玻璃纤维增强的热固性树脂玻璃纤维管及管件用静水压压力设计基础应用标准.docx

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玻璃纤维增强的热固性树脂玻璃纤维管及管件用静水压压力设计基础应用标准

玻璃纤维（增强的热固性树脂玻璃纤维）管及管件用静水压、压力设计基础应用标准

1.应用范围

1.1为了得到玻璃纤维管的静水压设计基数（HDB）或压力设计基数（PDB），该规定确立了2个方法：

方法A（循环的）和方法B（静态的）。

这些基数是从强力回归实验数据中得到的。

强力回归实验所用材料为相同材料和结构的管道或管件或者上述两者，可以分别取样也可以在配套取样。

增强玻璃纤维热固树脂（RTRP）和增强玻璃纤维聚合砂浆管（RPMP）都属于玻璃纤维管。

1.2该规定可以适用于玻璃纤维管HDB的确定，玻璃纤维管的外径和壁厚的比之要大于10：

1.

1.3该规定提供了形状复杂产品或由于复杂应力场的存在严重阻碍了环向应力使用的系统的PDB。

1.4试验中所用的末端封闭的样品可能是受控端也可能是自由端，可能导致某些限制。

1.4.1受控端—样品只受到内部压力的环向应力，HDB可以适用于仅由环向产生的应力。

1.4.2自由端—样品受到内部压力的环向和纵向应力，环向应力是纵向应力的两倍。

该规定不适用于评价由于负荷引起的应力，其中负荷压力超过了HDS的50%.

1.5数据所用的单位以英尺-英镑作为标准单位。

括号中的数据仅作为信息提供。

1.6该标准没有说明相关的安全问题，如果有安全问题，请结合使用。

该标准的使用者应该建立适当的安全和健康规范，并且在使用之前确定局限的适用性。

2.参考文献

2.1ASTM标准:

D618PracticeforConditioningPlasticsforTesting塑料测试规范

D883TerminologyRelatingtoPlastics塑料术语

D1598TestMethodforTime-to-FailureofPlasticPipeUnderConstantInternalPressure塑料管在连续内压下时间-压力失效试验方法

D1599TestMethodforShort-TimeHydraulicFailurePressureofPlasticPipe,Tubing,andFittings塑料管，油管及管件的短时失效压力试验方法

D1600TerminologyforAbbreviatedTermsRelatingtoPlastics塑料术语缩写

D2143TestMethodforCyclicPressureStrengthofReinforcedThermosettingPlasticPipe增强热固性塑料管的循环压力强度试验方法

D3567PracticeforDeterminingDimensionsof“Fiberglass”（Glass–Fiber–ReinforcedThermosettingResin）PipeandFittings管道及管件的尺寸测定规范

F412TerminologyRelatingtoPlasticPipingSystems塑料管术语

F948TestMethodforTime-to-FailureofPlasticPipingSystemsandComponentsUnderConstantInternalPressurewithFlow塑料管及其复合物在连续内部压力下的时间-失效试验方法

2.2ISO标准

3.术语

3.1定义

3.1.1概述—定义是与术语D883和F412一致的，缩写与D1600术语一致，除非有其他说明。

3.1.2闭合、自由端—固定到测试样品的末端可以产生除环向和辐射应力以外的纵向拉力的密闭的装置或设备。

3.1.3闭合固定端—一种固定到穿过测试样品或通过测试样品外部结构杆上的密闭装置或设备。

可以抵抗由于内部应力产生的末端推力，限制样品的压力仅限于环向和辐射应力。

3.1.4失败—是指测试液体通过被测样品时，从末端起，超过一米长的距离出现一下状况时，称为失败：

管壁断裂，局部漏水或者渗漏。

3.1.5玻璃纤维管—玻璃纤维管为管状产品，包含通过热固树脂固化植入的或缠绕的玻璃纤维增强层。

其组成结构包括粒状或板状的填充物、触变剂、染料、热塑性塑料、热固性衬里、涂料等。

3.1.6增强聚合物砂浆管—添加混凝料的玻璃纤维管

3.1.7增强热固树脂管—不添加混凝料的玻璃纤维管

3.1.8环向应力—由于内部压力产生的管壁的拉伸应力。

环向应力可以由ISO公式计算。

公式如下：

S=P（D-tr）/2tr

其中

S=环向压力，帕斯卡（kPa）

D=平均增强层外径，英尺（mm）

P=内部压力，psig（kPa）

tr=最小增强层壁厚，英尺（mm）

3.1.9静水压设计基数（HDB）--在该规范中，静水压设计基数即为用于玻璃纤维管的环向应力。

该环向压力乘以一个辅助设计参数就可以得到HDS。

3.1.10静水压设计压力—是指估计的最大内部静水压。

该水压可以把循环的（方法A）或连续的（方法B）用于具有高确定性的管道组件。

这样可以保证不会出现组件失效的现象。

3.1.11静水压设计应力—指估计的环向管壁最大拉伸应力。

该应力是由于内部静水压力产生的，该水压可以把循环的（方法A）或连续的（方法B）用于具有高确定性的管道组件。

这样可以保证不会出现组件失效的现象。

3.1.12长期静水压强度（LTHS）--指估计的环向管壁拉伸应力。

该应力是由于内部静水压力产生的，当该应力按照方法A循环应用达到一定循环次数或按照方法B循环使用一定小时数后，将会导致管道失效。

3.1.13长期静水压力（LTHP）--指估计的管道的内部压力，当该应力按照方法A循环应用达到一定循环次数或按照方法B循环使用一定小时数后，将会导致管道失效。

3.1.14压力设计基数（PDB）—该基数为内部压力，用于管道产品。

同时乘以一个辅助设计参数就可以得到HDP。

3.1.15压力等级（PR）--指估计的管道或管件的最大压力。

该压力可以连续施加并保证管道组件不会失效。

3.1.16辅助设计参数—该参数是为1，或者小于1的一个数值。

在管道安装中，考虑由于安全等级引起的变量。

如果该参数乘以HDB，可以得到HDS和与之对应的压力等级。

或者，当该参数乘以PDB的时候，可以直接得到压力等级。

这样可以得到优质的管道组件以及安装效果。

3.2该标准相关的特殊词汇定义

3.2.1平均外径—按照D3567标准进行测量，所得值减去表面增强层和未增强层外涂层厚度。

3.2.2最小增强壁厚--该尺寸按照D3567标准进行测量，不包括纱增强和未增强覆层厚度和衬里厚度。

管件的壁厚在最薄的部分进行测量。

4.规章总结

4.1方法A规定将18个管道或管件样品置于内部周期循环压力的环境，其循环速率未25周/分，并且改变不同的压力。

改进测试温度0可以通过循环样品内部的热流体或者在可控温的空气环境中进行测试。

4.1.1管道或管件的循环LTHS或循环LTHP是通过外推法得到的。

外推法是以log-log为坐标的线性回归直线，坐标为环向应力或内部压力与失效周期。

4.1.2方法A的实验基础应与D2143测试方法一致，该实验基础未本方法的一个组成部分，如果操作过程的任何一个部分不符合D2143，应对其进行调整。

4.1.3管道和管件间的接头应当为应用于测试完成的管道的常见接头种类。

4.2方法B：

将至少18种管道或者管件置于恒定的内部静水压力中，改变压力等级，并测量每个压力条件下的失效次数。

测量温度可以通过将样品浸入到控温水浴中得到，或通过测试空气温度（空气温度是可受控制的），或通过在样品周围循环一定温度的液体。

4.2.1管道或管件的LTHS或LTHP数据可以由外推法得到。

外推法是以log-log为坐标的线性回归直线，坐标为环向应力或内部压力与失效周期。

4.2.2方法B的实验基础应与D1598测试方法或F948方法一致，该实验基础未本方法的一个组成部分，如果操作过程的任何一个部分不符合D2143，应对其进行调整。

4.2.3管道和管件间的接头应当为应用于测试完成的管道的常见接头种类。

4.3HDB种类是通过按照第7、10部分将LTHS分类得到的。

4.4PDB种类是通过按照第8、11部分将LTHP分类得到的。

4.5管道的静水设计应力通过HDB值与辅助设计参数相乘得到。

4.6更改HDB或PDB时的确认工作

说明—按照本规定，如果一个产品已经有了相应的HDB或PDB，要对工艺或是材料进行更改时，可以按照第12部分，再确认原始的HDB或PDB。

至少应该测试6个样品并且样品都符合标准要求。

5.重要性及应用

5.1该规定有助于确定环向应力或内部压力与失效时间的关系，在选定的内部和外部条件下（该条件为模拟产品最终使用时的环境），可以获得管道产品和材料的设计基数。

该标准为直线型、中空圆柱形的材料定义了HDB，这种材料的环向压力可以很容易地计算出来。

同时，也对应力更加复杂的管件和接头定义了PDB。

5.1.1该标准还定义了取代应力基数HDB的张力基数HDB。

该基数是通过初始张力和失效时间的关系来确定的。

张力基数HDB应用于地脉式管道，其内部压力范围为0-250psig（1.72Mpa）。

5.2为了对玻璃纤维管道进行表征，有必要建立应力与循环次数或失效时间、压力与循环次数或失效时间的关系，此关系中的应力（压力）时间取其对数值，在控制的环境参数范围内，时间应取大于3小时的值。

由于实验的性质和所用样品的性质，没有单一的直线可以充分代表实验数据，因此应建立置信度。

5.3不同温度下，对于不同规格的管道的压力等级可以由HDS来确定，通过测试一种尺寸的管道的压力等级，其同样的测试过程和材料可以用于测试样品和有问题的管道。

5.4对于不同温度下，除直线中空形管道之外的的组件的压力等级可以由HDP来确定：

通过测试一种尺寸的管道的压力等级，其同样的测试过程和材料可以用于测试组件。

对于接头，用于准备测试样品的连接材料和过程应用于接头安装。

缩放比例和关键尺寸与直径和压力等级有关。

5.5在一个环境条件下所得到的实验结果不能用于其它条件，除非更高温度的数据可以用于低温设计基数。

设计基数应当由每个管道产品来确定。

设计和生产过程会影响管道的长期性能，因此在任何评价中，都应考虑设计和生产过程。

5.6该标准只对指定的管道和管件有效，因此样品要真实代表材料和生产过程。

5.6.1如果材料和生产过程发生了变化，那么要再进行评价，方法如第12部分。

方法A

6长期循环静压强度或长期循环静压

6.1基于由内部压力产生的拉伸应力和管道系统的链接方式选择自由端或限制端的封头。

6.2根据测试方法D2143，在选定温度下，获取至少18个最小失效应力-循环点，以下情况除外：

6.2.1按照方法D3567，确定平均外径和最小增强壁厚.

6.2.2高温测试温度是通过在样品周围循环加热的测试液体或者通过在热空气环境中进行测试。

测试液体的温度应当维持在选定温度的3摄氏度之内。

6.2.3选择的测试所需的应力和张力数值，应当可以或得失效点的分布情况，如下：

失效循环次数失效点

1000-10000至少3个

10000-100000至少3个

100000-1000000至少3个

1000000-10000000至少3个

15000000以上至少1个

总数至少18个

6.3分析每个样品的时候，分析应力或者压力的对数，以及失效循环数的对数，具体描述见附录A1.

6.3.1如果一个样品在距封口末端的1个管径范围内出现渗漏可能是：

（1）如果它位于95%置信度曲线的上方，则作为一个失效点记录下来；

（2）如果新的渗漏点超过1个管径则修补和再测试，或（3）丢弃并且不记录数据。

6.3.2在15000000次循环后还没有失败的样品可以归为失效。

使用这样的数据会导致过高或过低的的循环LTHS或循环LTHP。

在任何情况下，还必须满足第6部分的置信度下限要求。

6.3.3利用6.3.1和6.3.2中描述的方法来选择失效点和非失效点，这些失效点和非失效点利用用于最小平方法的计算。

通过最小平方法可以确定外推法的最终直线。

不要使用循环次数低于500次时失效的应力或压力失效点。

在相同的应力或压力等级下，通过计算失效循环次数的平均值来确定这些点。

即，应力为±200psi以内或压力为±20psi以内。

本报告中所有失效点不用做计算但是要在分类中体现Includeinthereportallfailurepointsexcludedfromthecalculationbythisoperationandidentifythemasbeinginthiscategory.

7.循环静压设计基数

7.1在确定的次数下（150×106或657×106），计算循环LTHS，具体方法见附件A1.

7.2如果Sxy>0（参见A1.4），则认为数据不合适。

7.3按照A1.4.3计算r。

如果r低于表A1.1中给出的最小值，那么该数值也不合适。

7.4如果有要求，按照表1确定循环HDB。

8.循环压力设计基数

8.1使用7.1、7.2、7.3的方法，用压力取代应力。

8.2如果需要，按照表2确定循环PDB种类。

方法B

9.长期静水强度

9.1基于由内部压力产生的拉伸应力和管道系统的链接方式选择自由端或限制端的封头。

9.2在每个选定温度下，按照测试方法D1598或测试方法F948，获取至少18个失效点。

以下情况除外：

9.2.1按照方法D3567确定平均外径和最小增强壁厚。

9.2.2管道或管件的内部环境应该为水。

外部环境应当为空气。

也可以使用其他介质，但是在报告中应当指明。

测试液体的温度应该在测试温度的三度之内。

9.2.3选择的测试所需的应力和张力数值，应当可以获得失效点的分布情况，选择方法如下：

失效时间失效点

10-1000至少4个

1000-6000至少3个

6000以上至少3个

10000以上至少1个

总数至少18个

9.2.4保持样品内部的压力维持在该压力的61%以内。

在该压力的61%以内或者40h以内测量失效时间。

9.3分析方法如下：

对于每个失效点，用每平方英尺或每平方英尺厚度的应力或张力的对数与失效时间的对数作图，具体如附件A1.

9.3.1如果一个样品在距封口末端的1m之内出现渗漏的情况，可能是由于以下原因：

（1）如果它位于95%置信度曲线的上方，则样品包含一个失效点

（2）

修补和再测试产生新的渗漏，距测试接点超过1m。

（3）废弃点或者是没有数据的记录。

9.3.2在10000小时实验后依然没有失效的样品可以归为失效。

使用这样的数据会导致过高或过低的的循环LTHS或循环LTHP。

在任何情况下，还必须满足9.4.2中的低置信值要求。

9.3.3利用9.3.1和9.3.2中描述的方法来选择失效点和非失效点，这些失效点和非失效点利用用于最小平方法的计算。

通过最小平方法可以确定外推法的最终直线。

不要使用循环次数低于0.3h时失效的应力或压力失效点。

在相同的应力或压力等级下，通过计算失效循环次数的平均值来确定这些点。

即，应力为6200psi以内或压力为620psi以内。

Includeinthereportallfailurepointsexcludedfromthe

calculationbythisoperationandidentifythemasbeinginthis

category（Note11）.

10.静水压设计基准

10.1在指定的时间（100000或438000h）计算静态LTHS，具体见附件A1.

10.2如果Sxy>0，则认为数据不合适。

10.3按照A1.4.3计算r值。

如果r比表A1.1中最小适用还小，也认为该数据是不合适的。

10.4如果有要求，按照表一确定静态HDB。

11.静态压力设计基准

11.1按照7.1、7.2、7.3的内容进行操作，将应力替换为压力。

11.2如果有要求，按照表2确定PDB。

12.HDB或PDB的确认

12.1如果一个管道产品已经按照方法A或者方法B确定了HDB或PDB，要对材料、生产过程、结构、内衬厚度进行调整的话，要按照12.2、12.3、12.4、12.5、12.6进行评价。

12.2从至少两组样品中获取失效点，每组样品包含3个或更多个在相同应力和压力等级下测试过的样品，即应力在6200psi以内，压力在620psi以内，具体如下：

12.2.1过程A

失效循环次数失效点数

（每组平均值）

15000—300000至少3个

多于1500000至少3个

总数至少6个

如果在4500000次循环后还没有失效的样品，算为失效。

因为他们可能超过HDB或PDB的线性范围。

12.2.2方法B

失效时间失效点数

（每组平均值）

10—200至少3个

多于1000至少3个

总数至少6个

如果在3000h后还没有失效的样品，算为失效。

因为他们可能超过HDB或PDB的线性范围。

12.3计算并绘制95%置信限值，并绘制95%预测限值曲线，该曲线按照附件A4，仅使用在变化之前的数据。

12.4应考虑材料及生产工艺的改变，如果结果能够符合下面的标准，也可以允许：

12.4.1每个应力和压力等级的平均失效点位于或者在95%置信度下限的情况。

12.4.2每个应力和压力等级下，最早的独立失效点位于或者在95%置信度下限的情况。

12.4.3失效点关于原始确定的回归曲线分布：

不大于三分之二的独失效点可以落在原始回归曲线的下方。

12.5假如替代12.4，当材料及生产工艺的改变，如果12.2的结果能够符合下面的标准，也可以允许：

12.5.1所有的数据点都在95%置信度下限之上。

12.5.2至少有两个点超过4.5*106次循环或3000h失效时间。

12.6如果数据符合标准12.4或12.5，则可以假定该数据为原始数据的一部分，利用所有失效点做新的回归曲线并确定HDB或PDB。

12.7如果数据不符合标准12.4或12.5，那么必须考虑进行变动并建立新的回归曲线。

当进行新的测试方法时，对于材料或生产工艺的改变应采取临时的HDB或PDB：

12.7.1利用7.2中的方法，通过外推12.2.1中的失效点至657000000次循环（50年），或者按照附件A1的方法将12.2.2中的失效点外推至438000小时（50年）得到的95%置信度下限值。

12.7.250年时，原始回归曲线的95%置信度下限值

13静水设计应力或静水设计压力

13.1按照方法A或者方法B，通过将HDB或PDB乘以一个辅助设计参数获得HDS或HDS。

该辅助设计参数被选做不同情况下的两种一般集团。

第一集团考虑生产和测试变量，特别是以下一般变量：

材料、生产、直径、货物取放方法和生产过程的评价。

第二集团考虑应用，特别是安装、环境、温度、有害因素、生命期望值和可靠性等级。

14.压力等级

14.1对于每种材料和结构的每种直径和壁厚的管子，用3.1.8中的ISO式来计算来自于HDS的压力等级。

该数据源于环向应力。

14.2对于基于内部压力的数据，直接由HDP确定压力等级。

15.报告

15.1报告包括以下内容：

15.1.1完整的样品说明，包括材料类型、来源、生产厂家名称、代码，如果有重要的背景事件，也应注明。

15.1.2样品的尺寸，包括nominalsize、平均和最小增强壁厚、平均外径，如果产品有内衬，还应包括内衬材料和内衬厚度。

15.1.3管件尺寸，包括15.1.2中列出的所有项目和管件的类型。

15.1.4所用的方法（方法A或方法B）和ASTM测试方法。

15.1.5末端封头类型、自由端、或约束端

15.1.6测试温度

15.1.7管内、外测试温度

15.1.8包含每平方英尺或每平方英尺厚的pound-force的表格，以及所有被测样品的失效循环数（方法A）或失效时间（方法B）。

管道或管件的失效的性质、失败的部分。

说明在应力或压力试验下超过15000000次循环或超过10000小时失效的样品。

15.1.9确定的LTHS或LTHP

15.1.10r值

15.1.11HDB或HDP

15.1.12HDB或PDB的由来，以及按照表1和表2的分类值

15.1.13在测试过程中发现的任何异常现象。

15.1.14测试日期

15.1.15实验室名称和测试的监督人

16精度和偏差

16.1该方法中的HDB和PDB值的精度和偏差按照D1598、D2143和F948进行计算。

该标准包括评价第6部分和第九部分数据适用性的静态基数。

17关键词

17.1封头、循环压力、设计基数、玻璃纤维管道、确认、静压

附件

A1长期静水强度或长期静水压力的最小平方数计算

A1.1综述

A1.1.1分析基于以下关系式

y=a+bx

其中

y=变量

x=另外一个变量

b=直线斜率

a=y轴的截距

A1.1.2线性函数关系分析（有时所谓的“协方差分析”）被使用，但为标志的测试（即“+”或“-”）的斜率和相关系数为可用的数据量。

有关方程与给出的示例数据和结果，并在此基础上其他任何统计计算软件包，可使用的示例结果在指定范围内的协议受到验证。

A1.2数据分析方法

A1.2.1利用线性函数关系分析法来分析n对数据值（如y和x）以便获得以下信息：

A1.2.1.1直线斜率，b

A1.2.1.2y轴上的截距，a

A1.2.1.3相关性系数r

A1.2.1.4基于平均值的预期平均评价和95%置信度下限和预测区间

A1.3变量评价

A1.3.1令x轴为log10t，其中t为时间，小时（或循环次数），令y为log10V，其中V为应力或压力

A1.4函数关系式和计算方法

A1.4.1基础数据和符号

A1.4.1.1基础数据和符号如下：

n=数据的对数（Vi，ti）

yi=Vi的log10的值，其中Vi为失效应力或压力，i=1，……n

xi=ti的log10的值，其中ti为失效时间，i=1，……n

y¯=所有yi的算术平均值=1/nΣyi

x¯=所有xi的算术平均值=1/nΣxi

A1.4.2相关平方和

A1.4.2.1按照下面方法计算平方和和随机变量

A1.4.2.2如果Sxy>0,则认为数据不适合材料的评价，也可以如下计算

A1.4.3数据相关性

A1.4.3.1按照以下方法计算相关性系数r，

A1.4.4关系函数

A1.4.4.1为了得到a、b值，令

，

通过变量替换可以得到

A1.4.5变量计算

A1.4.5.1假设tL为可用的失效时间，那么令

A1.4.5.2计算下列序列统计。

对于x数值，在i=1到i=n之间，最合适的定为ξi，对于y轴数值最合适的定为Yi，偏差定为

。

对于x分别使用等式A1.12、A1.13和A1.14

A1.4.5.3计算以下数量：

A1.4.5.4计算以下变量

在xL处拟合的直线的

：

y轴应用的误差变量

总变