浅析海底管道的挖沟设计方法.ppt

浅析海底管道的挖沟设计方法,主要内容,引言 设计方法概述 初始条件过滤 设计参数 冲击负荷 拖曳负荷 钩负荷 接受标准 定量风险评估 结论,一、引言,海底管道的挖沟和埋设，是为增加在位坐底稳定性，同时在渔业拖网等活动下提供保护。 渔业活动对于未做挖沟埋设处理的海底管道的影响等还是相当显著。 目前，渔业活动（拖网载荷）对海底管道的影响，国内、外都还没有强制规范进行约定，只是在如API RP 1111、ASME B 31.8、DNV-OS-F101等国际规范中有部分建议。 传统上，人们在界定管道能够承受拖网载荷能力时，唯一根据是管径，即人们熟知的16”法则：管径不小于16”的海底管道能够承受拖网载荷，故无需进行挖沟保护 。 随着海上油气开发逐步向深海推进，高温高压油藏条件，使更多小管径海底管道逐步得以应用，故有考虑对小管径管道进行挖沟保护研究的必要 。,二、设计方法概述,（一）、适用范围 刚性钢质海底管道 未粘合的柔性管道和捎带捆绑式管道,二、设计方法概述,（二）、方法 第一步是建立关于管道、环境和拖网的模型。 评估拖曳力与时间的关系，及其产生的管道弯曲 评估冲击能量、在管道上产生的凹痕 评估由于拖网钩住时产生的载荷和弯曲后果 三个级别的评估 监控,二、设计方法概述,总的设计方法 示意图,三、初始条件过滤,（一）、通过 如满足如下条件时，刚性管道也许可以不需要挖沟处理： 1 满足： 管道带有混泥土配重层 或者管道有保温层（当采用普通拖网捕时，要求保温层厚度大于20mm，例如，其冲击的能量不超过14kN；当采用梁拖捕鱼法时，则要求保温层不小于45mm，例如，其冲击能量不超过38kN。） 或者管道类型为管中管系统、或者采用集束内管的方式,三、初始条件过滤,2 满足： 管径不小于16”名义管径 或者管径在10”-14”之间，所处区域的管道没有悬跨，该区域也不会采用梁拖捕鱼法 3 管道的操作温度不超过40 柔性管和所有其他的刚性管的工况需要进一步评估。 （二）、不通过 对于无铠装柔性管、2-3”的捎带捆绑式管道，不大可能满足决定性分析的接受标准。对于此类型管道，仍然可采用风险分析方法。,四、设计参数,（一）、总体 钢管参数 管道运行策略 环境条件和海床地形 渔业活动 成本,（二）、钢管参数 钢管直径 壁厚 腐蚀裕量 材料屈服强度 材料的韧性 涂层类型 涂层厚度 涂层材料特性 管道长度管道走向,四、设计参数,（三）环境因素 土壤特性 管道自埋的历史数据 管道冲刷的历史数据 海床地貌特征,（四）、渔业活动 渔具质量分布 渔具速度分布 渔业活动的密集度 拖网的方向分布 变向拖曳能力和绞车载荷限制/刹车设定值 管道所处海域内，预期渔业活动发展和实际,四、设计参数,（五）管道营运策略 管道调查要求，例如，调查类型和频率 智能清管 预期的补救措施，例如，悬跨处理 修补策略,（六）、成本数据 工程和项目管理 材料 建造和调试活动（管道铺设、挖沟、抛石等 检测和调查（在营运中） 悬跨修正 应急维修 不同输送介质 溢油清理和赔偿,五、冲击载荷,冲击能量： 产生凹痕的能量是指被管壁吸收并产生变形的那部分 能量，方法如下： 保守假定凹痕能量为50%的总冲击能量，求得其产生的凹痕尺寸，检查是否满足接受标准 如果上述方法无法通过，则按下列步骤进行： 如果有已知试验结果，则与其相比较； 对带涂层的钢管进行冲击试验； 通过详细的模拟试验确定凹痕能量。 得到凹痕深度 ：,五、冲击载荷,得到凹痕深度 ： 模拟模型示意图,六、拖曳载荷,可以通过有限元软件建立拖网拖曳模型，模拟拖网运动及其在管道上方拖曳过程中产生的拖曳力，从而得到拖曳力时间关系。 端部约束 侧向屈曲 多次跨越 应变结果,七、钩载荷,当拖网被钩在管道上时，产生的反作用力会使渔船有“暂停”的现象，被称为拖网阻碍，即钩载荷。 拖网阻碍的载荷： 管道被网板钩住后的运动示意图,八、接受标准,（一）、凹痕冲击载荷 管道内压为常压时，管壁上的凹痕应不超过：,4% 当D/t 18 2% 当18 D/t 30,八、接受标准,（二）、拖曳载荷和侧向屈曲时，其应变应满足 其中， 是弯曲应变， 是临界弯曲应变 ，P是外部超压，Pc是导致静水力压溃的特征压力 ：,八、接受标准,（三）钩载荷 管道承受侧向屈曲和钩载荷时，其应变应满足 无需考虑在同一点有多次钩负荷产生的情况,九、定量风险评估,在进行确定性分析时，考虑最恶劣的参数组合工况。当分析表明拖网活动对管道造成的损坏可能会持续不断，则可以运用风险分析技术来确定该损坏的概率，并确定管道在生命周期的维护成本。如果风险分析结果表明拖网对管道的损坏的风险足够低，而且后续的维护成本比挖沟成本要低的情况下，则可能为管道不挖沟提供支持。,十、结 论,海底管道挖沟设计只是管道整体安全性中的一环。 目前针对海底管道挖沟与否的设计，还基本都是基于以往成功的工程经验。但随着海上油气开发逐步开发利用，仅限于以往的经验已经不能满足实际的工程要求，需要进行定量分析。