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DNV海底管线规范（2000版）第五章设计标准-1-第五章设计标准目录A．总则A100目的A200应用B.设计标准和材料B100管道布置B200工厂压力测试和系统压力测试B300运行中检查B400最小壁厚B500材料选择B600典型材料特性B700容许侵蚀C．荷载和承载力计算C100荷载条件C200荷载效应计算C300典型壁厚C400应力和应变计算D.极限状态D100总则D200极限状态形式D300荷载效应要素和荷载组合D400压力控制（破裂）D500局部屈曲D600全部屈曲D700疲劳D800椭圆化D900棘轮效应D1000累计塑性应变D1100断裂D1200偶然极限状态E.特别考虑E100总则E200管道和土壤的相互作用E300立管/管道悬跨E400坐底稳定性E500拖网影响E600第三方荷载及落下的物体E700绝缘DNV海底管线规范（2000版）第五章设计标准-2-E800管中管及管道集束F.管道部件和附属物F100总则G.支撑结构G100总则G200立管支撑G300J型管G400砂砾层稳定性H.安装和维修H100总则H200管道笔直度H300涂层A.总则A100目的101本章的目的是提供对管道系统结构失效可能模式的设计和验收的准则。A200应用201这个标准没有规定对水深度的限制。但是，当此标准用于深水下经验有限的地方时，必须特别考虑以下因素：——其他机械故障——参数范围的合理性——其他特征荷载和荷载组合，以及——动力效应202假如在受力分析时都是考虑了由于包括振动引起的疲劳效应和操作的局限性和棘齿效应所产生的较大的位移和动力响应。此标准没有明确规定关于弹性变形和振动的限制。203当部分管道系统延伸到海岸上时，需要进行特别考虑。典型的问题包括：——人口密度——人员——交通——腐蚀——断裂阻延这就需要用比规定的安全等级更高的安全等级。204对于螺纹焊接的管道，需要满足下列要求：——若有补充要求F（断裂阻延性质），则要评估对一个管结合处到下一个管结合处的焊接的延展断裂可能性——应纪录外压力阻力——设计应该以荷载控制条件为基础，除非位移控制条件的可行性有文献资料可以确定。指南注解：断裂阻延和荷载控制条件的限制是根据罗纹焊接管道运行裂缝和最大应变的的极限经验来决定的。B设计规范和材料B100管道分布DNV海底管线规范（2000版）第五章设计标准-3-101管道系统不应靠近无关的构筑物、其他管道系统、沉船、漂砾等。确定其最小距离要根据预期的位移、水动力影响和风险评估。当管道系统靠近其他的构筑物、管道系统、沉船、漂砾的时候，就必须考虑路线的细节问题。要保证管道可能产生的偏离，移动和其他危险有足够的距离。102交叉的管道，通常必须是分离的，且要永久保持至少0．3m的垂直距离。103应采取措施以防管道受到不能承受的机械损伤（如落物、渔具、抛锚等），应避免使管道位于平台的装载区内。可通过下列一种或联合措施实现保护：——混凝土涂层——掩埋——覆盖（如砂，石砾，垫子等）和——其他机械保护104防护结构和管道系统有相对的沉降，设计受保护的结构时就应该恰当考虑这个问题，而且应该按照管道系统整个设计期限来考虑。必须彻底清理在管道组成部分和防护结构之间部分，以免受污染。105对于有可能传输B、D或E类腐蚀性流体的C-Mn钢管应对其清管器的清理检查进行设计。如果管线的设计不允许进行清管器清理检查，则应根据公认的程序进行分析以确保渗漏的失效可能性（即失效概率乘以失效后果）是可以接受的。对于其他种类的腐蚀性流体，应评估清管器清理检查的操作可靠性。106一条管线在不同的截面上有不同的设计压力。在这种情况下管道系统需装备可靠的压力控制系统，用来确保那些按照较低的压力设计的截面不会受到高于设计压力值的压力。107立管和J型管应该放置在结构的内部以免受到船的碰撞和由于船和其他机械的相互作用而产生的冲击荷载。立管不应放置在平台的装载区内。108立管和J型管间的支撑的设计要确保力从立管到支撑间的平稳过渡。`109J型管的行程路线要考虑以下几点：——平台的构造和最上层的布局——空间要求——J型管的移动——缆索/管线的连接——J型管的保护——非维护性的检查和保养，以及——安装条件B200工厂压力测验和系统压力测验201进行工厂压力测验的目的——继续进行压力安全壳的复核试验，以及——确保管道的每个截面至少达到了最小屈服强度因此，工厂压力测验的压力是用使用压力来定义的，而与无设计压力无关。202除了203所规定的情况，管线系统在安装完成后要进行系统压力测试。在整个系统压力测试过程中，局部压力要满足下面的要求：在正常操作情况下一般和最高安全等级：plt≥1.05pli(5.1)在正常操作情况下最低的安全等级plt≥1.03pli(5.2)指南注解：DNV海底管线规范（2000版）第五章设计标准-4-一般的，当偶然压力超过设计压力的10%时，假设设计压力是参考管线系统上的最高点来考虑的，那么上面所给的系统测试压力大约是设计压力的1.15倍。203系统压力测试在整个结构完成后要进行泄漏测试。压力测试也是局部偶然压力的作用。在下列情况下，同意放弃系统压力测试：——以SAW方法焊接的管线——当管厚设计是由外部压力控制并且使用小于75%的设计压力抵抗值——有一直都是从加工，制作，安装过程中获得的详细要求的记录——工厂压力测验满目第6章E1100要求——所有的组件和立管在加工期间都做过静水压力测试——在完成安装以及所有的组件和立管都被组合好后做过局部渗漏测验——整个管线已经确立了一套检验和测试体系。并且已经证明在可监测缺陷尺寸等方面可以提供与系统压力测验相同的安全等级。——在焊接完成后会进行超声波自动检测（AUT）（参见第9章9A904）——安装和调整工作看起来不会对管线产生破坏。但当掘渠，开沟，以及由于锚索等第三方破坏时要引起专门的注意。——管线在进行AUT检测后，其累积塑性应变不能超过2%。104在整个系统压力测试期间，所有安全等级的极限状态都要被满足（见D）。B300作业期间检查301在整个管道系统的运行阶段，要通过检查来保证安全性和可靠性，这在设计阶段就要被满足，还要在DFI备有证明。B400最小管壁厚度401除非采用其他的办法提供同样保护来保证不受偶然荷载，落物和外部荷载的破坏，对以下情况的所有管道而言，最小名义管壁厚度是2mm，——名义直径不小于8英寸——高安全等级，和——位于2类场地。402在考虑最小管壁厚度时，应对偶然荷载，落物和外部荷载进行专门的评估，这类管道包括：——名义直径小于8英寸——高安全等级，和——位于2类场地。指南注解：最小管壁厚度的要求是从破坏统计数据中得到的。数据清楚的表明冲击荷载最有可能导致破坏，而且对管道的厚度设计有决定性的影响。（而不是D/t）B500材料选择501管道材料选择时要考虑所传送的流体，所受的荷载，温度，和在安装和运行过程中可能的破坏模型。还要确保整个管道系统部件材料的协调性，要考虑材料的以下性质：——材料机械性质——硬度——破裂韧性——疲劳强度——可焊性DNV海底管线规范（2000版）第五章设计标准-5-——抗腐蚀性。502材料选择要包括鉴定下面的附属要求：——附属要求S，酸性要求——附属要求F，断裂阻延特性——附属要求P，管道的塑性变形超过2%——附属要求U，增值利用——附属要求D，更严格的空间要求附属要求见第6章D503材料的选择包括选择管线的无损检测水平，见B600章节。管线无损检测水平I是为了满足使用（基于应变的设计）中位移控制的失稳准则的条件。504当存在于流体中，如氧气和氯化物以及水的侵入，不锈钢可能对局部腐蚀和环境因素促成的裂缝敏感。因此要考虑在每个特殊使用情况下提高耐(腐)蚀性。对于有特殊使用要求的管道，需要通过腐蚀性测验来确定材料的可用性。505要特别小心稳态流体穿过双联不锈钢或者马氏体不锈钢管道。506当用海水进行系统压力测验的时候要小心谨慎以避免由于腐蚀而引起的对CRA管线的破坏。507马氏体不锈钢管道和双联不锈钢管道以及碳锰合金管道在SMYS450Mpa时需要对容易受到环境因素而引起的破裂（包括涉及到阴极保护的由于SSC和氢而导致的开裂）做特殊的考虑。在制作、安装、运行期间，这类材料在显著的塑性变形下有着特别的用处。指南注解：管线无损检测水平I给出了在比无损检测水平上更为严格的要求而不是NDT水平II。强度因子要比附属要求U高4%，通常按材料低大约4%。不同的材料要求和设计之间的关系在下表给出：NDT水平和附助要求U对设计抗力的利用管线NDT水平III附助要求U是否是否压力负荷高低高低荷载控制屈曲高低好低位移控制屈曲高低N/A表格注释：1上面表格中的高和低指的是允许范围。2荷载控制条件和位移控制条件在C100章节中定义。B600特征材料特性601特征材料特性在将在承载力计算中应用。屈服强度和抗拉强度都在建立在工程应力—应变曲线上。602附属要求U确保屈服强度可靠性的提高。这反映在表5—1中给出的高强度材料系数。设计强度是这些值的函数，在604小节给出。表5—1材料强度系数αU系数正常情况附属要求UαU0.961.00注释：对于系统压力测验，αU系数取1.00。这给出了对于所有无论是否满足附助要求U的材料所容许的环向应力，其值为SMYS的96%。DNV海底管线规范（2000版）第五章设计标准-6-603根据在室温下不同的机械特性材料有着不同的材料等级。对于碳锰合金，当温度高于50℃时要考虑温度对材料特性的影响。对于22Cr和25Cr，在温度高于20℃时就要考虑这种影响。由于考虑到材料类型和潜在的温度时效影响，对这些材料特性就要有所选择，包括：——屈服强度——抗拉强度——杨氏模量——温度膨胀系数指南注解：在安装期间，安装接头的涂层要比上述情况要补充考虑温度的影响。604表5—2给出了在极限状态标准设计中所用的特征材料强度值。表5—2特征材料强度fy,fu特性值典型屈服强度fy=（SMYS-fy-temp）αU典型抗拉强度fu=（SMYS-fu-temp）αUαA式中：fy-temp和fu-temp分别为由于温度影响而使屈服强度和抗拉强度的减小值αU材料强度系数见表5—1αA各向异性系数对于在管线说明（表6—3，注释4）中无约束测试的轴向构件取0.95（αC由方程5.23定）其它情况取1.0指南注解：如果没有其他关于碳锰合金和22Cr和25Cr双向不锈钢屈服强度降低定额值的资料，则可参考图表5—1：分压值(MPa)20温度图表5—1屈服强度降低定额建议值605要考虑由于温度而使压力和拉力产生不同程度的减少所产生的影响。指南注解：经验表明，由于温度而使压力和拉力的减小，在Cr钢材中有13%的差别。606在制作过程中，冷变形产生不同的拉力和压力强度。所以定义一个制作系数αfab,如果没有其他资料，则表5—3给出了对于人造管道UOE或者UO过程中的最大制作系数。这些系数也可以在其他制作过程中使用。比如与冷变形过程相似的TRB。如果有文献，制作系数可以通过热处理来提高。DNV海底管线规范（2000版）第五章设计标准-7-表5—3最大制作系数αfab管线无缝合线UO&TRBUOEαfab1.000.930.85B700腐蚀允许度701对于碳锰合金管线，如果没有阴极保护，且存在传输的腐蚀液的可能性和/或容易受到外部环境的腐蚀，则在管道运行期间，要适时的考虑通过附加管壁来补偿腐蚀所带来的损失（腐蚀允许度）。（也看参见第8章）指南注解：腐蚀允许度主要是用来补偿由于腐蚀而造成的管道抗压强度的损失，即平均腐蚀程度并把对沟槽，纹路的腐蚀减小到一定的程度。而且，如果腐蚀是在一个孤立的凹炕出现的，则腐蚀余度可以提高操作的可靠性，增加使用寿命。尽管这些损坏不会影响管线的抵抗力，但是当整个管壁被穿透后，会引起针孔渗漏。所以，附加的壁厚与增加壁厚相比，仅仅只是延迟了渗漏的出现。702为了估计腐蚀允许度，至少需要考虑下面因素：——设计周期和所传输的腐蚀液和/或外部环境——预期的腐蚀破坏形式（见上面的指南注解）——已有的方法和腐蚀缓