海底管道.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,内容,海底管道工程的特点,海洋平台、铺管船及铺管方式,载荷条件,海底管道的相关标准和规范,海底管道的结构形式,结构设计中的难题,海底管道工程的特点,施工投资大：铺管船、开沟船和,10,余只辅助作业的拖船组成的庞大的专业船队等,施工质量要求高：维修困难,施工环境多变：海况变化剧烈、迅速,施工组织复杂：,管道的预制，船队的配件、燃料和淡水的供应等（海陆联合组织）,浅海开发,导管架式平台,平台设于导管架的顶部，整体结构刚性大，适用于各种土质，但其尺度、重量随水深增加而急剧增加，在深水中的经济性较差。,典型深海海底油气开采,FPSO,（,Floating Production shortage and Offloading,）,浮式生产、储油、卸油船,机动性和运移性好，具有适应深水采油的能力，在深水域中较大的抗风浪能力、大产量的油气水生产处理能力和大的原油储存能力。,从左到右依次是导管架式平台，自升式平台，半潜式平台，钻井船，张力腿平台。,国内典型起重铺管船装备,蓝疆号,3800t,国内典型起重铺管船装备,华天龙,4000t,国内典型起重铺管船装备,海洋石油,202,号,我国首艘自主研制的起重铺管船,浅水,1200t,国内典型起重铺管船装备,凯撒,我国首艘超深水海洋铺管船,铺管方式,S-Lay,J-Lay,Reel-Lay,S-Lay,S,形铺设方法：适用于浅近海（,10-450m,）、深水区的小管径管线的铺设。管道在下海过程中呈,S,形变形曲线。,J-Lay,J,形铺设方法：适用于深海（,1500m,）大管径管线的铺设。需要,J,式托管架，托管架上必须有张紧器。,Reel-Lay,卷盘式铺设方法：适用于深水区的小管径管线的铺设。,载荷条件,压力,;,温度,;,海浪,;,海流,;,海床,;,风,;,冰,;,地震活动,;,平台移动,;,水深；,支座沉降,;,意外荷载；,捕鱼,;,海洋生物生长。,有关海底管道的相关标准和规范,SY/T4804-92,海底管道系统规范,Recommended Practice DNV-RP-F107 Risk assessment of pipeline protection March 2001,Recommended Practice DNV-RP-F101 Corroded pipeline protection 1999,Recommended Practice DNV-RP-F107 Risk assessment of pipeline protection March 2001,RP E305 On-bottom stability design of submarine pipeline October 1998,Recommended Practice RP-B401 Cathodic Protection Design 1993,RP-F106 Factory applied external pipeline coatings for corrosion control,海底管道的结构分析指南中国船级社,NACE Standard Recommended Practice RP0492-92 Metallurgical and Inspection Requirements for Offshore Pipeline Btaceled Anodes.,DNV Offshore Standard DNV-OS-F101,Submarine Pipeline System,2000,DNV Rule for Submarine Pipeline System 1996.,Guide for building and classing subsea pipeline systems and risers,ABS PR Guide,2001,API RP 1111,3th,1999 Design,construction,operation,and maintenance of offshore hydrocarbon pipelines(limit state design),DNV-RP-F105,2006 FREE SPANNING PIPELINES,Subsea Pipelines And Risers,Yong Bai and Iang Bai,Elsevier Science Ltd.,单,层管,双层管（管中管）,管束,立管,海管的结构形式,管中管，管束,HPDE Jacket,Insulation,Inner pipe,Bundle,Flexible Riser(CSO),结构设计中的难题,高温高压管道（屈曲）,深海立管设计（动力与疲劳）,。,高温管道的变形特点,屈曲漂移,高温管道的设计对策,增加管道横向或纵向的约束力，如加大埋深，外包混凝土层以增加管道配重和摩擦力，在管道上方堆积石块；,蛇形或水平面内的之字形敷设，或采用热补偿器；,采用管中管或者集束管以增加侧向,/,竖向约束力和抗弯刚度；,安装时通过牵引或者用热介质在管道中预拉力；,以上两种或多种方法的结合。,3-1,波浪、海流对管道的作用,波浪的各种参数定义,根据水深的不同将管道划分为三个区段,深水区段：在这区段的海底（地形、地质等）实际上不再影响波浪的形状和尺度。,过渡区段：在此区段内波浪由深水波向浅水波过渡，深水的三向波在海底水深等因素的影响下向两向波过渡，有时波浪出现破碎。,浅水区段：在这区段内波浪在水深、地形的影响下变化剧烈，波浪向岸边推进时，出现多次破波，而达到最终破碎，并在岸坡附近形成上爬的击岸水流。,波浪理论的选择,斯托克斯波,二阶波,三阶波,四阶波,五阶波,（用来描述大振幅的振荡波的性质）,椭圆余弦波,（用来描述长的、有限振幅的波在浅水中的传播）,线性波,（用来描述小振幅的振荡波的性质）,海流,海流，是指由不同原因所产生的各种类型的海水合成流动。,海流是一综合流，近岸海流一般以潮流和风海流为主。在某些位置和某种情况下，其它类型的海流也可能相当显著，如由于波浪破碎产生的顺岸流和离岸流等。,对于海流（主要对潮流）的测量，要选择有代表性的时间、季节、点位，测定海流的流速、流向，并需测定沿垂直分布的流速、流向和随时间的变化过程，必要时要进行,“,流路,”,测量。,动水作用力,海水对海底管线的作用力：,Morison,公式,垂直力（升力）,水平力,速度力（阻力）,惯性力,速度和加速度由波浪和海流复合作用引起,。,3-2,海底管道的稳定性与设计,1,、,海底管道的稳定性条件,作用力：,动水作用力,管道总重量,浮力,摩擦力,作用力的计算,管道总重量,钢管重量,内、外防腐绝缘层的重量,混凝土防护加重层的重量,介质的重量,浮力,摩擦力,海床上保持稳定的管道须满足的方程,即,:,令,:,K,V,、,K,H,管道竖向和水平方向的稳定性系数，一般取,K,V,=1.051.10,；,K,H,1.101.15,。,负浮力,以上为海底管道稳定性的静态分析。,不足：对波浪,-,管道,-,土壤的联合作用分析不够，仅,仅用一个简单的摩擦系数来描述管土相互作用。,发展：动态法、半动态法,动态法,基本原理：波浪作为周期性动力荷载作用在管道上。,管道在波浪荷载的作用下，在海床上发生往复运动。,基本步骤：,(1),根据给定的波浪条件模拟出波浪谱,;,(2),用波浪谱计算出力谱,;,(3),用力谱结合土壤类型计算出管道的动力响应。,缺点：沿管道路由取得足够精确的环境和工程地质数据极为困难，有时甚至是不可能的。,半动态法,将动态分析中次要的因素忽略,目前，国际上流行,2,种方法,:,一种是以,DnVRPE305,为基础的分析方法,;,另一种是按照美国天然气协会开发的稳定性计算机程序中,LEVEL2,进行的分析方法。,2,、,保持海底管道的稳定性的措施,稳定性设计,增加管道配重,加大钢管的壁厚,不经济,加重混凝土涂层的重量,增大浮力,稳定压块,埋设,尽可能埋置于海底面以下,机械锚固,遇有岩礁或坚硬土层，可利用,锚杆将管道与岩盘基础锚固在一起,稳定压块的设计与计算,当稳定压块在管道上连续盖压时，它的重量（单位长管道上的压块水下重量）可为,取二者之最大值,当稳定压块间隔地盖压在管道上,取二者之最大值,铰链式稳定压块,铰链式稳定压块，它能比较容易地在管子上保持其自身稳定的位置，安装时水下可以张开，安装比较容易。但加工制作和压块组装困难，成本比较高，因而使用较少。,稳定压块型式,马鞍形,稳定压块,各种马鞍形稳定压块，根据断面形状不同有如下几种：例如，矩形、梯形，拱形等等。,坡侧方向的阻力小，稳定性好,本章小结,海底管道强度设计的内容之一是对波、流情况出估计，以此选出管道各项参数；,波浪参数有波速、波长、波高；,常见的波浪理论有：,Airy,波,、,Stokes,二阶、三阶、四阶和五阶波，椭圆余弦波,（,Cnoidal,）,等；,海水对管道的动水作用力：升力、阻力和惯性力；动水作用力根据,Morison,方程计算；,作用在海底管道上的力：重量、动水作用力、浮力和摩擦力；,海底管道的稳定性措施：配重、稳定压块、埋设和机械锚固。,