Q/SY
中国石油天然气集团公司企业标准
Q/SY 06005.5—2016
油气田地面工程天然气处理设备布置
及管道设计规范第5部分：管道柔性
Specification for natural gas processing equipment layout and
pipe design of oil and gas field surface engineering
Part 5 : Piping flexibility
2016-01-27发布
2016—04一01实施
中国石油天然气集团公司 发布 Q/SY06005.5—2016
目 次
前言
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 一般规定计算参数的确定
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6 设计方法的确定
评定准则附录A（资料性附录） 常用钢管许用应力附录B（资料性附录） 金属材料物理性质附录C（规范性附录） 柔性系数和应力增大系数参考文献
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1 Q/SY06005.5—2016
前言
Q/SY06005《油气田地面工程天然气处理设备布置及管道设计规范》是油气田地面工程设计系列标准之一。该标准分为以下5个部分：
一第1部分：通则；一第2部分：设备布置；一第3部分：管径确定； —一第4部分：管道布置；
一第5部分：管道柔性。
一本部分为Q/SY06005的第5部分本部分按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则 」第1部分：标准的结构和编写》给出的规则
起草。
本部分由中国石油天然气集团公司工程建设分公司、中国石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司提出。
本部分由中国石油天然气集团公司标准化委员会石油石化工程建设专业标准化技术委员会归口。 本部分起草单位：中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司。 本部分主要起草人：高建林、宋光红、陈智勤、杨郭、郭礼。
II Q/SY06005.5—2016
油气田地面工程天然气处理设备布置及管道设计规范
第5部分：管道柔性
1范围
Q/SY06005的本部分规定了管道柔性设计的一般要求、计算参数的确定、设计方法的确定及评定准则。
本部分适用于陆上油气田、滩海陆采油气田和海上油气田陆岸终端地面工程新建及改扩建项目，不适用于长输管道、加热炉炉管和设备内部管道的柔性设计。
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。
GB 50009 建筑结构荷载规范 GB 50011 建筑抗震设计规范 GB 50316 工业金属管道设计规范 APIRP520 压力泄放装置的尺寸确定、选型和安装（Sizing，selectionandinstallationof
pressure - relieving devices)
APIStd610石油、石化和天然气工业用离心泵（Centrifugalpumpsforpetroleum，petrochemical and natural gas industry)
APIStd 617 轴流、离心压缩机及膨胀机一压缩机（Axialandcentrifugalcompressorsand expander compressors)
API Std 661 石油、化学和气体工业用空冷器（Petroleum，petrochemicalandnaturalgas industries-air- cooled heat exchangers)
ASME B31.3 工艺管道Processpiping NEMA SM23 机械驱动用汽轮机（Steamturbinesformechanicaldriveservice）
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
静力分析 static analysis 在静力荷载的作用下对管道进行力学分析，并进行相应的安全评定，使之满足标准规范要求
3. 2
动力分析 danamic analysis 往复压缩机和往复泵管道的振动分析、管道的地震分析、水锤和冲击荷载作用下管道的振动
分析。 3. 3
一次应力 primarystress
1 Q/SY06005.5—2016
由于压力、重力和其他外力荷载的作用所产生的应力。
3. 4
二次应力 secondarystress 由于热胀、冷缩、端点位移等位移荷载的作用所产生的应力。
3. 5
应力增大系数 stress intensification factor 受弯矩的作用，在非直管的组成件中，产生疲劳损坏的最大弯曲应力与承受相同弯矩、相同直径
及厚度的直管产生疲劳损坏的最大弯曲应力的比值。因弯矩与管道组成件所在平面不同，有平面内及平面外的应力增大系数。 3. 6
柔性系数 flexibilityfactor 表示管道元件在承受力矩时，相对于直管而言其柔性增加的程度。即在管道元件中由给定的力矩
产生的每单位长度元件的角变形与相同直径及厚度的直管受同样力矩产生的角变形的比值。 3. 7
附加位移 externallyimposeddisplacement 所计算管系的端点处因设备或其他连接管的热胀冷缩或其他位移附加给计算管系的位移量。
3. 8
循环当量数 cyclic equivalentnumber 管道系统在预期的寿命期内全位移循环的当量数。
4一般规定
4.1管道柔性设计应保证整个管道系统在各种工况条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、 端点附加位移和管道支吊架设置不当等原因造成以下问题：
a） 管道一次应力过大引起管道塑性变形， b） 管道二次应力过大引起管道疲劳破坏 c） 管道连接处产生泄漏。 d) 管道推力或力矩过大，使与其相连的设备管口产生过大的应力和变形，影响设备正常运行。 e) 管道推力或力矩过大引起管道支吊架破坏，
4. 2 在管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，还应考虑下列管道端点的附加位移：
a） 静设备热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移。 b） 转动设备热胀冷缩在连接管口处产生的附加位移 c) 几台设备互为备用时，不操作管道对操作管道的影响。 d) 储罐等设备基础沉降在连接设备管口处产生的附加位移。 e) 不和主管一起分析的支管，应将分支点的位移作为支管端点的附加位移，
4.3管道柔性设计中，不仅应考虑正常操作工况，还应考虑蒸汽吹扫、开车、停车、两相流、安全阀泄放、事故放空、交变操作等工况 4.4管道柔性设计计算应考虑以下重量荷载
a) 管道及其元件的自重。 b) 管道输送的介质的重量。 c） 保温（保冷）材料重量（含防护层）。 d) 水压试验或管路清洗时的介质重量。 e) 管道或管道隔热层外表面温度小于20℃的室外管道受到的雪荷载
2 Q/SY06005.5—2016
5首先应利用改变管道走向获得必要的柔性，但由于布置空间的限制或其他原因也可采用波纹管
4.5
膨胀节获得柔性。 4.6在有毒及可燃介质管道中严禁采用填料式膨胀节， 4.7冷紧可降低操作时管道对连接设备的或固定点的推力和力矩，但连接转动设备的管道不应采用冷紧。 4.8 ：管道采用冷紧时，热态冷紧有效系数宜2/3，冷态宜取1。 4. 9 在管道柔性设计中，应考虑支架摩擦力的影响，材料间的摩擦系数应按照表1中的数值选取。
表1摩擦系数μ
摩擦类型
接触面钢对混凝土钢对钢
摩擦系数
0. 6 0. 3 0. 1 0. 08 0. 1
滑动摩擦
不锈钢对聚四氟乙烯聚四氟乙烯对聚四氟乙烯
滚动摩擦
钢对钢 (滚柱)
4. 10 滑动摩擦板可用在设备或约束荷载的位置以降低摩擦影响 4. 11 当管道采用刚性吊杆或弹簧吊架支承时，无须考虑摩擦力的作用。 4. 12 水压试验工况下支承点的垂直荷载应作为支吊架设计选型和提土建条件的依据。 4. 13 固定点应按以下原则设置：
a) 确定管道固定点位置时，宜使两固定点间的管段能自然补偿。 b） 选用Ⅱ形补偿器时，宜将其设置在两固定点间的对称中心位置上，使两侧位移量一致。如
不能满足时，其距较近固定点的位置不宜小于两固定点间距的1/3。 固定点宜靠近需要限制分支管位移的地方。
c) d) 固定点宜设置在需承受管道振动、冲击荷载或需要限制管道多方向位移的地方。
e) 进出装置的工艺管道和非常温公用工程管道，宜在装置分界处设固定点。 4. 14 对与汽轮机、离心压缩机等设备连接的管道，布置支吊架时应使设备管口承受的荷载为最小。 4. 15 往复式压缩机和往复泵的进出口管道除应进行柔性设计外，还应考虑流体压力脉动的影响。 4.16 在柔性计算结果满足要求后，应按照相关规定编制计算书。
5计算参数的确定
5.1 管道计算温度应根据工艺条件及下列要求确定。
对于一般工艺管道和公用工程管道应取介质温度为计算温度。
a) b） 对于蒸汽伴热管道应取工艺介质温度为计算温度
c) 对于夹套管道应取工艺介质和伴热介质中温度较高者作为计算温度 d) 需要蒸汽吹扫的管道，当工艺介质温度低于吹扫蒸汽温度时，应取吹扫蒸汽温度作为计算
温度。 e) 对于衬里管道应根据计算或经验值确定计算温度 f) 对于低温操作但又需蒸汽吹扫的管道，应分别按低温和吹扫温度进行计算。 g） 对于无隔热层的管道，当介质温度低于日光照射温度时，应考虑日光照射温度。
5. 2 管道的安装温度应依据工程所在地的气象环境和安装时间来确定。
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5.3管道柔性计算压力应取管道设计压力。 5.4腐蚀裕量应依据腐蚀情况和相关规定确定。 5.5金属管道的许用应力可参照附录A选取。 5.6金属弹性模量及平均线膨胀系数可参照附录B选取。计算二次应力范围时，管材的弹性模型应取安装温度下钢材的弹性模量。 5.7对于弯头、三通等结构不连续处应考虑柔性系数和应力增大系数，并按附录C计算。 5.8除考虑管道、管件、流体介质、保温等重量以及温度、压力等荷载外，还应考虑以下临时性荷载：
a) 风荷载的作用可采用等效静力法，按照GB50009的规定计算。 b） 地震荷载的作用可采用等效静力法进行计算，地震加速度根据GB50011的规定选取。 c) 安全阀泄放荷载可依据APIRP520的规定来计算，其应作为偶然荷载工况来计算。
5. 9 不需要考虑风和地震荷载同时发生 5.10由热胀冷缩引起的设备管口附件位移应按照以下公式计算。
O=α·Lx·△T
(1)
o,=α·Ly·△T
(2)
,=α·L,·△T
(3)
(4)
△T= T, T,
式中： x，，一设备管口沿X，Y，Z三个方向的附加位移，mm； α一一设备材料从环境温度变化到计算温度的平均线膨胀系数，mm/（mm·℃）； Lx，L，，L—设备固定点至管口之间沿X，Y，Z三个方向的距离mm； AT一设备壳体从环境温度到计算温度的温度变化值，℃： T一环境温度，℃； T——计算温度，℃。
6设计方法的确定
6.1 管道柔性设计方法包括简化分析方法和计算机程序分析方法。分析方法应根据管道的操作温度、 公称直径以及管道所连设备类型等设计条件确定。
2下列管道可不进行柔性设计：
6.2
a) 与运行良好的管道系统完全相同或未作重大改变的管道。 b) 与已分析过的系统相比较，能确认有足够柔性的管道 c) 对于具有同一直径、同一壁厚、无分支管、两端固定、无中间约束，并能满足公式（5）和
公式（6）要求的为非极度危害或非高度危害的管道。公式（5）不适用下列管道： 1) 循环次数大于7000次，有疲劳危险的管道。 2) L/U>2.5的不等腿U形弯管管道，或近似直线的锯齿状管道。 3) 大直径薄壁管道（D/t>100，其中：t为壁厚，D为管径）。 4) 管道的约束多于两个。 5) 需要准确知道约束反力的管道。
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