①. 材料的許用應力
材料的許用應力是指材料的強度指標除以相應的安全系數(shù)得到的值。材料的力學性能指標有屈服極限、強度極限、蠕變極限、疲勞極限等,這些指標分別反映了不同狀態(tài)下失效的極限值。為了保證管道運行中的強度可靠,常將管道元件中的應力限制在各強度指標下某一值,該數(shù)值即為許用應力。當管道元件中的應力超過其許用應力值時,就認為其強度已不能得到保證。因此說,材料的許用應力是確定管道壁厚等級的基本參數(shù)。不同的設計標準,選取材料的許用應力值是不同的。對工業(yè)管道,國內的設計標準是按GB150確定的許用應力值,ASTM材料則是取按ASME B31.3標準確定的許用應力值。
②. 腐蝕余量
腐蝕余量是考慮因介質對管道的腐蝕而造成的管道壁厚減薄,從而增加的管道壁厚值。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的確定。許多國內外的工程公司或設計院通常都將腐蝕余量進行分級,具體見表16.20。
③. 管子及其元件的制造壁厚偏差
管子及其元件在制造過程中,相對于其公稱壁厚(或者叫理論壁厚)都會有正、負偏差,因此在確定管子及其元件公稱壁厚時一定要考慮可能出現(xiàn)的負偏差值。各種鋼管標準中規(guī)定的負偏差值是不完全相同的,GB/T 8163《流體輸送用無縫鋼管》、GB/T 14976《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》規(guī)定的壁厚偏差值見表16.21。
④. 焊縫系數(shù)
金屬的焊接過程,實質上是一個冶金過程,其組織帶有明顯的鑄造組織特征。一般情況下,鑄造組織缺陷較多,材料性能也有所下降。對于有縱焊縫和螺旋焊縫的焊接管子及其元件,相對于無縫管子及其元件來說常給它一個強度降低系數(shù)(即焊縫系數(shù)),以衡量其力學性能下降的程度。其焊縫系數(shù)的取值見表16.22。
⑤. 設計壽命
設計壽命與管道的腐蝕余量有關。對于均勻腐蝕來說,當知道其年腐蝕速率后,根據(jù)預定的設計壽命,就很容易算出其應取的腐蝕余量了。設計壽命還與交變應力作用的載荷變化次數(shù)、氫損傷的孕育時間、斷裂因子的擴展期等影響因素有關,與管道的一次性投資、資金代償期和技術更新周期有關。
⑥. 鑄造質量系數(shù)
相對于軋制或鍛制的管子元件來說,鑄件存在的缺陷相對較多,使得其力學性能有所下降。在ASMEB31.3中,為了衡量鑄件力學性能下降的程度,用鑄造質量系數(shù)來表示。鑄造質量系數(shù)同樣與無損探傷的檢驗數(shù)量有關。一般情況下,符合材料基本要求且根據(jù)MSS SP-55的規(guī)定已經(jīng)過肉眼檢驗的靜態(tài)鑄件,可取其基本鑄造質量系數(shù)為0.8,對每一鑄件進行補充檢驗后可以按表16.26的要求提高。鑄件用作壓力管道及其元件的情況并不多,大直徑(≥DN50)閥門的閥體常采用鑄件,閥門閥體的強度設計一般由制造商進行,多數(shù)閥門標準已經(jīng)給出了最小壁厚要求,實際的工業(yè)管道設計中很少用到鑄造質量系數(shù)這個概念。ASME B31.3規(guī)定,用于劇烈操作條件下及工藝介質管道上的焊接和鑄造管件,其焊接質量系數(shù)和鑄造質量系數(shù)均不得低于0.9。