①. 材料的许用应力
材料的许用应力是指材料的强度指标除以相应的安全系数得到的值。材料的力学性能指标有屈服极限、强度极限、蠕变极限、疲劳极限等,这些指标分别反映了不同状态下失效的极限值。为了保证管道运行中的强度可靠,常将管道元件中的应力限制在各强度指标下某一值,该数值即为许用应力。当管道元件中的应力超过其许用应力值时,就认为其强度已不能得到保证。因此说,材料的许用应力是确定管道壁厚等级的基本参数。不同的设计标准,选取材料的许用应力值是不同的。对工业管道,国内的设计标准是按GB150确定的许用应力值,ASTM材料则是取按ASME B31.3标准确定的许用应力值。
②. 腐蚀余量
腐蚀余量是考虑因介质对管道的腐蚀而造成的管道壁厚减薄,从而增加的管道壁厚值。它的大小直接影响到管道壁厚的取值,或者说直接影响到壁厚等级的确定。许多国内外的工程公司或设计院通常都将腐蚀余量进行分级,具体见表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过程中,相对于其公称壁厚(或者叫理论壁厚)都会有正、负偏差,因此在确定管子及其元件公称壁厚时一定要考虑可能出现的负偏差值。各种钢管标准中规定的负偏差值是不完全相同的,GB/T 8163《流体输送用无缝钢管》、GB/T 14976《流体输送用不锈钢无缝钢管》规定的壁厚偏差值见表16.21。
④. 焊缝系数
金属的焊接过程,实质上是一个冶金过程,其组织带有明显的铸造组织特征。一般情况下,铸造组织缺陷较多,材料性能也有所下降。对于有纵焊缝和螺旋焊缝的焊接管子及其元件,相对于无缝管子及其元件来说常给它一个强度降低系数(即焊缝系数),以衡量其力学性能下降的程度。其焊缝系数的取值见表16.22。
⑤. 设计寿命
设计寿命与管道的腐蚀余量有关。对于均匀腐蚀来说,当知道其年腐蚀速率后,根据预定的设计寿命,就很容易算出其应取的腐蚀余量了。设计寿命还与交变应力作用的载荷变化次数、氢损伤的孕育时间、断裂因子的扩展期等影响因素有关,与管道的一次性投资、资金代偿期和技术更新周期有关。
⑥. 铸造质量系数
相对于轧制或锻制的管子元件来说,铸件存在的缺陷相对较多,使得其力学性能有所下降。在ASMEB31.3中,为了衡量铸件力学性能下降的程度,用铸造质量系数来表示。铸造质量系数同样与无损探伤的检验数量有关。一般情况下,符合材料基本要求且根据MSS SP-55的规定已经过肉眼检验的静态铸件,可取其基本铸造质量系数为0.8,对每一铸件进行补充检验后可以按表16.26的要求提高。铸件用作压力管道及其元件的情况并不多,大直径(≥DN50)阀门的阀体常采用铸件,阀门阀体的强度设计一般由制造商进行,多数阀门标准已经给出了最小壁厚要求,实际的工业管道设计中很少用到铸造质量系数这个概念。ASME B31.3规定,用于剧烈操作条件下及工艺介质管道上的焊接和铸造管件,其焊接质量系数和铸造质量系数均不得低于0.9。