油气田非金属管道应用导则文档格式.docx
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1.0.1为规范及推动非金属管道在油气田开发地面工程建设中推广使用,使非金属管道应用范围合理、技术先进、安全可靠,特制定《油气田非金属管道应用导则》(以下简称导则)。
1.0.2本《导则》适用于中国石油天然气股份有限公司(以下简称股份公司)陆上油气田新建或改、扩建埋地管道工程。
1.O.3本《导则》主要包括高压玻璃纤维管线管、钢骨架聚乙烯塑料复合管、热塑性增强塑料复合管、柔性复合高压输送管、塑料合金复合管、钢骨架增强热塑性树脂复合连续管、热塑性塑料管等七种非金属管材的技术认证及检验、工程设计、储存与运输、施工及验收、运行及维护等内容。
1.0.4本《导则》在制定过程中,参考了大量国内外相关标准和规范。
1.0.5非金属管道的使用和工程建设除应符合本《导则》规定外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
2术语和定义
本部分规定了油气田开发地面工程建设中常用的七种非金属管材的定义,适用于本导则。
2.1高压玻璃纤维管线管(简称玻璃钢管)
采用无碱增强纤维为增强材料,环氧树脂和固化剂为基质,经过连续缠绕成型、固化而成。
玻璃钢管是一种增强热固性非金属管,根据所采用的树脂种类,玻璃钢管主要有酸酐固化玻璃钢管和芳胺固化玻璃钢管两种;
产品制造执行《高压玻璃纤维管线管》SY/T6267或《SpecificationforHighPressureFiberglassLinePipe》APISpec15HR标准。
2.2钢骨架聚乙烯复合管
以钢骨架为增强体、以热塑性塑料(聚乙烯)为连续基材,采用一次成型、连续生产工艺,将金属和塑料两种材料复合在一起成型。
钢骨架聚乙烯复合管是一种增强热塑性非金属管,根据增强层的结构特点,钢骨架聚乙烯复合管分钢丝网骨架聚乙烯复合管、钢板网骨架聚乙烯复合管;
产品制造执行《石油天然气工业用钢骨架增强聚乙烯复合管》SY/T6662或《工业用钢骨架聚乙烯塑料复合管》HG/T3690、《给水用钢骨架聚乙烯塑料复合管》CJ/T123、《钢丝网骨架塑料(聚乙烯)复合管材及管件》CJ/T189标准。
2.3增强热塑性塑料复合管(RTP)
以内管(热塑性塑料管)为基体,通过正反交错缠绕芳纶纤维增强带增强,再挤出覆盖热塑性塑料外保护层复合而成。
增强热塑性塑料复合管是一种柔性的增强热塑性非金属管,产品制造执行《可盘绕式增强塑料管线管的评定》SY/T6794或《QualificationofSpoolableReinforcedPlasticLinePipe》APIRP15S标准。
2.4柔性复合高压输送管
以内管(热塑性塑料管)为基体,通过缠绕聚酯纤维或钢丝等材料增强,并外加热塑性材料保护层复合而成。
柔性复合高压输送管是一种柔性的增强热塑性非金属管,产品制造执行《石油天然气工业用柔性复合高压输送管》SY/T6716标准。
2.5塑料合金复合管
以内管(聚乙烯、增强聚乙烯塑料或多种塑料合金)为基体,外管采用无碱增强纤维和环氧树脂连续缠绕成型。
塑料合金复合管的基体是热塑性塑料管,增强层为玻璃纤维和热固性树脂,是一种增强热固性非金属管,产品制造执行《塑料合金防腐蚀复合管》HG/T4087标准。
2.6钢骨架增强热塑性树脂复合连续管
由介质传输层(热塑性塑料)、增强层(钢带或钢丝)、粘结层、保温层和防护层复合而成。
钢骨架增强热塑性树脂复合连续管是一种柔性的增强热塑性非金属管,产品制造执行《石油天然气工业用钢骨架增强热塑性树脂复合连续管及接头》SY/T6795标准。
2.7热塑性塑料管
以聚乙烯树脂(常用PE80、PE100)为主要原材料,经连续挤出生产的塑料管。
用于燃气和给水的塑料管分别执行不同的标准,燃气用埋地聚乙烯(PE)管的制造执行《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统》GB15558标准,给水用聚乙烯(PE)管的制造执行《给水用聚乙烯(PE)管道系统》GB/T13663标准。
3产品认证及验收检验
3.1技术准入认证及认证管理
非金属管道产品进入油气田市场应采用技术准入制,未通过技术准入认证的产品,不能办理市场准入。
3.1.1技术准入认证
非金属管道产品进入油气田公司,应满足以下条件:
1)制造商具有产品制造资质和一定的生产能力,产品制造过程中严格执行国家、行业、企业的相关标准,产品通过行业检测机构的有关认证。
2)产品制造行业或主管部门认可的质量监督检验机构提供的产品性能、质量检验报告,检验结果达到相关规范规定技术指标要求。
3)产品制造具有完善的质量保证体系。
4)产品在类似输送条件下(介质、温度、压力、腐蚀类型)的试验测试报告。
5)产品应具有类似输送条件下两年以上的工程应用或工业试验证明。
6)制造商应具有完善的售后服务体系。
3.1.2准入证管理
1)非金属管道产品进入油气田的技术准入由股份公司或地区油气田(分)公司专业技术部门组织生产、设计、施工、管理等方面专家进行论证,通过论证的制造商由专业技术主管部门颁发相应的技术准入证,通过技术准入的单位才可办理市场准入。
2)非金属管道技术认证应根据产品类型、制造工艺特点,结合产品应用范围和使用条件,按本《导则》有关要求进行。
3)技术准入证有效期为三年,每年应进行年检,到期进行复核。
复核时应提供有效期内的应用业绩证明,通过复核的重新颁发准入证。
4)新型非金属管道产品(包括在原产品标准基础上研发新规格的产品)或扩大原认证管道使用范围、使用条件应重新进行认证。
3.2检验
3.2.1检验分技术准入检验和质量验收检验。
3.2.2技术准入检验是对进入油气田市场的非金属管道进行的综合检验,目的是检验非金属管道是否满足油田安全生产的要求,技术准入检验由股份公司指定的技术主管部门实施。
3.2.3质量验收检验是对用户订购的非金属管道进行产品质量的抽检,目的是检查产品的关键技术指标是否达到有关规定的要求,质量检验由油气田(分)公司专业部门负责,检验方法按相应产品制造或检验标准执行。
3.2.4非金属管道的检验要求是根据应用条件和管材特点提出的,油气田常用的几种非金属管道技术准入检验及质量验收检验应符合附录A的要求。
高压玻璃纤维管线管技术准入检验及质量验收检验要求见表A.1。
钢骨架聚乙烯复合管技术准入检验及质量验收检验要求见表A.2。
增强热塑性复合管(包括增强热塑性塑料复合管、柔性复合高压输送管、钢骨架增强热塑性树脂复合连续管)技术准入检验及质量验收检验要求见表A.3。
塑料合金复合管技术准入检验及质量验收检验要求见表A.4。
热塑性塑料管技术准入检验及质量验收检验要求见表A.5。
4工程设计
4.1设计选型
4.1.1设计选型原则
1)输送强腐蚀性介质(不包括含硫化氢气体)及土壤腐蚀性强的地区,宜优先选用非金属管道。
2)非金属管道的性能应满足油田地面工程建设中管道输送介质的要求。
3)非金属管道的使用压力、温度应能满足油田生产管道设计条件下(如管道解堵等)的最高压力、最高温度要求。
4)管材选用应根据技术经济比选结果,优选技术性能满足要求、经济合理的产品。
5)玻璃钢管宜单向输送介质,需返输功能的管道不宜选用玻璃钢管。
6)在距井口20米范围内不宜采用非金属管道。
4.1.2适用条件和范围
4.1.2.1非金属管道可用于油气田地面工程的油气集输、输油、供水(包括清水、含油污水、卤水等)、注水(注醇、注聚合物等)等系统介质的输送。
4.1.2.2用于输送生活饮用水的非金属管道,卫生性能要求应满足《生活饮用水设备及防护材料卫生安全评价标准》GB/T17219的规定。
4.1.2.3不同类型的非金属管道有不同的适用范围和使用条件。
1)玻璃钢管道具有承压能力强、适用温度较高、价格低的特点,管径一般在DN40~DN200范围内,可广泛应用于集油及注水管道,适用范围和使用条件见表B.1。
2)钢骨架聚乙烯复合管通常管径较大,可达DN500,但该管线适用温度低、承压低,主要应用于供水管道,也可用于低压集气管道,适用范围和使用条件见表B.2。
3)增强热塑料性塑料复合管柔性好、承压高、适用温度较高,国外主要用于输油、输气管道,但由于单价高,国内油气田很少采用,适用范围和使用条件见表B.3。
4)柔性高压复合管管径小、承压高、单根管长度长、施工方便,广泛应用于气田注醇管道及单井注水,适用范围和使用条件见表B.4。
5)塑料合金复合管承压高,管径一般在DN40~DN200范围内,主要用于油田注水管道,也可用于油田供水和集油管道,适用范围和使用条件见表B.5。
6)钢骨架增强热塑性树脂复合连续管可通过增强钢带加热管输介质,解决集油管线冻堵问题,主要用于集油管道,适用范围和使用条件见表B.6。
7)热塑性塑料管承压低,中小管径价格低,主要用于煤层气集气管道,适用范围和使用条件见表B.7。
4.1.2.4随着温度的升高,热塑性复合管、塑料管的承压能力明显降低,一般用压力修正系数来修正各种管材不同使用温度下的允许使用压力。
钢骨架聚乙烯复合管、增强热塑料性塑料复合管、柔性高压复合管、钢骨架增强热塑性树脂复合连续管的压力修正系数宜按表4.1-1选取。
表4.1-1热塑性复合管及内衬塑料管不同温度下的公称压力修正系数
温度t(℃)
0<t≤20
20<t≤30
30<t≤40
40<t≤50
50<t≤60
60<t≤70
修正系数
1
0.95
0.9
0.86
0.81
0.7
热塑性塑料管的压力修正系数宜按表4.1-2选取。
表4.1-2热塑性塑料管不同温度下的公称压力修正系数
0.87
0.74
4.1.2.5对于同一类型的非金属管道,当采用不同质量等级的原材料时,其产品的使用性能也会有所不同。
设计中所选用的非金属管道产品,其原材料应与长期静水压试验管道所采用的材料保持一致。
4.2工艺计算
4.2.1一般规定
4.2.1.1非金属管道以公称压力、公称直径标识产品,压力等级对应着一定的强度指标。
非金属管道是系列产品,其压力等级与壁厚相对应,按输送压力要求选择产品规格型号。
4.2.1.2非金属管道工艺计算所需的内径、管件局部摩阻、传热系数等参数应按产品标准选取。
4.2.1.3地形起伏较大的地区选用非金属管道时,应考虑高差形成的静水压对管道设计压力的影响。
4.2.2集油管道工艺计算
集油管道输送介质是油气水混合物,混输管道的沿程摩阻可参照《油气集输设计规范》GB50350附录C,采用杜克勒Ⅱ法和贝格斯-布里尔方法计算。
杜克勒Ⅱ法计算公式如下:
(4.2-1)
式中:
ΔP——油气混输管道压降(MPa)
λm——混输阻力系数
ρm——气液混合物平均密度(kg/m3)
νm——气液混合物平均流速(m/s)
L——管道长度(km)
d——管道内径(m)
贝格斯-布里尔方法计算公式如下:
(4.2-2)
ΔP——油气混输管道压降(Pa)
HL——截面含液率,无因次,其值可按流态(分离流,过渡流、间歇流和分散流)由计算确定
ρL、ρg_——液相,气相的密度(kg/m3)
g——重力加速度,g=9.81m/s2
θ——管道倾角,度或弧度(流体上坡θ为正、下坡为负,水平管θ=0)
λm——混输摩阻系数,可根据无滑脱水力摩阻系数λ0、含液率HL、无滑脱含率RL,经计算确定
Gm——气液混合物质量流量(kg/s)
νsg——气象折算流速(m/s)
——管道内介质的平均绝对压力(Pa)
集油管道沿程温降按《油气集输设计规范》GB50350中的有关规定,采用下式进行计算:
(4.2-3)
tx——管道沿线任意点的流体温度,(℃)
t0——管外环境温度(埋地管道取管中心深度地温)(℃)
t1——管道计算段起点的流体温度,(℃)
e——自然对数底数,宜按2.718取值
a——系数
x——管道计算段起点至沿线任意点的长度。
用于原油集输管道计算时单位为“m”,用于集气管道时单位为“km”
建议油田内部集油管道的水力、热力计算采用油田设计中常用的油气集输通用计算软件。
4.2.3输油管道工艺计算
油田内部输油管道输送的介质是净化油或含水油,其水力、热力应按照《油气集输设计规范》GB50350的规定进行计算。
管道沿程摩阻的采用下式计算:
(4.2-4)
h——管道沿程摩阻,液柱(m)
L——管道长度(m)
ν——管内液体流速(m/s),
,其中qv为原油的体积流量(m3/s)
λ——水力阻力系数
输油管道沿程温降按《油气集输设计规范》GB50350中的有关规定,采用式4.2-3进行计算。
建议油田内部输油管道的水力、热力计算采用油田地面工程设计中常用的油气集输通用计算软件。
4.2.4集气、输气管道工艺计算
集气、输气管道的工艺计算应参照《油气集输设计规范》GB50350中的有关规定进行,根据沿线高差情况,分别采用以下公式计算。
当管道沿线相对高差小于200m时,采用下式计算:
(4.2-5)
qv——管道计算流量(m3/d)
d——管道内径(cm)
P1——管道起点压力(绝)(MPa)
P2——管道终点压力(绝)(MPa)
Δ——气体相对密度(对空气)
Z——气体在计算管段平均压力和平均温度下的压缩因子
T——气体的平均热力学温度(K)
L——管道计算长度(km)
当管道沿线相对高差大于200m时,采用下式计算:
(4.2-6)
Δh——管道计算的终点对计算段起点的标高差(m)
a——系数(m-1),
;
其中g为重力加速度,g=9.81m/s2;
Ra为空气的气体常数,在标准状况下Ra=287.1m2(s2·
K)
n——管道沿线计算管段数,计算管段是沿管道走向,从起点开始,当想多高差Δh≤200m时划作一个计算管段
hi——各计算管段终点的标高(m)
hi-1——各计算管段起点的标高(m)
Li——各计算管段长度
当无节流效应时,温降计算采用式4.2-3计算;
当有节留效应时,采用下式计算:
(4.2-7)
K——管道中气体到土壤的总传热系数[W/(m2·
℃)]
D——管道外径(m)
qv——气体流量(m3/d)
Δ——气体相对密度
CP——气体的定压比热容[J/(kg·
J——焦耳-汤姆逊效应系数(℃/MPa)
ΔPx——x长度管段的压降(MPa)
建议油气田内部集气、输气管道的水力、热力计算采用油气田地面工程设计中常用的油气集输通用计算软件。
4.2.5供水、注水管道工艺计算
4.2.5.1对于玻璃钢管道,管道水力计算按照《非金属管道设计、施工及验收规范》第1部分:
高压玻璃纤维管线管SY/T6769.1中的有关规定,采用式4.2-8计算,公式中有关参数计算方法分别见式4.2-914。
(4.2-8)
(4.2-9)
(4.2-10)
(4.2-11)
(4.2-12)
(4.2-13)
(4.2-14)
p——管道内水的压力(MPa)
Δp——压降(MPa)
ρ——密度(kg/m3)
f——摩擦系数
q——流量(L/min)
d——管道内径(mm)
b——系数
c——系数
R——雷诺数,适用条件为雷诺数大于10000和1×
10-5<
ε/d<
0.04
μ——动力黏度(mPa·
s)
K——相对光滑度
ε——绝对光滑度(mm),取0.0053mm
4.2.5.2对于钢骨架聚乙烯复合管、热塑性增强塑料复合管、钢骨架增强热塑性树脂复合连续管等内壁为塑料材质的复合管及塑料合金复合管、柔性复合高压输送管等塑料内衬管、热塑性塑料管,管道压降应按下式计算:
(4.2-15)
——水力坡降
Q——计算流量(m3/s)
——管道计算内径(m)
4.2.5.3当输送聚合物水溶液时,管输压降按照《注水工程设计规范》GB50391中的有关规定,采用下式计算:
(4.2-16)
——水力坡降(Pa)
L——管线长度(m)
K——聚合物水溶液稠度系数(Pa·
Qv——流量(m3/s)
n——流变行为指数
D——管线内径(m)
K值与n值因聚合物水溶液性质的变化而不同,可经仪器测出。
4.3安装设计
4.3.1管道埋深
非金属管道的埋深应根据输送介质和环境条件确定。
设计管顶埋深一般不宜小于1m。
4.3.2管道间距
4.3.2.1非金属管道一般不宜与金属管道同沟敷设。
必须同沟敷设时,非金属管道与金属管道的净间距不应小于400mm。
4.3.2.2非金属管道敷设与其它管道交叉时,宜从下面穿越,相互净距应大于150mm、且不小于管径;
当条件不能满足时,可从上面穿越,相互净间距宜大于200mm;
管道与埋地电力、通信电缆交叉时,其垂直净距不应小于500mm。
4.3.2.3不同类型的非金属管道由于施工工艺、施工设备、安装方法等不同,对管道安装间距也有不同要求。
根据管端连接方式,推荐管道间距如下:
1)采用螺纹粘结的非金属管道(适用于玻璃钢管),管道间距不应小于150mm。
2)采用热熔连接的非金属管道(适用于钢骨架聚乙烯复合管、热熔连接方式的RTP管),管道间距不应小于200mm。
3)采用螺纹快速接头的非金属管道(适用于柔性高压输送复合管、塑料合金复合管、钢骨架增强热塑性树脂复合连续管等),管道间距不应小于100mm。
4.3.3最小弯曲半径
非金属管道宜弹性敷设,最小弯曲半径应符合下列规定:
1)玻璃钢管、塑料合金复合管等采用热固性树脂的复合管,弯曲半径不应小于表4.3-1的规定。
表4.3-1热固性管材最小弯曲半径
公称直径DN
40
50
65
80
100
125
150
200
250
最小弯曲半径m
30
38
45
55
72
85
128
240
2)热塑性增强塑料复合管、柔性高压复合管、钢骨架聚乙烯复合管、钢骨架增强热塑性树脂复合连续管、热塑性塑料管等热塑性管材,弯曲半径不应小于表4.3-2的规定。
表4.3-2热塑性管材最小弯曲半径
300
350
400
450
500
允许弯曲半径R
≥80DN
≥100DN
≥120DN
注:
管段上有接头时,R不应小于200DN。
4.3.4支撑、固定及稳管
4.3.4.1设置支撑、固定时应遵循以下原则:
1)避免线接触和点载荷。
2)防止震动与磨损。
3)避免过度弯曲。
4.3.4.2非金属管道在出土前3m~5m处应转换成金属管,金属管应与非金属管保持平直,并在钢管一侧靠近接头处设置固定支座。
4.3.4.3采用弹性敷设的玻璃钢管、塑料合金复合管,直管段应根据使用经验或通过计算确定是否需要采用固定支座。
4.3.4.4非金属管道上有弯头、三通、异径接头处,宜设置止推座。
4.3.4.5特殊地段管道的固定要求
1)低洼地段:
在沼泽等低洼地段及水田敷设管道时,宜用沙袋防止管道漂浮。
沙袋数量应根据管道的尺寸和输送的介质,通过计算确定。
2)流沙和多石地段:
在流沙地段敷设管道时,宜设置草方格或在下方和上方用沙袋固定管道。
非金属管道一般应避开石方带,局部通过多石和硬土地带时,管沟底部宜铺设200mm细沙或细土;
在管道下沟后,管道周围应用细沙或细土覆盖做保护层,保护层的厚度不应小于200mm。
4.3.5管道穿越
非金属管道仅限于小型公路、水渠的穿越。
穿越时,管道应采用套管保护,套管内宜用支架将管道与钢套管隔开。
为了保证管道在套管内平直,根据需要支架可适当加密。
4.3.6管道标志
管道应在起点、折点、终点、穿越段的两端设置管道标志桩,且宜在管道沿线每隔0.2km处设置管道标志桩,标志桩的间距可根据油区管道密集情况作适当调整。
5产品标识、储存与运输
5.1标识
5.1.1非金属管道标识应包括:
制造商名称,规格及型号(明确标识其产品的管道内径、外径或壁厚等管道基本参数),生产日期和实际长度;
并宜标识主要原材料构成。
5.1.2非金属管道应标明管道使用压力、使用温度等要求。
5.1.3产品标识应持久不褪色、不易磨损。
标识颜色与管体应有明显差异,字体高度不小于5mm。
标记应重复标示,间隔宜不大于3m或按照买方要求。
5.2储存
5.2.1非金属管道储存时,应远离热源、明火及高温生产设施,并避免与油类、酸、碱、盐等化学物质接触。
5.2.2室内储存时,储存环境温度应根据产品说明确定,一般不应超过40℃,且通风良好。
5.2.3非金属管材不宜长期室外存放。
室外储存时,应罩上苫布,避免紫
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