ПНСТ 589-2022 Нефтяная и газовая промышленность. Системы подводной добычи. Давление в подводном оборудовании

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Нефтяная и газовая промышленность СИСТЕМЫ ПОДВОДНОЙ ДОБЫЧИ Давление в подводном оборудовании

Издание официальное

Москва Российский институт стандартизации 2022

Предисловие

• 1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «Газпром 335» (ООО «Газпром 335»)

• 2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 023 «Нефтяная и газовая промышленность»

• 3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 января 2022 г. № 6-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТР 1.16—2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу inf@gazprom335.ru и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д. 10, стр. 2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты» и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

© Оформление. ФГБУ «РСТ», 2022

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Содержание

• 1 Область применения

• 2 Нормативные ссылки

• 3 Термины и определения

• 4 Обозначения

• 5 Общие требования к оценке

Приложение А (справочное) Пример применения расчета

Библиография

Введение

Создание и развитие отечественных технологий и техники для освоения шельфовых нефтегазовых месторождений должно быть обеспечено современными стандартами, устанавливающими требования к проектированию, строительству и эксплуатации систем подводной добычи. Для решения данной задачи Министерством промышленности и торговли Российской Федерации и Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии реализуется «Программа по обеспечению нормативной документацией создания отечественной системы подводной добычи для освоения морских нефтегазовых месторождений». В объеме работ программы предусмотрена разработка национальных и предварительных национальных стандартов, областью применения которых являются системы подводной добычи углеводородов.

Целью разработки настоящего стандарта является установление общих требований к оценке одновременного действия внутреннего и внешнего давлений на подводное оборудование систем подводной добычи углеводородов.

ПНСТ 589—2022

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Нефтяная и газовая промышленность

СИСТЕМЫ ПОДВОДНОЙ ДОБЫЧИ

Давление в подводном оборудовании

Petroleum and natural gas industry. Subsea production systems. Subsea equipment pressure ratings

Срок действия — с 2022—06—01 до 2025—06—01

• 1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к оценке одновременного действия внутреннего и внешнего давления на подводное оборудование систем подводной добычи углеводородов, определенное в ГОСТ Р 59304.

Настоящий стандарт рассматривает особенности, которые должны быть учтены при проектировании подводного оборудования систем подводной добычи углеводородов с учетом разности давлений.

• 2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.2.063 Арматура трубопроводная. Общие требования безопасности

ГОСТ 25.506 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении

ГОСТ 33855 Обоснование безопасности оборудования. Рекомендации по подготовке

ГОСТ 34233.1 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

ГОСТ 34233.2 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек

ГОСТ 34233.3 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и наружном давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер

ГОСТ 34233.4 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

ГОСТ 34233.5 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок

ГОСТ 34233.6 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках

ГОСТ 34233.7 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты

ГОСТ 34233.8 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками

ГОСТ 34233.9 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Аппараты колонного типа

ГОСТ 34233.10 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводородными средами

Издание официальное

ГОСТ 34233.11 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек

ГОСТ 34233.12 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Требования к форме представления расчетов на прочность, выполняемых на ЭВМ

ГОСТ 34283 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность при ветровых, сейсмических и других внешних нагрузках

ГОСТ Р 54123 Безопасность машин и оборудования. Термины, определения и основные показатели безопасности

ГОСТ Р 54803 Сосуды стальные сварные высокого давления. Общие технические требования

ГОСТ Р 55600 Трубы и детали трубопроводов на давление свыше 100 до 320 МПа. Нормы и методы расчета на прочность

ГОСТ Р 59299 (ИСО 13628-3:2000) Нефтяная и газовая промышленность. Проектирование и эксплуатация систем подводной добычи. Часть 3. Системы проходных выкидных трубопроводов (TFL)

ГОСТ Р 59304 Нефтяная и газовая промышленность. Системы подводной добычи. Термины и определения

ГОСТ Р 59309 (ИСО 13628-2:2006) Нефтяная и газовая промышленность. Проектирование и эксплуатация систем подводной добычи. Часть 2. Гибкие трубные системы многослойной структуры без связующих слоев для подводного и морского применения

ГОСТ Р ИСО 13628-4 Нефтяная и газовая промышленность. Проектирование и эксплуатация подводных эксплуатационных систем. Часть 4. Подводное устьевое оборудование и фонтанная арматура

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

• 3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 59304, а также следующие термины с соответствующими определениями:

• 3.1

авария оборудования при его эксплуатации под давлением на ОПО: Разрушение оборудования либо его основных элементов (одного или нескольких), сопровождающееся раскрытием (разрывом) стенок корпуса и иных элементов оборудования, с выбросом расширяющейся в объеме среды и возможным разлетом осколков, произошедшее вследствие недопустимого повышения избыточного давления рабочей среды либо по причине потери прочностных свойств конструктивных материалов оборудования в результате развития дефектов в процессе его эксплуатации, из-за которого невозможно восстановление работоспособного состояния оборудования либо требуется восстановительный ремонт или замена разрушенных основных элементов оборудования.

[[1], приложение 1]

• 3.2

номинальное рабочее давление: Максимальное внутреннее давление, на поддержание и/или регулирование которого спроектировано оборудование.

[Адаптировано из ГОСТ Р ИСО 13628-4—2016, пункт 3.1.42]

• 3.3

пластическое разрушение (ductile rupture): Разрушение тела трубы в области пластической деформации, вызываемое внутренним давлением и/или продольным растяжением.

[ГОСТ Р 54918—2012 (ISO/TR 10400:2007), пункт 3.9]

• 3.4

разрушение (fracture): Разделение материала объекта на части с полной потерей его прочности и работоспособности.

[ГОСТ 23207—78, приложение 1, статья 1]

• 3.5 расчетное давление: Максимальное избыточное давление в оборудовании, используемое при расчете на прочность, при котором допускается работа данного оборудования в нормальных условиях эксплуатации.

Примечания

• 1 В случае, если элемент конструкции одновременно нагружен внутренним и наружным давлением, за расчетное давление принимают разницу этих давлений, при которой расчетная толщина стенки получается максимальной.

• 2 При проверке на прочность используется давление, значение которого выше, чем значение рабочего давления.

  • 3.6

случайная нагрузка (accidental load): Нагрузка, которую невозможно предсказать конкретно, из-за низкой вероятности события, но которая учитывается в расчетах.

[ГОСТ Р ИСО 6707-1—2020, статья 3.7.3.26]

• 3.7

усталостное разрушение: Разрушение материала нагружаемого объекта до полной потери его прочности или работоспособности вследствие распространения усталостной трещины.

[ГОСТ 23207—78, статья 6]

4 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

Д — площадь поперечного сечения сосуда, мм²;

Dj — внутренний диаметр сосуда, мм;

D_o — наружный диаметр сосуда, мм;

d — переменная диаметра, например, Dj< d < D_o мм;

F — внешняя сила, Н;

Р — внутреннее давление, Н/мм²;

Р_о — внешнее давление, Н/мм²;

S_a — осевое напряжение, Н/мм²;

S_h — окружное напряжение, Н/мм²;

S_r — радиальное напряжение, Н/мм²;

S_VME — эквивалентные напряжения по Мизесу, Н/мм².

• 5 Общие требования к оценке

• 5.1 Проектные решения должны оцениваться расчетами, основанными на соответствующем опыте и/или надлежащих испытаниях. При проведении расчетов рекомендуется руководствоваться требованиями ГОСТ 34233.1 — ГОСТ 34233.12, ГОСТ 34283, ГОСТ Р 55600, ГОСТ 25.506, ГОСТ 12.2.063 (см. также [2], [3], [4]). Требования к проектированию, материалам, изготовлению, реконструкции, ремонту, методам контроля и испытаний, приемке и поставке, а также к номинальному рабочему давлению, на которое должно быть спроектировано подводное оборудование, — в соответствии с ГОСТ Р 54803, ГОСТ 59309, ГОСТ Р 59299, ГОСТ Р ИСО 13628-4 и другими соответствующими профильными стандартами.

• 5.2 При проведении расчетов следует учитывать все возможные факторы, которые могут воздействовать на подводное оборудование, включая: случайные нагрузки, влияние внешней нагрузки, например, внешнее давление.

• 5.3 Внешнее давление не следует использовать для увеличения номинального рабочего давления.

• 5.4 В настоящем стандарте под разрушением сосуда под давлением понимается следующее:

• - пластическое разрушение (также называемое пластическим смятием);

• - разрушение вследствие охрупчивания или из-за растрескивания в результате воздействия окружающей среды;

• - усталостное разрушение, происходящее из-за циклических нагрузок;

• - разрушение вследствие влияния условий работы (определенных изготовителем, например упругая деформация, происходящая из-за соединения компонентов).

• 5.5 Подводное оборудование должно обеспечивать возможность его технического обслуживания. Запас прочности для всех режимов работы, в том числе для режима отказа (см. 5.6), должен быть подтвержден расчетом.

• 5.6 Следует проводить оценку на дополнительные потенциальные режимы отказа, такие как:

• - разрушение механизмов уплотнения;

• - разрушение неметаллических материалов уплотнения;

• - разрушение резьбовых соединений.

• 5.7 Проектирование деталей сосуда должно быть ограничено параметрами, которые обеспечивают достаточный запас прочности относительно режимов разрушения при указанных условиях (см. [5], [6]).

• 5.8 Подводное оборудование должно обладать достаточным запасом прочности для защиты от разрушения из-за любого сочетания возможных событий в период срока службы изделия.

• 5.9 Примеры нагрузок и условий или сочетания условий, которые могут быть учтены на этапе проектирования подводного оборудования, как минимум, включают в себя:

• - внутреннее давление;

• - внешнее давление;

• - осевые нагрузки (растяжение и сжатие);

• - изгибающие нагрузки;

• - нагрузки, при которых происходит потеря устойчивости;

• - циклические нагрузки;

• - влияние температуры;

• - коррозию/эрозию/износ/истирание;

• - совместимость с флюидом.

• 5.10 Пример применения расчета для оценки одновременного действия внутреннего и внешнего давления, а также с учетом осевой силы, на подводное оборудование приведен в приложении А.

• 5.11 Дополнительно, для анализа подводного оборудования и диагностирования технического состояния рекомендуется руководствоваться положениями [1] и [7].

• 5.12 Оценка безопасности на всех стадиях жизненного цикла должна быть сформирована в обосновании безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 33855.

• 5.13 Контроль и порядок обеспечения показателей безопасности должны соответствовать ГОСТ Р 54123.

Приложение А (справочное)

Пример применения расчета

А.1 Пример расчета цилиндра закрытого типа приведен в качестве иллюстрации и не представляет собой полный и достаточный метод проведения анализа при проектировании сосуда.

А.2 Пример сосуда под действием внутреннего и внешнего давления, а также с учетом осевой силы приведен на рисунке А.1.

P_j— внутреннее давление; Р_о — внешнее давление; F— приложенная осевая сила; D_o — наружный диаметр сосуда; Di— внутренний диаметр сосуда

Рисунок А.1 — Пример сосуда под давлением и осевыми нагрузками

А.З Суперпозиция усилий, приведенных на рисунке А.2, эквивалентна усилиям на рисунке А.1. На рисунке А.2а представлен сосуд закрытого типа, на который действует только внутреннее давление и внешняя сила, на рисунке А.26 показано влияние гидростатического давления, действующего на сосуд как внутри, так и снаружи.

о

б

а

Рисунок А.2 — Примеры нагрузок на сосуд закрытого типа

А.4 Радиальное, окружное и осевое напряжения на стороны сосуда могут быть определены с помощью уравнений Ляме для сплошного цилиндра без учета зон концентрации напряжения.

А.5 Радиальное напряжение S_r для Dj< d < D_o вычисляют по формуле

s, -(е-Ро)-тХз-

где Pj — внутреннее давление;

Р_о — внешнее давление;

Dj — внутренний диаметр сосуда;

D_o — наружный диаметр сосуда;

d — переменная координата диаметра.

А.6 Окружное напряжение S_h для D,< d< D_o вычисляют по формуле

3_Л = (^р<-Ро)-

А.7 Осевое напряжение S_a вычисляют по формуле

где F — внешняя сила;

А — площадь поперечного сечения стенки сосуда, вычисляемая по формуле:

A=^.(D2-Df).

А.8 Эквивалентные напряжения по Мизесу S_VME вычисляют по формуле

$VME = ^2 * [($» ~$rf + ($г “ )² + (З_а - Sft)²]-

А.9 С учетом формул (1), (2), (3) эквивалентные напряжения по Мизесу S_VME [см. формулу (5)] могут быть вычислены по формуле

^УМЕ =

(6)

где Dj< d< D_o — переменная координата диаметра.

А. 10 Эквивалентные напряжения по Мизесу (далее — S_VME) Для цилиндра являются функцией разности давлений (Pj-P_o) и внешней силы F. Таким образом, на критерий разрушения, основанный на S_VME, влияют только разность давлений и F. Если относительная разность между Pj и Р_о не меняется, как в случае с сосудом, находящимся под внутренним давлением, оцениваемом и при атмосферных условиях, и на глубине, S_VME напряжение не изменяется.

А.11 При постоянной разности давлений, эквивалентные напряжения по Мизесу постоянны, несмотря на величину внешнего давления Р_о, при этом главные напряжения зависят от значения Р_о. Радиальное, окружное и продольное напряжения зависят как от значения Р_о, так и от разности давлений.

А. 12 Необходимо учитывать внешние силы, действующие на подводное оборудование от водной среды, отличные от внешних сил, действующих на наземное оборудование.

А. 13 Статический анализ подводного оборудования (при однократном нагружении) допускается оценивать по S_VME с соответствующим коэффициентом запаса прочности. Как показано выше, S_VME является функцией разности давлений сосуда. Однако анализ усталостной прочности допускается проводить по размаху главных напряжений. При применении на значительных глубинах, на главные напряжения значительно влияют высокое внешнее гидростатическое давление и разность давлений. Таким образом, усталостная прочность подводного оборудования будет отличаться от усталостной прочности наземного оборудования, даже если разность давлений остается постоянной.

А. 14 При разработке подводного оборудования следует учитывать локальные зоны концентрации напряжений. Материал в локальных зонах концентрации напряжений вероятно может перейти в пластическое состояние.

А.15 Примерами локальных зон концентрации напряжений являются скругления, сварные швы, впадины резьбы и зоны дефектов материала. В данных зонах, как правило, зарождаются усталостные трещины.

А. 16 При анализе усталости подводного оборудования методами механики разрушения на поверхностях усталостных трещин следует учитывать действие давления. Следовательно, на усталостную прочность подводного оборудования повлияет гидростатическое давление.

А.17 Требования к оценке внешнего давления на подводное оборудование приведены в [8].

А. 18 Величина несущей способности по внутреннему давлению сосуда определяется не только величиной разности давлений, но и значением внешнего растягивающего усилия.

А. 19 Рассмотренный пример показывает, что эквивалентные напряжения по Мизесу являются функцией разности давлений, а главные напряжения, размахи которых определяют усталостную прочность, являются функциями величин Pj и Р_о.

А.20 Необходимо точно определить ограничения по материалам и нагрузкам, чтобы обеспечить защиту от соответствующего типа разрушения. На отказ по предельной нагрузке, основанный на эквивалентных напряжениях по Мизесу, влияет разность давлений и внешние нагрузки.

[1] Правила промышленной безопасности при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением, утверждены приказом Ростехнадзора от 15 декабря 2020 г. № 536

[7] Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности», утверждены приказом Ростехнадзора от 20 октября 2020 г. № 420

УДК 622.276.04:006.354

Ключевые слова: нефтяная и газовая промышленность, системы подводной добычи, давление, подводное оборудование

Редактор Е.В. Якубова Технический редактор В.Н. Прусакова Корректор И.А. Королева Компьютерная верстка Л.А. Круговой

Сдано в набор 20.01.2022. Подписано в печать 08.02.2022. Формат 60х84¹/₈. Гарнитура Ариал. Усл. печ. л. 1,40. Уч.-изд. л. 1,20.

Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта

Создано в единичном исполнении в ФГБУ «РСТ» , 117418 Москва, Нахимовский пр-т, д. 31, к. 2.