1、材料的許用應(yīng)力

　　視鏡及人孔用材料的許用應(yīng)力是指材料的強(qiáng)度指標(biāo)除以相應(yīng)的 系數(shù)而得到的值。在第三章中已經(jīng)了解到，材料的機(jī)械性能指標(biāo)有屈服極限、強(qiáng)度極限、蠕變極限、疲勞極限等，這些指標(biāo)分別反映了材料在不同狀態(tài)下失效的極限值。為了保證管道運(yùn)行中的強(qiáng)度 性，常將管道元件中的應(yīng)力限制在各強(qiáng)度指標(biāo)下某一值，該數(shù)值一般由各強(qiáng)度指標(biāo)除以一個(gè)大于等于的系數(shù)得到，并稱之為許用應(yīng)力，這里的系數(shù)被稱為 系數(shù)。當(dāng)管道元件中的應(yīng)力超過其許用應(yīng)力值時(shí)，管件的強(qiáng)度將難以保證。因此說，材料的許用應(yīng)力是確定管道壁厚等級(jí)的基本參數(shù)。

　　不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用的 系數(shù)是不同的，也 是說選取的許用應(yīng)力值是不同的。對(duì)壓力管道來說，國內(nèi)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一般是取按GB150《鋼制壓力容器》規(guī)范確定的許用應(yīng)力值，而ASTM材料則是取按ANSI B31.3《 Process Piping》標(biāo)準(zhǔn)確定的許用應(yīng)力值。

　　為了便于材料工程師查閱，在這里給出幾個(gè)常用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的許用應(yīng)力確定方法。

　　ANSI B31.3規(guī)定：計(jì)算視鏡及人孔用管子強(qiáng)度時(shí)的許用應(yīng)力值不應(yīng)超過下列中的 小值(不包括螺栓的許用應(yīng)力值)：

　　1. 室溫下規(guī)定的 小抗拉強(qiáng)度的1/3;

　　b、該溫度下的抗拉強(qiáng)度的1/3;

　　c、室溫下規(guī)定的 小屈服強(qiáng)度的2/3;

　　d、該溫度下屈服強(qiáng)度的2/3。但對(duì)奧氏體不銹鋼和某些鎳鋼除外，它們可以達(dá)到該溫度下屈服極限的90%，但不能大于室溫下規(guī)定的 小屈服強(qiáng)度的2/3;

　　e、每1000小時(shí)蠕變率為0.01%的平均應(yīng)力的 ;

　　f、每100000小時(shí)終了時(shí)的平均斷裂應(yīng)力的67%;

　　g、每100000小時(shí)終了時(shí)的 小斷裂應(yīng)力的80%;

　　計(jì)算視鏡及人孔用螺栓強(qiáng)度時(shí)的許用應(yīng)力值不應(yīng)超過下列中的 小值：

　　1. 室溫下規(guī)定的 小抗拉強(qiáng)度的1/4;

　　b、該溫度下的抗拉強(qiáng)度的1/4;

　　c、室溫下規(guī)定的 小屈服強(qiáng)度的2/3;

　　d、該溫度下屈服強(qiáng)度的2/3;

　　e、每1000小時(shí)蠕變率為0.01%的平均應(yīng)力的 ;

　　f、每100000小時(shí)終了時(shí)的平均斷裂應(yīng)力的67%;

　　g、每100000小時(shí)終了時(shí)的 小斷裂應(yīng)力的80%;

　　GB150標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的管材許用應(yīng)力按表4-3選取。

　　2、腐蝕余量

　　腐蝕余量是考慮因介質(zhì)對(duì)管道的腐蝕而造成的管道壁厚減薄，從而增加的視鏡及人孔壁厚值。它的大小直接影響到管道壁厚的取值，或者說直接影響到壁厚等級(jí)的確定。腐蝕余量一般是根據(jù)介質(zhì)對(duì)管道材料的腐蝕性和管道的設(shè)計(jì)壽命確定的。但是，目前工程上比較難做到的是，大多數(shù)腐蝕環(huán)境對(duì)金屬材料的年腐蝕量難以確定。第三章中已經(jīng)講到，目前我國尚沒有一套有關(guān)各種腐蝕介質(zhì)在不同條件下對(duì)各種材料的腐蝕速率數(shù)據(jù)，因此，工程上大多數(shù)情況下仍是憑經(jīng)驗(yàn)來確定其腐蝕余量的。為了簡化計(jì)算數(shù)據(jù)，許多國內(nèi)外的工程公司或設(shè)計(jì)院通常都將腐蝕余量分為如下四級(jí)：

　　a、無腐蝕余量。對(duì)一般的不銹鋼管道多取該值;

　　b、1.6mm腐蝕余量。對(duì)于腐蝕不嚴(yán)重的碳素鋼和鉻鉬鋼管道多取該值;

　　c、3.2mm腐蝕余量。對(duì)于腐蝕比較嚴(yán)重的碳素鋼和鉻鉬鋼管道多取該值;

　　d、加強(qiáng)級(jí)(大于3.2mm)腐蝕余量。對(duì)于有固體顆粒沖刷等 殊情況下的管道，根據(jù)實(shí)際情況確定其具體值。

　　3、管子及其元件的制造壁厚偏差

　　視鏡及人孔用管子及其元件在制造過程中，相對(duì)于其公稱壁厚(或者說是理論壁厚)都會(huì)有正、負(fù)偏差，因此在確定管子及其元件公稱壁厚時(shí)一定要考慮可能出現(xiàn)的負(fù)偏差值。各種鋼管標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的偏差值是不完全相同的，GB8163《流體輸送用無縫鋼管》和GB13296《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》規(guī)定的壁厚偏差值見表4-5。

　　焊縫系數(shù)

　　金屬的焊接過程，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)冶金過程，其組織帶有明顯的鑄造組織 征。一般情況下，鑄造組織缺陷較多，材料性能也有所下降，有關(guān)這方面的知識(shí)將在第九章和第十章中介紹。對(duì)于有縱焊縫和螺旋焊縫的焊接管子及其元件，相對(duì)于無縫管子及其元件來說，視鏡及人孔工程上常給它一個(gè)強(qiáng)度降低系數(shù)(即焊縫系數(shù))，以衡量其機(jī)械性能下降的程度。機(jī)械性能下降的多少取決于焊縫中存在缺陷的多少，視鏡及人孔用通常用無損探傷(主要是射線探傷RT)來檢查焊縫缺陷，并以射線探傷檢查的多少來衡量機(jī)械性能下降的程度。設(shè)定無縫鋼管的焊縫系數(shù)為1，那么不同的焊接型式、不同的射線探傷比例，其焊縫系數(shù)的取值見表4-6。

　　鑄造質(zhì)量系數(shù)

　　同焊縫一樣，相對(duì)于軋制或鍛制的管子元件來說，鑄件存在的缺陷相對(duì)較多，使得其機(jī)械性能有所下降。在ANSI B31.3中，為了衡量鑄件機(jī)械性能下降的程度，用鑄造質(zhì)量系數(shù)來表示。鑄造質(zhì)量系數(shù)同樣與無損探傷的檢驗(yàn)數(shù)量有關(guān)。一般情況下，視鏡及人孔符合材料基本要求且根據(jù)MSS SP-55的規(guī)定已經(jīng)過肉眼檢驗(yàn)的靜態(tài)鑄件，可取其基本鑄造質(zhì)量系數(shù)為0.8，對(duì)每一鑄件進(jìn)行補(bǔ)充檢驗(yàn)后可以按表4-7的要求提高。值得一提的是，鑄件用作壓力管道及其元件的情況并不多，僅大直徑(DN³50)閥門的閥體常采用鑄件，但閥門閥體的強(qiáng)度設(shè)計(jì)一般由制造商進(jìn)行，而且多數(shù)閥門標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)給出了 小壁厚要求，故實(shí)際的壓力管道設(shè)計(jì)中很少用到鑄造質(zhì)量系數(shù)這個(gè)概念。

　　6、設(shè)計(jì)壽命

　　前面已經(jīng)提到，視鏡及人孔設(shè)計(jì)壽命與壓力管道的腐蝕余量有關(guān)。對(duì)于均勻腐蝕來說，當(dāng)知道其年腐蝕速率后，根據(jù)預(yù)定的設(shè)計(jì)壽命， 很容易算出其應(yīng)取的腐蝕余量了。除此之外，設(shè)計(jì)壽命還與交變應(yīng)力作用的荷載變化次數(shù)、氫損傷的孕育時(shí)間、斷裂因子的擴(kuò)展期等影響因素有關(guān)，同時(shí)又與壓力管道的一次性投資、資金代嘗期和技術(shù) 新周期有關(guān)。美國一雜志上推薦的設(shè)計(jì)使用壽命為：碳鋼為5年;鉻鉬鋼和不銹鋼為10年。SH3059標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的使用壽命為(10～15)年。國外的一些工程公司對(duì)總承包項(xiàng)目和非總承包項(xiàng)目分別規(guī)定了不同的設(shè)計(jì)壽命，前者一般為10年，后者一般為15年，以便從中獲取較大的利潤。