国际标准iso14692patr3中文版第三部分——系统设计-文库吧

【正文】 第 9章 给出了评估防火性能的方法。 炸 如果 组 件可能用于有爆炸危险的情况下，则应考虑爆 炸 超压、拉曳力及抛射体冲击力的影响 (见 )，包括其对支座间距可能产生的影响。 应考虑在含滞流水的管道中设置蒸汽疏水阀的可能性，这样可以利用水 降低 热传导 。 喷射火焰会对各种管道系统造成巨大威胁，因为他们可形成极高的热通量及 侵 蚀环境。尽管可以设计 GRP 管道系统使其在指定时期内具有耐喷射火焰的性能，但是如果可能设计系统布置时，应该使管道远离喷射火焰直接冲击的区域。 应考虑火灾总量及表面火焰蔓延至其他区域的风险，特别是如果管道为空管道或不再使用的情况。设计方应考虑管道方位及（来自附近反射面的）热反馈对管道防火性能的影响。 、可见度及毒性 烟气及毒性排放物的性能判据主要适 用于将 GRP 管道用于封闭区、逃生通道或通风受限区域及危险操作区的情况。应该考虑烟气及毒性排放物扩散到其他区域的风险，特别是当管道为空管道或不再使用时更应如此。 穿越 穿越 （ 舱 壁、防水壁、 甲 板） 的局部需要加强 。主要要求是防止烟气及火焰通过，以保证结构 完整性并防止背燃面温度升高。因此， 穿越部位 应符合对相关危险区域的要求。这需要对 穿越 进行防火试验并审定以便使用研究中的特种 GRP 管道。 根据具体应用及位置， GRP 管道及相关系统可能需要具有导电性、消静电性并采用接地处理。管道 位置能 决定暴露 管道可能产生外部 静电 制 的 大小 ， 决 定 引 燃放电的结果。例如，管道上方的金属通道及 甲 板所 产生的屏蔽效应能减少 大气电场而造成的影响。 在危险区，设计方应注意工艺管道与其他高压气射流源（可能形成产生强静电的机制 ）的邻近度。此外，设计方还应注意其他潜在产生静电的机构源，例如 摩擦带电 ， 清理罐体时产生的带电薄雾及烟 尘 。在这些位置上，如果可行，设计方应尽量减少使用与管道相连的未接地金属物体，并应在考虑风险分析时考虑附近金属物体的邻近度（见 ）。 第 10章 及附录 G给出了静电放电控制要求的详细评估指南 。 如果 GRP 元件含有少量具有导电性的碳纤维，则不必考虑金属管道元件及 GRP管道元件界面的电化腐蚀问题。因为与邻近的金属元件相比，碳纤维（阴极）的外露面积可能较小。阴极与阳极 之间的高转化 比会加速电化腐蚀。 但是，如果 GRP 组 件含大量碳或其他阴极材料（例如用于辅助加固的材料），则可能需要采取预防措施，以便对金属 组 件界面的碳纤维进行绝缘处理。这种情况下，不建议使用源于阴极保护系统的外加电流。 6水力学 设计 水力学 设计旨在保证 GRP 管道系统能在其预定使用寿命期间按指定速度、压 力及温度输送指定流体。管道公称直径的选择取决于获取必要流体流量所需的管道内径，该液体流量需符合系统的流体及 水力 特性。 确定 压力损失时应考虑管道及 管 件的流体速度、流体密度、内表面粗糙度、管道长度、管道内径、阀门及 管 件的阻力。 ISO 13703【 2】 中给出了压力损失的计算指南。与金属管道相比， GRP 光滑表面所造成的压力损失可能较小。相反，过多突起的胶粘剂凝珠会增加压力损失。 管道系统中限制流速的因素包括： a) 不合格的压力损失； b) 水泵及阀门气蚀的防护装置； c) 瞬时过载（水锤） 的防护装置； d) 侵蚀减少； e) 噪音减少； f) 阀门等 组 件磨损减少； g) 管道直径及几何结构（惯性载荷）。 为 GRP 管道系统选择流速时，设计方应考虑这些因素。对于典型 GRP 安装而言，连续使用情况下流体的平均线性流速为 1m/s5m/s，其间歇偏差高达 10 m/s。对于天然气而言，连续使用情况下其平均线性流速为 1m/s10m/s，其间歇偏差高达 20 m/s。 如果限制流速的因素已消除或得到控制，例如设置将废气排放到大气的排气系统，则可采用更高的流速。 下列因素影响 GRP 管道易受侵蚀破坏 的程度： a) 流速； b) 管道结构； c) 粒子尺寸、密度及形状； d) 粒子与流体之比； e) 气蚀作用。 如果对抗侵蚀性能存在质疑，设计方应咨询制造商并考虑降低流速。 GRP 的抗侵蚀性能与粒子含量有密切关系。设计方应考虑流体中可能的 颗粒 含量并相应降低最大平均流速。对于 GRP 管道而言，最严重的侵蚀损坏通常出现在弯管及三通等硬粒子碰撞角在 45176。90176。之间的部位。在相对平直及碰撞角较小（＜ 15176。）的部位，侵蚀损坏最轻微。 DNV RP 0501【 3】 中阐述了有关侵蚀的详情。 根据流体速度 及粒子含量，湍流发生器能极大地影响 GRP 管道的侵蚀速率。设计方设计管道结构时应考虑湍流度及潜在的侵蚀风险。为尽量减少潜在的 GRP管道系统侵蚀损坏，应避免以下几点： a) 流向的突然变化； b) 局部流动 受限 或湍流引发物，例如在 接头 内部 交界处残留 过多胶粘剂（胶粘剂凝珠）。 ISO 146924： 2020给出了胶粘剂凝珠的最大尺寸限度要求。 气蚀 GRP 管道很容易被气蚀迅速损坏。通常管道系统内更容易形成气蚀条件而不容易察觉，企图使系统具有较高流速的设计理念往往会进一步恶化这一情况。气蚀可能出现的位置包括：分段 弯头弯角处、三通及 变 径、垫圈安装 偏心 的法兰以及涂有过多胶粘剂的连接部位。 设计方应采用标准方法预测气蚀可能出现的部位（例如控制阀），并采用必要技术确保正常使用时不会出现气蚀。 水锤 GRP 管道对水锤引起的瞬时压力及失衡力的敏感性取决于压力值及发生频率。如果预计出现瞬时压力，应进行全面的水击分析以便确定 GRP 管道是否对水锤敏感。分析应包括所有预计操作条件，包括 初始启动 、 开 阀、水泵试验及冲洗软管等。水锤应定义为临时载荷，见 。 如果水锤造成的风险极大，设计方应采用标准技术确保瞬时压力 不超过水压试验压力。 注：水锤出现的典型原因在于阀门的快速关闭。管道越长，流体流速越高，冲击载荷越大。冲击载荷通常会使管道内部出现振动。与同等钢管相比，由于 GRP管道轴向弹性模量较低，因此通常其纵向振动更大。 最大压力不得超过设计压力。如果在设计使用寿命期间，预计压力循环及其他载荷循环超过 7000周次，则应采用 。 7结构设计 GRP 管道系统结构设计旨在确保其在使用寿命期间良好运行、承受所有应力并防止施工 /安装过程中的变形。本条确定了服役设计判据及 GRP 可 能承受的载荷。第 8章 给出了对应力分析的要求。 产品资料中给出的制造商的压力等级与合格压力 pq（见 ）或系统设计压力不同。制造商的压力等级定义如下： pNPR=f2f 3， manpq （ 1） 式中： f2定义为载荷系数（见 ）， f3， man表示制造商选取的基于 f3， GRP 有限轴向载荷能力的系数（见 ）。 f3 是一个非固定参数并且主要取决于 组 件的应用及 pq 值。对于能够形成极大的非压应力的复杂管道系统，其 组 件的 f3值可能为 。 相反，如果 组 件支承情况良好并且是长管道的一部分，则 f3值可能不小于 。 只能将制造商的压力等级作为指导。制造商应始终提供用于采购报价的 f3值。 注：对于回归梯度小于 的 GRP 管道，可能需要降低式（ 5）中的 pqf 值。 管道及 管 件的合格压力 pq（单位为 MPa1））应按 ISO 146922： 2020中的 规定的方法确定。合格压力是指设计使用寿命为 20年的合格压力。 20年以外的其他使用寿命下的合格压力应按 ISO 146922： 2020中的 。 了 组 件的合格压力与设计压力之间的关系。 1） 1bar=（ MPa） 折算合格压力指用于确定 GRP 管道或管道系统安全操作范围的压力。该压力考虑了质量鉴定计划中无法考虑的特殊服役条件。 管道或 管 件的折算合格压力 pqf（单位为 MPa）应按式（ 2）计算： pqf=A1A 2A 3p q （ 2） 式中： pq——合格压力，单位为兆帕（ MPa），见 ； A1——按 ； A2——按 ； A3——按 。 分项系数 A1表示温度对力学性能降低的影响， A1按 ISO 146922： 2020中附录D 确定。 管道系统最大操作温度不得超过用于计算 GRP 组 件分项系数 A1的温度。如果操作温度不大于 65℃ ，则 A1值通常为 。 应考虑低温对材料性能及系统性能的影响。对于服役温度小于 0℃ 的情况，委托人应根据树脂系统考虑是否需要进行附加试验。应同时考虑质量鉴定 试验及附加力学试验。 例如尼龙 锁键 等 系统 组 件可能在低温下容易发生脆性断裂。 注：由于 GRP 材料在 ISO14692本部分规定的温度范围内不会发生韧脆转变，因此低温时力学性能不会出现重大的急剧变化。但是，温度低于 35℃ 时，内部残余应力足以降低管道系统的安全操作范围，这一点应引起重视。 应考虑所有系统 组 件化学降解（由输送介质或外部环境导致）对压力等级及温度等级的影响。系统 组 件应包括粘接剂、弹性密封件 /锁紧环，以及所采用的玻璃纤维及树脂材料基体。 化学降解的影响应该用抗化学性分项系数 A2表示，该系数按 ISO 146922： 2020中附录 D 确定。如果常规服役流体为水，则 A2=1。如果可行应参照制造商的数据。 注 1：通常， ISO 146922： 2020质量鉴定方法中规定的水溶液是指处于潜在腐蚀性较强环境下的水溶液。但是，强酸、碱、次氯酸盐、乙二醇、芳烃及酒精也可以降低 GRP 管道元件的性能；对性能的影响程度取决于化学物质的浓度、温度及树脂种类。 注 2：制造商表格中的数据来源于经验数据、大气压力下实验室试验数据、公布资料上的数据以及原材料供应商的数据。化学物质浓度、壁面应力、加固件及树脂种类并非始终要考虑的因素。因此，表格只能表明管道 组 件是否适合输送所列化学物质。此外，化学物质的混合物会意外地引起更为严重问题。 疲劳载荷及循环载荷 不必将循环载荷限定为压力载荷。因此，评估循强度时应考虑热载荷及循环载荷。 如果在设计使用寿命期间，压力循环或其他载荷循环的预计周次小于 7， 000周次，则应考虑静态服役情况。必要时，管道系统 组 件的限定循环能力可以通过 ISO 146922： 2020的 。 如果在设计使用寿命期间，压力循环或其他载荷循环的预计周次大于 7， 000周次，设 计方则应确定管道系统的设计循环强度 RC。 RC定义如下： RC=Fmin Fmax （ 3） 式中： Fmin及 Fmax分别为载荷（或应力）循环的最小及最大载荷（或应力）。 循环服役的分项系数 A3计算公式如下： （ 4） 式中： N——使用寿命期间总循环周次。 该方程仅适用于循环内压载荷（例如不适用于可逆载荷），但是如果轴向载荷仍保持拉伸性，该方程也可谨慎 用于轴向载荷。 系统设计压力 pd应小于式（ 5）给出的 组 件最大容许压力： pd≤f2f 3p qf （ 5） 式中： f2——见 ； f3——见 ； pqf——见 。 系统设计压力由具有 f3最小值的 组 件限定。由于 f3值取决于轴向应力值，因此f3最小值只能在系统应力分析之后确定。 注 1：如果将设计压力视为失效包络线（见 ），则不必计算 f3值。 注 2：对于回归梯度小于 GRP 管道，可能需要降低式（ 5）中的 pqf 值。降额系数见 。 管道系统设计应考虑系统安装及其使用寿命期间最苛刻的预计服役条件。设计方应考虑表 2给出的载荷 ——即在预计使用寿命期间管道系统可能承受的载荷。动荷载通常包括先不限于传输介质的质量。 有些情况下，环境温度的变化可能比流体的温度变化更为重要。因此，应将管壁平均温度变化视为适用环境温度与工作温度的温差。此外，还应考虑瞬时温度（例如绝热冷却）极值。 设计方应考虑对基于重力 的结构进行混凝土浇筑及安装施工时原油及压载水对GRP 管道施加的力学载荷及热载荷。 设计方应考虑（根据风险评估确定的）爆 炸 超压带来的影响。该影响应采用分析技术确定。