SY/T 7055-2016 水下分离器结构设计推荐做法

ICS75.180.10
E94
备案号：53471-2016 SY
中华人民共和国石油天然气行业标准
SYT7055-2016
水下分离器结构设计推荐作法
Subsea separator structural design-recommended practice

2016一01一07发布2016一06一01实施
国家能源局发布

1通则
11概述
1.1.1引言
本标准为深水水下重力式分离器的设计、制造、检验、认证程序提供基本要求。其中深水定义为：
当起控制作用的载荷是外压而不是内压的水深。
本标准可以使分离器的结构强度达到总体安全的水平。
本标准已在全球范围内推行应用。对设备的安装，政府性的法规可能包含本标准未涉及的条款。
本标准摘录了欧盟承压设备指令PED(Pressure Equipment Directive)和欧盟委员会指令
No.9723/EC(EU Council Directive No.9723/EC)中的部分要求。安装于FFA(欧洲经济区域)人
陆架的水卜分离器需要考虑这此要求。
注：本标淮巾没有包含分离器功能方血的条款。
使用木标准的优点包括：
提供建造安全可行的用于深水水下分离器的解决方案；
以EN13445为基础，为分析设计提供具体的指导和要求，并符合承压设备指令PED(应用于EEA):
应用了一种基于风险的方法，且安全系数量值取决于失效后果（安全等级方法）。
1.1.2目标
本标准的目标是：
一为水下分离器的结构完整性提供国际接受的推荐作法：
当外压成为控制厚度的决定因素时，提供更具体的设计标准：
一为合同提供技术性参考；
为设计者、供应方、采购方和监察管理部门提供指导性说明：
为深水水下分离器的认证（或分级）提供程序和要求。

1.13应用和范围
本标准主要适用于石油和天然气工业中的深水水下分离器。已有的方法（例如EN13445-3中的
公式设计法)已经为一般水深提供可行的解决方案。在深水中，分析设计法能使设计更佳并拥有足够
的安全性。本标准基于的设计理论也可用于一般水深。
连接管线、基础、用于运输的锚固件和橇体、安装等都不在本标准的考虑范围内。
对于其他适用范围，需要特别考虑满足与其相关的法律法规。
1.1.4PED特殊条款要求
本标准本质上是基于EN13445的应用，EN13445是一个符合PED的协调性标准。但是，本标
准包含了PED制定时未涉及事项。为满足本质安全要求(PED的附录I),本标准补充了PED中未给
出明确规定的两个事项，即：
安全等级方法的应用：
验证试验（压力试验）。

1.2本标准使用说明
1.2.1本标准使用者
业主（购买者）是系统安装和使用的最终负责方。使用过程要遵守相关法律、法规和规章。
承包方受业主委托，承担全部或部分工程以使系统能够安装或使用。
设计者受承包方委托，承担全部或部分设计相关的工作，并是设计报告的主要编写者。
制造方受承包方委托，制造所有部件。
认证方通常由业主指定，提供认证。
1.2.2本标准的组成结构
木标准的结构流程图如图11所示。
第1章包括本标准的目标、范围以及规范性引用文件，并进步介绍了基木概念、定义和缩写。
第2章说明了设计原理，包括安全理论和设计公式。特别给出了安全等级的概慨念，并探讨了与
PED和EN13445的关系。
第3章是设计准则。给出了分析中用到的相关载荷效应及材料性质，并详细描述了怎样进行分析设计。
第4章是对基材的要求，包括制造、化学成分、特性、测试、抗腐蚀性及氢致开裂。特别考虑了
有关复合钢板和双相钢以及厚板的制造重要参数。
第5章包括复合钢板和双相钢钢板的制造、测试和检验要求。
第6章包括对分离器的制造、测试和检验的要求。
第7章给出认证行为的认证步骤，认证由认证方在设计和制造过程中进行。它同样包括制造方和
设计者提交的审核和批准文件清单。
第8章关于操作、维护和检查。强调前期活动，因容器安装后就很可能“不易再次观察”。本标
准未包括设备的安装。
所有的使用者都应仔细阅读描述本标准范围和设计原理的第1章和第2章。设计者应依据第3章
按照业主和承包方提出的要求进行分析设计。关于制造和认证，承包方、制造方和认证方应考虑第

2设计原理
2.1概述
2.1.1目的
介绍本标准的安全理论和极限状态设计理论。
2.1.2应用
本标准适用于依据本标准建造的水下分离器。注意，本标准的重点是深水分离器结构完整性。深
水中静外压是控制载荷，此种工况还没有确定设计方法。针对较浅水深，依据已有的规则和标准，已
有设计方法，起决定作用的载荷为外剩余压力，分析设计法也可以作为适用的选择。
2.2安全原理
依据本标准建造的深水水下分离器的结构完整性由图21中所示的不同方面进行保证。

2.2.1安全目标
应建立一个全面的安全理念，从概念设计到产品回收或废弃，整个过程都要计划，贯彻安全的理念。
注：所有的公司都要有关于人员、环境和经济方面的法规，这是典型的整体水平要求，但在其体方面要有更细的目标和要求。水下分离器的典型的安全要求包括：
建造期间所有的工作都要满足，单一故障不会对任何人造成危险，也不会对材料和环境造成不可接受的危害，对环境的影响要降到最低。
上述要求部分应用于所有情况，部分应用于个别情况。它们对工作的执行情况是最相关的（例如，承包方如何执行这项工作)和具体的设计解决方案。定义的安全目标，关于它是否在实际工程中实行是一个讨论点。
因此推荐，全面的安全目标要制定得更详细和可量化。
如果没有法规可参考，或安全目标不好定义，可以进行风险评估。风险评估要辨识所有的风险及后果，通过反馈来定义可以接受的标准、测试方法及需要严格监控的区域。
本标准中，选用安全等级要考虑结构失效概率。选择安全等级同样需要考虑安全目标。
2.2.2
系统性检查
各个阶段均应作系统性的检查或分析，可以确定和评价水下分离器失效后的后果，以便采取必要
的补救措施。这些后果包括对人、环境、财产和经济利益的影响。

3设计
3.1概述
本章提供了深水水下分离器在相关失效模式下使用极限状态的设计校核程序。
3.2材料选择
参考EN13445以及本标准第4章。
33载荷以及载荷影响
由静态外压与设计内压的压差或者静态外压与真空条件产生的压差是主要的控制载荷。也要考虑
分离器自重以及支撑条件产生的载荷。
应评估潜在的可能产生的意外载荷，例如坠落物体以及捕鱼用具的拖挂。
3.4抗力
参考3.7的设计准则。

3.5
极限状态及失效模式
极限状态的种类：
使用极限状态(SLS),
对应于分离器操作工况（正常工作时）的极限或控制准则。
最终极限状态(ULS),对应于失效前最大的结构强度。
意外极限状态(ALS),属于ULS的范畴中的由意外事故产生的载荷。
疲劳极限状态(F凡LS),属于ULS范畴内的一种的状态，考虑了累积循环载荷影响。
本标准仅考虑了ULS,ULS是根据最大承载能力定义的极限状态。原则上，SLS,ALS和FLS
也需要验证。一般对于深水水下分离器来说，这些极限工况都不太可能起主导作用。然而，对ALS,
也应对可能的坠物和其他少见的事故进行评估。一般不考虑由于环境载荷导致的疲劳，但对于特定的
结构组件和管件接口设备，宜考虑由于相关操作载荷变化或者涡激振动(VTV)造成的可能的疲劳。
与UIS相关的失效模式有多种。EN13445-3附录B“分析设计一直接法”描述了如下失效模式：
总体塑性变形(GPD)
渐增塑性变形(PD)。
失稳(I)。
披劳失效(F)。
静平衡(SE)。
本标准涉及的最重要的结构设计校核是总体塑性变形校核和失稳设计校核，这两种情况都会导敛
水下分离器的破环。分离器的破坏取决于承受外部（静态）止力的能力，而此承载力本质取秋于分
离器环向的耐压屈服强度以及分离器的初始椭圆度（参考OMAE2003一37219)。如果分离器使用板
材加工而成，建议评估分离器圆周方向上的实际耐压屈服强度。评估此耐压屈服强度必须使用圆形杆
件进行单轴的压缩试验（非延展）。
山于控制载荷为静水压，所以渐增塑性变形和披劳通常不需要评定。静平衡与单体安装时分离器
的稳定性有关。本标准中，有关分离器支撑情况，不在此操作规范规定的范畴，但必须保证与支撑结
构设计的接触面要协调、正确。本标准中没有进一步考虑这些设计校核。

4材料
4.1应用
本章的要求只适合于基材。就复合材料而言，其由基材和一层薄的覆层金属组成，相关的文献见第5章。
4.2规范性参考
本章的要求是对EN13445的补充。如果与EN13445之间发生冲突，按照较严格的一方执行。
4.3
总体要求
4.3.1材料类型
基材应选取SMYS(最小屈服强度)不超过555MPa的碳锰钢，或是22Cr,25Cr的铁素体奥
氏体不锈钢。经由挑选的基材将应用压力容器。如果可能的话，推荐采用EN10028中的钢号。
4.3.2SMYS(最小屈服强度)555MPa的碳锰钢
本标准没有包括SMYS>555MPa的碳锰钢。如果可行的话，推荐依据DNV-RP-A203“新技术
的资格认证工艺”进行资格认证。资格认证测试应基于模拟操作条件下的断裂力学测试。
4.3.3腐蚀
对外部腐蚀和氢致开裂的防护参见6.3的规定。

4.4材料制造
4.4.1制造工艺规范(MPS)
压力容器承包方/制造方应准备一份制造工艺规范，参见6,4.1。这份规范应说明影响产品质量和
可靠性的重要因素。材料制造方应确保材料完全符合本制造工艺规范的相关要求。
4.4.2总体要求
所有板材的制造都应按照认证的制造工艺规范中的制造顺序和可容许的变化执行。为了保证对制
造过程变量及其公差进行正确的控制，制造工艺规范中需要描述使用的制造方法和仪器。
制造过程应符合下面的要求：
轧机应准确控制始轧和终轧温度、轧制变形量和轧制后的冷却速率（即加速冷却）。
板材厚度应由连续操作装置控制。
热处理应由校准的温度测试装置控制。
板材边缘在轧制后应充分修剪，以确保不存在缺陷。

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