thiết kế kỹ thuật đường ống

Xác định chiều dày ống chịu áp lực trong 3.. Giới thiệu Áp lực trong là tải trọng chính lên đường ống Bài toán đường ống chịu áp lực trong là bài toán 32 Bài toán đường ống chịu áp l

Phần II: Thiết kế kỹ thuật đường ống

Bài 1: Mở đầu

Tải trọng, Trình tự và Yêu cầu

Tải trọng, Trình tự và Yêu cầu

Số liệu khảo sát phục vụ thiết kế

Đời sống công trình đường ống

Chế tạo ống

Thi công

Commissioning Thi công

Hydro Test

Vận hành

Vậy trình tự thiết kế là gì? Cần thực hiện

những bài toán thiết kế nào?

Cần những số liệu nào để thiết kế?

4

áp lực bên trong ống ở điều kiện vận hành bình thường;

áp lực bên trong ống ở điều kiện vận hành bình thường;

Phản lực từ nền đất (ma sát và độ cứng xoay);

Sự tạo ứng suất trước (pre-stressing);

Biến dạng dư của kết cấu đỡ;

Biến dạng dư do lún nền theo cả hai phương ngang và dọc;

Tải trọng do vận hành thoi (pig) thường xuyên gây ra;

6

- Thiết kế kỹ thuật đường ống

- Thiết kế thi công đường ống

- Duy tu, sủa chữa nếu có.

10

Các nội dung của thiết kế kỹ thuật

2 Tính toán thuỷ lực

3 Xác định chiều dày ống chịu áp lực trong

3 Xác định chiều dày ống chịu áp lực trong

4 Kiểm tra bài toán ổn định đàn hồi của ống dưới áp

Số liệu khảo sát phục vụ thiết kế

b Số liệu môi trường

c Địa chất

Mặt cắt địa chất dọc tuyến

Tính chất cơ lý các lớp đất

14

Khả năng biến động của địa tầng

Hiện tượng bất thường như sóng cát, dòng

bùn …

Nguy cơ động đất

Các thí nghiệm địa chất trong

dự án đường ống

16

d Địa hình

Bản đồ địa hình hành lang tuyến ống

Các điểm đặc biệt trên tuyến như hào, rãnh, mỏm san hô, khối đá lớn, điểm giao với cáp

mỏm san hô, khối đá lớn, điểm giao với cáp quang, giao với đường ống cũ

Sông, hồ, đầm lầy, núi, kênh mương

Đường giao thông giao với đường ống

Chế tạo ống

Seamless Pipe

20

Các mác thép theo API

22

Bài 2: Lựa chọn tuyến đường

ống

1 Mục tiêu

Đảm bảo vận chuyển sản phẩm từ nguồn

cung cấp hiện tại và tương lai (nếu có) đến

cung cấp hiện tại và tương lai (nếu có) đến điểm dự kiến

An toàn và phù hợp với các điều kiện thi

công

24

Hành lang tuyến ống

Chọn tuyến:

Các yếu tố môi trường – Xã hội

Yếu tố chính trị, quân sự và kinh tế dài hạn;

Quyền sử dụng đất và Giá đền bù đất;

Khu vực bảo tồn thiên nhiên, khu vực quốc phòng, khu vực có di tích lịch sử hoặc khảo cổ;

26

Các yếu tố địa hình và giao

thông

Có thể tiếp cận dễ dàng hay không? Tình

trạng đường giao thông?

Các chướng ngại vật tự nhiên như: sông, hồ, núi, đầm lầy

Các giao cắt với: đường giao thông, đường sắt, đường ống cũ

Các yếu tố địa chất trong chọn

Việc lựa chọn điểm vượt sông (hoặc tiếp bờ) thường là vấn

đề ảnh hưởng lớn nhất đến giá thành dự án và chiều dài

tuyến

28

Bài 3: Đường ống chịu áp lực

trong

1 Giới thiệu

Áp lực trong là tải trọng chính lên đường ống

Bài toán đường ống chịu áp lực trong là bài toán

32

Bài toán đường ống chịu áp lực trong là bài toán

cơ bản quyết định chiều dày ống.

Phá huỷ ống do áp lực trong (nổ - bursting)

Hiện tượng vật lý - ống trụ tròn dài vô hạn chịu

áp lực trong

Sơ đồ tính

2 Hiện tượng vật lý - ống trụ tròn

dài vô hạn chịu áp lực trong

t

Dm P

Các tiêu chuẩn phổ biến

ASME B31.4 - 1989: Áp dụng phổ biến cho các đường ống dẫn dầu

ASME B31.8 – 1990: Áp dụng phổ biến cho đường ống dẫn khí hoặc hai pha

DnV 1981, DnV F101-2000: Áp dụng phổ biến cho đường ống dẫn dầu, khí, hai pha

Khái niệm về hệ số an toàn

t x xf

Hệ số thiết kế hay là hệ số sử dụng hay hệ số hữu dụng thường lấy giá trị 0.72 cho đường ống và lấy giá trị thấp hơn cho ống đứng và các đoạn ống gần với giàn ngoài khơi hoặc các vùng bị hạn chế hay các tuyến

đường giao thông đối với đường ống trên đất liền.

36

t x xf

f1 2 2

Chiều dày dự trữ ăn mòn

Sau khi tính được độ dày tối thiểu theo yêu cầu chịu áp lực trong, cần cộng thêm chiều dày dự trữ chống ăn mòn;

Chiều dày dự trữ chống ăn mòn phụ thuộc

tính chất ăn mòn của chất vận chuyển,

thường từ 2mm-5mm

Chiều dày danh định

Là chiều dày quy ước của ống thép

Được sản xuất theo tiêu chuẩn, phổ biến là API 5L

Chiều dày danh định không phải là chiều dày tính toán do còn phải xét đến dung sai chế

tạo

38

Các khái niệm về áp suất

(DnV F101-2000, TCVN 6475-5:2007

Xác đinh các hệ số an toàn theo

DnV OS F101-2000

Phân loại chất lỏng (table 2-1)

Phân vùng (table 2-2)

Cấp an toàn (table 2-3, 2-4)

t 2

D ).

Pe Pi ( − ≤ η σ

= σ

42

- Pi : áp lực trongtớnh toỏn: Kg/cm2

- Pe : áp lực ngoài nhỏ nhất, lấy với mức triều thấp nhất : Kg/cm2

- kt : Hệ số giảm ứng suất do nhiệt độ

Với loại ống có nhiệt độ vận hành nhỏ hơn 1200 thì lấy kt = 1.0

- ηh : Hệ số sử dụng đ−ợc lấy theo bảng, phụ thuộc vào vùng cần tính và trạng thái làm việc của kết cấu, đ−ợc tra theo bảng sau

Bảng hệ số sử dụng

B¶ng tra hÖ sè sö dông

Tr−êng hîp t¶i träng Vïng cÇn

Chiều dày ống

Chiều dày ống (t) được xác định như sau:

t = tnom - tcorr (trạng thái khai thác)

44

tnom - tfab (trạng thái kiểm tra áp lực vừa

thi công xong ống) tnom: chiều dày danh nghĩa (nominal) của ống

(thường cho trong lý lịch ống, chưa kể đến sai số do chế tạo).

tfab: phần dung sai do chế tạo (fabrication) tcorr: chiều dày dự trữ do kể đến ăn mòn

Xác định chiều dày cần thiết theo ASME B31.8

1 Mất ổn định cục bộ của

đường ống do

Hiện tượng

Khi áp lực bên ngoài cao hơn áp lực bên trong ống, ứng suất vòng

có dấu âm và gây nén vỏ ống theo phương chu vi Tới một giói hạn nhất định, ứng suất này gây oằn vỏ ống trên tiết diện ngang, thường xảy ra dưới dạng vết lõm

48

Về bản chất, hiện tượng này tương tự như hiện tượng mất ổn định của thanh Ơle nhưng xảy ra trên chu vi ống tại một tiết diện cục bộ

Cần phân biệt hiện tượng này với hiện tượng mất ổn định tổng thể xảy ra trên đoạn ống chịu nén dọc trục.

Tác động gây ra mất ổn định cục bộ là áp lực

Mất ổn định lan truyền

Hiện tượng

Hiện tượng mất ổn định lan truyền được phát hiện vào những năm

đầu của thập kỷ 70 bởi Battelle Columbus Laboratories

Hiện tượng này được mô tả là dưới áp suất ngoài cao nhất định, nếu trên ống có một điểm đã bị bóp méo vì lý do nào đó (ví dụ do

va chạm với neo tàu, do vướng lưới đánh cá v.v ), thì vết lõm đó

sẽ lan truyền sang các điểm lân cận dọc theo tuyến ống

Khi xảy ra hiện tượng này, đường ống bị phá hỏng trên chiều dài lớn, gây tổn thất đáng kể và khó khắc phục cho công trình.

52

Tính toán

Với đường ống cho trước, cần tính toán xác

định áp lực ngoài gây mất ổn định lan truyền

So sánh với áp lực ngoài thực tế tại địa điểm xây dưng, nếu áp lực ngoài nhỏ hơn áp lực gây mất ổn định lan truyền là an toàn Nếu ngược lại, cần xem xét các giải pháp phòng chống

Theo qui ph¹m DnV 1981

54

Theo c«ng thøc Battelle

Chống lan truyền mất ổn định

Để chống lan truyền mất ổn định, có thể sử dụng các biện pháp khác nhau, trong đó đơn giản nhất là tăng chiều dày ống.

Biện pháp trung gian hiện đ−ợc sử dụng rộng rãi là dùng các vành chặn (buckle aresstor) Các vành chặn đặt cách đều một khoảng nhất định trên tuyến, có hình dạng rất đa dạng nh−ng đều trên

nguyên tắc là làm tăng chiều dày ống ở vị trí đó Khi xảy ra lan truyền mất ổn định, đoạn ống bị hỏng sẽ bị giới hạn trong khoảng giữa hai vành chặn liên tiếp

Việc quyết định khoảng cách giữa hai vành chặn là bài toán tối

−u Bố trí nhiều vành chặn sẽ hạn chế đ−ợc chiều dài đoạn ống hỏng khi có sự cố nh−ng tốn kém vật liệu và công thi công vành chặn ban đầu, nếu bố trí ít vành chặn thì nguợc lại.

56

Một số dạng Arrestor

58