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          管道知識小百科

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          什么是油氣管道的強度和應力

          來源:《管道保護》2021年第5期 作者:熊健 時間:2021-10-15 閱讀:

          1  強度

          變形:材料(鋼管)的變形分為彈性變形(外力撤銷可以恢復原來形狀)和塑性變形(外力撤銷不能恢復原來形狀,形狀發生變化)兩種。

          強度:材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強度(MPa)。

          屈服強度與抗拉強度:材料在外力作用下,發生彈性形變,當外力繼續增大到一定數值后,會進入塑性形變。彈性形變和塑性形變之間的臨界點強度就是屈服強度。材料受拉斷裂前的最大應力值稱為抗拉強度(強度極限)。屈服強度是抵抗起始變形的能力,抗拉強度是抵抗最大變形的能力。世界各國廣泛采用標準規定的管材最小屈服強度值進行管道強度計算。

          大口徑、高壓力管道通過采用高強度鋼,可降低管道壁厚和管道自重,制造和焊接過程更加容易,管道敷設費用也得以降低。

          屈強比:屈服強度與抗拉強度的比值就是屈強比,屈強比越小鋼管在屈服后到最后斷裂前的形變容量越大。從管道安全性考慮,鋼管的屈強比應盡量小。

          鋼級:鋼級以拉伸屈服強度的最小值表示。

          美標API SPEC 5L―2018《管線鋼管規范》規定的鋼級有A25、A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70和X80。

          GB/T 9711―2017 《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》采用與API SPEC 5L相似的鋼級表示法,以“L”代替“X”,屈服強度換算為法定計量單位兆帕(MPa)。例如西氣東輸一線采用X70(L485)鋼級管道,管材的最小屈服強度是485 MPa。

          2  應力

          應力:物體(鋼管)由于外因(受力、濕度和溫度變化等)而變形時,在物體內各部分之間產生相互作用的內力,以抵抗這種外因的作用,并試圖使物體從變形后的狀況恢復到變形前的狀況。

          環向應力:為了幫助理解,我們假設10個小朋友手拉著手圍成一個圓圈(模擬管道),這個圓圈內有一股力量由里向外推小朋友試圖沖出圓圈(模擬內壓),為保持圓圈的完整,小朋友通過使勁拽住左右小朋友的手抵抗這股力量的力,就是環向應力(見下圖)。環向應力等于管徑乘以壓力除以2倍的壁厚。根據現行規范,管道強度計算公式僅考慮管道環向應力。




          許用應力:許用應力值用以判斷管道安全性。它通常與材料的最小屈服強度和管道的焊接系數、設計系數有關。管道的工作壓力不允許超過許用應力。

           (中國石油天然氣管道工程有限公司完整性所熊健供稿)


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