长输管道弯管叠加角的计算(推荐文档).doc

长输管道弯管叠加角的计算李云芳（中国石油天然气管道第三工程公司，河南中牟451450）【摘要】随着近年来管道工程建设的快速发展，许多长输管道工程项目相继开工建设。在长输管道工程的施工建设当中，对弯管的需求量非常大，本文通过理论推导与实践，介绍了关于不宜直接测量出的叠加角度的计算方法，公式形式简单、便于记忆，在实际应用当中对施工技术人员具有借鉴与参考价值。0前言管道运输以其运量大、占地少、运输建设周期短、费用低、安全可靠、连续性强、耗能少、成本低、效益好而与铁路、公路、海运、民用航空共称为五大运输行业。随着我国经济的发展及西部的开发，近年我国建设了多条长距离管道，如相继建成并投产的兰-成-渝成品油管道、西气东输管道、西部原油成品油管道及正在建设的湘-娄-邵供气管道、西气东输三线管道等。长输管道因其距离长，无论是水平还是纵向都要多次发生变化，因此在长输管道的安装过程中需要使用弯管来改变其方向，而弯管角度的准确测量与计算对管道顺利安装至关重要。1管道方向改变的方法管道水平和竖向的转变，可根据具体情况分别采用弹性敷设、现场冷弯弯管和预制热煨弯管来处理。一般在地形条件允许的情况下，要优先采用弹性敷设。采用弹性敷设时，弯曲曲线的曲率半径一般不小于钢管外径的1000倍。当弹性敷设无法满足角度改变时优先采用冷弯弯管，曲率半径为R=40D；冷弯弯管无法满足角度改变时则采用热煨弯管，热煨弯管曲率半径为R=6D。2弯管的准确测量的重要性长输管道要经过多种地形地貌，特别是山区、丘陵地段，地形复杂、蜿蜒曲折，山体落差大，山势起伏连绵，给施工带来很大的困难。在湘娄邵供气管道中，由于管道沿线山势起伏，弯管用量非常大，要求施工技术人员在弯管角度的测量与计算时，必须保证结果的准确性，否则势必造成弯管组对安装时出现强力组对，使焊口产生应力，为管道安全运行留下隐患；正确角度弯管的安装，有利于管道下沟后保证管道埋深，减少土石方的开挖量；另外，预制热煨弯管加工周期长、运输距离远，如果根据技术人员测量结果加工并已经运至现场的预制热煨弯管与现场实际情况误差过大，就需要重新加工生产，不但造成生产及运输成本增加，更将严重影响施工进度。因此弯管的准确测量与计算在管道工程建设中至关重要，直接关系到工程的质量与进度。3叠加角的计算为了确保测量所得到的弯管角度的正确性，将测量误差控制在允许范围内，施工技术人员通常都采用现场实际测量的方法。对于管道水平和竖向转变的角度，技术人员以图纸为参考，进行现场实地测量。单纯的水平转角与纵向转角都较容易准确测量，而角度叠加（即在同一地点既有水平方向的改变，又有纵向方向的改变）就相对困难，有时因为测量条件的局限，使用仪器不易直接测量出叠加角度，此时可以先分别测量出同一点的水平转角与纵向转角的角度，或者根据图纸的平面图与纵断面图得到同一点的水平转角与纵向转角的角度，然后再利用立体几何和三角函数通过计算的方法计算出叠加角的角度，原理及推导过程如下：a1A1(A2)B1C1(C2)B2c1b1c2b2b3αβγ如上图：A1C1B2为带有叠加角度的弯管模型，其中α（∠A1C1B1）为已测出的纵向转角（使用钝角）；γ（∠B1C1B2）为已测出的水平转角；β（∠A1C1B2）为所求叠加角度，公式推导过程如下：根据三角形余弦定理：cosβ=(a12+b22-c22)/(2×a1×b2)将b2=b1/cosγ；c22=c12+b32；b3=b1×tanγ；c12=a12+b12-2×a1×b1×cosα代入上式，得：cosβ={(a12+(b1/cosγ)2-[(a12+b12-2×a1×b1×cosα)+(b1×tanγ)2]}/(2×a1×b1/cosγ)令a1=b1=1，代入上式，整理化简如下：cosβ=cosα×cosγβ=arccos(cosα×cosγ)角β即为所要求的叠加角，计算出的角度为钝角，而管道工程惯用锐角作为弯管角度的表示方法，因此计算出的叠加角度=180-β。4结束语以上推导得到的叠加角计算公式形式简单、易于理解、便于记忆，在工程中使用方便、结果准确，在实际施工应用中取得了良好的效果。在施工中保证了弯管测量的准确性，有效地避免强力组对、保证管道埋深、加快施工综合进度，公式也便于现场施工技术人员记忆与掌握，为施工技术人员提供了很好的借鉴与参考。作者简介：李云芳（1973—），男，广东陆丰人，工程师，国家一级注册建造师，1999年毕业于石油管道学院，现从事石油天然气管道工程项目管理工作。