管道第三章之海底管道40

第三章海海底管道道通过海底油油气管道，，把海上油油气田的整整个油气集集输与储运运系统联系系起来，也也使海上油油气田与整整个石油工工业系统联联系起来。。陆上油气管管线在穿越越江河处，，也常采用用水下敷设设的方式。。相对于陆地地管道，海海底管道往往往处于极极端的工作作条件。海底管道的的设计与陆陆地管道有有很大的不不同。内容海底管道工工程的特点点海洋平台、、铺管船及及铺管方式式载荷条件海底管道的的相关标准准和规范海底管道的的结构形式式结构设计中中的难题海底管道工工程的特点点施工投资大大：铺管船船、开沟船船和10余只辅助作作业的拖船船组成的庞庞大的专业业船队等施工质量要求高：维修困难施工环境多多变：海况况变化剧烈烈、迅速施工组织复复杂：管道道的预制，，船队的配配件、燃料料和淡水的的供应等（（海陆联合合组织）浅海开发导管架式平平台平台设于导导管架的顶顶部，整体体结构刚性性大，适用用于各种土土质，但其其尺度、重重量随水深深增加而急急剧增加，，在深水中中的经济性性较差。典型深海海海底油气开开采FPSO（FloatingProductionshortageandOffloading）浮式生生产、、储油油、卸卸油船船机动性性和运运移性性好，，具有有适应应深水水采油油的能能力，，在深深水域域中较较大的的抗风风浪能能力、、大产产量的的油气气水生生产处处理能能力和和大的的原油油储存存能力力。从左到到右依依次是是导管管架式式平台台，自自升式式平台台，半半潜式式平台台，钻钻井船船，张张力腿腿平台台。国内典典型起起重铺铺管船船装备备蓝疆号号3800t国内典典型起起重铺铺管船船装备备华天龙龙4000t国内典典型起起重铺铺管船船装备备海洋石石油202号我国首首艘自自主研研制的的起重重铺管管船浅水1200t国内典典型起起重铺铺管船船装备备凯撒我国首首艘超超深水水海洋洋铺管管船铺管方方式S-LayJ-LayReel-LayS-LayS形铺设设方法法：适适用于于浅近近海（（10-450m）、深深水区区的小小管径径管线线的铺铺设。。管道道在下下海过过程中中呈S形变形形曲线线。J-LayJ形铺设设方法法：适适用于于深海海（≤≤1500m）大管管径管管线的的铺设设。需需要J式托管管架，，托管管架上上必须须有张张紧器器。Reel-Lay卷盘式式铺设设方法法：适适用于于深水水区的的小管管径管管线的的铺设设。载荷条条件压力;温度;海浪;海流;海床;风;冰;地震活活动;平台移移动;水深；；支座沉沉降;意外荷荷载；；捕鱼;海洋生生物生生长。。有关海海底管管道的的相关关标准准和规规范SY/T4804-92海底管管道系系统规规范RecommendedPracticeDNV-RP-F107RiskassessmentofpipelineprotectionMarch2001RecommendedPracticeDNV-RP-F101Corrodedpipelineprotection1999RecommendedPracticeDNV-RP-F107RiskassessmentofpipelineprotectionMarch2001RPE305On-bottomstabilitydesignofsubmarinepipelineOctober1998RecommendedPracticeRP-B401CathodicProtectionDesign1993RP-F106Factoryappliedexternalpipelinecoatingsforcorrosioncontrol海底管管道的的结构构分析析指南南中国国船级级社NACEStandardRecommendedPracticeRP0492-92MetallurgicalandInspectionRequirementsforOffshorePipelineBtaceledAnodes.DNVOffshoreStandardDNV-OS-F101,SubmarinePipelineSystem,2000DNVRuleforSubmarinePipelineSystem1996.Guideforbuildingandclassingsubseapipelinesystemsandrisers,ABSPRGuide,2001APIRP1111,3th,1999Design,construction,operation,andmaintenanceofoffshorehydrocarbonpipelines(limitstatedesign)DNV-RP-F105,2006FREESPANNINGPIPELINESSubseaPipelinesAndRisers,YongBaiandIangBai,ElsevierScienceLtd.单层管双层管管（管管中管管）管束立管海管的的结构构形式式管中管管，管管束HPDEJacket,Insulation,InnerpipeBundleFlexibleRiser(CSO)结构设设计中中的难难题高温高高压管管道（（屈屈曲））深海立立管设设计（（动动力与与疲劳劳）。。。。高温管管道的的变形形特点点——屈曲漂漂移高温管管道的的设计计对策策增加管管道横横向或或纵向向的约约束力力，如如加大大埋深深，外外包混混凝土土层以以增加加管道道配重重和摩摩擦力力，在在管道道上方方堆积积石块块；蛇形或水平面面内的之字形形敷设，或采采用热补偿器器；采用管中管或或者集束管以以增加侧向/竖向约束力和和抗弯刚度；；安装时通过牵牵引或者用热热介质在管道道中预拉力；；以上两种或多多种方法的结结合。3-1波浪、海流对对管道的作用用波浪的各种参参数定义根据水深的不不同将管道划划分为三个区区段深水区段：在在这区段的海海底（地形、、地质等）实实际上不再影影响波浪的形形状和尺度。。过渡区段：在在此区段内波波浪由深水波波向浅水波过过渡，深水的的三向波在海海底水深等因因素的影响下下向两向波过过渡，有时波波浪出现破碎碎。浅水区段：在在这区段内波波浪在水深、、地形的影响响下变化剧烈烈，波浪向岸岸边推进时，，出现多次破破波，而达到到最终破碎，，并在岸坡附附近形成上爬爬的击岸水流流。波浪理论的选选择斯托克斯波二阶波三阶波四阶波五阶波（用来描述大大振幅的振荡荡波的性质））椭圆余弦波（用来描述长长的、有限振振幅的波在浅浅水中的传播播）线性波（用来描述小小振幅的振荡荡波的性质））海流海流，是指由由不同原因所所产生的各种种类型的海水水合成流动。。海流是一综合合流，近岸海海流一般以潮潮流和风海流流为主。在某某些位置和某某种情况下，，其它类型的的海流也可能能相当显著，，如由于波浪浪破碎产生的的顺岸流和离离岸流等。对于海流（主主要对潮流））的测量，要要选择有代表表性的时间、、季节、点位位，测定海流流的流速、流流向，并需测测定沿垂直分分布的流速、、流向和随时时间的变化过过程，必要时时要进行“流路”测量。动水作用力海水对海底管管线的作用力力：Morison公式垂直力（升力力）水平力速度力（阻力力）惯性力速度和加速度度由波浪和海海流复合作用用引起。3-2海底管道的稳稳定性与设计计1、海底管道的稳稳定性条件作用力：动水作用力管道总重量浮力摩擦力作用力的计算算管道总重量钢管重量内、外防腐绝绝缘层的重量量混凝土防护加加重层的重量量介质的重重量浮力摩擦力海床上保保持稳定定的管道道须满足足的方程程即:令:KV、KH—管道竖向向和水平平方向的的稳定性性系数，，一般取取KV=1.05~1.10；KH＝1.10~1.15。——负浮力以上为海海底管道道稳定性性的静态态分析。。不足：对对波浪-管道-土壤的联联合作用用分析不不够，仅仅仅用一个个简单的的摩擦系系数来描描述管土土相互作作用。发展：动动态法、、半动态态法动态法基本原理理：波浪浪作为周周期性动动力荷载载作用在在管道上上。管道在波波浪荷载载的作用用下，在在海床上上发生往往复运动动。基本步骤骤：(1)根据给定定的波浪浪条件模模拟出波波浪谱;(2)用波浪谱谱计算出出力谱;(3)用力谱结结合土壤壤类型计计算出管管道的动动力响应应。缺点：沿沿管道路路由取得得足够精精确的环环境和工工程地质质数据极极为困难难，有时时甚至是是不可能能的。——半动态法法将动态分分析中次次要的因因素忽略略目前，国国际上流流行2种方法:一种是以以DnVRPE305为基础的的分析方方法;另一种是是按照美美国天然然气协会会开发的的稳定性性计算机机程序中中LEVEL2进行的分分析方法法。2、保持海底底管道的的稳定性性的措施施稳定性设设计增加管道道配重加大钢管管的壁厚厚——不经济加重混凝凝土涂层层的重量量——增大浮力力稳定压块块埋设——尽可能埋埋置于海海底面以以下机械锚固固——遇有岩礁礁或坚硬硬土层，，可利用用锚杆将管管道与岩岩盘基础础锚固在在一起稳定压块块的设计计与计算算当稳定压压块在管管道上连连续盖压压时，它它的重量量（单位位长管道道上的压压块水下下重量））可为取二者之之最大值值当稳定压压块间隔隔地盖压压在管道道上取二者之之最大值值铰链式稳稳定压块块铰链式稳稳定压块块，它能能比较容容易地在在管子上上保持其其自身稳稳定的位位置，安安装时水水下可以以张开，，安装比比较容易易。但加加工制作作和压块块组装困困难，成成本比较较高，因因而使用用较少。。稳定压块块型式马鞍形稳定压块块各种马鞍鞍形稳定定压块，，根据断断面形状状不同有有如下几几种：例例如，矩矩形、梯梯形，拱拱形等等等。坡侧方向向的阻力力小，稳稳定性好好本章小结结海底管道道强度设设计的内内容之一一是对波波、流情情况出估估计，