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海底石油管道弧线段设计方法及施工控制

时间:2013-08-07 16:03 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:论文部落 点击次数:

  前言
  由于海底地貌和地质情况千变万化,加之已存在水下设施的影响,在设计海底管道路由时往往无法选择直线,而需要在海管路由中间设计若干弧线段。对于深水的高温/高压海底管道,有的项目还会将其路由中的一部分设计成连续的波形以削弱因热膨胀而引起的屈曲,使得铺管船在铺管时像蛇一样前进(SnakeLay)。在安装设计阶段,有必要对海管设计路由中弧线段的曲率半径进行校核,确定是否满足目标铺管船的铺设要求。同时,针对规格书中对于弧线段铺设精度的要求,制定合理的铺设监控措施以保证铺管精度。
  概述
  对于海管路由弧线段的最小曲率半径,许多船级社和公司都给出了推荐算法,如DNV、ABS等,虽计算公式有所差别,但原理基本上是相同的,即利用海管与海底土壤的侧向摩擦力克服底部铺设张力。如果侧向摩擦力太小,已铺设的弧线段海管将发生滑动,从而增大曲率半径直至与底部张力平衡。海管路由弧线段的曲率半径,在基本设计或详细设计阶段已经确定。在安装设计阶段,海上安装承包商一般会根据铺管船的特征校核此曲率半径,或在设计前期将所投入铺管船针对该条海底管道所需的最小曲率半径告知业主,使设计承包商在设计海管路由时能够充分考虑到海上安装承包商的需求。
  一般来说,规范对于海管弧线段的铺设精度要求,并不会低于海管的直线段。而在使用S-Lay方式铺设海底管道时,海管着泥点距离铺管船艉少则上百米,多则一千多米。若要将海管沿设计的弧线路由铺设到设计位置,对铺管船的控制提出了很高的要求。除了借助高精度的定位设备和详细的铺设计算分析外,还可辅以先进的水下调查、定位设备,如RemoteOperatedVehicle(ROV)、LongBase-Line(LBL)等。
  弧线段曲率半径的确定
  在海管路由弧线段最小曲率半径方面,ABS、DNV等规范中都有所描述,同时不少油公司和工程公司也有自己的算法,而业内也流传着一些经验公式。
  ABS规范
  在ABS:GuideforBuildingandClassingSubseaPipelineSystems的第3章第7节的1.3中,弧线段最小曲率半径应满足:
  [1](式1)
  其中,
  R:路由曲率半径;
  T:底部铺设张力;
  μ:土壤侧向摩擦系数;
  WS:海管水中重量。
  DNV规范
  在DNV-RP-109第4.3节中,为实现海管弧线铺设,要求水平张力满足:
  [2](式2)
  其中,
  H:水平张力;
  RC:路由曲率半径;
  μ:土壤侧向摩擦系数;
  WS:海管水中重量;
  FR:被动土抗力。
  DNV-RP-F109中除了考虑管土之间的侧向摩擦外,还考虑了管体有一部分入泥(FR)。对于FR的求解,该规范中给出了详尽的推导公式,并且区分了砂和粘土的不同工况。显然,由于FR的存在,同一工况下式2所计算出的最小曲率半径小于利用式1得出的最小曲率半径,式1计算出的结果相对保守。
  其他公式
  除了上述两个公式外,业内还有一些经验公式,比如:
  (式3)
  其中,
  SF:安全系数(1.5~2.0);
  可以看出,上式与ABS的计算公式大体相同,只是多乘上了一个安全系数,使得结果趋于更加保守。

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