海底管道工程01概论PPT课件.ppt

1 海底管道工程 2004级船舶与海洋工程专业 中国海洋大学工程学院海洋工程系 张兆德 2 课程概况 本课程为船舶与海洋工程专业学生的必修课程 主要任务是使同学们了解海底管线的环境影响因素与管线的设计原理 其目标是使学生们具有从事海洋工程设计 施工和管理等工作的专业知识 并为深入学习和研究打下良好基础 学时34 学分2考试形式 笔试 闭卷 海底管道工程 中国海洋大学海工系张兆德 3 本课程主要内容 1 概论2 海洋管道工艺设计与计算3 海洋管道的环境载荷及稳定性设计4 海洋管道结构设计与计算5 海洋管道的立管设计6 海洋管道的安装与施工7 海洋管道的防腐8 海洋管道的现场施工与安装工艺9 海底管道的设计要求和技术规范10 海底管道的缺陷检测与维修11 海底管道的工况调节12 海底管线的维护保养 海底管道工程 4 第1章概论 管道运输是世界上第四种运输方式 海底输油气管道是海上油气田开发生产系统的主要组成部分 它是连续地输送大量油气最快捷 最安全和经济可靠的运输方式 近几十年来 海底输油气管道实际上已经成为广泛应用于海洋石油工业的一种有效运输手段 海底管道工程 中国海洋大学海工系张兆德 5 1 1海底管道工程的发展 据资料介绍 经过几十年的不断建设 美国墨西哥湾已经建成长达约37000km的海底管道 将该海域3800多座大小平台和沿岸的油气处理设施连成一张四通八达的海底管网 为经济有效地开发墨西哥湾的石油资源 发挥了巨大作用 这些管道直径由51mm 2in 到1321mm 52in 之间 铺设在几米到数百米深的海底 在欧洲的北海 近30多年来 由于许多大型天然气田的发现和开发 使远距离输送并销售天然气至西欧各国的海底管道建设发展迅速 现已建成上万公里的国际输气管网 第1章概论 中国海洋大学海工系张兆德 6 1 1海底管道工程的发展 续 我国海洋石油经过近20多年的开发 据统计到目前为止 已经建成的海底管道超过2000km 其中渤海8个油 气 田建成的海底管道累计超过200km 南海13个油 气 田铺设的海底管道累计超过1000km 其中从海南岛近海某气田至香港的一条直径711mm的海底输气管道长达800km左右 是我国目前最长的一条海底管道 另外 东海某气田到上海附近铺设的一条输油 一条输气海底管道共751km 也于1999年投入运行 第1章概论 7 中国近海油气田分布图 8 胜利埕岛油田位于渤海湾南部的浅海和极浅海海域 与埕岛西合作开发块紧邻 我国第一个年生产原油200多万吨海上油田 胜利埕岛油田开发 9 胜利工程设计公司从1986年开始进行埕岛油田开发工程的规划 设计 研究 平台 88座海管 160公里海缆 165公里 胜利埕岛油田开发 10 1 1 1海底管道的优点 可以连续输送 几乎不受环境条件的影响 不会因海上储油设施容量限制或穿梭油轮的接运不及时而迫使油田减产或停产 故输油效率高 运油能力大 另外海底管道铺设工期短 投产快 管理方便和操作费用低 11 1 1 2海底管道的缺点 管道处于海底 多数又需要埋设于海底土中一定深度 检查和维修困难 某些处于潮差或波浪破碎带的管段 尤其是立管 受风浪 潮流 冰凌等影响较大 有时可能被海中漂浮物和船舶撞击或抛锚遭受破坏 12 1 2海底管道的工程规划 根据海上油田开发方案中所拟定的生产系统 即井的布置 平台 海底井口 陆上设施的位置 以及被输送介质的种类 油 气 水 特性和是输送量 再根据海区的工程地质 水文气象 登陆点的位置等 初步选择所要铺设的海底管道的类型 轴线位置以及各类管道的长度 管径 结构形式 施工方法和工程进度计划 估算每年的投资额和作业费以及整个工程造价 第1章概论 中国海洋大学海工系张兆德 13 1 2 1海底管道的结构示意图 从结构上看可划分为单层管道双重保温管道三重保温管道 14 1 2 2海底管道的分类 A海底管道按输送介质可划分为海底输油管道海底输气管道海底油气混输管道海底输水管道等 15 1 2 2海底管道的分类 续 B海底管道按工作范围可分为 1 出流管道 连接井口与平台间 依靠地下油气层压力输送介质 管径通常在100 254mm 2 油 气 集输管道 一般用于输送汇集海上油 气 田的产出液 包括油 气 水等混合物 通常连接于井口平台 或水下井口 至处理平台之间 处理平台 或水下井口 至单点系泊之间 工作压力6 9 9 7MPa 直径为203 406mm 3 油 气 外输管道 长输管道 一般用于输送经处理后的原油或天然气 通常连接于海上油 气 田的处理平台至陆上石油终端之间 直径为406 1016mm 4 装卸管道 平台与装油设施之间 输送液态油类 16 FPSO 17 图1 我国南海某油田群的油气集输管道 18 图2我国南海某气田长距离外输管道 19 1 2 3确定海底管道线路的原则 1 要满足生产工艺和总体规划的要求 2 使线路和起点至终点的距离最短最合理 3 线路力求平直 尽量避免深沟 礁石区 活动断层 软弱滑动土层和严重冲刷或淤积 4 尽量避开繁忙航道 水产捕捞和船舶抛锚区 5 长输管道与海底障碍物的水平距离不小于500m 距其它管道或电缆不小于30m 交叉时垂直距离不小于30cm 6 管道的登陆点极为重要 它与岸坡地质地貌 风浪袭击方位 陆地占地面积和施工条件等因素有关 20 1 2 4不适合使用海底管道的情况 由于建设长距离的海底输油 气 管道 需要巨额投资 因此决策之前 必须要与油轮外输方式作经济对比 但是在下列情况下 通常不宜铺设海底管道 1 油田离岸很远或属于边际油田 油田没有后继储量作为补充 2 海底有天然障碍而不能铺设管道 3 长距离输送高凝固点和高粘度原油 21 1 3海底管道工程术语 1海底管道 submarinepipeline 最大潮汐期间 全部或部分位于水面以下的管道 2立管 riser 连接海底管道与平台生产设备之间的管段 包括底部的膨胀弯管 3管道附件 accessories 与管道或立管组装成一个整体系统和零部件 如弯头 法兰 三通 阀门和固定卡等 4海底管道系统 用于输送油气的管道系统工程设施的所有组成部分 包括海底管道 立管 水面上的栈桥管道 支撑构件 管道附件 防腐系统 加重层及稳定系统 泄漏监测系统 报警系统 应急关闭系统等 第1章概论 22 1 3海底管道工程术语 续 5一区 距生产平台500m以外的海床地段二区 距生产平台500m以内的海床地段6设计高 低水位 历史累积频率1 98 的潮位 或高潮累积频率10 低潮累积频率90 7校核高 低水位 重现期为50一遇的高 低潮位 8飞溅区 以高天文潮位加上100年一遇波高的65 为上限 以低天文潮位减去100年一遇波高的35 为下限的海平面区间 飞溅区以上为大气区 以下为淹没区 中国海洋大学海工系张兆德 23 9管道安装期 施工状态 全部安装完成前的各种状态 如运输 吊装 拖曳 铺设 埋置及检修测试等 10管道运行期 在位状态 管道安装完成后的状态 包括运行和维护状态 11约束管道受固定支座或管道与土壤摩擦力的约束 而在轴向不能膨胀或收缩的管道 12非约束管道没有相应轴向约束的管道 24 13内压与设计内压 管道内部的压力为内压 设计内压为正常流动或静力条件下 管道内任一点最大内压力与最小外压力之差 14外压与设计外压 管道外部的压力为外压 设计外压是指管道任一点最大外压力与最小内压力之差 15试验压力施工完成后或适当运行后 施加于管道 容器和各种部件上的规定的压力 16强度试验压力为进行强度检验施加的数值大于试验压力 而且持续时间短的压力 25 1 4海底管道的设计内容 1论证并确定管道设计基础数据和线路和选择 2管道工艺设计计算 选择管径与附属材料 考虑压降和温降 3管道的稳定性设计 4立管设计 立管和膨胀弯管的结构形式 布置 保护结构和连接方式 立管系统的整体与局部强度计算 安装方法与施工中的强度分析 5管道的施工设计 设计管道的加工 焊接 开沟 铺设 管段的连接和就位 埋置等 6管道的防腐设计 第1章概论 中国海洋大学海工系张兆德 26 1 4 1海底管线的设计步骤 1调查现场水下地貌 2确定海域的波浪气候 3按照相应的波浪理论 估算海底流速 4取得有关潮流数据 5取得回填的沉积物资料 6确定有没有因波浪和潮流而产生的沉积物迁移现象 7考虑在暴风雨作用下 管线周围土壤是否液化 8确定管线埋深 选定回填材料及回填高度 9石块压覆或锚固管线 可以减少管线的埋深 27 1 4 2海底管线的环境设计准则 1 波高2 波浪周期3 波谱4 海底水平流速5 地基的稳定性6 管线埋深 应考虑 1 由锚和船可能造成的破坏 2 在暴风条件下因土壤液化而确定不稳定埋深 3 海底潮流引起的土壤冲蚀 4 由管线和潮流的相互作用而引起的局部冲刷 28 1 5海底管道施工 铺管船上的专业设备包括 1 管道张紧器2 浮托输送架3 高效焊接作业线4 吊机考虑到海上安装的要求 有时也强调起吊能力 以便于提高铺管任务之外的海上安装能力 29 1 5 1铺管船设备 30 1 5 2海洋铺管方法 S LayS形铺设方法J LayJ形铺设方法Reelinstallation卷盘式铺设方法Towedmethod牵引铺设法 31 S Lay S形铺设方法 适用于浅近海 10 450米 管道在下海过程中呈S形变形曲线 32 J Lay J形铺设方法 适用与深海 1500米 管道铺设 它需要J式托管架 托管架上必须有张紧器 33 Reelinstallation 卷盘式铺设方法 适用柔性好的小直径管道 34 Towedmethod 牵引铺设法 适合滩岸边的管线铺设 管线可以在岸上或船上预制 然后利用岸上的绞车拖入海中 需要在岸上建立绞车平台 使用牵引力较大的连续线性绞车 另外 对漂浮力必须要进行控制 牵引力需要计算准确 35 浮拖法 36 底拖法 底拖法 37 离底拖法 离底拖法 38 S形铺管船 39 J形铺管船 40 1 5 3铺管船介绍 A蓝疆号 41 A1托管架 42 A2张紧器 43 B最大的深水铺管船 DEEPBLUE 44 DeepBlue PipelayVessel TheCSODeepBlueistheworld slargestpurpose builtultradeepwaterpipelayandsubseaconstructionvessel Itcanworkinwaterdepthsrangingfrom75mto2 500m Ithasafreedeckareaofapproximately7 400ft 45 PIPELAY Itcancarryoutrigidpipelay reeling ofupto5 500tof4into18inpipeor4 000tof4into26inrigidpipelay Threecranesassistoperations 46 ENGINES TheCSODeepBluehasatotalinstallednormalpowerof33 6MWat6 6kV 45 000hp and1MWat440Vemergencypower Ithasatransitthrustpowerof14MW threethrustersinuse or25 6MW eightthrustersinuse Thevesselisequippedwitheightthr