管道第三章之海底管道

第三章海底管道通過海底油氣管道，把海上油氣田的整個(gè)油氣集輸與儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)聯(lián)系起來，也使海上油氣田與整個(gè)石油工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)系起來。陸上油氣管線在穿越江河處，也常采用水下敷設(shè)的方式。相對(duì)于陸地管道，海底管道往往處于極端的工作條件。海底管道的設(shè)計(jì)與陸地管道有很大的不同。內(nèi)容海底管道工程的特點(diǎn)海洋平臺(tái)、鋪管船及鋪管方式載荷條件海底管道的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范海底管道的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難題

海底管道工程的特點(diǎn)

施工投資大：鋪管船、開溝船和10余只輔助作業(yè)的拖船組成的龐大的專業(yè)船隊(duì)等施工質(zhì)量要求高：維修困難施工環(huán)境多變：海況變化劇烈、迅速施工組織復(fù)雜：管道的預(yù)制，船隊(duì)的配件、燃料和淡水的供應(yīng)等（海陸聯(lián)合組織）

淺海開發(fā)導(dǎo)管架式平臺(tái)平臺(tái)設(shè)于導(dǎo)管架的頂部，整體結(jié)構(gòu)剛性大，適用于各種土質(zhì)，但其尺度、重量隨水深增加而急劇增加，在深水中的經(jīng)濟(jì)性較差。典型深海海底油氣開采FPSO（FloatingProductionshortageandOffloading）浮式生產(chǎn)、儲(chǔ)油、卸油船機(jī)動(dòng)性和運(yùn)移性好，具有適應(yīng)深水采油的能力，在深水域中較大的抗風(fēng)浪能力、大產(chǎn)量的油氣水生產(chǎn)處理能力和大的原油儲(chǔ)存能力。從左到右依次是導(dǎo)管架式平臺(tái)，自升式平臺(tái)，半潛式平臺(tái)，鉆井船，張力腿平臺(tái)。國(guó)內(nèi)典型起重鋪管船裝備藍(lán)疆號(hào)3800t國(guó)內(nèi)典型起重鋪管船裝備華天龍4000t國(guó)內(nèi)典型起重鋪管船裝備海洋石油202號(hào)我國(guó)首艘自主研制的起重鋪管船淺水1200t國(guó)內(nèi)典型起重鋪管船裝備凱撒我國(guó)首艘超深水海洋鋪管船鋪管方式S-LayJ-LayReel-Lay

S-LayS形鋪設(shè)方法：適用于淺近海（10-450m）、深水區(qū)的小管徑管線的鋪設(shè)。管道在下海過程中呈S形變形曲線。

J-LayJ形鋪設(shè)方法：適用于深海（≤1500m）大管徑管線的鋪設(shè)。需要J式托管架，托管架上必須有張緊器。

Reel-Lay卷盤式鋪設(shè)方法：適用于深水區(qū)的小管徑管線的鋪設(shè)。載荷條件壓力;溫度;海浪;海流;海床;風(fēng);冰;地震活動(dòng);平臺(tái)移動(dòng);水深；支座沉降;意外荷載；捕魚;海洋生物生長(zhǎng)。有關(guān)海底管道的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范SY/T4804-92海底管道系統(tǒng)規(guī)范RecommendedPracticeDNV-RP-F107RiskassessmentofpipelineprotectionMarch2001RecommendedPracticeDNV-RP-F101Corrodedpipelineprotection1999RecommendedPracticeDNV-RP-F107RiskassessmentofpipelineprotectionMarch2001RPE305On-bottomstabilitydesignofsubmarinepipelineOctober1998RecommendedPracticeRP-B401CathodicProtectionDesign1993RP-F106Factoryappliedexternalpipelinecoatingsforcorrosioncontrol海底管道的結(jié)構(gòu)分析指南中國(guó)船級(jí)社NACEStandardRecommendedPracticeRP0492-92MetallurgicalandInspectionRequirementsforOffshorePipelineBtaceledAnodes.DNVOffshoreStandardDNV-OS-F101,SubmarinePipelineSystem,2000DNVRuleforSubmarinePipelineSystem1996.Guideforbuildingandclassingsubseapipelinesystemsandrisers,ABSPRGuide,2001APIRP1111,3th,1999Design,construction,operation,andmaintenanceofoffshorehydrocarbonpipelines(limitstatedesign)DNV-RP-F105,2006FREESPANNINGPIPELINESSubseaPipelinesAndRisers,YongBaiandIangBai,ElsevierScienceLtd.單層管雙層管（管中管）管束立管海管的結(jié)構(gòu)形式管中管，管束HPDEJacket,Insulation,InnerpipeBundleFlexibleRiser(CSO)結(jié)構(gòu)溫設(shè)計(jì)渣中的既難題高溫高求壓管道翅（屈閣曲）深海裳立管殼設(shè)計(jì)鮮（股動(dòng)力羅與疲喪勞）。。逮。高溫管掛道的變懸形特點(diǎn)——屈曲蠅漂移高溫管套道的設(shè)塑計(jì)對(duì)策增加頁管道俯橫向纖或縱宴向的聲約束短力，爹如加斯大埋揉深，怪外包們混凝漁土層勁以增子加管令道配略重和尊摩擦?xí)毫?，梁在管退道上拆方堆眠積石更塊；蛇形或漠水平面關(guān)內(nèi)的之乓字形敷摸設(shè)，或膊采用熱凈補(bǔ)償器譜；采用管榆中管或教者集束化管以增虎加側(cè)向/豎向蒜約束債力和祥抗彎糠剛度喇；安裝時(shí)系通過牽撇引或者據(jù)用熱介方質(zhì)在管柏道中預(yù)升拉力；以上兩戶種或多玻種方法回的結(jié)合走。3-1波浪附、海旦流對(duì)豪管道瞞的作帳用波浪的牧各種參段數(shù)定義根據(jù)巨水深犁的不炒同將四管道濫劃分好為三餓個(gè)區(qū)批段深水餐區(qū)段隊(duì)：在覺這區(qū)稠段的股海底射（地矩形、跪地質(zhì)膀等）須實(shí)際過上不誼再影踢響波殺浪的蒸形狀澡和尺彩度。過渡區(qū)養(yǎng)段：在沙此區(qū)段看內(nèi)波浪語由深水挽波向淺葬水波過就渡，深哀水的三拜向波在敞海底水響深等因罰素的影艱響下向宵兩向波焰過渡，批有時(shí)波耍浪出現(xiàn)卷破碎。淺水區(qū)推段：在決這區(qū)段猴內(nèi)波浪洋在水深呢、地形撕的影響固下變化郊劇烈，粘波浪向由岸邊推于進(jìn)時(shí)，脫出現(xiàn)多僑次破波見，而達(dá)厚到最終健破碎，薦并在岸唐坡附近巖形成上勞爬的擊渡岸水流桶。波浪理號(hào)論的選屈擇斯托克鼓斯波二階唐波三階詠波四階波五階波（用來趕描述大亦振幅的雅振蕩波倚的性質(zhì)復(fù)）橢圓余閃弦波（用來貿(mào)描述長(zhǎng)艙的、有關(guān)限振幅妹的波在扒淺水中歇的傳播捏）線性猛波（用來新描述小艱振幅的違振蕩波乎的性質(zhì)貓）海流海流名，是首指由扎不同急原因正所產(chǎn)狡生的律各種五類型市的海嘗水合旁成流托動(dòng)。海流乘是一垮綜合鎖流，纖近岸潑海流志一般檢以潮貝流和寇風(fēng)海躬流為巨主。咸在某討些位巧置和恢某種距情況韻下，霸其它辣類型寬的海雕流也蜜可能情相當(dāng)發(fā)顯著決，如歷由于遣波浪勉破碎正產(chǎn)生毅的順熊岸流寺和離聚岸流狹等。對(duì)于棵海流銷（主單要對(duì)田潮流刻）的炎測(cè)量爹，要謝選擇挪有代液表性權(quán)的時(shí)烤間、叔季節(jié)損、點(diǎn)漢位，償測(cè)定幻玉海流讀的流奴速、犁流向迎，并英需測(cè)門定沿跨垂直誓分布控的流云速、藏流向痕和隨牧?xí)r間鳴的變旨化過宋程，業(yè)必要跡時(shí)要報(bào)進(jìn)行“流路”測(cè)量。動(dòng)水依作用寇力海水對(duì)曠海底管積線的作環(huán)用力：Mo祝ri捧so昏n公式垂直持力（輕升力大）水平力速度輩力（添阻力蝦）慣性力速度和幟加速度得由波浪洋和海流見復(fù)合作壞用引起。3-鴿2海底管奶道的穩(wěn)假定性與巧設(shè)計(jì)1、海底為管道惡的穩(wěn)彎定性酸條件作用窗力：動(dòng)水蔑作用歲力管道根總重間量浮力摩擦力作用康力的梯計(jì)算管道印總重藝量鋼管武重量?jī)?nèi)、姜外防翁腐絕毫緣層滿的重跌量混凝土澇防護(hù)加遼重層的襲重量介質(zhì)的幣重量浮力摩擦力海床上應(yīng)保持穩(wěn)屈定的管捉道須滿棚足的方件程即:令:KV、KH—管道豎啟向和水嶺平方向場(chǎng)的穩(wěn)定耽性系數(shù)鞭，一般勝取KV=1央.0敵5~羞1.似10；KH＝1.承10僵~1膜.1煙5。——負(fù)浮側(cè)力以上骨為海水底管蛇道穩(wěn)季定性障的靜棟態(tài)分河析。不足：互對(duì)波浪-管道-土壤的眠聯(lián)合作黃用分析悶不夠，趨僅僅用一抱個(gè)簡(jiǎn)單遼的摩擦看系數(shù)來誦描述管釋土相互棟作用。發(fā)展：欺動(dòng)態(tài)法頑、半動(dòng)琴態(tài)法動(dòng)態(tài)修法基本原敢理：波頃浪作為束周期性騎動(dòng)力荷父載作用晝?cè)诠艿蓝瓷?。管道在枝波浪荷懲載的作銷用下，劇在海床耐上發(fā)生津往復(fù)運(yùn)諒動(dòng)。基本步現(xiàn)驟：(1嶄)根據(jù)給兩定的波渡浪條件僑模擬出梅波浪譜;(2)用波頓浪譜貫計(jì)算鎖出力雄譜;(3厭)用力進(jìn)譜結(jié)濟(jì)合土坦壤類銀型計(jì)竿算出槽管道眾的動(dòng)粉力響是應(yīng)。缺點(diǎn)：恥沿管道此路由取擋得足夠恐精確的知環(huán)境和環(huán)工程地饒質(zhì)數(shù)據(jù)鉛極為困含難，有揭時(shí)甚至黑是不可戲能的?！雱?dòng)歷態(tài)法將動(dòng)僻態(tài)分倘析中驅(qū)次要葛的因襪素忽靠略目前，哨國(guó)際上刷流行2種方法:一種獸是以DnV績(jī)RPE晶305為基礎(chǔ)鐵的分析釋方法;另一種宿是按照求美國(guó)天旗然氣協(xié)串會(huì)開發(fā)璃的穩(wěn)定皆性計(jì)算遞機(jī)程序兆中LE堂VE寇L2進(jìn)行輝的分降析方莖法。2、保持海于底管道砌的穩(wěn)定裙性的措惡施穩(wěn)定性身設(shè)計(jì)增加管鐵道配重加大鋼估管的壁究厚——不經(jīng)界濟(jì)加重估混凝獄土涂哈層的碌重量——增大爽浮力穩(wěn)定押壓塊埋設(shè)——盡可昏能埋蔽置于鞭海底紅面以復(fù)下機(jī)械吃錨固——遇有搖巖礁移或堅(jiān)辯硬土咐層，繁可利瓣用錨桿羨將管萄道與波巖盤穿基礎(chǔ)缺錨固樣在一刃起穩(wěn)定壓沿塊的設(shè)悉計(jì)與計(jì)盒算當(dāng)穩(wěn)令定壓挪塊在擁管道酸上連槽續(xù)蓋灑壓時(shí)隨，它蘇的重積量（姓單位齊長(zhǎng)管災(zāi)道上伯的壓香塊水惹下重奶量）魂可為取二狀者之杜最大胖值當(dāng)穩(wěn)定銀壓塊間智隔地蓋披壓在管劇道上取二者謝之最大淋值鉸鏈票式穩(wěn)淚定壓塵塊鉸鏈?zhǔn)皆品€(wěn)定壓慶塊，它模能比較叉容易地螺在管子嶄上保持敞其自身呢穩(wěn)定的拒位置，形安裝時(shí)俱水下可撇以張開餅，安裝侮比較容鉆易。但蹤蝶加工制恥作和壓斜塊組裝猛困難，幸成本比諸較高，避因而使愁用較少員。穩(wěn)定恢壓塊矩型式馬鞍票形穩(wěn)定壓當(dāng)塊各種馬致鞍形穩(wěn)樂定壓塊匪，根據(jù)續(xù)斷面形遍狀不同沿有如下秩幾種：位例如，覺矩形、兔梯形，駕拱形等班等。坡側(cè)荷方向夜的阻腔力小烈，穩(wěn)擺定性須好本章遣小結(jié)海底擺管道藏強(qiáng)度異設(shè)計(jì)烘的內(nèi)跪容之舉一是竟對(duì)波場(chǎng)、流辟情況狠出估去計(jì)，狠以此衫選出米管道蹈各項(xiàng)架參數(shù)攤；波浪參欠數(shù)有波垂速、波并長(zhǎng)、波豈高；常見逗的波堆浪理怪論有傅：Ai清ry波、St