天然气高压管道弯管壁厚减薄率的计算公式分析

林如生 罗仔源 潘达矿 胡剑峰 安鹏飞 罗成相（广东大鹏液化天然气有限公司， 广东 深圳 518118）

天然气高压管道弯管壁厚减薄率的计算公式分析

林如生 罗仔源 潘达矿 胡剑峰 安鹏飞 罗成相（广东大鹏液化天然气有限公司， 广东 深圳 518118）

本文从天然气高压管道弯管技术要求出发，对天然气高压管道弯管壁厚减薄率的计算公式进行了推导，并通过相应的计算分析，证明了公式的合理性和有效性。

天然气；高压管道；弯管；壁厚减薄率；计算公式

在经济发展带动下，天然气作为一种清洁、高效的能源，应用日益广泛，天然气管网的覆盖范围也越来越广。在天然气高压管道建设中，如果需要改变管道走向，通常采用的方法包括弹性敷设、现场冷弯弯管以及热煨弯管等。在管道弯管位置，其壁厚必然会有所减薄，为了保证管道强度，需要对减薄率进行计算。

1　天然气高压管道弯管技术要求

（1）冷弯弯管技术要求 由现行的《输气管道工程设计规范》（GB50251-2003），现场冷弯弯管的最小半径率半径如下表所示，在表中，D表示管道外径。

公称直径/ m m 最小曲率半径5 0 0 3 0 D 4 5 0 2 7 D 4 0 0 2 4 D 3 5 0 2 1 D≤3 0 0 1 8 D

（2）热煨弯管技术要求 同样由《输气管道工程设计规范》可知，弯管的曲率半径应该大于或者等于外直径的4倍，同时能够保证清管器或者检测设备的顺利通过。而行业标准SY/ T5257-2004中，对于管道弯管的定义为“用于在管道中改变介质流动方向，且弯曲的曲率半径不小于其母管外直径5倍的两端带直段的圆弧形管件”。因此，在实际生产中，热煨弯管的曲率半径应该不小于外直径的5倍。不仅如此，在现行国家标准《油气输送管道线路工程抗震设计规范》中，要求需要进行抗震设计的管道，应该尽可能不设置弯头，而采用弹性敷设的形式，而且管道曲率半径不能小于外直径的1000倍。如果切实需要设置热煨弯管，则其曲率半径不得小于外直径的6倍。因此，在对天然气高压管道进行设计时，应该参照最新的标准，确保弯管曲率半径至少为外直径的6倍。

2　弯管壁厚减薄率计算模型

在对天然气高压管道进行弯制时，管道弯曲段受力变形，会产生相应的变化。在管道弯制过程中，内侧管壁受压变形，由原本的直线形变为圆弧形，管壁会由于压缩变短，而适当增厚；外侧管壁受拉，同样由原本的直线形变为圆弧形，管理拉伸边长，会由一定程度的减薄，从而导致管壁强度的下降。而为了保证天然气管道的运行安全，要求管壁在减薄后仍具备一定的厚度，而且减薄应该均匀。因此，需要对管道弯曲后的壁厚减薄率进行计算和限定。从目前来看，在天然气行业标准中，仅仅只有SY/ T5257-2004《油气输送用钢制弯管》中，规定了热煨弯管的最大壁厚减薄率应小于或者等于9%，存在着很大的局限性。本文对天然气高压管道弯管壁厚减薄率的计算公式进行了推导。

由质量守恒定律，在天然气高压管道弯制过程中，有

公式：φ为弯曲角度（rad）；r为曲率半径（mm）；D为管道外直径（mm）；δ1为管道弯曲后，外侧管壁厚度（mm）；δ0为管道弯曲前管壁厚度（mm）。

3　弯管壁厚减薄率计算和分析

（1）冷弯弯管壁厚减薄率计算分析 当冷弯弯管曲率半径为外直径的18倍时，经计算，可知壁厚减薄率为2.7%。而在目前我国现行的高压管道工程技术标准中，并没有对冷弯弯管的壁厚减薄率进行明确规定，仅仅在川气东送工程的技术规格书中，规定冷弯弯管的壁厚减薄率应该在3%以下，计算结果能够符合相关要求。

（2）热煨弯管壁厚减薄率计算分析 由弯管技术要求可知，热煨弯管曲率半径存在有两个标准，这里对其进行分别计算分析。①若热煨弯管曲率半径为管道外直径的5倍，则结合相关公式，可以计算出管道壁厚减薄率为9%，与SY/T5257-2004行业标准中，热煨弯管壁厚最大减薄率不大于9%的要求相一致，同时也与当前国内许多高压管道工程热煨弯管技术规格书中要求的壁厚减薄率一致。②若热煨弯管曲率半径为管道外直径的6倍，则结合相关公式，可以计算出管道壁厚减薄率为7.7%，与川气东送工程中，相关技术规格书中规定的热煨弯管壁厚减薄率不大于8%的要求相一致。

4　结语

经相应的计算分析，本文所推导出的天然气高压管道弯管壁厚减薄率计算公式具有良好的可靠性，能够更加方便的对弯管壁厚减薄率进行确定，而且计算结果与相关行业规范已完工天然气高压管道工程技术规格书的要求相一致。对于天然气高压管的生产厂家而言，在对管道进行生产时，应该严格依照相关计算结果，对弯管的质量进行控制，切实保证管道的强度和耐久性，保证天然气管道的运行安全。

［1］刘志仁，陶春辉.天然气高压管道弯管壁厚减薄率的确定［J］.煤气与热力，2011，31（4）：4-5.

［2］周春，时荣剑，汪宜文.天然气高压管道弯管壁厚的计算［J］.煤气与热力，2011，31（4）：26-28.

［3］赵舒宇.油气管道弯头减薄率计算方法的价值比较［J］.价值工程，2012，（36）：112-113.