国际标准iso14692patr3中文版第三部分——系统设计

国际标准iso14692patr3中文版第三部分——系统设计内容摘要：

分项系数 f2用于定义材料强度与工作应力之间的合格安全限度，此处的工作应力指三种载荷情况下（临时载荷、包括及不包括热载荷的持续载荷）的应力。 表 3列出了基于 f2默认值。 长期折算设计包络线（图 1， 关键项5）等于 f2与理想化长期包络线（图 1， 关键项 3）的乘积。 对于多数 GRP 管道系统而言，合格安全限度根据此乘积数值确定。 对于回归曲线平直（ G＜ ）的 GRP 管道系统，建议进一步评估其安全限度。 对于这些系统而言，其平均短时爆破压力与设计压力之比小于。 该比值是否可以小于 造商商定。 如果该比值不符合要求，则应将理想化长期包络线降至*PLCL/PSTHP 的 比值 (见 ISO 146922： 2020的 )。 用于评估持续载荷的持续载荷分项系数 f2 应通过考虑与管道系统相关的工作条件及风险确定。 特殊管道系统采用的分项 系数值应由用户指定。 由于热膨胀相关载荷具有自限性，因此，与评估不含热效应的持续载荷分项系数 f2相比，评估含热效应的持续载荷分项系数 f2的值可能更大。 表 2—— GRP 管道系统承受的载荷 持续载荷 临时载荷 内压、外压或真空压力、水压试验 水锤、设备瞬时振动、压力安全阀 释放 管道自身质量、管道隔离层质量、防火层质量、输送介质的质量、浮力、其他系统载荷 冲击力 操作中由于运动形成的惯性载荷。 操作中管道外壳挠曲引起的支座位移。 运输中由于运动形成的惯性载荷。 由于地震产生的相应横向力及纵向力。 提升过程中 ，由于挠曲引起的支座位移。 热载荷、电气表面加热 安装载荷、提升载荷、运输载荷 环境载荷、冰 绝热冷却载荷 混凝土内封装 地震、风 土压（埋藏深度） 爆破超压 土壤沉降 表 3—— f2的默认值 载荷种类 载荷持续时间 f2 载荷种类举例 临时载荷 短期 水压试验 含热载荷的长期压力 长期 热膨胀时自身质量 不含热载荷的长期压力 长期 自身质量 因此，评估持续载荷应在下列两个阶段进行： a)评估不含热效应的持续载荷 除非用户另行指定，否则应选取 作为评估不含热效应的持续载荷分项系数f2值。 b)评估含热效应的持续载荷。 除非用户另行指定，否则应选取 作为评估含热效应的持续载荷分项系数 f2值。 测定分项系数 f2时应考虑与管道系统相关的工作条件及风险，该系数用于评估综合持续载荷，包括压力、质量及临时载荷（例如水锤、风、地震或爆 炸 载荷）。 特殊管道系统采用的系数值应由用户指定。 除非用户另行指定，否则评估综合持续载荷时应选取 = 作为分项系数 f2值。 不必同时考虑风、地震、水锤或爆 炸 载荷 ，但是应该与不含热效应的持续载荷同时考虑。 水压试验应视作临时载荷。 /真空压力 管道及 管 件应有足够的刚度以承受真空载荷或外部压力载荷。 刚度应至少可以承受短时真空载荷（例如通过控制上游阀），并且安全系数 Fe为。 易受长期真空载荷或外压载荷的管道应具有足以承受感应载荷的刚度，并且安全系数 Fe为。 挠度不得大于 %，取其中最小值。 如果不大于制造商最小支座间距，则挠度应符合这些容许极限值。 委托人及制造商应 达成协议使合同中约定的支座间距不会导致 挠度大于 规定值。 椭圆度 管道直径的椭圆度不得大于 5%。 合格应力 制造商应按式（ 6）为管道分配合格压力 σqs（单位为 MPa）： （ 6） 式中： pq ——合格压力，单位为兆帕（ MPa）； D——管道平均直径，单位为毫米（ mm）； tr——管道增强层平均厚度，单位为毫米（ mm）。 管 件的合格应力应按式（ 7）计算： （ 7） 管体的折算应力 σfs(单位为 MPa)应按式（ 8）或式（ 9）计算 ： σfs=σqsA 1A 2A 3 （ 8） 管件 管道 式中： A1——温度的分项系数； A2——抗化学性的分项系数； A3——循环服役的分项系数； σqs——合格应力，单位为兆帕（ MPa）。 （ 9） 式中： pqf——折算合格压力，单位为 兆帕（ MPa），按 确定。 D 及 tr的定义如 所述。 配件的折算应力 σfs应按式（ 10）计算： （ 10） 载荷 计算 应力的极限值 管道系统中任何 组 件由于压力、质量及其他持续载荷产生的所有环向应力之和σh， sum、所有轴向应力之和 σa， sum及临时载荷（风、爆破或地震等临时载荷）产生的应力之和不得大于折算长期设计包络线，见。 如果这些应力之和不符合折算长期设计包络线，则应选取产品系列中具有较高额定压力的 管道并反复计算其应力直到应力之和符合折算长期设计包络线为止。 确定长期设计包络线的方法见。 如果已知非压力产生的轴向应力值，则可以采用式（ 11）确定容许环向应力 σh，sum（单位为 Mpa）。 （ 11） 式中： σfs ——定义见 ； f2——载荷的分项系数，应按 ； f3——轴向载荷的分项系数，应用式（ 13）或（ 14）计算。 分项系数 f3取决于双轴应力比 r值： （ 12） 式中： σsh（ 2： 1） ——短时环向强度，单位为兆帕（ MPa），以 2： 1为应力条件； 管件 管道 σah（ 0： 1） ——短时轴向强度，单位为兆帕（ MPa），仅在轴向载荷下的短时轴向强度。 双轴应力比 r的定义见 ISO 146922： 2020中。 如果没有制造商提供的这一数据，则应选用。 分项系数 f3按 r是否大于 1或小于 1定义。 如果 r≤1，则 （ 13） 如果 r＞ 1,则 （ 14） 式中： σab——非压力产生的轴向应力，单位为兆帕（ MPa），见 图 1。 应统一 f3 最大容许值。 如果（非压力产生的）持续轴向应力 σab 为压 应 力则 f3等于 1。 分项系数 f3的计算方法适用于管道及 管 件。 计算配件的分项系数 f3时，当量合格应力 σfs用式（ 10）确定。 本部分主要阐述如何确定 GRP 管道 组 件的失效包络线以符合。 根据测量数据的可用性，定义了两种设计方案 ——完整测量的包络线（见 ）或简化包络线（见 ）。 完整测量的包络线通常只适用于管体。 对于其他所有 组 件派生产品应采用简化包络线。 完整测量的包络线是 有风险的 的 规程。 注：对于纤维缠绕的 GRP 管道，多数制造商采用的设计方法是优化 2： 1 压力条件（带封闭端的系统）的性能。 因此，环向强度远大于轴向强度。 长期包络线按 ISO 146922:2020给出的方法根据完整测量的短时包络线求得。 就几何学角度而言，理想长期失效包络线（图 1）与短时包络线类似，并且其所有三个数据点需要按 fscale换算： （ 15） 式中： σqs——合格应力，单位为兆帕（ MPa）； σsh(2:1)——应力比为 2： 1时的短时环向强度，单位为兆帕（ MPa）。 根据载荷种类，非折算长期设计包络线通过理想长期包络线乘相应的分项系数 f2（见 ）确定。 折算长期设计包络线按式（ 16）定义如下： （ 16） 式中： A1——温度的分项系数； A2——抗化学性的分项系数； A3——循环服役的分项系数； σab——非压力产生的轴向应力； σap——内压产生的轴向应力； σa， sum——所有轴向应力之和，单位为兆帕（ Mpa）； σh， sum——所有环向应力之和，单位为兆帕（ Mpa），（压力加系统设计）； glong（ σh， sum， σa， sum） ——折算长期包络线的形状； gshort（ σsh（ 2： 1）， σsa（ 0： 1）） ——理想短时包络线的形状。 环向应力方向， Mpa 图解： 1 短时失效包络线的图示 2 理想短时包络线 3 理想长期包络线 4 非折算长期设计包络线 5 折算长期设计包络线 a为便于设计，包络线形状应根据实际测量的数据点确定。 图 1—— 缠绕角大约为 45176。 75176。 的 GRP 复合管道的理想长期包络线 简化包络线 该方法采用双轴强度比 r，即 ISO 146922： 2020中 0：1与 2： 1的应力比率。 如果某一构件的 r值不可用，则应采用。 图 2为缠绕角为 177。 45176。 75176。 的单缠绕角 GRP 复合管道的短时及长期失效包络线，可以认为其中 r值小于 1。 如果 r值大于 1（例如手糊管道），则采用 要求。 就几何学角度而言，理想长期失效包络线与短期包络线类似，并且按式（ 17）或（ 18）求得： 轴向应力方向，MPa （ 17） 或 （ 18） 式中： σqs——合格应力，单位为兆帕（ MPa）； σal（ 0： 1） ——应力比为 0： 1时的长期轴向（纵向）强度，单位为兆帕（ MPa）； σsa（ 0： 1） ——应力比为 0： 1时的短时轴向强度，单位为兆帕（ MPa）； σsh（ 2： 1） ——应力比为 2： 1时的短时环向强度，单位为兆帕（ MPa）； r按式（ 12）确定。 图 2 的重要特征是轴向拉伸强度 σal（ 0： 1） 小于内压 σsa（ 2： 1的轴向应力。 取决于不同的缠绕 角及特殊管道种类，管体的这些强度比率范围为。 根据载荷种类，非折算长期设计包络线通过理想包络线乘相应的分项系数 f2 求得（见）。 环向应力方向， MPa 图解： 1 短时失效包络线的图示 2 理想短时包络线 轴向应力方向，MPa 3 理想长期包络线 4 非折算长期设计包络线 5 折算长期设计包络线 a为便于设计，包络线形状应根据实际测量的数据点确定。 图 2—— 缠绕角范围大约为 45176。 75176。 的单缠绕角 GRP 复合管道的短时及长期理想失效包络线及设计包络线 环向应力及轴向应力的折算长期设计包络线方程分别定义如下： （ 19） 或 （ 20） 及（ 21） 或（ 22） 式中： σa， sum——所有轴向应力之和，单位为兆帕（ MPa）； σh， sum——所有环向应力之和，单位为兆帕（ MPa），（压力加系统设计）； σqs——合格应力，单位为兆帕（ MPa）； A1——温度的分项系数； A2——抗化学性的分项系数； A3——循环服役的分项系数； σfs——定义见式（ 8）。 注：式（ 19）或（ 20）及式（ 21）或（ 22）分别阐述了环向及轴向应力时折算长期设计包络线的极限值。 必须符合这些方程规定的判据。 这些方程组与方程（ 11）并不矛盾，实际上通过将方程（ 19）或（ 20）与（ 21）或（ 22）及方程（ 11）的结果组合能够证明这一点。 理想长期失效包络线呈矩形，边缘根据 σqs 及接头长期轴向强度 σa确定。 理想长期失效包络线可能如图 3a）或图 3b）所示，其中图 3a） 代 表准各向同 性接头（例如 铺层 接头）的包络线示意图，图 3b） 代表各向异性 粘接接头的包络线示意图。 两种情况中 σal（ 0： 1） 均按式（ 17）确定。 根据载荷种类，非折算长期设计包络线通过理想包络线乘相应的分项系数 f2确定（见 ）。 折算长期设计包络线按式（ 19），（ 20），（ 21），（ 22），（ 23）及（ 24）确定。 （ 23） 或。