标准管件壁厚系列号的选择

标准管件壁厚系列号的选择

杜保军，黄 丽，刘志广

(中国石油天然气管道工程有限责任公司，河北廊坊065000)

摘要：压力管道设计中选择标准系列号SCH(scheduleNumbers)是经常遇到的问题，综述了钢管系列号SCH 的产生过程，指出系列号SCH 只是用于编排钢管壁厚顺序的简便标志系统，修正过的计算管壁厚度的巴洛(Barlow)公式的计算值与现在通常使用的钢管壁厚偏差较大，没有达到早期的意图。指出管件许用压力额定值应按相同材料的直无缝钢管计算。 关键词：管件；壁厚系列号(SCH)；压力管道；选择

中图分类号，TE973．I 文献标识码：B 文章编号：1004-9614(2003)02-0010—02 1 引言

在压力管道的工程设计中，经常遇到钢管和管件的系列号SCH 或标准壁厚STD(Standard Weight) 、加强壁厚XS(Extra-Strong)和双倍加强壁厚XXS(Double Extra-Strong)等术语以及下列问题：

SCH、STD 、XS 和XXS 这些尔可术语是如何定义的？有什么实际意义?

SCH 、STD 、XS 和XXS 主些名词术语对工程设计有没有什么特别方便之处？ 如何根据钢管和管件的雇受压力确定钢管和管件的SCH?

2 美国钢管标准ANSl ／ASMEB36，BOM(焊接和无缝锻制钢管) 的发展历史[1] 早期在美国通常使用的工业钢管的尺寸主要是STD 、XS 和XXS 1927年3月，美国标准协会成立了—个有关钢管尺寸和材料的标准比委员会(以后简称“标委全”) ，目的是统一这类产品的标准。标委会组建后，与工业界合作，对当时使用的钢管实际情况做了一次调查，作为制定美国钢管标准的依据。调查后，标委会曾设计了—张钢管规格表，以仪选择钢管壁厚。

此标准的第一版于1934年10月由部门委员会以书面投票方式认可，随后被美国机械工程师学会ASME(American Society of [Mechanical Engineers]、美国材料与试验学会ASTM(American Society for Testing and Materials) 和美国标准协会ASA(American Standards Association)认可。

标委会早期意图是建立一个与钢管直径、壁厚有关的钢管壁厚系列号码(SCH)体系，期望具有近似一致的关系，其数值等于该规范附录中规定用于计算管壁厚度的巴洛(Barlow)公式：

SCH =

P

⨯1000 S

现在，ANSI ／ASME B36.10M《焊接和无缝钢管标准》中已不再将此公式列入。

在1939年，曾希望所有使用的钢管如STD 、XS 和XXS 逐步用SCH 来取代。然而由于多年来传统尺寸(STD、XS 和XXS) 的钢管的需求和生产没有减少，因此这些传统尺寸钢管保存下来。 1957年又对ANSI ／ASME B36.10M进行了修订，纳入API(美国石油学会) 标准5L 和SLX 的各种直径和重量并使之统一，对重量和尺寸表又作了进一步的修订。

这些修改导致巴洛(Barlow)公式的计算值与现在通常使用的钢管壁厚偏差较大，没有达到早期的意图，已不能再用于确定钢管的SCH ．后来SCH 被用于编排钢管壁厚顺序的简便标志系统，计算管壁厚度的巴洛(Barlow)公式已没有实际意义。 3壁厚系列号

美国钢管的壁厚系列号STD 、XS 和XXS 作为商业牌号已使用多年。后来增加的钢管SCH(10，20．30，40，60，80，100，120，140和160) 只是方便使用的符号。STD 、XS 与SCH 有下列简单的关系：对于公称直径10″(273mm)(包括10″／273mm) 以下的钢管，STD 和SCH90的壁厚相同；所有较大直径的标准钢管，壁厚均为3／8″(9.525mm)。对于公称直径8”及以下的钢管，XS 和SCH 80壁厚相同；所有更大直径的XS 钢管壁厚均为1／2″(12.7mm)[1]。

4 钢管壁厚的选择

选择钢管壁厚，主要取决于在给定条件下承受内压的能力。按照锅炉压力容器标准和压力管道规范中的计算公式计算钢管所需壁厚精确值，计算公式分别如下：

ASME Section Ⅷ[1]：δ= BF l50[3]： δ=

PR

SE -0. 6P

P D

2[σ]ϕ-P e PD

2σs ϕFt PD

2K ϕσs PD

2σs ϕFt PD

2K ϕσs

ANSI／ASMEB 31.4[4]：δ=

ANSI／ASMEB 31.8[5]；δ=

GB 50251[6]： δ=

GB 50253[7]： δ=

式中的符号分别见各自标准。

最后再从钢管规格表中根据公称直径与壁厚的计算值查与之相配的厚度。 5 管件的SCH 的选择

在压力管道设计过程小，下面是几种选择管件的SCI-[的方法：

(1)利用美国早期钢管标准中的巴洛(Barlow)公式的计算值来选用管件的壁厚系列号。 (2)利用锅炉压力容群标准和压力管道规程中的管件强度设计计算公式进行计算，根据计算得到的主管和土管壁厚值查管件壁厚分级表，从而查得与计算值相配的SCH ．

(3)根据国内外管件标准中的规定，按相同材料的直无缝钢管计算。利用钢管的壁厚选择方法计算的壁厚值，查管仆壁厚分级表得到与计算值相配的SCH

美国ASME ／ANSI B16.9—1993《工厂制造的钢制对焊管件》规定管件许用压力额定值是根据ANSI ／ASME B31《压力管道规范》有关章节中规定的原则桉相同材料的直无缝钢管计算[8]。中国石化标准SHJ 3408－96和SHJ 3409—96规定管件的许用压力值应根据SH 3059中第7章规定的原则接受内压钢管计算[9－10]。

ASME／ANSI B16.9、SHJ 3408—96和SHJ 3409－96还都规定管件验证试验压力不小于管件标记指定钢管在下式定义的爆破试验压力的105％时不爆破，就认为试验成功[8-10]。 P =

2σb T

D

式中：P 为计算的爆破试验压力；σb 为拉仲强度；T 为钢管的公称壁厚；D 为钢管的外径。 这说明合格的标准管件的爆破压力值应大于等于相应钢管的爆破压力。

由—L 面国内外标准的规定，可以看出管件和钢管的壁厚系列号(SCH)是统—的，相同材料、壁厚系列号(SCH)相同的钢管和管件可以承受的载荷是相同的。相同系列号相同直径的钢管和管件在焊接坡口处内外径是一样的，即壁厚是一致的。所以按方法3选取标准管件是科学、合理的，并且能够满足强度要求。

如前所述，巴洛(Barlow)公式计算钢管壁厚偏差较大，已不能再用于确定钢管SCH ，所以用SCH=P/S×1000的计算值确定钢制管件SCH 偏差同样较大，也不再适当。

利用锅炉压力容器标准和压力管道规程十的管件强度设计计算公式进行计算，根据计算得到的主管壁厚值查管件壁厚分级表得到与计算值相配的SCH 比按直钢管计算得到的SCH 大得多。例如三通，由于开孔以后，一方面削弱了管壁的强度，降低了承载能力，另一方面，开孔和接管破坏了原来结构的连续性，升压后，势必在开孔相接管处产生较大的不连续应力(边缘剪力和边缘弯距) ，往往在开孔附近导致很高的应力集中。为了降低应力集咔，，不得不按等面积补强法或其他方法(压力面积法和削弱系数法) 进行补强计算，这必然导致主管和支管的壁厚增大许多，才能满足强度要求。 表1给出了按巴洛公式(方法1) ，强度设计计算得到的SCH(方法2) 和按直无缝钢管计算(方法3) 等3种方法计算的不同压力下三通的壁厚系列号。

表1 3种方法选择三通壁厚系列号结果表 1.6MPa 20 20 20

10 10 10

20 20 20

2.5MPa 30 30 30

10 10 10

一 40 40 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30

4.0MPa 二 20 20 20 20 30 40 40 40 40 40 40 60

三 20 20 20 20 20 20 10 10 10 10 20 20

一 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40

6.3MPa 二 20 40 40 60 60 60 60 34 80 80 80 80

三 20 20 20 20 20 20 20 20 30 30 30 30

10.0MPa

一

二

三

80 60 20 80 60 20 80 80 20 80 100 30 80 100 40 80 100 40 80 100 40 80 100 40 80 100 40 80 120 60 80 120 60 80 120 60

508 10 559 10 610 10

注：三通的尺寸均为标准等三通，叙用应力取160Mpa ，方法2的支管厚度假定为主管厚度的0.8倍，以上计算均没有考虑腐蚀裕量。壁厚系列号除SCH 10是按ANSI/ASME B36.10M 确定的，其他是按SH 3048-96附录A 无缝钢管壁厚分级表确定的。

表1中黑框内3种方法结果完全相同是由钢管或管件的最小SCH 决定的。而黑框以外的方法1和方法2选取的管件壁厚系列号均比方法3的高，这两种不当计算方法将导致不必要的浪费，使工程造价升高，10MPa 、DN600 3种方法的三通重量与价格如表2所示：

表2 3种方法选择三通的价格比较表

壁厚系列号 SCH 80 SCH 120 SCH 60

重 量 kg 748 1100 656

单 价 元/kg 30 30 30

价 格 元 22 440 33 000 19 680

管件的SCH 选择不正确，不仅造成浪费，而且由管件的壁厚与钢管壁厚相差较大，也易造成焊接缺陷，给现场施工和检测造成困难。 如某公司承包的中东某国管道项目中，一家单位按方法2通过计算得到的壁厚选择管件，导致购买的管件到现场不能使用，不仅造成不必要的损失，而且耽误工期。 6 结束语

(1)SCH只是用于编排钢管壁厚顺序的简便标志系统，对工程设计并没有什么方便之处。 (2)利用巴洛(Bar1ow)公式：SGH=P/S×100O 的计算值来选用钢管或管件的SCH 是不恰当的。

(3)按有关标准中的管件设计计算公式得到的主管壁厚计算值，查管件壁厚的分级表确定与之相配的SCH 也是不恰当的。

(4)按相同管径相同材料的直无缝钢管计算值，查管件壁厚分析寝得到与计算值相配的SCH ，这种方法使用起来即方便适用，又具有科学性。

参 考 文 献

[1] ANSI／ASME B36 10M 焊接和无缝钢管 [2] ASME Section Ⅷ 压力容器 [3] GB l50 钢制压力容器

[4] AISI／ASME B31.4 输油管线系统

[5] ANSI／ASME B31.8 气体输送及配气系统 [6] GB 50251输气管道设计规范 [7] GB 50253输油管道设计规范

[8] ANSI／ASME B16.9 93工厂制造的钢制对焊管件 [9] SHJ 3408-96钢制对焊无缝管件 [10] SHJ 3409-96钢板制对焊管件

[11] 石油天然气管线设备与材料手册 法国公司TROUVAY & CA8UVIN 1995

标准管件壁厚系列号的选择

杜保军，黄 丽，刘志广

(中国石油天然气管道工程有限责任公司，河北廊坊065000)

摘要：压力管道设计中选择标准系列号SCH(scheduleNumbers)是经常遇到的问题，综述了钢管系列号SCH 的产生过程，指出系列号SCH 只是用于编排钢管壁厚顺序的简便标志系统，修正过的计算管壁厚度的巴洛(Barlow)公式的计算值与现在通常使用的钢管壁厚偏差较大，没有达到早期的意图。指出管件许用压力额定值应按相同材料的直无缝钢管计算。 关键词：管件；壁厚系列号(SCH)；压力管道；选择

中图分类号，TE973．I 文献标识码：B 文章编号：1004-9614(2003)02-0010—02 1 引言

在压力管道的工程设计中，经常遇到钢管和管件的系列号SCH 或标准壁厚STD(Standard Weight) 、加强壁厚XS(Extra-Strong)和双倍加强壁厚XXS(Double Extra-Strong)等术语以及下列问题：

SCH、STD 、XS 和XXS 这些尔可术语是如何定义的？有什么实际意义?

SCH 、STD 、XS 和XXS 主些名词术语对工程设计有没有什么特别方便之处？ 如何根据钢管和管件的雇受压力确定钢管和管件的SCH?

2 美国钢管标准ANSl ／ASMEB36，BOM(焊接和无缝锻制钢管) 的发展历史[1] 早期在美国通常使用的工业钢管的尺寸主要是STD 、XS 和XXS 1927年3月，美国标准协会成立了—个有关钢管尺寸和材料的标准比委员会(以后简称“标委全”) ，目的是统一这类产品的标准。标委会组建后，与工业界合作，对当时使用的钢管实际情况做了一次调查，作为制定美国钢管标准的依据。调查后，标委会曾设计了—张钢管规格表，以仪选择钢管壁厚。

此标准的第一版于1934年10月由部门委员会以书面投票方式认可，随后被美国机械工程师学会ASME(American Society of [Mechanical Engineers]、美国材料与试验学会ASTM(American Society for Testing and Materials) 和美国标准协会ASA(American Standards Association)认可。

标委会早期意图是建立一个与钢管直径、壁厚有关的钢管壁厚系列号码(SCH)体系，期望具有近似一致的关系，其数值等于该规范附录中规定用于计算管壁厚度的巴洛(Barlow)公式：

SCH =

P

⨯1000 S

现在，ANSI ／ASME B36.10M《焊接和无缝钢管标准》中已不再将此公式列入。

在1939年，曾希望所有使用的钢管如STD 、XS 和XXS 逐步用SCH 来取代。然而由于多年来传统尺寸(STD、XS 和XXS) 的钢管的需求和生产没有减少，因此这些传统尺寸钢管保存下来。 1957年又对ANSI ／ASME B36.10M进行了修订，纳入API(美国石油学会) 标准5L 和SLX 的各种直径和重量并使之统一，对重量和尺寸表又作了进一步的修订。

这些修改导致巴洛(Barlow)公式的计算值与现在通常使用的钢管壁厚偏差较大，没有达到早期的意图，已不能再用于确定钢管的SCH ．后来SCH 被用于编排钢管壁厚顺序的简便标志系统，计算管壁厚度的巴洛(Barlow)公式已没有实际意义。 3壁厚系列号

美国钢管的壁厚系列号STD 、XS 和XXS 作为商业牌号已使用多年。后来增加的钢管SCH(10，20．30，40，60，80，100，120，140和160) 只是方便使用的符号。STD 、XS 与SCH 有下列简单的关系：对于公称直径10″(273mm)(包括10″／273mm) 以下的钢管，STD 和SCH90的壁厚相同；所有较大直径的标准钢管，壁厚均为3／8″(9.525mm)。对于公称直径8”及以下的钢管，XS 和SCH 80壁厚相同；所有更大直径的XS 钢管壁厚均为1／2″(12.7mm)[1]。

4 钢管壁厚的选择

选择钢管壁厚，主要取决于在给定条件下承受内压的能力。按照锅炉压力容器标准和压力管道规范中的计算公式计算钢管所需壁厚精确值，计算公式分别如下：

ASME Section Ⅷ[1]：δ= BF l50[3]： δ=

PR

SE -0. 6P

P D

2[σ]ϕ-P e PD

2σs ϕFt PD

2K ϕσs PD

2σs ϕFt PD

2K ϕσs

ANSI／ASMEB 31.4[4]：δ=

ANSI／ASMEB 31.8[5]；δ=

GB 50251[6]： δ=

GB 50253[7]： δ=

式中的符号分别见各自标准。

最后再从钢管规格表中根据公称直径与壁厚的计算值查与之相配的厚度。 5 管件的SCH 的选择

在压力管道设计过程小，下面是几种选择管件的SCI-[的方法：

(1)利用美国早期钢管标准中的巴洛(Barlow)公式的计算值来选用管件的壁厚系列号。 (2)利用锅炉压力容群标准和压力管道规程中的管件强度设计计算公式进行计算，根据计算得到的主管和土管壁厚值查管件壁厚分级表，从而查得与计算值相配的SCH ．

(3)根据国内外管件标准中的规定，按相同材料的直无缝钢管计算。利用钢管的壁厚选择方法计算的壁厚值，查管仆壁厚分级表得到与计算值相配的SCH

美国ASME ／ANSI B16.9—1993《工厂制造的钢制对焊管件》规定管件许用压力额定值是根据ANSI ／ASME B31《压力管道规范》有关章节中规定的原则桉相同材料的直无缝钢管计算[8]。中国石化标准SHJ 3408－96和SHJ 3409—96规定管件的许用压力值应根据SH 3059中第7章规定的原则接受内压钢管计算[9－10]。

ASME／ANSI B16.9、SHJ 3408—96和SHJ 3409－96还都规定管件验证试验压力不小于管件标记指定钢管在下式定义的爆破试验压力的105％时不爆破，就认为试验成功[8-10]。 P =

2σb T

D

式中：P 为计算的爆破试验压力；σb 为拉仲强度；T 为钢管的公称壁厚；D 为钢管的外径。 这说明合格的标准管件的爆破压力值应大于等于相应钢管的爆破压力。

由—L 面国内外标准的规定，可以看出管件和钢管的壁厚系列号(SCH)是统—的，相同材料、壁厚系列号(SCH)相同的钢管和管件可以承受的载荷是相同的。相同系列号相同直径的钢管和管件在焊接坡口处内外径是一样的，即壁厚是一致的。所以按方法3选取标准管件是科学、合理的，并且能够满足强度要求。

如前所述，巴洛(Barlow)公式计算钢管壁厚偏差较大，已不能再用于确定钢管SCH ，所以用SCH=P/S×1000的计算值确定钢制管件SCH 偏差同样较大，也不再适当。

利用锅炉压力容器标准和压力管道规程十的管件强度设计计算公式进行计算，根据计算得到的主管壁厚值查管件壁厚分级表得到与计算值相配的SCH 比按直钢管计算得到的SCH 大得多。例如三通，由于开孔以后，一方面削弱了管壁的强度，降低了承载能力，另一方面，开孔和接管破坏了原来结构的连续性，升压后，势必在开孔相接管处产生较大的不连续应力(边缘剪力和边缘弯距) ，往往在开孔附近导致很高的应力集中。为了降低应力集咔，，不得不按等面积补强法或其他方法(压力面积法和削弱系数法) 进行补强计算，这必然导致主管和支管的壁厚增大许多，才能满足强度要求。 表1给出了按巴洛公式(方法1) ，强度设计计算得到的SCH(方法2) 和按直无缝钢管计算(方法3) 等3种方法计算的不同压力下三通的壁厚系列号。

表1 3种方法选择三通壁厚系列号结果表 1.6MPa 20 20 20

10 10 10

20 20 20

2.5MPa 30 30 30

10 10 10

一 40 40 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30

4.0MPa 二 20 20 20 20 30 40 40 40 40 40 40 60

三 20 20 20 20 20 20 10 10 10 10 20 20

一 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40

6.3MPa 二 20 40 40 60 60 60 60 34 80 80 80 80

三 20 20 20 20 20 20 20 20 30 30 30 30

10.0MPa

一

二

三

80 60 20 80 60 20 80 80 20 80 100 30 80 100 40 80 100 40 80 100 40 80 100 40 80 100 40 80 120 60 80 120 60 80 120 60

508 10 559 10 610 10

注：三通的尺寸均为标准等三通，叙用应力取160Mpa ，方法2的支管厚度假定为主管厚度的0.8倍，以上计算均没有考虑腐蚀裕量。壁厚系列号除SCH 10是按ANSI/ASME B36.10M 确定的，其他是按SH 3048-96附录A 无缝钢管壁厚分级表确定的。

表1中黑框内3种方法结果完全相同是由钢管或管件的最小SCH 决定的。而黑框以外的方法1和方法2选取的管件壁厚系列号均比方法3的高，这两种不当计算方法将导致不必要的浪费，使工程造价升高，10MPa 、DN600 3种方法的三通重量与价格如表2所示：

表2 3种方法选择三通的价格比较表

壁厚系列号 SCH 80 SCH 120 SCH 60

重 量 kg 748 1100 656

单 价 元/kg 30 30 30

价 格 元 22 440 33 000 19 680

管件的SCH 选择不正确，不仅造成浪费，而且由管件的壁厚与钢管壁厚相差较大，也易造成焊接缺陷，给现场施工和检测造成困难。 如某公司承包的中东某国管道项目中，一家单位按方法2通过计算得到的壁厚选择管件，导致购买的管件到现场不能使用，不仅造成不必要的损失，而且耽误工期。 6 结束语

(1)SCH只是用于编排钢管壁厚顺序的简便标志系统，对工程设计并没有什么方便之处。 (2)利用巴洛(Bar1ow)公式：SGH=P/S×100O 的计算值来选用钢管或管件的SCH 是不恰当的。

(3)按有关标准中的管件设计计算公式得到的主管壁厚计算值，查管件壁厚的分级表确定与之相配的SCH 也是不恰当的。

(4)按相同管径相同材料的直无缝钢管计算值，查管件壁厚分析寝得到与计算值相配的SCH ，这种方法使用起来即方便适用，又具有科学性。

参 考 文 献

[1] ANSI／ASME B36 10M 焊接和无缝钢管 [2] ASME Section Ⅷ 压力容器 [3] GB l50 钢制压力容器

[4] AISI／ASME B31.4 输油管线系统

[5] ANSI／ASME B31.8 气体输送及配气系统 [6] GB 50251输气管道设计规范 [7] GB 50253输油管道设计规范

[8] ANSI／ASME B16.9 93工厂制造的钢制对焊管件 [9] SHJ 3408-96钢制对焊无缝管件 [10] SHJ 3409-96钢板制对焊管件

[11] 石油天然气管线设备与材料手册 法国公司TROUVAY & CA8UVIN 1995