国际标准ISO14692PATR3中文版第三部分系统设计.docx
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国际标准ISO14692PATR3中文版第三部分系统设计
第三部分系统设计
前言
1适用范围
2规范性引用文件
3术语及定义
4符号及缩略语
5系统布置要求
5.1概述
5.2空间要求
5.3系统支座
5.4用于清理的隔离装置及通道
5.5设计隐患
5.6接头的选择
5.7火灾及爆破
5.8静电释放的控制
5.9电化腐蚀
6水力学设计
6.1概述
6.2流动特性
6.3流速的一般要求
6.4侵蚀
6.5水锤
6.6循环条件
7结构设计
7.1概述
7.2制造商的压力等级
7.3合格压力
7.4参数化合格压力
7.5系统设计压力
7.6载荷要求
7.7容许位移
7.8合格应力
7.9参数化应力
7.10计算载荷应力的极限值
7.11失效包络线的确定
8应力分析
8.1分析方法
8.2分析要求
8.3外压/真空压力
8.4热载荷
8.5内压引起的应力
8.6管子支架引起的的应力
8.7轴向压缩载荷(屈曲载荷)
9防火性能
9.1概述
9.2耐火性
9.3燃烧反应
9.4防火涂层
前言
ISO14692本部分旨在保证采用ISO14692-2鉴定的构件设计管道系统时,系统可以符合规定的性能要求。
这些管道系统专用于石油及天然气工业加工及公用设施应用领域。
该文件主要用户包括委托人、设计承包商、负责设计的供应商、认证机构及政府机构。
ISO14692-1给出了ISO14692本部分所用压力术语的定义。
石油及天然气工业——玻璃钢(GRP)管道
第三部分:
系统设计
1适用范围
ISO14692该部分为设计GRP管道系统提供了指南。
本文阐述的要求及建议适用于布置尺寸、水利学设计、结构设计、细节设计、耐火性、火灾蔓延、排放物及静电释放控制。
ISO14692该部分需要与ISO14692-1一起阅读理解。
2规范性引用文件
下列引用文件对应用本标准必不可少。
对于注有日期的引用文件,只能使用本文所引用的版本。
对于未注明日期的引用文件,可以使用引用文件(包括任何修订版本)的最新版本。
ISO14692-1:
2002,石油及天然气工业——玻璃钢(GRP)管道——第一部分:
词汇、符号、应用及材料
ISO14692-2:
2002,石油及天然气工业——玻璃钢(GRP)管道——第四部分:
制造、安装及运行
BS7159:
1989特殊工厂和工地用玻璃纤维增强塑料(GRP)管道系统的设计和施工实用规程
ASTME1118,增强热固树脂管材(RTRP)声发射检测标准操作规程
3术语及定义
ISO14692-1给出的术语及定义适用于本标准。
4符号及缩略语
ISO14692-1给出的符号及缩写术语适用于本标准。
5系统布置要求
5.1概述
由于GRP产品属于专利产品,因此对组件尺寸、管件及材料种类的选择可能会受供应商限制。
最好在设计阶段尽早确定潜在买方以便确定对组件实用性的要求。
此外,供应商所能提供的技术支持也应作为选择买方的关键考虑因素。
如果可行,应尽量采用预制管系设计管道系统,从而减少现场工作量。
管系的总尺寸应根据下列因素确定:
——现场运输及装卸设备的要求;
——安装要求;
——对安装管件必需公差的要求(“量体裁衣”要求)
设计方应评估从制造商获取的系统布置要求,该要求与专利管道系统性能有关,包括但不限于下列要求:
a)轴向热膨胀要求;
b)抗紫外线辐射及大气老化要求;
c)组件尺寸要求;
d)连接系统要求;
e)支座要求;
f)用于维修,保温的备品;
g)舱体与甲板的连接;
h)对提升时舱体挠曲的要求;
i)便于今后维修及管道连接;
j)安装及使用过程中管道损坏的风险级别;
k)防火性能;
l)静电控制。
水压试验是评估组件质量及系统完整性的最可靠方法。
如果可行,系统的设计应使每一限定的部分在安装结束后可以立即进行压力试验。
这样是为了避免在大型GRP管道系统施工结束时再进行压力试验,因为后期发现问题会影响项目的整体工期进度。
附录A给出了GRP管道系统的布置指南。
5.2空间要求
设计方应考虑与钢比较,某些GRP组件的空间轮廓较大。
ISO14692-2:
2002中第7条给出了管件尺寸标准。
与同等金属组件相比,GRP管件通常具有结构长度长、体积大的特点,因此可能很难用于有限空间。
如果可行,可在工厂内将该管道工程预制成一个完整的管系来解决,而不是用单独的管道管件进行组装。
如果空间有限,则应考虑对GRP及金属组件特性的最优化设计。
5.3系统支座
5.3.1概述
GRP管道系统可以采用与金属管道系统相同的支承原理。
但是由于管道系统的特性,标准尺寸支座未必与管道外径匹配。
如果采用鞍座及弹性衬垫则可以采用标准支座。
采用系统支座需符合下列要求及建议:
a)支座间隔应能避免管道系统在设计使用寿命期间下垂(长期超跨度)或过度振动。
b)通常情况下,支座应按照制造商的指南设计。
c)对于长期应用情况,假设系统已得到良好固定及控制,则可以采用低模量材料控制轴向膨胀并无需采用膨胀节。
d)阀门或其他重型附属设备应采用独立支承。
注:
由于阀门通常与远离管道中心线的重型控制机构装配在一起,因此能够形成弯曲载荷及扭转载荷。
e)除非与委托人商定,否则不得用GRP管道支承其他管道。
f)应合理支承GRP管道以确保与公共设施或加载站软管的连接件不被拔脱并对材料形成过应力。
g)应考虑可行的支座设计要求,以便按照第10条5.8的要求采用保护接地措施。
管道支座可分为允许管道移动的支座及固定管道的锚座。
5.3.2管道支座的接触面
5.3.2.1指南
GRP管道支座应遵循下列指南。
a)支座应始终保证足够的宽度以便在不损坏的情况下支承管道,同时应采用弹性材料或其他相应的软质材料做支座衬垫。
鞍座最小宽度应为(单位为mm),其中D为管道平均直径(单位为mm)。
b)夹紧力应以不压损管道为准。
安装不当会导致管道局部压损,夹紧力过大会管道导致周向压损。
c)支座最好安装在管体(plain-pipe)处,而不要安装在管件或连接件等部位。
d)应考虑防火GRP管道的支承条件。
支座如果安装在防火管道外部,载荷经由防火涂层时会不规则传输,从而会导致剪切破坏/压损并损坏支承的完整性。
5.3.2.2允许管道位移的支座
与允许管道位移的固定支座接触的管段应具备鞍座、弹性材料或金属片等耐磨损措施。
5.3.2.3锚固管道的支座
锚座应能在不对GRP管道材料造成过大应力的情况下,将所需的轴向载荷传递至管道。
建议将夹具设置在两个包角为180°,粘接在管道外表面上的鞍座之间。
建议采用制造商的标准鞍座并应按标准规程粘接。
5.3.3支座及导向装置的间距
由于材料模量低,GRP管道跨距通常比钢管小。
支座间隔应能避免管道系统在设计使用寿命期间下垂(长期超跨度)或过度振动。
GRP管道注水时应至少能够跨越表1规定的距离,同时应符合0.5%跨度的偏移准则或圆心为12.5mm,以两者中较小值为准。
假设跨距采用简支方式。
某些情况下,弯曲应力或支座接触应力可能成为限制因素(见8.6),因此可能必须减小支座间距。
表1——跨距长度指南(简支)
管道公称直径mm
跨距m
25
2.0
40
2.4
50
2.6
80
2.9
100
3.1
150
3.5
200
3.7
250
4.0
300
4.2
350
4.8
400
4.8
450
4.8
500
5.5
600≥
6.0
也可以采用更大的跨距,设计方应确认应力符合8.6规定的容许应力范围。
设计方应考虑屈曲效应(8.7)。
同时还应考虑温度对GRP材料轴向模量的影响。
5.4用于清理的隔离装置及通道
设计方应预先制定便于维修的隔离及通道措施,例如清除排水管中的污垢及阻塞物。
用于隔离或通道的接头应在设计阶段说明,并应将连接件设置在施工时可以将法兰提离的位置,即不应设置在两个支座之间的短管上。
5.5薄弱点
5.5.1点载荷
点载荷应最小化,必要时GRP管道应局部加固。
5.5.2不当操作
设计方应考虑GRP管道在安装及使用中不当操作的风险,以及永久抗冲击力的需求。
可能的不当操作根源包括:
a)管道上任何可被人登踏或作为支撑的区域;
b)来自坠落物的冲击力;
c)管道可能被邻近吊运活动(例如吊杆、载荷、缆绳、绳索或链条)损坏的任何区域;
d)附近或架空式焊接活动产生的焊熔金属飞溅。
诸如小型管道支管(仪器及通风管)等容易遭受剪切破坏的管道,应采用加固角板设计以减少隐患。
必要时,应同时采用抗冲击力措施及防火层设计保护管道。
注:
BS4994【1】中阐述了设计角板的详细指南。
5.5.3与邻近设备及管道的动态激励及相互作用
设计方应考虑配件的相对运动,因为该运动可以导致GRP管道应力过大。
必要时应该考虑采用活动配件。
设计方应确保GRP(与碳钢管道系统相比)对不同动态相应产生的振动不会导致支座处产生磨损或支管应力过大。
设计方应该保证GRP管道合理支承以便承受瞬时压力波(例如压力安全阀操作及阀门关闭等)导致的振动荷载。
5.5.4外部环境的影响
5.5.4.1暴露于紫外线(UV)下的应用
如果GRP管道暴露于阳光下使用,设计方应考虑是否需要采用防紫外线措施以防止树脂表面降解。
如果GRP采用半透明材料制作,设计方应考虑是否需要在管道外部喷漆以防止管道内慢速流动水中生长藻类。
5.5.4.2低温及保温要求
设计方应考虑低温对管道材料性能的影响,例如冻结/解冻。
对于流体应用的情况,设计方应特别注意内部流体的冰点。
对于完全注满的管道,内部流体的凝固可能会使流体体积膨胀,从而导致GRP管道破裂或失效。
对于供水管道,凝固或冻结过程中体积膨胀足以使GRP管道失效。
管道可能需要进行保温或电气表面加热处理,以防止寒冷天气下管道冻结或保证粘性流体流动。
设计方应考虑下列事项:
a)保温材料的质量及增加的截面面积产生的附加载荷;
b)确保电气表面加热处理不会使管道温度高于其额定温度。
应将电伴热线按螺旋式缠绕到GRP管道上,以便热量均匀地分布到管壁四周。
如果首先将铝箔包缠到管道上可以改善热量分布。
5.6接头的选择
5.6.1概述
目前有各种粘接及机械接头。
这些接头本质上具有专有性,但是可大致分为以下几种:
——胶粘剂粘接接头;
——铺层包缠接头;
——弹性承接密封接头(带或不带锁紧件)
——法兰连接接头;
——螺纹连接接头;
——金属/GRP界面;
——其他机械接头。
附录B阐述并给出了使用这些接头种类的详细指南。
选择连接方法时,设计方应考虑下列因素:
a)临界点;
b)可靠性;
c)便于组装接头;
d)便于维修、今后更改及连接。
5.6.2危险程度及可靠性
设计方应考虑使用过程中对接头性能的评估要求。
选择接头时应考虑装配过程中可能出现的环境状况,例如温度及湿度。
选择接头时应考虑主轴向应力及面内轴向弯曲应力,因为与单独的压力相比,这些应力更能够揭示出组装较差接头的缺陷。
选择接头时则应考虑海上浮动平台安装时船壳的挠曲和船舱在提升操作中的挠曲引起的管道运动。
5.6.3便于装配接头
设计方应保证系统布置能够令现场接头按正确尺寸装配,而且无需靠拉伸使接头就位以防材料所受应力过大。
选择现场接头应考虑便于装配工正确安装连接件所需的通路。
现场接头应设置在远离支座及管件并且容易接近的部位。
设计方应考虑管道回路中最后现场接头的最佳位置,以保证有必要的通路,因为通常这个接头最难装配。
5.6.4便于今后维修、变更及连接
如果在今后可能更改的位置采用
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