GB∕T 29165.3-2015∕ISO 14692-3:2002 石油天然气工业 玻璃纤维增强塑料管 第3部分:系统设计.pdf
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1、I C S7 5.2 0 0;8 3.1 4 0.3 0E9 7;G3 3中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准G B/T2 9 1 6 5.32 0 1 5/I S O1 4 6 9 2 - 3:2 0 0 2石油天然气工业 玻璃纤维增强塑料管第3部分: 系统设计P e t r o l e u ma n dn a t u r a l g a s i n d u s t r i e sG l a s s - r e i n f o r c e dp l a s t i c s(G R P)p i p i n gP a r t 3:S y s t e md e s i g n(I S O1
2、4 6 9 2 - 3:2 0 0 2,I D T)2 0 1 5 - 0 5 - 1 5发布2 0 1 5 - 0 9 - 0 1实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会发 布目 次前言1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 符号及缩略语15 系统布置要求1 5.1 概述1 5.2 空间要求2 5.3 系统支承2 5.4 用于清理的隔离装置及通道3 5.5 薄弱点3 5.6 接头的选择5 5.7 火灾及爆炸6 5.8 静电放电控制7 5.9 电化学腐蚀76 水力学设计7 6.1 概述7 6.2 流动特性7 6.3 限制流速的因素8 6
3、.4 侵蚀8 6.5 水锤9 6.6 循环条件97 结构设计9 7.1 概述9 7.2 制造商的压力等级9 7.3 评定压力9 7.4 因数化评定压力9 7.5 系统设计压力1 1 7.6 载荷要求1 1 7.7 允许位移1 3 7.8 评定应力1 3 7.9 因数化应力1 3 7.1 0 载荷产生的计算应力极限值1 4 7.1 1 失效包络线的确定1 58 应力分析2 0 8.1 分析方法2 0G B/T2 9 1 6 5.32 0 1 5/I S O1 4 6 9 2 - 3:2 0 0 2 8.2 分析要求2 0 8.3 外部压力/真空2 1 8.4 热载荷2 2 8.5 内压产生的应力
4、2 2 8.6 管道支承产生的应力2 2 8.7 轴向压缩载荷( 屈曲应力)2 39 防火性能2 4 9.1 概述2 4 9.2 耐火性2 5 9.3 燃烧反应2 5 9.4 防火层2 61 0 静电2 6 1 0.1 概述2 6 1 0.2 控制静电积累的分类编码2 6 1 0.3 静电防护方案2 7 1 0.4 设计及档案编制要求2 8 1 0.5 内部流体导电性大于1 00 0 0p S/m的管道2 8 1 0.6 内部流体导电性小于1 00 0 0p S/m的管道2 8 1 0.7 处于弱/中度外部电荷产生机制的管道2 9 1 0.8 处于强外部产生静电机制作用的管道2 9 1 0.9
5、 管道系统内电路的连续性2 9 1 0.1 0 雷击3 01 1 安装方与运行方档案3 0附录A( 资料性附录) G R P管道系统布置设计指南3 1附录B( 资料性附录) 连接设计选择的方式和指南3 3附录C( 资料性附录) 材料性能与应力应变分析指南3 8附录D( 规范性附录) 挠度分析指南4 0附录E( 规范性附录) 大口径充液管道的支承应力计算4 8附录F( 资料性附录) 耐火性能评定指南5 2附录G( 资料性附录) 静电5 6附录H( 资料性附录) 检测规划6 2参考文献6 5G B/T2 9 1 6 5.32 0 1 5/I S O1 4 6 9 2 - 3:2 0 0 2前 言
6、G B/T2 9 1 6 5 石油天然气工业 玻璃纤维增强塑料管 分为以下4个部分: 第1部分: 词汇、 符号、 应用及材料; 第2部分: 评定与制造; 第3部分: 系统设计; 第4部分: 装配、 安装与运行。本部分为G B/T2 9 1 6 5的第3部分。本部分按照G B/T1.12 0 0 9给出的规则起草。本部分使用翻译法等同采用I S O1 4 6 9 2 - 3:2 0 0 2 石油天然气工业 玻璃纤维增强塑料管 第3部分: 系统设计 。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本部分由全国石油天然气标准化技术委员会(S A C/T C3 5 5)
7、 归口。本部分起草单位: 中国石油集团石油管工程技术研究院、 哈尔滨斯达玻璃钢有限公司、 山东胜利新大实业集团有限公司、 中国石化西北油田分公司。本部分主要起草人: 戚东涛、 赵岩、 金立群、 羊东明、 李厚补、 方伟、 徐婷、 杨志勇、 朱加强。G B/T2 9 1 6 5.32 0 1 5/I S O1 4 6 9 2 - 3:2 0 0 2石油天然气工业 玻璃纤维增强塑料管第3部分: 系统设计1 范围G B/T2 9 1 6 5的本部分规定了玻璃纤维增强塑料管道系统的设计指南。本部分适用于玻璃纤维增强塑料管的布置尺寸、 水力设计、 结构设计、 细节设计、 耐火性能、 火焰蔓延、 烟雾和静
8、电释放控制等。本部分应与第1部分配合使用。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件, 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件, 其最新版本( 包括所有的修改单) 适用于本文件。G B/T2 9 1 6 5.12 0 1 2 石油天然气工业 玻璃纤维增强塑料管 第1部分: 词汇、 符号、 应用及材料(I S O1 4 6 9 2 - 1:2 0 0 2,I D T)G B/T2 9 1 6 5.22 0 1 2 石油天然气工业 玻璃纤维增强塑料管 第2部分: 评定与制造(I S O1 4 6 9 2 - 2:2 0 0 2,I D T)G B/T2
9、 9 1 6 5.42 0 1 5 石油天然气工业 玻璃纤维增强塑料管 第4部分: 装配、 安装与运行(I S O1 4 6 9 2 - 4:2 0 0 2,I D T)A S TM E 1 1 1 8 增强热固树脂管(R T R P) 声发射检测标准作法S t a n d a r dp r a c t i c ef o ra c o u s t i ce m i s s i o ne x a m i n a t i o no f r e i n f o r c e dt h e r m o s e t t i n gr e s i np i p e(R T R P) B S7 1 5 9:1
10、 9 8 9 独立工厂或场所用玻璃纤维增强塑料(G R P) 管道系统的设计和施工规范C o d eo fp r a c t i c e f o rd e s i g na n dc o n s t r u c t i o no fg l a s s - r e i n f o r c e dp l a s t i c s(G R P)p i p i n gs y s t e m sf o ri n d i v i d u a lp l a n t so rs i t e s3 术语和定义G B/T2 9 1 6 5.1界定的术语及定义适用于本文件。4 符号及缩略语G B/T2 9 1 6 5
11、.1给出的符号及缩略语适用于本文件。5 系统布置要求5.1 概述玻璃纤维增强塑料(G R P) 管的尺寸、 管件及材料种类的选择可能会受供应商生产能力的限制, 因1G B/T2 9 1 6 5.32 0 1 5/I S O1 4 6 9 2 - 3:2 0 0 2此在设计阶段应尽早明确产品应用要求。在选择供应商时, 宜将其所能提供的工程支持作为一个关键因素。设计管道系统时应最大限度地采用预制管串以减少现场工作量。管串尺寸受下列因素影响: 现场运输及装卸设备的要求; 安装要求; 安装时必需的配合公差要求( 满足裕量要求) 。设计方应评估制造商提供的特定管道系统的布置要求, 包括但不限于:a) 轴
12、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;d) 连接系统要求;e) 支承要求;f) 维修隔离要求;g) 舱体与甲板的连接;h) 提升时舱体弯曲的要求;i)便于管道维修;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, 系统的设计应使局部管道安装结束后可立即进行压力试验, 避免大型G R P管道系统施工结束时再进行整体压力试验的情况, 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G R P管道系统的布置指南。5.2 空间要求设计方应考虑某些G R P管道组件比钢制组件需要更大的空间,G B/T2
13、 9 1 6 5.22 0 1 2中第7章给出了管件的推荐尺寸。与同等金属组件相比,G R P管件通常具有铺设长度长、 体积大的特点, 因此更易受空间限制。可能的情况下尽量在工厂内预制成管串, 以避免管件现场组装空间受限问题。当空间有限时, 应考虑对G R P及金属组件进行优化设计。5.3 系统支承5.3.1 概述G R P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, 标准尺寸支承可能与管道外径并不匹配。采用标准支承时可采用鞍座和弹性衬垫。系统支承应符合下列要求:a) 支承间隔应能避免管道系统在设计使用寿命期间发生下垂( 长期过度偏移) 和/或过度振动;b) 支承应
14、按照制造商的指南设计;c) 当管道固定可靠时, 长距离铺设可采用低模量材料以控制轴向膨胀, 且无需采用膨胀伸缩节;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, 可形成过大弯曲载荷及扭转载荷。e) 除非业主同意,G R P管不能用于支承其他管道;2G B/T2 9 1 6 5.32 0 1 5/I S O1 4 6 9 2 - 3:2 0 0 2f)G R P管道应充分支承, 以确保其连接软管接入公共设施或加载站时不会产生由于材料应力过大导致的拔脱;g) 当支承需要采用保护接地措施时, 应按照第1 0章和5.8的要求设计。管道支承可分为允
15、许滑动式管道支承和固定式管道支承两类。5.3.2 管道支承接触面5.3.2.1 导则G R P管道支承应遵循以下原则:a) 为了避免损伤受支承的管道, 支座应保证足够的宽度, 并采用弹性材料或其他软质材料做支承衬垫; 鞍座板最小宽度应不低于3 0D( 单位为毫米) , 其中D为管道平均直径( 单位为毫米) ;b) 夹紧力不可压损管道; 安装不当会导致管道局部压损, 夹紧力过大会导致管道周向压损;c) 支承应安装在直管段, 不应安装在管件或连接处;d) 防火G R P管道的支承条件应进行特殊设计; 支承如果安装在防火设计的外部, 会导致载荷通过涂层时发生不规则传递, 从而导致剪切/挤压损伤, 破
16、坏支承完整性。5.3.2.2 滑动式管道支承应在滑动式管道支承上设置鞍座板、 弹性材料或金属片等耐磨损装置。5.3.2.3 固定式管道支承固定式管道支承应能够在不对G R P管道材料造成过载的情况下, 将所需的轴向载荷传递至管道。建议将锚固夹板设置在两组双1 8 0 的鞍架之间, 与管道固定在一起。建议采用制造商的标准鞍座并应按标准工序固定。5.3.3 支承及导向装置的间距由于材料模量低,G R P管道跨距通常比钢管小。支承的放置间隔应能避免管道系统在设计使用寿命内发生下垂( 长期过度偏移) 和/或过度振动。G R P管道充满水时, 假设支承采用简支方式, 间距应不大于表1规定的跨距, 同时符
17、合0.5%跨度的偏移准则或偏心距为1 2.5mm, 以两者中较小值为准。某些情况下, 弯曲应力或支座/支架接触应力可能成为限制因素( 见8.6) , 设计中必须减小支承间距。也可以采用更大的跨距, 设计方应确认应力符合8.6规定的允许应力范围。设计方应考虑屈曲效应(8.7) 和温度对G R P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设置用于管道维护的隔离及通道, 例如用于清除排水管中的污垢及阻塞物的通道。应在设计阶段注明用于隔离或通道的接头, 并将接头设置偏于将法兰提离的位置, 不应设置在两个锚固支架之间的短管上。5.5 薄弱点5.5.1 点载荷应尽量避免点载荷, 必要
18、时对G R P管路进行局部增强。3G B/T2 9 1 6 5.32 0 1 5/I S O1 4 6 9 2 - 3:2 0 0 2表1 跨距管道公称直径/mm跨距/m2 52.04 02.45 02.68 02.91 0 03.11 5 03.52 0 03.72 5 04.03 0 04.23 5 04.84 0 04.84 5 04.85 0 05.56 0 06.05.5.2 不当操作设计方应考虑G R P管在安装及使用中不当操作的风险, 以及长期抗冲击的需求。不当操作主要包括:a) 管道上任何可被人登踏或作为支承的区域;b) 坠落物的冲击;c) 管道可能被邻近吊运活动( 例如吊杆、
19、 吊物、 缆绳、 绳索或链条) 损坏的任何区域;d) 附近或上部空间焊接活动产生的焊熔金属飞溅。小型管道支管( 例如, 仪器及通风管) 等容易遭受剪切破坏部位, 应采用加固角板设计以减少隐患。必要时应设计防冲击装置以保护管道及防火层。注:B S4 9 9 4中详细阐述了角板的设计指南。5.5.3 与邻近设备及管道的动态响应及相互作用设计方应考虑管件的相对位移, 因为该位移可导致G R P管道出现应力过大。必要时应该考虑采用柔性管件。设计方应确保G R P管( 与碳钢管道系统相比) 对不同动态响应产生的振动不会导致支承产生磨损或支管应力过大。设计方应保证G R P管的支承足以承受由于瞬时压力波动
20、( 例如压力安全阀操作及阀门关闭等) 导致的冲击荷载。5.5.4 外部环境的影响5.5.4.1 日光和紫外线(U V) 辐照当G R P管受到阳光照射时, 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4G B/T2 9 1 6 5.32 0 1 5/I S O1 4 6 9 2 - 3:2 0 0 2G R P管采用半透明材料, 设计方应考虑在管道外部喷漆以防止管道内慢速流动的水中滋生藻类。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/解冻的影响。当输送液体时, 设计方应重点考虑内部流体的冰点。对于完全注满的管道, 内部液体的凝固会发生体积膨胀
21、, 从而导致G R P管的破裂或失效。对于供水管道, 凝固或冻结过程中体积膨胀更易使G R P管失效。管道可通过保温和/或表面电加热处理避免寒冷天气下管道冻结, 以保证内部流体流动。设计方应考虑以下因素影响:a) 保温材料的质量及增加的截面面积所产生的附加载荷;b) 确保表面电加热不会使管道温度高于其额定温度。应将电伴热线螺旋式缠绕到G R P管道上, 以便热量均匀地分布到管壁四周。可通过首先将铝箔包缠到管道上的方式改善热量分布。5.6 接头的选择5.6.1 概述可采用多种粘接及机械接头形式, 这些专用接头大致分为以下几类: 粘接接头; 层合接头; 弹性承插密封接头( 带或不带锁键) ; 法兰
22、接头; 螺纹接头; 金属/G R P转换接头; 其他机械接头。附录B详细阐述并给出了不同类型接头的应用指南。选择接头形式时, 设计方应考虑下列因素:a) 临界条件;b) 可靠性;c) 便于安装;d) 便于维修、 将来的变更及搭接。5.6.2 临界条件及可靠性设计方应考虑服役过程中对接头性能的评估要求。接头的选择应考虑装配过程中可能出现的环境状况, 例如温度及湿度。接头的选择应考虑主轴向应力及平面内轴向弯曲应力, 因为与单独承担内压相比, 这些应力在存在接头缺陷时造成损伤。接头的选择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 接头安装便捷性设计方应合理进
23、行布管设计以使现场接头按正确尺寸装配, 无需拉伸即可使接头就位以防材料所受应力过大。选择现场接头时应考虑到装配工正确安装连接件时所需的通道。现场接头应设置在远离支座及管件并且容易靠近的部位。设计方应考虑管路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5G B/T2 9 1 6 5.32 0 1 5/I S O1 4 6 9 2 - 3:2 0 0 2装配。5.6.4 便于维修和将来的变更及连接如果在将来可能发生变更的位置采用承插接头, 设计方应考虑管道轴向位移的需要, 以便无需切断管道就可以打开接头。5.6.5 金属/G R P管转换接头与金属罐、 容器、 设备或
24、管路之间的界面应采用法兰连接。为使法兰密封可靠, 并保证较低的螺栓拉力, 应采用钢圈增强弹性垫圈。仅可采用软质弹性体, 硬度宜介于邵氏硬度A 5 5A 7 5(C 2 4C 4 3) 之间。垫圈材料应符合管道系统的压力、 温度及抗化学性要求。不宜采用P T F E包覆型垫圈, 而且不可在高压( 大于3.2MP a) 、 大直径管道( 大于6 0 0mm) 中采用该垫圈。除非按G B/T2 9 1 6 5.22 0 1 2中的6.2.3.2进行质量评定, 否则不得采用其他方式制作的接头, 如采用端部包缠法连接金属管道和G R P管道。5.7 火灾及爆炸5.7.1 概述应考虑火灾( 包括爆炸) 对
25、系统布置要求的影响。对具有耐火要求的G R P管道系统进行布置设计时需要考虑的事项包括:a) 爆炸;b) 接头及支承的耐火性;c) 与金属固定物之间的界面;d) 疏水阀的结构;e) 喷射火焰;f) 热量释放及火焰蔓延;g) 烟气排放物、 可见度及毒性。第9章给出了评估耐火性能的方法。5.7.2 爆炸如果组件可能 处于有爆炸 危险的环 境中时, 应考 虑爆炸超压、 拉曳力及抛 射体冲击的 影响( 见7.6.1) , 包括其对支承间距可能产生的影响。5.7.3 疏水阀应考虑在含滞流水的管道中设置疏水阀的可能性, 这样可以利用水降低热传导。5.7.4 喷射火焰喷射火焰可形成极高的热流及侵蚀环境, 从
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