城市燃气管道设计方法比较

第4 6卷第 1 期 2 0 0 9年 2月 化工设备与管道 P R O C E S S E Q U I P ME N T& P I P I N G Vo 1 46 No 1 Fe b 2 00 9 管 道 与管 件 城 市燃气管道设计方法 比较 舒安庆 ， 刘小丽， 吴开斌， 魏化中 ( 武汉工程大学机电工程学 院 ， 武汉4 3 0 0 7 3 ) 摘要： 与长输燃气管道相比， 城市燃气管网具有 自己的特点， 这需要在建设城市管网的过程中采用不同的设计方 法。对概率性设计方法、 极限压力设计方法、 应变极限状态设计方法三种城市管道设计方法进行讨论， 并针对每种 方法如何进行计算进行 介绍。 关键词： 城市燃气管道； 概率性设计方法； 极限压力设计方法； 应变极限状态设计方法 中图分类号 ： T Q 0 5 5 8 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 9 3 2 8 1 ( 2 0 0 9 ) 0 1 - 0 0 4 2 -0 3 Co mpa r i s o n o f De s i g n M e t h o ds f o r To wn Ga s Pi p i ng S HU An qi ng，LI U Xi a o- l i ， W U Ka i - bi n， W EI Hu a z h on g ( C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ，Wu h a n U n i v e r s i t y of E n g i n e e r i n g ，Wu h a n 4 3 0 0 7 3 ，C h i n a ) Abs t r a c t： Co mpa r e d wi t h l o n g t r a ns p o r t a t i o n g a s p i p e l i n e，t h e p i p i ng ne t f o r t o wn g a s ha s i t s o wn f e a t u r e s，S O t h a t ，i t i s n e c e s s a r y t o u s e d i f f e r e n t d e s i g n me t h o d I n t h i s a rt i c l e ，t h r e e d e s i g n me t h o d s for t o w n g a s p i p i n g n e t ，t h a t a r e p r o b a b i l i t y me t h o d，l i mi t p r e s s u r e me t h o d a n d s t r a i n l i mi t me t h o d，w e r e d i s c u s s e d，a n d t h e a p p l i c a t i o n o f e a c h me t h o d i n t h e c a l c u l a t i o n wa s a l s o i n t r o d u c e d Ke y wo r d s ：t o wn g a s p i p e l i n e；p r o b a b i l i t y d e s i g n me t h o d；l i mi t p r e s s u r e d e s i g n me t h o d； s t r a i n l i mi t d e s i g n me t h o d 与长输燃气管道 相比， 城市燃气管网具有 自己 的特点， 表现为 ： ( 1 )城市燃气管道为天然气管道 的终端， 压力 低， 径厚比大 ， 容易变形； ( 2 )城市燃气管道纵横交错 ， 由于用户的需要 ， 接头和阀门较多 ， 容易在这些地方出现泄漏事故 ； ( 3 )城市燃气管道一般为埋地管线 ， 但 由于安 装方便往往埋地浅， 有些就在城市主干道的附近 ， 受 地表车辆载荷 、 建筑物沉陷的影响大 ； ( 4 )为 了保证安全、 可靠连续地向用户供气 ， 主 要采用地面储罐和地下储气库进行调峰供气 ， 短期 调峰(日调峰和周调峰) 则利用管道末端及 地下管 束储气来实现。 鉴于 以上特点 ， 城市燃气管道的设计方法与长 输管道略有不同， 常用 的方法包括 。 ： 概率性设计 方法 ； 极限压力设计方法 ； 应变极限状态设计方法。 1 概率性设计方法 采用概率性设计方法的理由： ( 1 )工程问题 的出现往往具有随机性。 ( 2 )为 了达到预期 的设计效果 ， 需要考虑各种 变化因素的统计特性 。 ( 3 )系统中各个部分的可靠性必须保持一致 。 从可靠性工程的角度来讲 ， 设计 中纳入了可靠性指 标 ， 提高了安全性水平。 概率性 的设计方法中， 基本设计准则是规定设 计寿命下的 目标安全性水平 ， 通常用 “ 失效概率” 或 “ 最小可靠度” 表示。在这种设计方法 中， 要考虑两 方面的问题 ， 一是推导或假设随机变量 的概率分布， 提出功能函数 ， 进行可靠性分析 ； 二是给定 目标安全 性水平 ， 并用可以接受 的判据检验。 例如 ， 用特征载荷 F和特征阻力 尺表示的功能 函数为 ： g ( )=FR ( 1 ) 失效概率计算式为 ： P =P( g ( )1 5 ) ( 5 ) C h r i s t o p h e r l 5 根据 Mi s e s屈服准则推导出应用 于薄壁管道的极限压力公式 ： 蒜 可to (6 ) 式中P 管道极限压力 ， MP a ； 管道钢最大拉伸强度 ， MP a ； 管径 比率 ， k= R 。 R j ； ； 管道内半径 ， m m； R 管道外半径 ， mm； t o 管道原始壁厚 ， mm； n 应变强化指数。 ( 2 )对纵 向穿透裂纹 ， 由 F o l i a s给出的预测公 式 ： P R 1 ，、 st o l+ 1 0 5 p 。 。 式 中 R a 平 均 直 径 ， R ： 毒 里 ； f 1 ： 1 一 ( 8 ) Pc Ra “ l T f + 黧l J(9) I 荽 (9 3 应变极 限状态设计 方法 足 ： = 0 8 5 ( t _ 0 o 1 ) ( 1 + Or s ) ( 10 ) 较为精确 ， 当 D t 0 0 0 2 ) ( 1 3 ) =0 0 1 6 N ( s 0 0 0 2 ) ( 1 4 ) 式中 循环次数 。 随着我国城市管道建设 的发展， 城市管线安全是 关乎国计民生的大事， 对城市管道设计方法选取应更 加慎重， 合适的管道设计方法能提高管道的安全系数， 延长管道的使用寿命， 保障人民的生命财产和安全。 参 考 文 献 帅健 油气管道可靠性 的极 限状 态设计方法 J 石油规划设 计 ， 2 0 0 2， 1 3 ( 1 ) ： 1 8 -2 1 李红克 ， 张彦华 天然气管道极 限压力有限元模拟研究 J 油 气储运 ， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 8 ) ： 1 9 2 3 黄志潜 X 8 0管线钢 在高压 大流量输 气管道 上的应用 与发展 前景 J 焊管， 2 0 0 5 ， 2 8 ( 2 ) ： 1 1 0 A S ME， B o i l e r a n d p r e s s u r e v e s s e l s c o d e S Ch r i s t o p h e r T， Ra ma S a r ma B S V， e t a 1 A c o mp a r a t i v e s t u d y o n f a i l u r e p r e s s u r e e s t i m a t i o n s o f u n fl a w e d c y l i n d r i c a l v e s s e l s J I n - t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f P r e s s u r e Ve s s e l s a n d P i p i n g ， 2 0 0 2， 7 9： 5 3 6 6 F o l i a s E S O n t h e f r a c t u r e o f n u c l e a r r e a t o r t u b e s R S m i R T 1 1I Lo n d o n， 1 9 7 5， P a p e r C 4 5 Yu e J a e Ki m， D o J u n S h i m， e t a 1 P l a s t i c l i mi t p r e s s u r e s f o r c r a c k e d p i p e s u s i n g f in i t e e l e m e n t l i m i t a n a l y s i s J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f P r e s s u r e Ve s s e l s a n d P i p i n g ， 2 0 0 2， 7 9： 3 2 1 - 3 3 0 DN V- OS F 1 0 1 ， S u b m a r i n e P i p e l i n e S y s t e m s ( 2 0 0 0 ) s AB S Gu i d e f o r B u i l d i n g a n d Cl a s s i n g S u b s e a P i p e l i n e S y s t e ms a n d R e s e r s ， Am e r i c a n B u r e a u o f S h i p p i n g ( 2 0 0 1 ) s ( 上接 第 l 6页) 梁支承要均匀对称于罐底中心线 。格栅梁支承在设 计上要满足 A S I C 钢结构许用应力设计手册的要 求 ， 以保证罐底板不被破坏 。 大型微 内压金属双壁罐 的设计要考虑 的因素 有 ： 重力载荷 、 风和地震载 荷。为了防止储罐 的滑 移 、 扭曲变形或格栅支承的倾覆 ， 在邻近的钢格栅之 间增加横向支承。为了防止由于风、 地震载荷引起储 罐的上升、 倾覆， 设置地脚螺栓是必要的。为 了避免 储罐底部 、 格栅支承免除大气 、 泥土的腐蚀 ， 在设备罐 底外表面及格栅支承处要涂刷防腐漆进行保护。 5双壁罐的安装及检验 大型微内压金属双壁罐的安装难度和工艺较一 般油罐要复杂得多 ， 这类储罐一般采用正装法施工。 正装法， 即先安装外罐( 外罐底板、 外罐壁板) ， 其次安装顶盖 ， 然后再安装 内罐 。 金属双壁 罐 的检 验要求 内罐 、 外罐 分别进 行 检验 ： ( 1 )向内罐充水， 进行盛水试验 。在空罐 、 1 4 、 1 2 、 3 4液位高 和盛满水时分别进行基础 沉降测 量 ， 并做好记录； ( 2 )内罐盛 水试 漏合 格后 ， 将 外罐 开 口大 门 ( 为方便焊接 、 检验预留的) 复位 ， 进行焊接 ， 经检验 合格后 ， 可进行外罐气密试验 ( 按需要) ； ( 3 )到规定试验压力后 ， 用肥皂水检查无泄漏、 无变形 、 无异常声音为合格。 6 结束语 近年来 ， 国外对金属双壁罐的使用