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管径的选择 管道输送中,管径的变化对压力降或输量的影响大。确定合理的管径是管道设计优化的主要指标之一。管径的选择一般是将输油(气)站和管道的建设费、操作费、维修费、折旧费,以及利润率和偿还期等因素,表示为管径的函数;计算各项费用之和对管径的一阶导数求出综合费用的小值,从而确定合理的管径值。合理的管径随输油、气管道建站的费用上升而增大,所以加大管径以减少中间加压站数,可节约投资。管径与输量的0.25~0.4次方成正比,并随流体性质及不同时期或地区各项费用的不同而变化。近年来,管道消耗的动力和燃料费用上涨,管道直径在选择方面出现增大的趋势,油管和气管道目前大直径分别达到1220毫米和1420毫米。
管壁厚度的确定 管道钢管的壁厚 (d)通常根据管道运行的内压力(p)所引起的环向应力来确定,可按下式计算:式中D为管道直径;嗘为焊缝系数;【σ】为许用应力;C为壁厚裕量(包括腐蚀裕量和管材负公差等)。不同钢号和不同直径的管子存在壁厚的小值,以保证其刚度。对受外载作用的大直径管、薄壁管、海洋管道和水下穿越管道还应进行稳定性校核。为了节省投资,长距离管道根据沿线压力变化,可分段选取不同钢号和不同壁厚的管子。海洋管道和水下穿越管道,由于存在着承受外压力和要求增加管重,以及不易维修等问题,所以管壁厚度须大于相同直径和内压的陆上管道。
目前应用的管道钢管主要有螺旋缝钢管、直缝钢管和无缝钢管三种。螺旋缝钢管是由成卷的带钢在制管机上连续卷制焊接而成的,其纵向焊缝为螺旋形。这种制管工艺适用于制造薄壁钢管。直缝钢管主要用“UO”法制造,即将单张钢板在液压机上先冲压,使钢板的横截面成“U”字形,再经冲压成“O”字形,然后经焊接、胀圆成管,其纵向焊缝是一条直线。无缝钢管一般由铸锭或实心棒材先行穿孔,再经扩孔或拉拔而成;也可用挤压法,即在一步工序中直接由铸锭或实心棒材制成。无缝钢管一般用于较小口径高压管道,如输送成品油、液化石油气和乙烯等的管道。钢管的强度等级通常按美国石油学会 (API)标准划分,并按管材的屈服极限标注为X60、X70等。 X后面的数字表示管材规定的低屈服极限,单位为千磅每平方英寸。这个管材标准是管道工程通用的标准。1926年美国石油学会发布API-5L标准,其中包括一般碳素钢管。1947年发布API-5LX标准,其中包括X42、X46、X52三种管材。1964年发布API-5LS标准,将螺旋缝钢管标准化。1967~1970年四年中,API-5LS和API-5LX两项标准中,增加了管道建设所常用的X56、X60和X65等管材。
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