氫氣與天然氣長輸管道線路設(shè)計asme標準對比分析

1、氫氣 與天然氣長輸管道線路設(shè)計 A S M E標準對 比分析 蔣慶梅 。 張小強 ( 中國石油天然氣管道工程有限公司 ， 河北 廊坊 0 6 5 0 0 0 )摘 要： 對 A S M EB 3 1 ． 1 2 —2 0 1 4與 A S M EB 3 1 ． 8 —2 0 1 4關(guān)于埋地長輸管道 線路設(shè)計部分 中管材選 擇 、 管道設(shè)計、 管道焊接及無損檢測、 管道試壓 、 管道閥室、 埋深、 間距等方面進行 了對比分析， 得 出：與

2、天然氣長輸管道設(shè)計相比， 氫氣長輸管道用鋼管選材存在一定限制條件， 其直管段鋼管設(shè)計公式中考慮了材料性能系數(shù)的影響， 熱煨彎管設(shè)計方法不同， 強度試壓介質(zhì)及試壓壓力值存在差別 ， 在 鋼管焊前預(yù)熱及焊后熱處理 、 埋地管道最 小覆土厚度 、 與地下其他管道和建構(gòu)筑物間距及穿越公 ( 鐵) 路套管要求等方面要求更嚴格。氫氣與天然氣長輸管道對冷彎彎管、 環(huán)焊縫無損檢測、 閥室設(shè)置以及嚴密性試壓 的相關(guān)要求是一致的。所 以， 應(yīng)用現(xiàn)有天然氣管

3、 網(wǎng)設(shè)施輸送氫氣及天 然氣管道轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃夤艿罆r需要進行全面分析、 論證 ， 確保管道安全可靠。關(guān)鍵詞： 氫氣； 天然氣； 長輸管道 ； 線路設(shè)計 ； 對比分析 中圖分類號 ： T H 4 9 ； T E 8 3 2 ； T一 6 5 1文獻標 志碼 ： B文章編號 ： 1 0 0 1 — 4 8 3 7 ( 2 0 1 5 ) 0 8 — 0 0 4 4— 0 6d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ．

4、 1 0 0 1 — 4 8 3 7 ． 2 0 1 5 ． 0 8 ． 0 0 8Co n t r a s t i v eAn a l y s i so fAS M E S t a n d a r d sf o rRo u t eDe s i g no fHy d r o g e na n dNa t u r a lGa sLo n g - d i s t a n c eTr a n s p 0 r t a t i O nPi p

5、e l i n eJ I AN G Qi n g—me i ， Z HAN GX i a o—q i a n g( C h i n aP e t r o l e u mP i p e l i n eE n g i n e e r i n gC o r p o r a t i o n ， L a n g f a n g0 6 5 0 0 0 ， C h i n a )Ab s t r a c t ： Co n t r a s t swe

6、 r ema d ea b o u tp i p ema t e r i a ls e l e c t i o n， p i p e l i n ed e s i g n， p i p e l i n ew e l d i n ga n dn o n d e —s t r u c t i v et e s t i n g ， p r e s s u r et e s t ， v a l v e s ， c o v e r ， c l e

7、 a r a n c e ， a n dc a s i n gr e q u i r e me n t sf o rb u r i e dl o n g — d i s t a n c et r a n s p o r t a t i o np i p e l i n ei nAS MEB 3 1 ． 1 2 —- 2 O 1 4a n dAS MEB 3 1 ． 8 —_ 2 0 1 4． a n dc o n c l u s i o

8、 n sa r ea sf o l -l o ws ： c o mp a r e dw i t ht h ed e s i g no fg a st r a n s mi s s i o np i p e l i n e ， p i p ema t e r i a ls e l e c t i o no fh y d r o g e nt r a n s mi s 。s i o np i p e l i n eh a sc e r t

9、a i nc o n s t r a i n t s ， ma t e r ia lp e r f o r ma n c ef a c t o ri sc o n s i d e r e di nt h es t r a i g h tp i p ed e s i g nf o r m u l a ， h o tb e n d sd e s i g nme t h o da n dp r e s s u r et e s tme d i

10、 u m a n dr e q u i r e me n t sa r ed i f f e r e n t ． T h er e q u i r e —me n t sf orp r e h e a t i n ga n dp o s tw e l dh e a tt r e a t me n t ， c o v e r ， c l e a r a n c eb e t we e np i p e l i n e sa n do t

11、 h e ru n d e r —g r o u n ds t r u c t u r e s ， a n dc a s i n gu n d e rr a i l r o a d s ， h i g h wa y s ， r o a d so rs t r e e t s ， e t c ． a r es t r i c t e rt h a nt h a tf org a st r a n s mi s s i o np i p e

12、 l i n e ． T h er e q u i r e me n t sf o rc o l db e n d s ， n o n d e s t r u c t i v et e s t i n g ， v a l v e sa n dl e a kt e s ta r ec o n s i s t e n tw i t ht h a tf o rg a st r a n s mi s s i o np i p e l i n e

13、 ． I no r d e rt oe n s u r et h es a f e t ya n dr e l i a b i l i t yo fp i p e ， ac o mp r e h e n s i v ea n a l y s i sn e e dt ob ed o n ewh e nu s i n gt h ee x i s t i n gn a t u r a lg a sp i p e l i n ei n f r

14、a s t r u c t u r ef orh y —d r o g e nt r a n s p o r ta n dc o n v e r t i n gn a t u r a lg a sp i p e l i n e si n t oh y d r o g e np i p e l i n e s ．K e ywo r d s ： h y d r o g e n； n a t u r a lg a s ； l o n g —

15、d i s t a n c et r a n s p o r t a t i o np i p e l i n e ； p i p e l i n er o u t ed e s i g n； c o n t r a s t i v ea n a l y s i s． 4 4 ．氫氣與天然氣長輸管道線路設(shè)計標準對 比分析 V o 1 ． 3 2N o ． 82 0 1 5級等都會影響其失效概率 ， 所以 A S M EB 3 1 ．

16、1 2 — 2 0 1 4中限定了 A P IS P E C5 L中幾種可用類型 ， 并 指明禁止使用爐焊管 ， 具體如表 2 所示。表 2A S M EB 3 1 ． 1 2 —2 0 l 4中規(guī)定的可用鋼管 標準 鋼級 鋼管類型 A電阻焊管 、 雙縫埋弧焊管 電阻焊管 、 無縫鋼管 、 雙縫 埋弧焊管 B( 規(guī)定的最小屈服強度 2 4 1MP a )電阻焊管 、 無縫鋼管 、 雙縫 埋弧焊管 X 4 2( 規(guī)定的最小屈服強度

17、 2 9 0MP a )電阻焊管 、 無縫鋼 管 、 雙縫埋弧焊管 X 5 2( 規(guī)定 的最小屈服強度 3 5 9M P a )X 5 6電阻焊管 、 無縫 鋼管 、 雙縫埋弧焊管 A P IS P E C( 規(guī)定 的最小屈服強度 3 8 6M P a )5L—_ 2 o o 7電阻焊 管 、 無縫鋼管 、 雙縫埋弧焊管 X 6 0( 規(guī)定 的最小屈服強度 4 1 4M P a )電阻焊 管 、 無縫鋼管 、 雙縫埋弧焊管 X6

18、5( 規(guī)定 的最小屈服強度 4 4 8MP a ) ①電阻焊管 、 無縫鋼管 、 雙縫埋弧焊管 X 7 0( 規(guī)定 的最小屈服強度 4 8 3MP a ) ①電阻焊管 、 無縫鋼管 、 雙縫埋弧 焊管 X 8 0( 規(guī)定 的最小屈服強度 5 5 2M P a ) ①注 ： ①最大操作 壓力 ( M O P ) 不 能超過1 0 ． 3M P a 。除非有其他說明 ， 所有材料 的最大操作壓力( M O P ) 不能超 過 2 0 ．

19、 7M P a ； 鋼管含 N i 量大 于 0 ． 5 ％ ( 質(zhì)量分數(shù) ) 時 ， 不 允許使用 ；采用基 于管 材性 能設(shè)計 方法 時 ， 鋼 管含 P 量 不能 超過 0 ． 0 1 5 ％( 質(zhì)量分數(shù) ) 。通過以上對 比可以發(fā)現(xiàn) ， 氫氣長輸 管道用鋼 管在合金元素、 鋼級、 管型 、 操作壓力方面與天然 氣管道相比存在一定限制范圍。這主要是因為合 金元素如 C ， M n ， S ， P ， C r 等會增強低合 金鋼的氫

20、 脆敏感性 ； 同時 ， 氫氣壓力越高 、 材料的強度越高 ，氫脆和氫致開裂現(xiàn)象就越明顯 ， 因此 ， 在實際工程 中， 氫氣 長輸管道用鋼管優(yōu)先選擇低鋼級鋼管。． 4 6 ．A S M EB 3 1 ． 1 2 _2 0 1 4中推 薦采 用 A P IS P E C5 LP S L2 級 X 4 2 ， X 5 2鋼管 ， 同時規(guī)定必須考慮氫脆、低溫性能轉(zhuǎn)變 、 超低溫性能轉(zhuǎn)變等問題 。所 以在 應(yīng)用現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)設(shè)施輸送氫氣及天然

21、氣管道 轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃夤艿罆r需要重點考慮 。2 管道設(shè)計 由 于 氫 氣 會 引 起 管 道 的 氫 致 失 效 ， 所 以A S M EB 3 1 ． 1 2 -2 0 1 4 與 A S M EB 3 1 ． 8 —2 0 1 4中鋼 管設(shè)計公式不同 ， A S M EB 3 1 ． 1 2 _ - 2 0 l 4中鋼管壁 厚設(shè)計公式 比 A S M EB 3 1 ． 8 _2 0 1 4增加一項“ 材 料性能系數(shù)” 。材料性能系數(shù)指氫

22、氣對碳鋼管道 機械性能的不利影響 。增加材料性能系數(shù)后 ，鋼管計算壁厚值會相對增大 ， 設(shè)計壓力會相對降 低 ， 這樣更有利 于保 障氫氣長輸 管道安全。針對 不同鋼管類型 ， 兩個標 準中設(shè)計公式涉及到 的縱 向焊縫系數(shù) E 、 設(shè)計系數(shù) F取值也稍有區(qū)別 ， 目的也是為了增加氫氣管道 的安全性 ， 在實際計算 中需要特別注意 。2 ． 1直管段鋼管設(shè)計公式 A S M EB 3 1 ． 1 2 - _ 2 0 1 4中， 鋼制輸氣管

23、線系統(tǒng) 的設(shè)計壓力或一定設(shè)計壓力下的公稱壁厚應(yīng)按下 式計算 J ：， ，+P =- ~ 。 。 - F ET H i( 1 )上 ， 式 中 P ——設(shè)計壓力 ， M P aJ s ——規(guī)定 的最小屈服強度， M P a 。幾種常 用鋼管規(guī)定的最小屈服強度 已在表 2中列 出 ￡ ——公稱壁厚 ， m mD ——鋼管的公稱外徑 ， m mF ——設(shè)計 系數(shù) ， 按照斷裂 控制和止 裂 的不同方法 ， 按照表 3取值 ， 考慮了壁 厚負公