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口径三通的需求。大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法

阅读：151发布：2021-03-02

IPRDB可以提供口径三通的需求。大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法，大口径高强度三通管件壁厚的计算，公式如下：等径三通主管壁厚：t主≥tP/K1 异径三通主管壁厚：t主≥tP/K2 所述大口径高强度三通管件壁厚计算公式适用于通过热拔制成型的所有X70和X80级高钢级别的大口径热拔制三通管件的制作要求。本发明为用这种基于站场钢管的三通壁厚计算方法可回避繁冗复杂的三通面积补强计算分析工作，计算结果用于确定三通最小壁厚，实现管道系统钢管与三通的等强度联接，满足石油、天然气管道工程建设对高强度大，下面是口径三通的需求。大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法，其特征在于，大口径高强度三通壁厚的计算，公式如下：等径三通主管壁厚：t主≥tP/K1

异径三通主管壁厚：t主≥tP/K2

其中，

K1——等径三通成型过程中，支管端部壁厚相对于毛坯管壁厚的形变系数；

K2——异径三通成型过程中，支管端部壁厚相对于毛坯管壁厚的形变系数；

t主——主管壁厚(mm)；

tP——支管连接管壁厚(mm)，

P——设计压力(MPa)；

D——连接钢管外径(mm)；

σS——材料的最小屈服强度(MPa)；

φ——焊缝系数；

t——温度折减系数；

F——设计系数，根据设计条件选取；

K1范围取0.545～0.565，

K2范围取0.65～0.75。

2.根据权利要求1所述的大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法，其特征在于，所述大口径高强度三通壁厚计算公式，适用于通过热拔制成型的所有X80钢级大口径热拔制三通要求。

3.根据权利要求2所述的大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法，其特征在于，通过热拔制成型的大口径三通的力学性能满足X80钢级的要求。

4.根据权利要求1所述的大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法，其特征在于，还包括后续步骤，对通过理论计算得到的三通进行爆破试验研究，对于规格为Φ

1219×1219×1219，壁厚为48mm、50mm的X80钢级等径三通；规格为Φ1219×1219×1016，壁厚为44mm的X80钢级异径三通；规格为Φ1219×1219×914，壁厚为40mm和44mm的X80钢级异径三通；规格为Φ1219×1219×813，壁厚为40mm的X80钢级异径三通，进行爆破试验后实际爆破压力均大于40MPa。

说明书全文

大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法

技术领域

[0001] 本发明涉及输油气设备技术领域，尤其是涉及一种大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法。

背景技术

[0002] 长输油气管道工程建设中，为了满足分输、变向、计量等需要，站场、阀室及压气站等现场施工常常需要大量的弯头、三通等大口径管件产品。对于三通管件，由于其支管与主管根部独特的圆弧过渡结构，使得三通的结构强度强烈地依赖于支管与主管根部曲率半径R和肩部壁厚t，其开孔补强应力计算分析十分复杂，很难求得精确的方程解。尽管工程技术人员结合三通具体的制造工艺方法和特定的边界条件提出了多种补强计算公式，但就国内、外标准所推荐的热拔制三通的设计方法主要有两种：其一为验证试验法，该方法虽然较为可靠，但因实施成本很高而不被广泛使用；其二为面积补强计算方法，即A1+A2+A3≥AR，见图1。大量的工程实践表明：按照后者所确定的三通壁厚，其结果十分保守，不仅生产成本高，且技术难度因此大大增加，并且两种方法所确定的最终结果偏离较大，难以较好地满足管道工程建设对大口径高强度三通的设计要求。例如，某管线工程设计压力12MPa，材质为X80，规格为Φ1219mm×1219mm×1219mm和Φ1219mm×1219mm×900mm的三通，按照面积补强公式计算所需要三通最小壁厚达78mm和60mm，远超出现有三通生产技术水品，而按照实物验证试验方法所确定的最小壁厚仅有为48mm和40mm。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于设计一种大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法，解决上述问题。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0005] 一种大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法，大口径高强度三通壁厚的计算，公式如下：

[0006] 等径三通主管壁厚：t主≥tP/K1

[0007] 异径三通主管壁厚：t主≥tP/K2

[0008] 其中，

[0009] K1——等径三通成型过程中，支管端部壁厚相对于毛坯管壁厚的形变系数；

[0010] K2——异径三通成型过程中，支管端部壁厚相对于毛坯管壁厚的形变系数；

[0011] t主——主管壁厚(mm)；

[0012] tP——支管连接管壁厚(mm)，

[0013] P——设计压力(MPa)；

[0014] D——连接钢管外径(mm)；

[0015] σS——材料的最小屈服强度(MPa)；

[0016] φ——焊缝系数；

[0017] t——温度折减系数；

[0018] F——设计系数，根据设计条件选取。

[0019] 优选的，所述大口径高强度三通管件壁厚计算公式适用于通过热拔制成型的所有X70和X80级高钢级大口径热拔制三通管件的制作要求。

[0020] 优选的，通过热拔制成型的大口径三通管件的力学性能测试必须满足相关标准的要求。

[0021] 优选的，还包括后续步骤，对通过理论计算得到的三通管件进行爆破试验研究，验证满足油气输送管道建设要求。

[0022] 优选的，K范围取0.545～0.565。

[0023] 优选的，K2范围取0.65～0.75。

[0024] 本发明权利要求3中所谓的相关标准，为国家标准、行业标准及美国标准，行业设计人员对相关标准不言自明。

[0025] 本发明在完成大口径高强度油气输送管道用三通设计计算范例和三通验证试验结果分析的基础上，结合热拔制三通成型工艺特点，提出了一种基于站场管的三通最小壁厚计算分析方法。该方法以钢管与管件等强度匹配为准则，借助热拔制三通成型过程中金属流动量所能预期得到的支管壁厚形变系数，巧妙地化解了复杂的三通应力分析这一棘手的问题，为管道工程设计人员提供了一种便捷可行的设计计算方法。

[0026] 本发明涉及钢制对焊热拔制三通的结构设计，基于连接钢管尺寸，采用三通塑性成型主、支管壁厚相关系数，有效地解决了复杂的三通设计计算问题，适用于油气输送管道用高强度大口径三通的设计。

[0027] 本发明在站场钢管规格确定的前提下，提供一种与已知站场管相连接的高强度大口径三通壁厚的计算方法。利用该方法可方便地计算出大口径高强度三通的最小壁厚，这种计算方法所设计和生产的三通，其极限承载能力完全可实现长输管道站场钢管与三通的强度匹配设计要求。

[0028] 本发明技术方案的求证过程：

[0029] 1)计算方法理论依据：

[0030] 长输管道包括干线管道、站场、阀室及压气站等，其是一个封闭的系统，系统中各站场、阀室及压气站用站场钢管和三通管件等强度联接是管道设计的基本要求。即长输管道系统中，钢管与三通(主管、壳体及支管)应具有等同的承载能力。

[0031] 2)三通的结构强度主要由支管和主管过渡区的曲率半径R及其最小壁厚t决定。给定三通规格，增加三通壳体壁厚可有效地降低三通支管和主管过渡区的一次应力，并减小该区域应力集中系数。

[0032] 3)热拔制三通成型过程中，高温金属在三通模具内塑性流动、变形具有其自身规律性，主管壁厚(t主)基本与毛坯管相同(不考虑高温氧化损耗)，支管端部壁厚(t支)分等径三通和异径三通，各存在一确定的形变系数(塑性成型主支管壁厚相关系数)K1、K2，即三通主管壁厚与支管最小壁厚t支min成一定的比例关系。

[0033] 等径三通：t支min＝K1.t主

[0034] 异径三通：t支min＝K2.t主

[0035] 4)三通支管最小承载能力≥连接钢管最小承载能力

[0036] 管道承受内压状态下，流经三通和站场管内流体压力相同；三通支管端部的最小壁厚t支min与其连接管的壁厚tP关系式如下：

[0037] t支min≥tP

[0038] 等径三通：t主≥tP/K1

[0039] 异径三通：t主≥tP/K2

[0040] 由此可求出三通主管最小壁厚。

[0041] 上式中：

[0042] K1——等径三通成型过程中，支管端部壁厚相对于毛坯管壁厚的形变系数。根据经验K1一般取0.545～0.565；

[0043] K2——异径三通成型过程中，支管端部壁厚相对于毛坯管壁厚的形变系数。根据经验K2一般取0.65～0.75；

[0044] t主——主管壁厚(mm)；

[0045] t主min——主管最小壁厚(mm)；

[0046] tP——支管连接管壁厚(mm)，

[0047] P——设计压力(MPa)；

[0048] D——连接钢管外径(mm)；

[0049] σS——材料的最小屈服强度(MPa)；

[0050] φ——焊缝系数；

[0051] t——温度折减系数；

[0052] F——设计系数，根据设计条件选取(如三类地区选0.5，四类地区选0.4)。

[0053] 本发明的有益效果可以总结如下：

[0054] 1，本发明为用这种基于站场钢管的三通壁厚计算方法可回避繁冗复杂的三通面积补强计算分析工作，计算结果用于确定三通最小壁厚，实现管道系统钢管与三通的等强度联接。

[0055] 2，本发明能够满足石油、天然气管道工程建设对高强度大口径三通的需求。附图说明：

[0056] 图1三通面积补强计算示意图。

具体实施方式

[0057] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0058] 一种大口径高强度油气输送管道用热拔制三通壁厚计算方法，大口径高强度三通壁厚计算公式如下：

[0059] 等径三通主管壁厚：t主≥tP/K1

[0060] 异径三通主管壁厚：t主≥tP/K2

[0061] 其中，

[0062] K1——等径三通成型过程中，支管端部壁厚相对于毛坯管壁厚的形变系数，范围取0.545～0.565；

[0063] K2——异径三通成型过程中，支管端部壁厚相对于毛坯管壁厚的形变系数，范围取0.65～0.75；

[0064] t主——主管壁厚(mm)；

[0065] tP——支管连接管壁厚(mm)，

[0066] P——设计压力(MPa)；

[0067] D——连接钢管外径(mm)；

[0068] σS——材料的最小屈服强度(MPa)；

[0069] φ——焊缝系数；

[0070] t——温度折减系数；

[0071] F——设计系数，根据设计条件选取(如三类地区选0.5，四类地区选0.4)。

[0072] 更加优选的，还包括后续步骤，对通过理论计算得到的三通进行爆破试验研究，验证满足油气输送管道建设要求。并且所述大口径高强度三通壁厚计算公式适用于通过热拔制成型的所有X70和X80级高钢级及低强度级别的大口径热拔制三通的制作要求；通过热拔制成型的大口径三通的力学性能测试必须满足相关标准(为国标、行业标准及美标，行业设计人员对相关标准不言自明)的要求。

[0073] 实施例1：Ф1219mm×1219mm×1219mm设计压力12MPa，材质为X80三通，连接站场管壁厚为30.8mm设计压力12MPa，材质为X80，采用面积补强所确定三通最小壁厚为78㎜，采用本计算方法所确定三通最小壁厚为48～50㎜，且进行连接钢管三通验证试验结果，三通极限承载内压为43～46MPa。

[0074] 实施例2：Ф1219mm×1219mm×1016mm设计压力12MPa，材质为X80三通，连接站场管壁厚为26.2mm设计压力12MPa，材质为X80，采用面积补强所确定三通最小壁厚为64㎜，采用本计算方法所确定三通最小壁厚为44㎜，且进行连接钢管三通验证试验结果，三通极限承载内压为43.8MPa。

[0075] 实施例3：Ф1219mm×1219mm×813mm设计压力12MPa，材质为X80三通，连接站场管壁厚为26.2mm设计压力12MPa，材质为X80，采用面积补强所确定三通最小壁厚为52㎜，采用本计算方法所确定三通最小壁厚为40㎜，且进行连接钢管三通验证试验结果，三通极限承载内压为44.5MPa。

[0076] 表1重点管道工程用钢管的极限承载压力

[0077]

[0078] 表2某管道工程前期试制三通爆破试验结果统计

[0079]

[0080] 表3采用该计算方法试制三通爆破试验结果统计

[0081]

[0082] 表1为重点管道工程用钢管的极限承载压力。由表可知，管道工程用X70和X80输送钢管Ф1219mm的实际爆破压力为18.25～33.07MPa。表2为根据传统的面积补强公式进行大口径三通壁厚计算，以此壁厚所生产的某管道工程用三通试制件爆破试验结果统计值。表3为根据本发明计算给出的大口径三通壁厚，试制三通件爆破试验结果统计值。由上述表可知，据表3结果，Ф1219mm热拔制等径和异径三通管件的实际爆破压力均大于40MPa，远远大于与其相连的钢管的极限爆破压力，满足使用要求。

[0083] 以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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