2.2.6 開孔補強計算

??? 在以上物理量的基礎上，設支管去除腐蝕裕量后的支管厚度(有效壁厚)為δ_eb。支管去除腐蝕裕量最后的支管內徑為d′_i，主管有效厚度為δ_er，有效補強寬度為w，則δ_eb=δ_nb-C₂，d′_i=d_o-2δ_eb，δ_er=δ_nr=C₂，w=d′_i。在有效補強區內，主管承受內壓所需設計壁厚外的多余厚度形成的面積A₁=d′_i(δ_er-δ_r)；支管承受內壓所需最小壁厚外的多余厚度形成的截面積A₂=2H(δ_eb-δ_b)；其他可提供的補強面積A₃=2R(δ_o-δ_b)，如前所述用支管直管段的有效厚度δ_eb代替δ_o進行A₃的計算。主管開孔削弱所需要補強的面積A_R=δ_rd′_i。在補強范圍內可提供的補強面積A_E=A₁+A₂+A₃，開孔補強條件為A_E≥A_R。根據參考文獻[5]與參考文獻[6]中的論述、開孔補強面積示意圖及具體設計參數的確定，繪制了如圖1所示的開孔補強面積示意圖。從圖1中可以看出：用支管直管段的有效厚度甌代替甌后，對于該拔制高壓匯氣管面積A₃是A₂在R高度內的重復。

??? 設滿足強度要求的名義厚度為δ′_n，既滿足強度要求又滿足拔制工藝及補強要求的名義厚度(即最終確定的名義厚度)為δ_n，去除腐蝕裕量后的有效厚度為δ_e。根據以上論述進行計算，得出鋼管的壁厚參數如表1所示，支管拔制與開孔補強的主要參數如表2所示。

如前所述，在有效補強區域之外，接管的名義厚度可以取，為了方便與法蘭頸或外部管道對焊，需要對支管端部進行削邊處理，形成與外部連接的焊接坡口，削邊后的最小厚度不得小于強度要求的名義厚度。氣出口的端部坡口如圖2所示。氣進口的端部坡口如圖3所示。

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??? 壓力檢測口的孔徑很小，無法進行拔制，所以采用鍛制加厚接管與主管筒體焊接。

1) 高壓拔制匯氣管采用的強度計算公式與GB150規定的普通壓力容器強度計算公式不同，前者的計算厚度比后者大，與SW6相比，其直管段壁厚的計算公式更加保守，安全系數更高。

2) 支管最大拔出壁厚、圓弧過渡區曲率半徑、支管拔出高度、有效補強高度以及短節的長度都有相應規定及要求，設計時須嚴格遵照相關標準規定，仔細考慮它們的取值，確保匯氣管設計的安全可靠。

3) 主管、支管的名義厚度都是通過在一定范圍內(大于)假定一壁厚，計算并觀察結果是否滿足要求，在不斷的假定與調整中確定一個最佳值，可以利用計算機善于進行重復性計算的特點，編制相應的計算程序，優化設計過程，減少設計工作強度，縮短設計周期。

致謝：在項目的設計階段得到劉海寧工程師的耐心指導，在此表示衷心感謝。

[1] 張有渝，饒威，劉俊.開口模壓拔制高壓匯氣管的設計與制造[J].天然氣與石油，2007，25(6)：42-43.

[2] 姜放，饒威.酸性環境中壓力容器用鋼及腐蝕防護新發展[J].天然氣工業，1999，19(1)：94-97.

[3] 劉俊，馬東方.大長徑比匯氣管采用雙鞍座的安全可靠性分析[J].天然氣與石油，2007，25(2)：84-85.

[4] The American Society of Mechanical Engineers.ASMEB31～Gas transmission and distribution piping systems[S]，New York：[s.n.]，2007.

[5] 油氣田及管道建設設計專業標準化委員會.GB 50251—2003輸氣管道工程設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[6] 國家經濟貿易委員會.SY/T 0518 2002油氣管道鋼制對焊管件設計規程[S].北京：石油工業出版社，2002.

[7] 國家發展和改革委員會.SY/T 0609—2006優質鋼制對焊管件規范[S].北京：石油工業出版社，2006.