ĐỒ án tốt NGHIỆP tính toán thi công, lắp đặt tuyến ống dẫn dầu RP2 UBN3

Việc thi công tuyến ống ngầm dẫn dầu được thực hiện trên tàu Côn Sơn với chiều dài ống là 24m đây là ống đôi được tổ hợp từ 2 ống đơn 12m đã được bọc compozit và được tổ hợp trước ở trên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

“Tính toán thi công, lắp đặt tuyến ống

dẫn dầu RP2 – UBN3”

sv Nguyễn Tiến Dũng Lớp Thiết bị dầu khí K50

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay ở Việt Nam, Dầu khí là ngành kinh tế mũi nhọn, là chỗ dựa cho

sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, làm đà thúc đẩy phát triển kinh tế quốc dân Đây là lĩnh vực làm việc đòi hỏi kỹ thuật cao và điều kiện làm việc xa bờ

Một trong những lĩnh vực quan trọng của nền công nghiệp dầu khí là vận chuyển dầu khí Do phần lớn các giếng khai thác dầu khí ở nước ta là các giếng khai thác ở xa ngoài biển Việc thu gom, vận chuyển đó dầu đòi hỏi một

hệ thống ống dẫn lớn và yêu cầu làm việc hiệu quả, độ tin cậy cao Vì vậy mọi tuyến ống được xây dựng phải tính toán thi công và lắp đặt chính xác đảm bảo cho quá trình vận hành

Được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Thịnh Bộ môn Thiết bị Dầu

khí và Công trình tác giả đã chọn đề tài “Tính toán thi công, lắp đặt tuyến

ống dẫn dầu RP2 – UBN3”

Trong quá trình thực hiện đồ án này, tác giả nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Thịnh, sự giúp đỡ nhiệt tình của kỹ sư Bùi Uy Hùng - Xí nghiệp xây lắp Dầu khí Vietsovpetro, cùng các thầy cô giáo trong

Bộ môn Thiết bị Dầu khí và Công trình Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Trong quá trình xuất bản đồ án này khó tránh khỏi các sơ suất về kiến thức, in ấn, phương pháp trình bày… Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để bản đồ án được hoàn thiện hơn

Hà Nội, tháng 05 năm 2010

Sinh viên

Nguyễn Tiến Dũng

Chương 1

GIỚI THIỆU TUYẾN ỐNG DẪN DẦU TỪ RP2 – UBN3

1.1 Giới thiệu công trình

Đường ống ngầm dẫn dầu từ RP2 – UBN3 thuộc mỏ Rồng, là tuyến đường ống được thiết kế và xây dựng bằng ống thép Ø323.8 mm × 15.9 mm theo tiêu chuẩn API – 5LGr – X60 dùng để vận chuyển dầu giữa RP2 và UBN3 với lưu lượng đến 7500 T/ngày – đêm

Việc thi công tuyến ống ngầm dẫn dầu được thực hiện trên tàu Côn Sơn với chiều dài ống là 24m (đây là ống đôi được tổ hợp từ 2 ống đơn 12m đã được bọc compozit và được tổ hợp trước ở trên bờ)

Chiều dài của tuyến ống ngầm được thi công là 8500 m

Hệ số không phụ thuộc vào thời tiết dành cho tàu Côn Sơn khi làm việc tương đương K = 2.4 theo quy chế của SP – 25.88

Thiết kế xây dựng hoàn toàn được thực hiện dựa theo yêu cầu kỹ thuật về đường ống ngầm

1.2 Các đặc trưng khí hậu khu vực thi công tuyến ống

Trong vùng biển Việt Nam nói chung hàng năm có hàng chục cơn bão lớn nhỏ thường tập trung từ tháng 6 đến tháng 10 Đối với những cơn bão lớn sóng có thể cao tới 9 ÷ 10m, vận tốc gió đạt tới 40 ÷ 50m/s

Vùng biển thi công tuyến ống vào mùa đông gió có hướng Đông Bắc, gió hơi lớn từ tháng 11 đến tháng 3 Từ tháng 4 đến tháng 5 gió thay đổi chiều nhiều hướng khác nhau

Căn cứ và dựa theo quy chế SP 25-88 (chất lượng các ngày làm việc của các tàu Trường Sa, Côn Sơn và Hoàng Sa đối với Gió – Sóng trong khu vực

mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng), dựa vào đặc tính thời tiết của vùng mỏ Bạch Hổ và

mỏ Rồng thì thuận lợi nhất cho các tàu thực hiện rải và lắp đặt ống từ tháng 4 đến tháng 5 và từ tháng 9 đến tháng 10

Bảng 1.1 Các thành phần sóng và dòng chảy ở khu vực xây dựng

STT Các đặc tính Ký hiệu Đơn vị Kích

thước

1 Chiều cao sóng trung bình H m 5.6

3 Chu kỳ trung bình của bước sóng τ Giây 9.8

4 Chiều dài trung bình của sóng λ m 147.7

5 Chiều cao sóng trung bình 13% H13% m 8.7

6 Chiều dài sóng đỗ Η0,1% m 9.6

7 Vận tốc sóng lớn nhất theo phương ngang Vt m/giây 1.37

11 Vận tốc gió lớn nhất được lập lại

1 lần với 25 năm trong 10 phút ω m/giây 45.8

1.3 Các đặc trưng thiết kế của tuyến ống

Nhiệt độ và áp suất của tuyến ống ngầm dẫn dầu đến UBN3 được thực hiện tính toán bằng chương trình tính toán PICAL

Nhiệt độ ở đầu của tuyến ống ngầm tương đương 500C

Các áp lực tính toán được thực hiện dựa trên nhiệm vụ thiết kế và kế hoạch thi công

Các kết quả đặc trưng của tuyến ống dẫn dầu đã được lập thành bảng sau:

Bảng 1.2 Kết quả đặc trưng của tuyến ống xây dựng

STT Các đặc trưng Đơn vị Kích thước

1 Đường kính ngoài và độ dầy của tuyến ống mm 323.8×15.9

2 Tổng chiều dài của tuyến đường ống ngầm m 8500

3 Lưu lượng vận chuyển T/ ng.đêm 7500

4 Độ dầy bọc ống (compozit/ bọc tổng hợp) mm 35/41

5 Nhiệt độ ở đầu tuyến ống (RP2) 0C 50

6 Nhiệt độ thấp nhất trên tuyến ống 0C 22

7 Tốc độ lớn nhất của dòng chảy trong ống m/giây 1.37

8 Áp suất ở đầu tuyến ống kG/cm2 40

9 Áp suất trung chuyển kG/cm2 10.38

10 Áp suất ở cuối tuyến ống kG/cm2 29.62

11 Nhiệt độ ở cuối tuyến ống 0C 47

Quá trình xây dựng và thiết kế tuyến ống ngầm trên biển phụ thuộc vào

áp lực bơm đẩy của thiết bị và áp suất bên trong (áp suất làm việc) Từ đó mới tính toán được độ dầy của tuyến ống cần thiết kế

1.4 Tìm hiểu vật liệu Compozit

Vật liệu composite, còn gọi là Vật liệu compozit hay composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo lên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ

Những vật liệu compozit đơn giản đã có từ rất xa xưa Khoảng 5000 năm trước công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để tránh bị cong vênh khi phơi nắng Và điền hình về compozit chính là hợp chất được dùng để ướp xác của người Ai Cập

Chính thiên nhiên đã tạo ra cấu trúc composite trước tiên, đó là thân cây

gỗ, có cấu trúc composite, gồm nhiều sợi xenlulo dài được kết nối với nhau bằng licnin Kết quả của sự liên kết hài hoà ấy là thân cây vừa bền và dẻo- một cấu trúc composite lý tưởng

Người Hy Lạp cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng Và ở Việt Nam, ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng bùn

trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khi khô tạo ra lớp vật liệu cứng, mát

về mùa hè và ấm vào mùa đông

Mặc dù composite là vật liệu đã có từ lâu, nhưng ngành khoa học về vật liệu composite chỉ mới hình thành gắn với sự xuất hiện trong công nghệ chế tạo tên lửa ở Mỹ từ những năm 1950 Từ đó đến nay, khoa học công nghệ vật liệu composite đã phát triển trên toàn thế giới và có khi thuật ngữ "vật liệu mới" đồng nghĩa với "vật liệu composite"

1.4.1 Thành phần và cấu tạo

Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục duy nhất (Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của vật liệu composite.) Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước

* Thành phần cốt

Nhóm sợi khoáng chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil Các nhóm sợi khác ít phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa, ; sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic, ; sợi nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron, térylène, ), sợi polyamit, ; sợi kim loại:

thép, đồng, nhôm,

 Sợi thuỷ tinh Sợi thủy tinh, được kéo ra từ các loại thủy tinh kéo sợi được (thủy tinh dệt), có đường kính nhỏ vài chục micro mét Khi đó các sợi này sẽ mất những nhược điểm của thủy tinh khối, như: giòn, dễ nứt gẫy, mà trở nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn Thành phần của thủy tinh dệt có thể chứa thêm những khoáng chất như: silic, nhôm, magiê, tạo ra các loại sợi thủy tinh khác nhau như: sợi thủy tinh E (dẫn điện tốt), sợi thủy tinh D (cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm lượng kiềm cao), sợi thủy tinh C (độ bền hóa cao), sợi thủy tinh R

và sợi thủy tinh S (độ bền cơ học cao) Loại thủy tinh E là loại phổ biến, các loại khác thường ít (chiếm 1%) được sử dụng trong các ứng dụng riêng biệt

 Sợi Bazan

 Sợi hữu cơ

* Các loại sợi hữu cơ phổ biến:

Sợi kenvlar cấu tạo từ hợp chất hữu cơ cao phân tử aramit, được gia công bằng phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ thấp (-10 °C), tiếp theo được kéo ra thành sợi trong dung dịch, cuối cùng được sử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi

Sợi kenvlar và tất cả các sợi làm từ aramit khác như: Twaron, Technora, có giá thành thấp hơn sợi thủy tinh như cơ tính lại thấp hơn: các loại sợi aramit thường có độ bền nén, uốn thấp và dễ biến dạng cắt giữa các lớp

có khả năng chịu nhiệt cực tốt

- Sợi Bor

Sợi Bor hay Bore (ký hiệu hóa học là B), là một dạng sợi gốm thu được nhờ phương pháp kết tủa Sản phẩm thương mại của loại sợi này có thể ở các dạng: dây sợi dài gồm nhiều sợi nhỏ song song, băng đã tẩm thấm dùng để quấn ống, vải đồng phương

- Sợi Cacbua Silic

Sợi Cacbua Silic (công thức hóa học là: SiC) cũng là một loại sợi gốm thu được nhờ kết tủa

- Sợi kim loại

1.4.2 Phân loại vật liệu composite

 Vật liệu composite polyme

 Vật liệu composite cacbon-cacbon

 Vật liệu composite gốm

 Vật liệu composite kim loại

 Vật liệu composite tạp lai

* Theo bản chất vật liệu nền và cốt

Composite nền hữu cơ: composite nền giấy (cáctông), composite nền nhựa, nền nhựa đường, nền cao su (tấm hạt, tấm sợi, vải bạt, vật liệu chống thấm, lốp ô tô xe máy), Loại nền này thường có thể kết hợp với mọi dạng cốt liệu, như: sợi hữu cơ (polyamit, kevlar: đây là sợi aramit cơ tính cao), sợi khoáng (sợi thủy tinh, sợi cacbon, ), sợi kim loại (Bo, nhôm, ) Vật liệu composite nền hữu cơ chỉ chịu được nhiệt độ tối đa là khoảng 200 ÷ 300 °C

Composite nền khoáng chất: bê tông, bê tông cốt thép, composite nền gốm, composite cacbon - cacbon Thường loại nền này kết hợp với cốt dạng:

sợi kim loại (Bo, thép, ), hạt kim loại (chất gốm kim), hạt gốm (gốm cacbua, gốm Nitơ, )

Composite nền kim loại: nền hợp kim titan, nền hợp kim nhôm,

Thường kết hợp với cốt liệu dạng: sợi kim loại (Bo, ), sợi khoáng (cacbon, SiC, )

Composit nền kim loại hay nền khoáng chất có thể chịu nhiệt độ tối đa khoảng 600 ÷ 1.000 °C (nền gốm tới 1.000 °C)

* Theo hình dạng cốt liệu

- Vật liệu composite cốt sợi

Sợi là loại vật liệu có một chiều kích thước (gọi là chiều dài) lớn hơn rất nhiều so với hai chiều kích thước không gian còn lại Theo hai chiều kia chúng phân bố gián đoạn trong vật liệu composite, còn theo chiều dài thì chúng có thể ở dạng liên tục hay gián đoạn Ta thường thấy các loại vật liệu cốt sợi này gắn liền với từ composite trong tên gọi Các sản phẩm composite dân dụng thường là được chế tạo từ loại vật liệu composite cốt sợi, trên nền nhựa là chủ yếu

- Vật liệu composite cốt hạt

Hạt là loại vật liệu gián đoạn, khác sợi là không có kích thước ưu tiên

Loại vật liệu composite cốt hạt phổ biến nhất chính là bê tông, thường lại được gọi ngắn gọn chỉ là bê tông, nên ta thường thấy cái được gọi là composite lại là vật liệu composite cốt sợi

- Vật liệu composite cốt hạt và sợi

Bê tông là một loại composite (hay compozit) nền khoáng chất[2] Khi bê tông kết hợp với cốt thép tạo nên bê tông cốt thép, thì đá nhân tạo tạo thành từ

xi măng là vật liệu nền, các cốt liệu bê tông là cát vàng và đá dăm thì là cốt hạt, còn cốt thép trong bê tông là cốt sợi

+ Công nghệ khuôn với diaphragm đàn hồi

 Khuôn chân không

 Khuôn chân không- autoclave

 Khuôn ép diaphragm

+ Công nghệ tẩm áp lực

 Tẩm áp lực trong điều kiện thường

 Tẩm áp lực trong chân không

+ Công nghệ dập trong khuôn

 Vỏ động cơ tên lửa

 Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ

 Ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm phèn;

 Vỏ bọc các loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, tấm panell composite;

1.4.5 Ống dẫn xăng dầu bọc Compozit

Công nghệ sản xuất ống dẫn xăng dầu thường có cấu tạo ba lớp thành phần:

 Lớp thứ nhất: Là lớp có độ bền lý, hóa cao, trơ với môi trường xăng dầu, hóa chất Tuy nhiên trong thực tế, lớp này chịu tác động cơ học yếu, cũng như kém bền vững trong môi trường khí hậu khắc nghiệt tại Việt Nam

 Lớp thứ hai: Là lớp kết dính trung gian, đây là lớp rất quan trọng để cho lớp thứ nhất kết hợp được với lớp composite bền ngoài Lớp này được sấy, gia nhiệt bằng tia hồng ngoại ở nhiệt độ nhất định Tạo nên sự gắn kết bền vững cho hai lớp vật liệu thứ nhất và thứ ba

 Lớp thứ ba: là lớp ngoài cùng, được chế tạo bằng vật liệu composit cốt sợi thủy tinh nền epoxy, hóa rắn bằng andehit Là một trong những công nghệ sản xuất composite cao cấp với phương pháp cuốn ướt, vớt keo trực tiếp từ máng chứa, cuốn theo nhiều chiều đan xen Đảm bảo độ bên vững cơ, lý, hóa học trong mọi điều kiện môi trường Đây là lớp ngoài cùng, khắc phục được tất cả các nhược điểm mà lớp trong cùng không có Nó giúp cho đường ống được bảo vệ an toàn trước các tác động của các tác nhân cơ, lý, hóa và sự khắc ngiệt của môi trường

Ống dẫn xăng dầu được lắp ghép theo các phương pháp thông thường, với kỹ thuật đơn giản Tuy nhiên, khi thi công phải tuân thủ nghiêm ngặt các hướng dẫn trong quy trình lắp đặt Để đường ống hoạt động tốt, không bị sự

cố trong khi vận chuyển xăng dầu vvv Sản phẩm được sản xuất dựa trên các tiêu chuẩn sản xuất ống dẫn xăng dầu trên thế giới

Chương 2

TÍNH TOÁN TRONG THI CÔNG TUYẾN ỐNG

2.1 Tính toán độ chịu lực của ống 2.1.1 Tính toán khả năng chịu lực của ống

Đường kính ngoài của ống: D = 323.8 mm = 32.38 cm

Tỷ khối của nước biển: γnb = 1025 kg/m3 = 0.001025 kg/cm3

Áp suất làm việc của ống: Plv = 40 at = 40 kG/cm2

Áp suất thử: Pt = Plv × 1,50 = 40 × 1,50 = 60 kG/cm2Giới hạn bền của thép: δb = 5170 kG/cm2

Giới hạn chảy của thép:δc = 4130 kG/cm2

Độ sâu của nước ở vùng mỏ: h ≈ 50 m ≈ 5000 cm

Độ dày của thép theo áp lực bên ngoài được tính theo công thức:

Độ dày của ống theo suất bên trong được tính theo hai công thức sau:

 Theo giới hạn bền của thép:

(2.2) Trong đó:

 δ: độ dày của ống (cm)

 P: áp suất làm việc (P = 40 kG/cm2)

 n: hệ số tăng áp suất của ống

 Dn: đường kính ngoài của ống (D = 32.38 cm)

 δb: giới hạn bền của thép (δb = 5170 kG/cm2) Thay các giá trị vào công thức ta có:

2.1.2 Độ ổn định của ống dưới đáy biển

 Tính trọng lượng 1m ống trong không khí:

P = π × l × δ × (Dn - δ) × γT (2.4) Trong đó:

 l: chiều dài ống (m)

 δ: độ dày ống (m)

 Dn: đường kính ngoài của ống (m)

 γT: tỷ trọng của thép (γT = 7850 kg/m3) Thay các giá trị vào công thức ta có:

P = 3.14 ×1× 0.016 × (0.3238 – 0.016) × 7850 = 121.39 kg/m

 Tính lực đẩy của nước biển trên 1m ống thép trơn không bọc Compozit:

(2.5) Trong đó:

 γnb: tỷ trọng của nước biển (γnb = 1025 kg/m3) Thay các giá trị vào công thức ta có:

 Như vậy trọng lượng của 1m ống thép trơn trong nước biển sẽ là:

Pt.n = P – GT = 121.39 – 84.362 = 37.028 (kg/m)

 Tính trọng lượng của Compozit bọc trên 1m ống trong không khí:

Gcopozit = π × l × δcopozit × (Dn – δcopozit) × γcopozit (2.6) Trong đó:

 l: chiều dài 1 m ống compozit (m)

 δcopozit: độ dày của compozit (m)

 Dn: đường kính ngoài của ống compozit (m)

 γcopozit: tỷ trọng của compozit tổng hợp = 1887 kg/m3Thay các giá trị vào công thức ta có:

Trọng lượng của 1m ống thép bọc Compozit trong không khí sẽ bằng:

Trọng lượng của 1m ống thép trơn + trọng lượng của 1m compozit bọc ống

↔ Pcompozit = P + Gcompozit = 121.39 + 81.462 = 202.852 (kg/m)

 Tính lực đẩy của nước biển trên 1m ống thép bọc Compozit:

( 2.7) Trong đó:

 D: đường kính ngoài của compozit bọc ống

 γnb : tỷ trọng của nước biển (γnb = 1025 kg/m3)

 l: chiều dài tính toán của đoạn ống thép bọc Compozit Thay các giá trị vào công thức ta có:

Như vậy trọng lượng 1m ống thép bọc compozit trong nước biển:

Pcom.n = Pcompozit – G1m

Pcom.n = 202.852 – 128.611 = 74.241 (kg/m)

Và trọng lượng của compozit bọc trên 1m ống trơn khi nằm trong nước biển bằng (trọng lượng của 1m ống thép bọc compozit trong nước biển trừ trọng lượng của 1m ống thép trơn trong nước biển):

Gcom.n = Pcon.n – Ptn

Gcom.n = 74.241 – 37.028 = 37.213 (kg/m)

Tính lực đẩy của dòng chảy trên 1m ống thép được bọc bêtông với góc φ

= 580 và vận tốc trung bình V = 2.24 m/s (V = V Sinφ) theo công thức:

Trong điều kiện ổn định thì dao động ngang được xác định bằng công thức:

G2 × Kgđ < Kms × ( Pcompozit – G1m × Kn ) (2.9) Trong đó:

 Kgđ : hệ số ổn định với dao động ngang (Kgđ = 1.15)

 Kms: hệ số ma sát của ống đối với mặt đáy biển (Kms = tg 390)

 Kn: hệ số ổn định chống nổi (Kn = 1.2)

Thay các giá trị vào công thức ta có:

59.88×1.15 < tg390 (202.852 – 128.611×1.2) 68.862 < 72.162

Để cho một tuyến ống ngầm bất kì được nằm ổn định dưới đáy biển thì cần phải thỏa mãn điều kiện sau:

Trong đó:

 G: trọng lượng cần thiết nhỏ nhất cho 1m đơn vị chiều dài của ống bọc trong nước biển (G = 74.241 theo tính toán thiết kế)

 Gtn: trọng lượng của 1m ống trong nước biển

 Gcom: trọng lượng của compozit được bọc trên 1m ống

 Gn: hệ số ổn định chống nổi (Gn = 1.2)

 m3:hệ số ổn định khi ống nằm trên đáy biển (m3 = 0.95)

 m4: hệ số ổn định của ống với dao động ngang (m4 = 0.90)

(Gn, m3, m4 là các hệ số trong tiêu chuẩn thiết kế thi công các tuyến đường ống dẫn dầu khí của viện NIPI)

Thay các giá trị vào công thức ta có:

Kết luận:

Qua các tính toán ổn định cho tuyến ống ngầm dẫn dầu RP2 – UBN3 cho thấy rằng, đã thỏa mãn các điều kiện về tính ổn định của tuyến ống khi dùng loại ống Ø323.8 mm × 15.9 mm bọc Compozit dầy 30 ÷ 38 mm để thi công lắp đặt mà không cần thay thế loại ống khác hay gia tăng thêm trọng lượng ống nhưng vẫn đảm bảo độ ổn định dưới tác dụng của môi trường và dòng chảy trong khu vực này

2.2 Tính toán chọn cáp để cẩu ống

Việc tính toán chọn cáp là công việc rất quan trọng, vì đây là công việc quyết định cho toàn bộ tải trọng khi di chuyển ống trong thi công Do đó khi tính toán chọn cáp phải dựa trên các công thức tính toán cơ sở và phải đảm bảo chính xác và an toàn

2.2.1 Tính sức căng của dây cáp khi treo hàng

Để vận chuyển ống thép Ø323.8 mm15.9 mm ta dùng 2 nhánh dây cáp móc trực tiếp vào đầu ống thông qua móc cẩu ống chuyên dùng:

Tính lực căng quang treo theo công thức:

Trong đó:

 Sp: lực căng trên mỗi nhánh dây

 Q: trọng lượng vật cẩu (kg) = 4868.448 kg (ống bọc Compozit 24m)

 m: số nhánh dây = 2

 : góc hợp bởi nhánh dây và phương thẳng đứng (chọn trong trường hợp là góc lớn nhất để chọn cáp = 450)

 R: là sức kéo cho phép trên mỗi nhánh dây

 : lực căng trên mỗi nhánh dây

 K: hệ số an toàn của cáp được lấy theo tiêu chuẩn TCVN Tiêu chuẩn này được tra trong qui phạm của Cục Đăng kiểm cho thiết bị máy trên công trường biển và hệ số này được lấy K = 4

R = K  Sp = 4  3442.513 = 13770.052 kg Theo bảng lực kéo cho phép của các loại thép, ta chọn được cáp Ø19.5

mm Loại cáp TK637 có Sb = 150 kg/mm2 có lực kéo cho phép là:

Chương 3 NHỮNG YÊU CẦU KỸ THUẬT LẮP GHÉP ỐNG

3.1 Đặc tính và yêu cầu kỹ thuật của tuyến đường ống cần xây dựng

Tuyến ống ngầm dẫn dầu cần xây dựng từ RP2 – UBN3 dài 7590 m, chiều dài tổng cộng kể cả ống đứng 7655 m Toàn bộ chiều dài tuyến ống bao gồm: ống Compozit và 5% ống dự phòng theo thiết kế xây dựng tuyến ống là

Số lượng ống Compozit cần sử dụng cho giai đoạn đầu của tuyến ống:

108 + 155 + 5.5 = 268.5 ống Tổng trọng lượng ống cần sử dụng cho công đoạn 1 của tuyến ống:

Trong đó sử dụng đầu nối 1 ống đơn 12 m (1/2 ống đôi 24 m) với đầu bịt

và sử dụng đầu tiên 134 ống đôi 24 m sử dụng tiếp theo:

 Sử dụng cho giai đoạn đầu của tuyến ống: 54 ống

 Sử dụng cho giai đoạn cuối của tuyến ống: 77.5 ống

 Chế tạo ống cong (ống đứng): 3 ống

* Công đoạn 2:

Chiều dài sử dụng 4992m (sử dụng cho giai đoạn giữa của tuyến ống)

Loại ống thép sử dụng: Ø323.8 mm×15.9 mm, API - %LGr – X60 Ống được bọc Compozit dày 38 mm Trọng lượng 1 m ống bọc Compozit ≈ 202.852 kg Vậy:

Ống được bọc Compozit chiều dài 12 m có trọng lượng:

Tổng toàn bộ trọng lượng 2 công đoạn của tuyến ống RP2 – UBN3 là:

= Trọng lượng ống công đoạn 1 + Trọng lượng ống công đoạn 2 = 630867.6 + 1012637 = 1643504.784 Kg ≈ 1643.5 T

Toàn bộ ống đều được kiểm tra chất lượng và đảm bảo mọi yêu cầu, cũng như các thông số kỹ thuật của Viện Thiết kế VSP

Sử dụng que hàn Ø 3.2 mm mác LB – 52U cho lớp lót, và Ø4 mm mác

LB – 52 cho các lớp hàn tiếp theo trong tiêu chuẩn API 1104

Các mối hàn được thực hiện liên tục, không kéo dài sự gián đoạn cho đến khi hàn đầy mối hàn 100% mối hàn được kiểm tra bằng tia Rơn ghen

Thực hiện lắp đặt và rải ống với việc sử dụng cầu phao dẫn hướng nâng

đỡ ống (hệ thống Stinger)

Để ngăn chặn sự phá hủy của môi trường, đồng thời kéo dài tuổi thọ cho ống dưới đáy biển phải sử dụng hệ thống chống ăn mòn, gồm 2 phương pháp sau:

 Phương pháp thụ động: sơn lên ống

 Phương pháp chủ động: hàn cục chống ăn mòn loại ΠAKM – 65 bằng hợp kim nhôm với các bước hàn cách nhau 36 m

Như vậy số lượng cục chống ăn mòn cho tuyến là: 7655 : 36 = 213 cục

3.2 Kỹ thuật lắp ghép ống

Để rút ngắn thời gian và đẩy nhanh tiến độ thi công ngoài biển và phù hợp với yêu cầu của các hệ thống nối rải ống trên tàu Côn Sơn do đó các ống đơn bọc Compozit 12 m được tổ hợp trước thành ống đôi 24 m và 100% mối hàn tổ hợp này đã được thực hiện và kiểm tra theo thiết kế

Để đảm bảo thi công tổ hợp các ống đứng theo đúng quy trình thiết kế việc lắp nối cần phải tuân theo một số các quy chuẩn sau:

 Việc nối ống được tổ hợp trên mặt phẳng chuẩn (trên các giá nối ống)

 Hai đầu ống nối với nhau được mài đến độ sáng hoàn toàn của kim loại, mài sạch cả trong lẫn ngoài 2 phía với L = 50 mm

 Đường kính của 2 ống không lệch quá 0.5 mm

 Dụng cụ định tâm ngoài để ghép nối 2 đầu ống với nhau

 Dùng que hàn Ø 3.2 mm mác LB – 52U cho lớp lót

 Dùng que hàn Ø 4 mm mác LB – 52 cho các lớp tiếp theo

Tất cả các mối hàn được thực hiện theo tiêu chuẩn API – 1104 và 100%

mối hàn phải được kiểm tra bằng phương pháp chụp tia Rơn ghen

3.3 Tổ chức sản xuất và nhân công 3.3.1 Tổ chức sản xuất trên bờ

Tất cả các công trình xây dựng, lắp đặt trên biển để đạt được hiệu quả và năng suất, đòi hỏi phải có sự chuẩn bị chu đáo, tính toán triệt để và đảm bảo công tác an toàn cho quá trình thi công, tổ chức sản xuất

Việc làm đầu tiên để quyết định chất lượng của tuyến đường ống đó là công tác tiếp nhận ống Toàn bộ ống theo thiết kế phải được kiểm tra đúng chủng loại và số lượng theo đúng thiết kế đã quy định (như thành phần, đặc tính của thép, …và đặc biệt là các điều kiện để phục vụ cho công tác tổ hợp và hàn liên kết)

Theo yêu cầu của công trình, qui trình hàn các góc vát của đầu ống có góc phải đạt 30 + 50 và mép cùn của đầu ống phải đảm bảo 1.5 ± 0.5mm

Toàn bộ ống đơn bọc Compozit phải được tổ hợp thành ống đôi 24m

Hàn chuẩn bị trước các cục chống ăn mòn lên các ống theo thiết kế

Chuẩn bị và chế tạo trước hệ thống các ống đứng (ống cong) và thử áp lực kiểm tra các phần của ống đứng và các ống khác có liên quan

Chế tạo và chuẩn bị trước hệ thống các cùm gia cố ống đứng

Có kế hoạch cẩu các ống đã được tổ hợp và các loại vật liệu khác có liên quan đến quá trình lắp đặt tuyến ống lên tàu Côn Sơn và các tàu khác có liên quan

Trước khi vận chuyển các ống xuống tàu để phục vụ thi công cần phải chú ý:

 Làm sạch phần bên trong lòng của các ống bằng hệ thống khí nén

 Các phần Compozit bọc ống phải được bọc và bảo vệ kỹ tránh vỡ và hư thủng

 Phải có các thiết bị chụp đậy trên mỗi đầu ống để bảo vệ các mép vát trên đầu ống và tránh cho đầu ống không bị méo

3.3.1.1 Phương tiện và nhân lực phục vụ thi công tổ hợp và vận chuyển ống

Đối với ống bọc bê tông, thì đã được đặt bọc bê tông tại nhà máy và sau

đó được phía nhà máy chuyển đến và giao nhận cho phân xưởng đường ống tại bãi tập kết thuận tiện cho công tác vận chuyển và tổ hợp thành các ống đôi,

do đó phân xưởng đường ống chỉ cần chuẩn bị mặt bằng giao nhận mà không cần phương tiện vận chuyển và tính toán cho quá trình giao nhận từ nhà máy

Mặt bằng và vị trí để tổ hợp ống đơn bọc compozit 12 m thành ống đôi

24 m phải được chuẩn bị sao cho sau khi ống được tổ hợp xong thì có thể cẩu xuống tàu mà không phải vận chuyển đi xa (vì ống đôi 24 m dài rất khó vận chuyển qua các khúc đường quanh co trong khu vực cảng)

Để vận chuyển ống đơn bọc Compozit 12 m từ nơi tập kết ống đơn bọc đến nơi để tổ hợp thành ống đôi 24 m thì cần phải có các phương tiện và dụng

cụ chuyên dùng để phục vụ như sau:

 Các loại xe cẩu bánh lốp, sức nâng từ 45 ÷ 75 tấn

 Cẩu DEMAG cần 60m hạ ống xuống và phục vụ các công tác khác có liên quan đến việc tổ hợp ống

 Bốn sợi xích dài (12 m/sợi), hai sợi cáp (Ø = 19,5 mm ÷ 24 mm dài 12 m) các móc cẩu ống chuyên dùng, các loại mani và dụng cụ phục vụ cho việc nối ống

 Một tổ lắp ráp gồm: 4 thợ lắp ráp cẩu ống, 4 thợ lắp ráp hạ ống xuống

và làm các công việc phục vụ khác có liên quan

Tổng số ống đơn bọc Compozit của toàn bộ chiều dài của tuyến ống bao gồm 2 công đoạn đầu và cuối và 5% ống bọc Compozit dự phòng:

8500 : 12 ≈ 708 ống đơn

Tổng số ống đôi cần được tổ hợp sẵn chuẩn bị trước ở trên bờ là:

708 : 2 = 354 ống đôi

3.3.1.2 Nhân lực và thiết bị phục vụ việc tổ hợp ống

Để tổ hợp 708 ống đơn bọc compozit 12 m thành 354 ống đôi 24 m cần phải sử dụng vật tư và nhân công như sau:

 Tổ hợp 354 mối hàn

 Một nhóm thợ lắp ráp 6 người tổ chức đấu nối ống

 Một nhóm thợ hàn 12 người được chia làm 6 cặp, mỗi cặp thợ hàn mỗi ngày hàn 3 mối Như vậy mỗi ngày 12 thợ hàn sẽ hàn được 18 mối hàn

Vậy toàn bộ 354 mối hàn tổ hợp ống đơn bọc Compozit sẽ được lắp nối

và hoàn thiện trong thời gian: 354 : 18 ≈ 20 ngày

Các loại que hàn sử dụng trong thi công tổ hợp ống đơn thành ống đôi là các loại que có các mác như sau: loại que Ø 3.2 mm LB 52U và loại que Ø 4

mm LB 52

Máy mài các loại và các thiết bị nối ống

Ngoài ra còn có các thợ khác tham gia trước, trong và sau quá trình tổ hợp ống đó là các nhóm thợ như: thợ điện, thợ chụp tia Rơnghen, thợ phun cát

và thợ sơn chống ăn mòn

3.3.1.3 Chế tạo ống đứng (ống cong)

a) Cấu tạo và chiều cao thiết kế ống đứng

Ống đứng được chế tạo từ các ống thép đôi 24 m bọc Compozit

Thông thường chiều cao của ống đứng được thiết kế ở vùng mỏ Bạch Hổ

là 67 m và được chia ra làm 3 đoạn cho dễ dàng vận chuyển và lắp đặt Đặc biệt là đối với các BK, tùy thuộc vào từng công trình cụ thể mà có những thiết

kế thi công và lắp đặt khác nhau

Theo kinh nghiệm và thường là theo thiết kế của từng công trình thì đối với ống đứng:

 Nếu chiều dài ống đứng theo thiết kế ≥ 60 m thì khi chế tạo và thi công lắp đặt đều phải được chia ra làm 3 đoạn

 Nếu chiều dài ống đứng theo thiết kế < 60 m thì khi chế tạo và thi công lắp đặt đều phải được chia ra làm 2 đoạn

Riêng đối với các ống đứng của tuyến ống dẫn dầu RP2 – UBN3 bọc Compozit có đường kính Ø 323.8 mm ×15.9 mm, do tính chất quan trọng của công trình đồng thời do đặc thù của công trình nên các ống đứng được thiết kế theo công trình ở đây đều có chiều cao > 66 m

Ống đứng thiết kế tại RP2 có chiều cao tương đương 68 m và được chia

ra làm 2 đoạn như sau:

 Đoạn 1 có chiều dài 34360 mm, trong đó sử dụng gồm:

+ Một đầu bịt dài 1500 mm dùng để nâng ống lúc thi công và thử áp suất

+ 32160 mm ống bọc Compozit + Một thiết bị triệt tiêu biến dạng nhiệt dài 700 mm

 Đoạn 2 có chiều dài 33289 mm trong đó sử dụng gồm:

b) Phương tiện và nhân lực phục vụ thi công chế tạo ống đứng

Chế tạo ống đứng là việc tổ hợp ống từ các ống bọc Compozit 12 m lại với nhau sao cho đủ chiều cao theo thiết kế Trong đó có tổ hợp 4 ống đơn 12

m được bọc Compozit thành 2 ống đôi 24 m, một đoạn ống bọc Compozit dài 4.5 m, một đoạn triệt tiêu biến dạng nhiệt và một đoạn khúc cong có bán kính cong R = 5D ≈ 1619 mm và một cụm mặt bích xoay Để có hiệu quả và đúng tiến độ thi công chế tạo ống đứng thì cần phải sử dụng phương tiện, dụng cụ

và nhân công như đối với việc thi công tổ hợp ống

3.3.2 Tổ chức sản xuất ngoài biển

3.3.2.1 Phương tiện và các thiết bị phục vụ thi công trên biển

Tàu cẩu chuyên dùng thả ống và nối ống (tàu Côn Sơn)

Các tàu dịch vụ phục vụ kéo tàu Côn Sơn, vớt thả neo và chuyên chở thiết bị vât tư và thực phẩm phục vụ đời sống cho tàu Côn Sơn

Tàu lặn phục vụ khảo sát tuyến ống, lắp đặt ống đứng

Cần cẩu Tadano phục vụ cho việc cẩu ống lên giá và hỗ trợ lắp đặt ống cong

Các thiết bị phục vụ việc nối thả ống: máy vát đầu ống, các loại máy hàn,

mỏ cắt, các loại máy mài, rulo điện, máy kiểm tra Rơn ghen, máy siêu âm, máy sấy que hàn, máy vát mép ống, que hàn

3.3.2.3 Nhân lực phục vụ thi công nối rải ống trên tàu Côn Sơn

Để đảm bảo cho việc nối thả ống trên tàu Côn Sơn được tiến hành liên tục trong 24 giờ/ ngày-đêm (kể cả giữa ca số công nhân phải được chia làm 2

ca (mỗi ca làm việc 10.5 h/ ngày-đêm Có thể thống kê nhân lực thi công bằng bảng sau đây:

Bảng 3.1 Bảng thống kê nhân lực thi công

ST

T

Vị trí làm việc Tên công việc

Thợ lắp ráp

Thợ hàn

Thợ chụp Rơn ghen

Thợ chống

ăn mòn

Thợ cắt

Thợ lái cẩu

Đốc công

Chương 4

THI CÔNG TUYẾN ỐNG NGẦM TỪ RP2 – UBN3

4.1 Các phương pháp thi công tuyến ống

Trước khi tiến hành thi công xây lắp, cần thực hiện các biện pháp tổ chức kí kết hợp đồng kinh tế để mua sắm thiết bị, vật tư theo danh mục Tập kết vật tư thiết bị đến nơi thi công, xem xét tình trạng máy móc, tàu thuyền

Tiến hành sửa chữa, cải hoán để các phương tiện này có thể thực hiện được các công tác thi công trên bờ cũng như ở ngoài biển và tổ chức nhân sự

Việc thi công tuyến ống sẽ do đội ngũ cán bộ công nhân viên của XNXL – VSP thực hiện và được chia ra làm hai giai đoạn là công tác chuẩn

bị ở trên bờ và thi công xây lắp ở ngoài biển

Hiện nay có rất nhiều phương pháp thi công lắp đặt đường ống ngầm bao gồm các phương pháp thi công bằng xà lan thả ống, phương pháp thi công kéo ống và nhiều phương pháp khác Việc lựa chọn phương pháp thi công thích hợp phụ thuộc vào đặc điểm của các loại ống cần thi công như đặc trưng về kích thước ống, ống có bọc hay không bọc (cao su, compozit, bê tông, …), độ sâu thi công cũng như khả năng sử dụng tàu thi công và tính kinh tế của từng phương pháp

4.1.1 Phương pháp thi công bằng xà lan – tầu rải ống chuyên dụng (Lay – Barge Methode):

Các ống được tàu dịch vụ đưa lên xà lan thả ống ở dạng ống đơn hoặc dạng ống ghép từ 2 ống đơn có chiều dài 24 m Cần cẩu trên boong chuyển ống tới các giá dự trữ trên xà lan

Trong quá trình thi công thả ống, cần cẩu chuyển ống từ các giá dự trữ tới các giá tự động để cung cấp ống cho mặt bằng được xếp thành từng hàng

Đây là vị trí đầu tiên trong đường thi công để hàn ống và kiểm tra mối hàn

Một xà lan thả ống có thể có từ 5 đến 12 công đoạn, phụ thuộc vào kích thước của xà lan cũng như đường kính của ống

Hình 4.1 Phương pháp thi công bằng xà lan – tầu rải ống chuyên dụng

Điểm đầu ống được hàn vào đầu kéo thông qua cáp được mắc vào Platform Tàu di chuyển về phía trước nhờ việc nhả cáp phía sau và thu cáp phía trước nhờ các tời kéo Ống được thả dần xuống với sự hỗ trợ của hệ thống phao kết hợp với Stinger Sau khi tàu dịch chuyển được một đoạn đủ lớn như tính toán sao cho lực ma sát giữa đất nền và đường ống cân bằng với lực kéo trên tàu thì tiến hành cắt phao Quá trình thả ống tiếp theo chỉ còn sự

hỗ trợ của Stinger và hệ thống kéo trên xà lan

Điểm cuối của tuyến ống được xác định chính xác thông qua hệ thống đánh dấu thường là hệ thống phao Thông qua thợ lặn và điều kiện nhiệt độ đáy biển cho phép cắt ống và định vị điểm cuối của ống

 Ưu điểm:

Phương pháp này cho phép thi công liên tục Mọi công việc, từ khâu thực hiện đến khâu kiểm tra đều được thực hiện trên tàu Do vậy độ an toàn cao, quá trình thi công nhanh, tránh được sự rủi ro do sự kéo dài thời gian thi công trên biển

Sử dụng được với các loại ống có được bọc lớp gia tải hoặc không gia tải Sử dụng được với nhiều loại đường ống có các đường kính khác nhau

Thời gian thi công nhanh

 Nhược điểm:

Quá trình thi công phụ thuộc trực tiếp vào độ an toàn của Stinger, do vậy cần có sự kiểm tra kĩ lưỡng Stinger trước khi thi công

Quá trình thi công chịu ảnh hưởng nhiều của chế độ dòng chảy và sóng tác động lên ống

Luôn cần có hệ thống tàu dịch vụ để phục vụ công tác thả neo cũng như cung cấp ống

4.1.2 Phương pháp thi công bằng xà lan có trống cuộn (Reel – Barge Methode):

Các ống được hàn nối liên tục và được cuộn sẵn chung quanh các tang

có kích thước lớn Đường kính tang cuộn có khi lên đến vài chục mét Việc thả ống cũng thông qua Stinger, tang có thể nằm hoặc ở dạng thẳng đứng và quay tròn trên hệ thống trụ đỡ để tải ống Sau khi thả hết một tang, cần cẩu trên xà lan sẽ cẩu tang khác từ một tàu dịch vụ Quá trình thả ống cho điểm đầu và điểm cuối ống tương tự như phương pháp thả ống bằng xà lan thả ống

Hình 4.2 Phương pháp thi công bằng xà lan có trống cuộn

đường ống để tránh được các hiện tượng ống bị bẹp trong khi cuộn hoặc thả ống

4.1.3 Phương pháp thi công kéo ống:

a) Thi công bằng phương pháp kéo ống trên mặt (Surface tow):

Các phân đoạn ống được nối liên tiếp thành những đoạn dài phụ thuộc vào khả năng của tàu kéo Để duy trì được mức nổi sát mặt cần có hệ thống ponton để nâng đỡ ống Hệ thống ponton tạo thành những gối đỡ, ống phải làm việc như một dầm liên tục Các đoạn ống được kéo ra vị trí thi công nhờ tàu kéo và tàu giữ Quá trình thi công điểm đầu cũng như điểm cuối đều được thực hiện như quá trình thi công bằng xà lan thả ống

Hình 4.3 Phương pháp kéo ống trên mặt

 Nhược điểm:

 Đòi hỏi mặt bằng thi công trên bờ là lớn, độ dốc lắp ráp là nhỏ Phải chế tạo hệ thống pontoon và các thiệt bị phụ trợ cho công tác lắp ghép các pontoon vào đường ống

 Thường gặp những sự cố khi ngắt (tháo) pontoon để đánh chìm đường ống

 Việc thi công sẽ là bất lợi khi thi công tuyến ống xa khu vực bãi lắp ráp do thời gian di chuyển trên biển là lớn

 Gây cản trở các hoạt đông trên biển như sự đi lại của các tàu thuyền, các hoạt đồng đánh cá …v.v

b) Phương pháp kéo ống sát mặt (Below-Surface Tow):

Trong quá trình thi công ống, ống nổi cách mặt biển một khoảng tùy theo thiết kế nhờ hệ thống phao nâng và hệ thống phao điều chỉnh khoảng cách Đoạn ống được kéo cũng được thực hiện thi công giống như kéo ống trên mặt

Hình 4.4 Phương pháp kéo ống sát mặt

 Ưu điểm:

 Thi công nhanh, hạn chế được các ảnh hưởng đến các hoạt động trên biển

 Tránh được các chướng ngại vật, đánh chìm ống được thực hiện dễ dàng hơn phương pháp kéo ống trên mặt

 Nhược điểm:

 Không thể thực hiện được trong điều kiện thời tiết xấu

 Do kéo ống ngập cùng phao dưới nước nên lực cản lớn, do vậy cần có

sự kéo lớn hơn phương pháp kéo ống trên mặt

 Đòi hỏi cần phải có 2 loại phao khác nhau

c) Phương pháp thi công kéo ống trên đáy biển (Bottom Tow):

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc nối ống chung như các phương pháp kéo ở trên Trong quá trình kéo, ống sẽ tiếp xúc ngay với đáy biển và không cần sự hỗ trợ của hệ thống phao nâng

Hình 4.5 Phương pháp thi công kéo ống trên đáy biển

 Cần phải khảo sát kĩ khu vực kéo tuyến ống đi qua để tránh những hư hại do chướng ngại vật gây ra Do vậy làm tăng giá thành thi công tuyến ống

 Quá trình thi công dễ gặp các sự cố do va chạm vào các chướng ngại vật dọc tuyến ống

 Trong quá trình tính toán cần phải tăng độ dày ống để tránh hiện tượng

ma sát giữa ống và đáy biển trong quá trình kéo

 Tuy không chịu ảnh hưởng tải trọng môi trường, nhưng đường ống ma sát đáy lớn do vậy cấn có tàu có sức kéo lớn

 Phương pháp này chỉ thích hợp cho những tuyến ống gần bờ, điều kiện địa chất thuận lợi, đáy biển tương đối bằng phẳng

d) Phương pháp thi công kéo ống sát đáy biển (Off – Bottom Tow):

Phương pháp này cho phép kéo ống nổi trên mặt đáy biển một đoạn thông qua việc xác định chiều cao chướng ngại vật mà tuyến ống đi qua Để duy trì được độ cao cần thiết, cần phải sử dụng hệ thống phao nâng sao cho ống cách đáy biển một khoảng xác định

Trong suốt quá trình kéo ống dưới tác động của môi trường, ống có thể

bị nhấn sát đáy biển, để điều chỉnh được độ cao kéo ống thì cần tính hệ thống dây xích như một vật đối trọng linh hoạt để đảm bảo ống nổi trên đáy biển với khoảng cách thiết kế nhờ sự thay đổi chiều dài của hệ thống xích được gắn cùng phao

Hình 4.6 Phương pháp thi công kéo ống sát đáy biển

 Ưu điểm:

 Giảm tối thiểu tác động của môi trường