机对应安全系数燃气管网燃气管网强度专家讲座第10页不一样工作温度折减系数平均温度，℃203040折减系数1.01.11.3燃气管网燃气管网强度专家讲座第11页不一样气种最大工作压力燃气种类20℃下最大允许高压力MPa/安全系数CPE80PE100SDR11SDR17.6SDR11SDR17.6天然气0.50/3.20.30/3.20.70/2.90.40/3.0液化石油气混空气0.40/4.00.20/4.80.50/4.00.30/4.0气态0.20/8.00.10/9.60.30/6.70.20/6.0人工煤气干气0.40/4.00.20/4.80.50/4.00.30/4.0其它0.20/8.00.10/9.60.30/6.70.20/6.0燃气管网燃气管网强度专家讲座第12页二、储气罐强度设计1、卧式罐筒体强度设计2、球形罐及球形封头壁厚设计燃气管网燃气管网强度专家讲座第13页1、圆筒形储罐筒体壁厚计算S—筒体计算厚度，mm；P—设计压力，MPa，Di—筒体平均直径，mm；[σ]t—设计温度下许用应力，MPa；φ—焊缝系数c—腐蚀余量，mm。燃气管网燃气管网强度专家讲座第14页应力校核公式燃气管网燃气管网强度专家讲座第15页2、球形罐壳体及球形封头

壁厚计算公式燃气管网燃气管网强度专家讲座第16页应力校核公式燃气管网燃气管网强度专家讲座第17页壁厚余量壁厚余量也称腐蚀余量。靠经验确定，由下面三部分组成。C=C1+C2+C3C1—材料厚度允许负公差，普通小于1mm;燃气管网燃气管网强度专家讲座第18页C2—依据介质对材质腐蚀性能及使用寿命确定腐蚀余量，普通地上罐1mm,地下罐3mm；C3—材料冲压加工减薄量，取计算厚度10%，但小于4mm。燃气管网燃气管网强度专家讲座第19页三、管线稳定性、抗震校核1、管线径向稳定性校核2、管线轴向稳定性校核3、管线抗震稳定性校核燃气管网燃气管网强度专家讲座第20页1、管线径向稳定性校核埋地燃气管线径向稳定性应按无内压状态校核。Δx≤0.03DW＝W1+W2燃气管网燃气管网强度专家讲座第21页Δx－钢管水平方向最大变形量(m)；Dm－钢管平均直径(m)；W－作用在单位管长上总竖向荷载(N/m)；Z－钢管变形滞后系数，宜取1.5；K－基床系数，可取0.103；E－管材弹性模量(N/m2)；燃气管网燃气管网强度专家讲座第22页I－单位管长截面惯性矩(m4/m)；δn－钢管公称壁厚(m)；Es－土壤变形模量(N/m2)，采取现场实测数据，无实测数据可取2.8；W1－作用在单位管长上竖向永久荷载（埋地管道土层压力）(N/m)；W2－地面可变载荷传递到管道上荷载（车辆负荷）(N/m)。燃气管网燃气管网强度专家讲座第23页2、管线轴向稳定性校核

在埋地直管段中可产生因泊松效应应力、温度应力以及由内压产生轴向力引发轴向应力，必须进行当量应力校核，受约束埋地直管段轴向应力计算和当量应力校核按《输气管道工程设计规范》GB50251-中附录B公式计算。燃气管网燃气管网强度专家讲座第24页σL－管道轴向应力，拉应力为正，压应力为负（MPa）；μ－泊桑比，取0.3；σh－由内压产生管道环向应力（MPa）；P－管道设计内压力（MPa）；d－管子内径（cm）；δn－管子公称壁厚（cm）；燃气管网燃气管网强度专家讲座第25页E－钢材弹性模量（MPa）；α－钢材线膨胀系数（℃-1）；t1－管道下沟回填时温度（℃）；t2－管道工作温度（℃）；燃气管网燃气管网强度专家讲座第26页受约束热胀直管段，按最大剪应力强度理论计算当量应力，并应符合以下表示式要求。σe－当量应力（MPa）；σs－管子最低屈服强度（MPa）燃气管网燃气管网强度专家讲座第27页3、抗地震动稳定性校核对位于设计地震动峰值加速度大于或等于0.2g地域管道，应进行抗拉伸和抗压缩校核。地震波引发管道最大轴向应变εmax应与操作条件下荷载（内压、温差）引发轴向应变ε组合。燃气管网燃气管网强度专家讲座第28页当εmax+ε≤0时当εmax+ε>0时εmax+ε≤[εt]v由操作荷载（内压和温度）引发轴向应变燃气管网燃气管网强度专家讲座第29页εmax—地震波引发管道最大轴向拉、压应变。a—设计地震动峰值加速度，按《中国地震动参数区划图》GB18306选取。m/s2燃气管网燃气管网强度专家讲座第30页燃气管网燃气管网强度专家讲座第31页[εt]v—埋地管道抗震动轴向允许拉伸应变。管道材料允许拉伸应变拉伸强度极限，σbMPa允许拉伸应变[εt]vσb<5521.0%552≤σb<7930.9%793≤σb<8960.8%燃气管网燃气管网强度专家讲座第32页[εc]v—埋地管道抗震动轴向允许压缩应变δ—管道壁厚，m；D—管道外直径，m；燃气管网燃气管网强度专家讲座第33页思索题111、影响管道壁厚设计原因主要有

、

、

、

。2、燃气管道强度设计系数取决于

。3、储气罐强度设计包含

和

两方面。4、站内管道及穿越工程强度设计主要与

和

相关。5、燃气管道径向稳定性校核按

进行。燃气管网燃气管网强度专家讲座第34页管材与强度小结1、城镇燃气惯用管材有钢管、铸铁管、PE管2、管材选择应考虑：燃气压力、所用空间（室内外、架空、埋地），输送燃气类型、土壤腐蚀性；3、管线连接方式：钢管：焊接、螺纹连接、法兰连接，不一样连接方式所适用条件燃气管网燃气管网强度专家讲座第35页6、燃气管道轴向稳定性要考虑因