CN115994420A - 一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法，包括以下步骤：S1、按仪表导管外径D_o确定仪表导管的最小壁厚T_m；S2、按所述最小壁厚T_m确定仪表导管的计算壁厚T_c；S3、按所述计算壁厚T_c确定弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w；S4、按所述计算壁厚T_w确定仪表导管的取用壁厚T。本发明通过仪表导管外径D_o与最小壁厚T_m之间的比值来确定修正系数Y的值。本发明的计算方法可以解决现有仪表导管设计中针对厚壁管的壁厚计算问题，既解决了仪表导管设计中针对厚壁管的壁厚计算不确定性的问题，又通过实例可知采用该方法计算出来的结果完全能满足行业规范的要求，节约了大量的时间和精力，提高了整体的安全性和可靠性减少了计算过程中的不确定性。

Description

一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法

技术领域

本发明涉及到超超临界机组的高参数条件下热工仪表导管的设计选型，具体涉及一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法。

技术背景

超超临界机组的高参数对热工仪表导管提出了更高的要求，热工仪表导管及阀门的选用一般是查询DL5182行业标准中的选型表格，标准中未涉及到的参数或材质则采用机务专业的计算方法进行计算选型，但是机务专业的计算方法主要适用于大管道和流动介质，并多为薄壁管，对于小尺寸的多为厚壁管的仪表管来说并不一定合适，从而导致热控的仪表导管设计的不确定性。

以往仪表导管的内径一般是根据运行的经验来进行选择的，仪表导管的内径越小，所需要的材料就越少，但是内径如果过小，测量的延迟度会比较大，并且这样的仪表导管比较容易堵塞，反之，如果仪表导管的内径比较大，所需要的材料相对的会多一些，测量的延迟度也会小，而且也比较不容易堵塞。而对于超超临界机组的的仪表导管规格选择则没有太多经验可循，需经计算之后得出相关的数据。

目前国内设计标准中却缺少高参数仪表导管设计选型的相关规定，使仪表导管选型时缺少必要的设计依据，主要针对工艺管道的，主要是薄壁管，即仪表导管外径D_o与内径D_i的比值小于1.7，没有针对厚壁管的，即仪表导管外径D_o与内径D_i的比值大于1.7。另外，仪表导管材料种类繁多，材料的使用环境及工艺介质参数要求各不相同，以及新材料的出现和广泛应用也给设计者带来很大的困惑，尤其是超超临界及以上机组的主蒸汽和主给水等介质的仪表导管壁厚的选择更是因为其介质参数高，管径及壁厚选择的不确定性，给机组安全运行带来一定的风险。

因此有必要提出一种新的仪表导管壁厚计算方法来解决现有仪表导管设计中针对厚壁管的壁厚计算不确定性的问题。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法来解决现有仪表导管设计中针对厚壁管的壁厚计算不确定性的问题。

本发明提出了一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法，其包括以下步骤：

S1、按仪表导管外径D_o确定仪表导管的最小壁厚T_m；

S2、按所述最小壁厚T_m确定仪表导管的计算壁厚T_c；

S3、按所述计算壁厚T_c确定弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w；

S4、按所述计算壁厚T_w确定仪表导管的取用壁厚T。

进一步地，所述最小壁厚T_m的确定包括以下步骤：

S11、根据美国动力管道规范给定的表格，采用内插法计算修正系数Y的值；

S12、根据仪表导管外径D_o与内径D_i之比，来确定最小壁厚T_m的计算公式。

进一步地，所述最小壁厚T_m的计算公式包括下列两种情况：

当Do/D_i≤1.7时，其计算公式如下所示：

当Do/D_i>1.7时，其计算公式如下所示：

上式中[σ]^t表示钢材在设计温度下的许用应力，p表示设计压力，Y为修正系数。

进一步地，所述计算壁厚Tc的计算式如下所示：

T_C＝T_m+C₁

上式中C₁表示仪表导管壁厚负偏差的附加值。

进一步地，所述附加值C₁的计算式如下所示：

上式中m表示管路产品技术条件中规定的壁厚允许负偏差。

进一步地，所述弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w的计算式如下所示：

T_w＝F·T_C

上式中F表示弯管修正系数。

进一步地，所述弯管修正系数F根据仪表导管弯曲半径R与仪表导管外径D_o的比值来进行选择。

进一步地，所述仪表导管的取用壁厚T不小于弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w。

与现有技术相比，本发明的计算方法可以解决现有仪表导管设计中针对厚壁管的壁厚计算问题，既解决了仪表导管设计中的不确定性，又采用该方法计算出来的结果完全能够满足行业规范的要求，节约了大量的时间和精力，提高了整体的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

结合图1，本实施例提出了一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法，其包括以下步骤：

S1、按仪表导管外径D_o确定仪表导管的最小壁厚T_m；

S2、按所述最小壁厚T_m确定仪表导管的计算壁厚T_c；

S3、按所述计算壁厚T_c确定弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w；

S4、按所述计算壁厚T_w确定仪表导管的取用壁厚T。

目前，国内超临界、超超临界机组主要本体范围内仪表导管测量取压短管、一次门前仪表导管及一次门均由主机厂负责设计并供货，取样短管通常采用DN15～DN20的通径。

在选择仪表导管材质时，主要是要从材料的耐温能力的角度来进行考虑的，而与此不同的是，仪表导管的规格是从抗压能力的角度进行考虑。相同的材料，在同样的温度下，在内径的大小一样的情况下，仪表导管的壁厚越大，其抗压能力就越强；如果壁厚相同，仪表导管的内径越小，能够承受的抗压能力越大。

仪表导管通常采用以公称管径(外径管)来表示的无缝钢管。

1)仪表导管通径选择：ASMEB31.1中要求取样短管的公称尺寸如下：介质设计参数不大于6.2MPa或425℃时，公称管径不小于DN15(外径OD21.3mm)；介质设计参数大于6.2MPa或425℃时，公称管径不小于DN20(外径OD26.7mm)。同时，仪表导管内径不得小于9.14mm。工程设计中，按计算壁厚、最小外径及通径要求确定管子尺寸。一次门前仪表导管通径为DN15～DN20。一次门后仪表导管通径为DN10(不小于9mm)。

2)仪表导管尺寸选择：系列可按中国标准及国际标准产品系列尺寸选择。如：GB/T17395—2008《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》、ASMEB36.10M(2018)《焊接和无缝钢管》和ASMEB36.19M《不锈钢管》等。

本实施例中，所述最小壁厚T_m的计算公式包括下列两种情况：当Do/D_i≤1.7时，其具体如下所示：

上述式子中[σ]^t表示钢材在设计温度下的许用应力，p表示设计压力，Y为修正系数，上述式子是根据自于美国动力管道规范中最大剪应力强度理论公式采用管壁平均内压折算应力推导而来的，但增加了D_o/D_i≤1.7的适用条件。此处修正系数Y是整个计算过程的修正系数，不用区分仪表导管、弯管。

当D_o/D_i>1.7时，其采用拉美公式，具体计算公式如下所示：

上述式子中，[σ]^t需要查许用应力表取得。

本实施例中，当管子的D_o/T_m≥6，即仪表导管外径与最小壁厚不小于6时，修正系数Y按照下表1中所列中间温度的Y值可用内插法计算。

表1

当管子的D_o/T_m<6，即仪表导管外径与最小壁厚小于6时，对于设计温度小于等于480℃的铁素体和奥氏体钢，其值应按下计算。

其中D_o为管子外径(mm)；D_i为管子内径(mm)。

本实施例中，所述计算壁厚T_c的计算式如下所示：

T_C＝T_m+C₁

其中C₁表示仪表导管壁厚负偏差的附加值。

本实施例中，所述附加值C₁的计算式如下所示：

上式中m表示管路产品技术条件中规定的壁厚允许负偏差。

本实施例中，所述弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w的计算式如下所示：

T_w＝F·T_C

上式中F表示弯管修正系数。

现场安装时，不可避免要进行弯管，因此，管子的壁厚还需考虑由于弯制过程中弯管外侧的壁厚减薄。测量管路宜挑选正偏差壁厚的管子进行弯制。按照美国动力管道规范，弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w可按表2推荐的最小壁厚值取用，所述弯管修正系数F根据仪表导管弯曲半径R与仪表导管外径D_o的比值来进行选择。当其比值大于6时，修正系数F统一取1.06。此处弯管修正系数专门用于以下情况，当这段仪表导管需要进行弯管，那么才使用弯管修正系数。

表2

本实施例中，按所述计算壁厚T_w确定仪表导管的取用壁厚T。仪表导管的取用壁厚，以公称壁厚表示，且在国内或国际标准的管子产品规格中公称壁厚系列选取。在任何情况下，仪表导管的取用壁厚T要保证不小于弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w。

在某项目中主蒸汽管道的材质为A355P92，高温再热蒸汽管道材质为A355P92，高压给水管道材质为15NiCuMoNb5-6-4，故在本项目中，上述管道上的压力取样短管分别采用上述材质，以与主管道材质保持一致。

按照方法计算，超超临界机组高温高压场所采用的取样短管的规格见下表3：

以主蒸汽参数P≤36.65MPa，t＝610℃为例，采用A213T92材质，计算其中第一行的主蒸汽一次门前取压短管规格，具体包括以下步骤：

S1、按仪表导管外径D_o确定仪表导管的最小壁厚T_m，

通过查表并进行插值计算得出该温度下的许用应力[σ]^t＝68.6。此处仪表导管采用厚壁管，对于D_o采用ASME标准的规格尺寸，我们选取D_o为33.4mm，p是设计压力，本实施例为36.65MPa

根据上式可计算得出最小壁厚T_m＝7.5(mm)

S2、按所述最小壁厚T_m确定仪表导管的计算壁厚Tc；

T_C＝T_m+C₁

查询标准，此处m取值为0，所以此处仪表导管壁厚负偏差的附加值C₁取为0，Tc计算可得为7.5mm。

S3、按所述计算壁厚T_c确定弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w；

T_w＝F·T_C

此处弯曲半径按照4倍管子外径，则根据上表2取F为1.14，则T_w＝7.5*1.14＝8.55(mm)

S4、按所述计算壁厚T_w确定仪表导管的取用壁厚T。

T≥T_w

由于T要保证不小于T_w，则T不小于8.55mm，查询ASME管规中外径为33.4mm的规格中，大于等于8.55mm且最接近的为9.09mm，所以采用仪表导管规格为33.4*9.09(mm)，此时D_o/D_i＝2.1≥1.7，适用于壁厚管。

综上所述被测介质参数P≤36.65MPa，t＝610℃下，一次门前取压短管采用φ33.4×9.09。

用和上述同样的计算方法可得出下表3中各个地方管路的取值，得到一次门前和一次门后的各管路的壁厚大小。本发明的计算方法既解决了仪表导管设计中针对厚壁管的壁厚计算的不确定性，经过与行业规范对比，本计算结果完全满足行业规范的要求，并且已经在某项目中进行了实际应用，项目投产以来，仪表导管的状况良好，满足运行需要，提高了整体的安全性和可靠性。

表3

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按仪表导管外径D_o确定仪表导管的最小壁厚T_m；

S2、按所述最小壁厚T_m确定仪表导管的计算壁厚T_c；

S3、按所述计算壁厚T_c确定弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w；

S4、按所述计算壁厚T_w确定仪表导管的取用壁厚T。

2.根据权利要求1所述的一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法，其特征在于，所述最小壁厚T_m的确定包括以下步骤：

S11、根据美国动力管道规范给定的表格，采用内插法计算修正系数Y的值；

S12、根据仪表导管外径D_o与内径D_i之比，来确定最小壁厚T_m的计算公式。

3.根据权利要求2所述的一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法，其特征在于：所述最小壁厚T_m的计算公式包括下列两种情况：

当Do/D_i≤1.7时，其计算公式如下所示：

当D_o/D_i>1.7时，其计算公式如下所示：

上式中[σ]^t表示钢材在设计温度下的许用应力，p表示设计压力，Y为修正系数。

4.根据权利要求1所述的一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法，其特征在于，所述计算壁厚Tc的计算式如下所示：

T_C＝T_m+C₁

上式中C₁表示仪表导管壁厚负偏差的附加值。

5.根据权利要求1所述的一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法，其特征在于，所述附加值C₁的计算式如下所示：

上式中m表示管路产品技术条件中规定的壁厚允许负偏差。

6.根据权利要求1所述的一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法，其特征在于，所述弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w的计算式如下所示：

T_w＝F·T_C

上式中F表示弯管修正系数。

7.根据权利要求1所述的一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法，其特征在于：所述弯管修正系数F根据仪表导管弯曲半径R与仪表导管外径Do的比值来进行选择。

8.根据权利要求1所述的一种适用于超超临界机组的仪表导管壁厚计算方法，其特征在于：所述仪表导管的取用壁厚T不小于弯制之前的仪表导管的计算壁厚T_w。

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