SY∕T 7403-2018 油气输送管道应变设计规范.pdf

1.0.1为了统一油气输送管道应变设计技术要求，达到安全适 用、技术先进、经济合理的目标，特制定本规范。 1.0.2本规范适用于通过强震区、活动断层、多年冻土区以及 采矿沉陷区的新建埋地油气管道线路工程设计。 1.0.3油气输送管道应变设计除应符合本规范外，尚应符合国 家现行有关标准的规定。

在特定设计状态下以管道应变为判据的设计

空调标准规范范本design strain

管道在拉伸、压缩等状态下即将发生失效时所对应的最 应变值。

allowable strain

设计中允许管道承受的最大应变值，等于极限应变除以安 全系数。

2.0.5拉伸极限应变

2.0.9 RH 曲线

用于描述管材应力应变关系的一种曲线，该种曲线在 拉强度之前的任意0.2%应变范围内，终点应力应大于始点

反映管材开始屈服以后，继续变形时管材的抵抗能力，是 单轴拉伸试验的真应力与真塑性应变数学表达式中的塑性应变

指数的倒数，它决定了管材开始发生颈缩时的最大应变

2.0.11全应力应变曲线

2.0.12真应力应变曲线

niformelongation

管材拉伸试件在拉伸试验中即将形成颈缩时的延伸率，即 对应于荷载达到抗拉强度时的延伸率。

stress ratio

管材应力应变曲线中某两个指定应变处对应应力的比值。 例如， 1.5/ α 0.5指产生1.5%与0.5%应变时对应的应力比值

表征管材抵抗断裂能力的参数。：管材断裂试验中，通过测 量发生断裂时的位移和施加的力或能量，来表示管材抵抗断裂 的能力。测量断裂韧性有CVN、J积分、CTOD等表示方法

裂纹扩展所需的动力。通常采用断裂力学参数J积分和 CTOD值表示。

在特定试验条件下测得的管材对裂纹扩展 2.0.19宽板试验 wide curve:plate testing

apparent toughness

apparenttoughness

从钢管上截取圆周一定角度，沿纵向一定长度的片状试 牛所做的拉伸试验。宽板试验的试件宽度（弧长）一般大于 200mm，截取位置在受纵向拉伸的区域。试件中间应含一道环 焊缝，在环焊缝上机械加工或疲劳预制的缺口。

为强度大于相邻的母材金属强度的

strain aging

在管道防腐层涂覆过程，管材受热后产生屈服强度上升， 使抗变形能力降低的现象。

2.0.22大应变钢管

high strain pipe

high strainpipe

seismic area

某一地质区域，·在该区域内地震引起的地震动强度足以导 致理地管道可能发生破坏的地段。本规范仅考虑此区域中地震 波作用下管道的可能破坏。

active fault

晚第四纪（10万年）以来有过活动，且经评价在工程使用 年限内可能继续活动的断层。

transition section

在土体错动位移作用下，管道轴向位移从错动处逐渐被两 则的土壤和管道之间的摩擦力所吸收，离开错动面一定距离后， 轴向位移降低为零，该点称为锚固点，两侧锚固点之间的管段 称为过渡段。

2.0.26，年平均地温

地温年变化深度处的温度，即地温变幅为零的深度处的 温度。

持续两年或两年以上冻结不融的土层

permafrost

frost heave

frost heave

土中水变成冰时的体积膨胀.（9%）及冻结锋水分迁移引起 土颗粒间的相对位移所产生的土的体积膨胀

thaw settlement

冻土融化时的下沉现象。包括与外荷载无关的融化沉降和 与外荷载直接有关的压密沉降

坡厚层地下冰融化，冰层上方土体在重力作用下沿

地下冰顶面发生的向下沉陷式滑动的位移过程。

mine subsidencearea

地下矿体被开采后其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎跨 落，直到上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地面变形和破裂的 地区或范围，统称采矿沉陷区

统一规划和开发的矿区或其一部分，一般指曾经开采、正 在开采或准备开采的含矿地段，包括若干矿井或露天矿的区域

wall mining

壁式体系采矿法一般以长壁工作面采矿为主要特征。：此方 法广泛应用于采煤中，是目前我国应用最广泛的一种采煤方法 其产量约占国有重点煤矿产量的95%以上

2.0.34柱式体系采矿法

pillar mining

又称短壁体系采矿法，以房、柱间隔采矿为主要特征，常 见的有巷柱式、房式、房柱式采矿法。

使采矿区悬露顶板垮落后充填采空部分的岩层控 2.0.36充填法.fillingmethod 用充填材料充填采空部分的岩层控制方法。

caving method

probabilityintegration

earthsurfacemovement

为原因引起的地面变形和破坏的过

3.0.1通过强震区、活动断层、多年冻土区及采矿沉陷区的理 地管道宜采用应变设计方法进行校核。 3.0.2，设计前应通过工程勘察获取必要的工程地质资料。 3.0.3管道应变设计应有明确的材料、施工和运行维护技术要 求，包括所需验证的试验内容。 3.0.4：设计中应对管段内的热煨弯管、：冷弯管、变壁厚处的管 道变形和焊接接头性能进行专项说明。 3.05管道应变设计应符合图3.05所示的流程

图3.0.5管道应变设计流程

3.0.6管道应变设计的校核准则为管道设计应变不应大于管道 许用应变，即满足公式（3.0.6）的要求。

4.0.1在计算管道设计应变时，应取得以下基础资料： 1设计压力、设计温度、管径、初步的壁厚等。 2基岩埋深、覆盖层厚度、覆盖层的分层情况、水文、地 质情况等。 3岩土类型、密度、内摩擦角、黏聚力、含水率等。 4地震动设防参数、活动断层几何参数、多年冻土的分布 范围以及物性参数、采矿沉陷区的范围等。 5纵断面、闭合温度、回填土类型等。 6管材的全应力一应变曲线、屈服强度、抗拉强度、均匀 伸长率、屈强比、应力比等。 7环焊缝强度匹配程度、设计温度下环焊缝金属和热影响 区的裂纹尖端位移（CTOD）值、环焊缝夏比冲击功值等。 8防腐层及保温型式。 4.0.2管道设计应变应根据管道所处区段的实际荷载，可选择 解析方法或数值方法进行应变计算，并应符合本规范第7章、 第8章、第9章的规定。 4.0.3当采用数值方法计算设计应变时应满足下列要求： 1应根据不同的位移边界条件建立设计应变的计算模型， 模型中应考虑下列因素： 1）管道几何模型。 2）管道和土壤的相互作用。 3）管道应力应变关系。 4）管道截面变形。 5）管道荷载，包括地面位移、内压、温差等。

2数值分析模型中的管道单元可采用管单元、壳单元或其 他单元类型： 1）当采用管单元时，直线段单元划分的长度不宜大于 管径。弯管段单元划分长度不宜大于0.5倍管径且 划分节点数不应小于3个。 2）当采用壳单元时，应根据管道各部分变形特点进行 网格划分，包括单元密度、大小和形状。划分的单 元边长不宜大于0.3倍管径。 3在进行管道与土壤相互作用分析时，应采用经过验证的 模型。当采用土弹簧单元模拟管道与土壤的相互作用时，土弹 黄参数可按本规范附录A的规定确定。 4管道计算模型的长度应符合下列规定： 1）当采用固定边界时，分析管道的长度应使管道在两 个固定端处的应变不大于允许应变的1%。 2）当采用等效边界时，分析管道的长度不宜小于60倍 管径，可按本规范附录A中的公式建立等效非线性 弹簧替代远端的管道。 5设计应变的计算应采用实测的管材真应力应变曲线。当 无实测的真应力应变曲线时，可采用公式（4.0.3）确定的R一O 曲线进行估算。

= 0 E +α E O

式中：& 应变； 应力(MPa); 管材的弹性模量（MPa），可取2.1×105MPa； 管材的屈服应力（MPa)，当无实测数据时，可按 表4.0.3选取； α 一屈服偏移量，当无实测数据时，可按表4.0.3选取； n 应变强化指数，当无实测数据时，可按表4.0.3选 取。

5.1极限状态和极限应变

5.1.1本规范规定校核的极限状态应为管道轴向拉伸极限状态 和压缩极限状态。 5.1.2管道的拉伸极限应变scrit应根据断裂力学分析和物理试验 确定，并应分析缺欠、焊缝及热影响区性能、应变速率、初始 应变、应变时效等因素的影响。在资料缺乏时，可采取本规范 附录B推荐的公式估算。 5.1.3管道的压缩极限应变.crit应根据分析法或试验法确定。 在缺乏资料时，可采取本规范附录B推荐的公式估算。 5.1.4当采用本规范附录B推荐的公式计算极限应变时，如设 计参数超出公式的适用范围，极限应变宜通过试验进行验证。 拉伸极限应变的验证试验可采用宽板拉伸试验或全管拉伸试验， 压缩极限应变的验证试验可采用全管的弯曲试验。

5.2.1管道许用应变应按公式（5.2.1）计算

5.2.1管道许用应变应按公式（5.2.1）计算：

5.2安全系数和许用应变

式中：[ 一管道许用应变； crit 管道极限应变，包括拉伸极限应变&"和压缩极 限应变。ht，按本规范第5.1节的规定执行； F一 安全系数，包括拉伸极限安全系数F和压缩 极限安全系数Fc。

5.2.2安全系数F应根据设计应变和许用应变的概率分布特征， 以及安全目标综合确定。当采用本规范附录B推荐的公式计算 极限应变时，其对应的安全系数可按下列规定选取：

1拉伸极限应变的安全系数Ft，无内压工况可取1.12，有 内压工况可取1.43。 2压缩极限应变的安全系数F。可取1.67

6应变设计补充技术条件

6.1钢管补充技术条件

6.1.1应变设计地段的用管除满足现行国家标准《石油天然气 工业管线输送系统用钢管》GB/T9711之外，还应满足本节 的补充技术条件。 6.1.2应变设计地段的用管宜采用直缝埋弧焊钢管，钢管等级 应为PSL2。 6.1.3首批检验和钢管生产过程控制试验应分别按本规范附录 E和附录F执行。首批检验和过程控制试验的结果应提交管道 设计单位复核。 6.1.4钢管在批量生产之前，应将炼钢和制管工艺提交管道设 计单位验证。 6.1.5允许钢材制造商对化学成分进行调整，但应提交业主和 管道设计单位确认。 6.1.6在拉伸试验中应补充管体母材纵向拉伸试验，并应符合 下列规定： 1试样应采用全壁厚矩形板状试样，试样制备过程中不允 许展平。 2纵向拉伸试验应包括常规的试验和在200℃土5℃温度 下保温5min的应变时效试验，其结果应满足目标工程的性能要 求。目标工程的纵向拉伸性能要求至少应包括： 1）全应力应变曲线的形状宜是RH曲线。 2）纵向屈服强度下限不宜小于标准规定的最小值，上 限不宜超过标准规定的最小值+120MPa。纵向拉伸 强度下限不宜小于标准规定的最小值，上限不宜超 过标准规定的最小值+150MPa

3）应提出均匀伸长率限值。 4）屈强比应小于0.85。 5）应提出应力比限值。 6.1.7.在首批检验、生产过程控制试验以及必要时，应提供焊 缝金属拉伸全应力应变曲线。拉伸试样可采用圆棒试样。 6.1.8夏比V型缺口冲击试验应符合下列规定： 1夏比V型缺口冲击试验温度不应高于管道最低设计温度 2.输油管道管体的夏比冲击功不应小于60J（3个试样夏比 冲击功平均最小值，下同）；输气管道止裂性能应满足设计要求。 3对于钢管的焊缝和热影响区，输油管道的夏比冲击功平 均值不应小于45J：输气管道的夏比冲击功平均值不应小于80J 4.对于外径小于508.mm的钢管，钢管管体每组夏比冲击 试验（3个试样为一组）的最小平均剪切面积不应小于85%，单 个试样的最小剪切面积不应小于70%。 6.1.9落锤撕裂试验应符合下列规定： 1对于钢级不低于L360（X52）、管径不小于508mm的钢 管，应进行落锤撕裂试验。 2落锤撕裂试验温度不应高于管道最低设计温度。 3 落锤撕裂剪切面积的最小平均值不应小于85%。 6.1.10 钢管的工厂静水压试验的稳压时间至少应保持15s。 6.1.11 钢管尺寸公差应符合表6.1.11的规定

1对于钢级不低于L360（X52）、管径不小于508mm的 管，应进行落锤撕裂试验。 2落锤撕裂试验温度不应高于管道最低设计温度。 落锤撕裂剪切面积的最小平均值不应小于85%。 6.1.10 钢管的工厂静水压试验的稳压时间至少应保持15s。 6.1.11 钢管尺寸公差应符合表6.1.11的规定。

表6.1.11钢管尺寸公差

注：1测试频率100%指每根管都要检查；10%指每10根管检查1次。 2t一一管道壁厚。 3 D管径。 4 L一管长。

6.1.12埋弧焊管最大径向错边应符合表6.1.12的规定。

表6.1.12埋弧焊管最大径向错边

注：管端是指距离管端面100mm范围内的管

6.1.13埋弧焊钢管焊缝的内焊缝余高不应大于3.0mm，外焊缝

楼梯标准规范范本6.2防腐涂层补充技术条件

6.2.1应变设计地段的防腐涂层除了应符合现行国家标准《埋 地钢质管道聚乙烯防腐层》GB/T23257及其相关规范的要求 外，还应满足本节的技术要求。 6.2.2应变设计的管段宜采用加强级3PE防腐涂层材料。 6.2.3 防腐涂层的涂敷温度不应超过200℃。 6.2.4管道防腐涂层应进行弯曲、拉伸试验，在预期的变形形 式及变形量下，防腐涂层性能不应降低。

环焊缝焊接及检验补充技术条件

6.3.1应变设计地段的环焊缝焊接及检验除了应符合现行国家 标准《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369、《钢质 管道焊接及验收》GB/T31032及其相关规范的要求外，还应 满足本节的技术要求。 6.3.2应变设计管段应开展专项焊接工艺评定，并形成满足设 计要求的焊接工艺规程。 6.3.3焊缝金属应进行拉伸试验，并提供拉伸全应力应变曲线。 焊缝金属拉伸曲线宜高于母材的拉伸曲线，如图6.3.3所示。实

6.3.3焊缝金属应进行拉伸试验，并提供拉伸全应力应

焊缝金属拉伸曲线宜高于母材的拉伸曲线，如图6.3.3所示。实 测的焊缝金属的抗拉强度应为母材抗拉强度的1.05～1.15倍。

6.3.4焊缝金属拉伸试验应执行现行国家标准《焊缝及熔敷金

6.3.4焊缝金属拉伸试验应执行现行国家标准《焊缝及熔敷金 属拉伸试验方法》GB/T2652的规定测绘标准，宜采用如图6.3.4（a 所示的圆棒试件。对于窄坡口焊缝，应使用如图6.3.4.（b）所示 的矩形试件（虚线部分）。 6.3.5环焊缝接头的拉伸试件不应断裂在焊缝和热影响区处 当断裂发生在热影响区时应分析原因，确定是否满足设计要求。 6.3.6环焊缝焊接接头的断裂韧性应通过试验确定，可按现 行国家标准《金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法》