长输管道在石油、天然气等能源输送过程中起着至关重要的作用,长输管道设计压力选取标准应根据最大上游系统设计条件进行设计,以实现本质安全的设计。 在由于经济考虑无法适应这些条件的地方,应提供高完整性压力保护(HIPPS)系统来防范超压。本文将介绍长输管道设计压力选取的基本原则和相关的技术标准。
1. 最大允许操作压力(MAOP)
最大允许操作压力(MAOP)是管道或管道段可以安全运行的最高压力。确定MAOP时需要综合考虑材料强度、壁厚、直径以及操作条件。MAOP的计算通常基于以下公式:文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/22828.html
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其中:文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/22828.html
- S 为材料的屈服强度或设计强度;
- t 为壁厚;
- F 为设计系数;
- D 为管道外径;
- E 为纵向接缝系数。
2. 设计系数(F)
设计系数是用于提供安全裕度的系数,其数值取决于管道所处的环境和人口密度。例如:文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/22828.html
- 一类区域(农村地区)通常具有较高的设计系数;
- 四类区域(人口密集的城市地区)则具有较低的设计系数。
3. 材料强度和壁厚
管道材料的强度(通常以屈服强度和抗拉强度表示)和壁厚是决定压力等级的关键因素。材料强度越高、壁厚越大,管道能够承受的压力就越高。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/22828.html
4. 温度
操作温度会影响材料性能,因此在设计压力计算中必须考虑温度因素。高温会降低材料的强度,必须进行相应的调整。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/22828.html
5. 腐蚀裕量
为了补偿管道使用寿命内可能的腐蚀损失,在壁厚设计中需要增加腐蚀裕量。这确保即使在腐蚀发生后,管道仍能承受设计压力。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/22828.html
6. 压力波动(冲击压力)
压力波动是由于流速变化(如泵启停、阀门关闭等)引起的瞬时压力变化。管道必须设计成能够承受这些临时的压力波动。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/22828.html
7. 规范和标准的遵循
管道设计必须符合相关的规范和标准,如:文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/22828.html
- 液体管道:ASME B31.4;
- 气体输送和分配管道系统:ASME B31.8;
- 线管规格:API 5L。
8. 水压试验压力
在投运前,管道通常要进行水压试验,即用水填充并加压至高于MAOP的水平,以检测是否有泄漏并确保结构完整性。试验压力通常为MAOP的1.25至1.5倍。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/22828.html
9. 疲劳和断裂力学
设计中必须考虑由于循环加载导致的疲劳以及裂纹扩展的可能性。这涉及到分析预期的压力循环次数,并确保材料和设计能够在无故障的情况下承受这些循环。
10. 环境和地震考虑
环境因素如土壤移动、地震活动和温度极端变化也必须考虑在内。例如,地震多发地区的管道可能需要额外的设计考虑,以承受地震载荷。
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