TM đồ án ĐƯỜNG ỐNG NHÓM 1 30 5

MỤC LỤC CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 5 1.1. Công nghệ liên quan đến tuyến ống thiết kế 5 1.1.1. Giới thiệu về dàn nhẹ BK 5 1.1.2. Giới thiệu về chất vận chuyển Oilgas ( Dầu khí ) 6 1.1.3. Giới thiệu về đường ống biển 6 1.2. Số liệu đầu vào 8 1.2.1. Số liệu sóng 8 1.2.2. Số liệ dòng chảy 9 1.2.3. Các thông số về độ sâu nước, biên độ triều, nước dâng, chiều dày hà bám và nhiệt độ chất vận chuyển 9 1.2.4. Số liệu địa chất công trình 9 1.2.5. Các thông số khác 10 1.2.6. Thông số về tuyến ống thiết kế 10 1.3. Tuyến ống thiết kế 11 1.3.1. Tuyến ống và hướng chủ đạo của công trình 11 1.3.2. Lựa chọn tuyến ống thiết kế 12 CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 13 2.1. Xác định lý thuyết sóng tính toán 13 2.2. Xác định chiều dày ống 14 2.2.1. Lựa chọn vị trí, giai đoạn tính toán 14 2.2.2. Tính toán chiều dày ống theo quy phạm DNVOSF101 16 2.2.2.1. Tính toán áp lực trong cục bộ Plx 17 2.2.2.2. Tính áp lực ngoài pe 19 2.2.2.3. Tính toán áp lực tới hạn trong ống 20 2.2.2.4. Xác định hệ số phụ thuộc vào cấp an toàn sc 23 2.2.2.5. Xác định hệ số độ bền của vật liệu m 23 2.2.2.6. Kết quả tính toán 24 2.3. Kiểm tra khả năng đảm bảo ổn định đàn hồi của ống 25 2.3.1. Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của đường ống 25 2.3.1.1. Khái niệm 25 2.3.1.2. Lựa chọn vị trí và giai đoạn tính toán 26 2.3.1.3. Tính toán ổn định cục bộ của đường ống 26 2.3.2. Kiểm tra điều kiện mất ổn định lan truyền của đường ống 31 2.3.2.1. Khái niệm 31 2.3.2.2. Lựa chọn vị trí và giai đoạn tính toán 32 2.3.2.3. Tính toán kiểm tra điều kiên mất ổn định lan truyền 32 2.3.3. Kết luận 33 2.4. Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống 34 2.4.1. Khái niệm 34 2.4.2. Nguyên nhân 34 2.4.3. Tác hại 34 2.4.4. Các phươn pháp chống lại mất ổn định vị trí của đường ống Biển 34 2.4.5. Tính toán ổn định vị trí tuyến ống theo quy phạm DnV RP E305 35 2.4.5.1. Liệt kê các loại tải trọng 35 2.4.5.2. Tổ hợp tải trọng sóng và dòng chảy 36 2.4.6. Tính toán ổn định vị trí đường ống theo quy phạm DnV RP E305 36 2.4.6.1. Tính trọng lượng thực của ống dưới nước (Ws) 37 2.4.6.2. Xác định trọng lượng ống cần thiết (Wyc) trong tổ hợp tải trọng thi công 40 2.4.6.3. Xác định trọng lượng ống cần thiết (Wyc) trong tổ hợp tải trọng vận hành 1 40 2.4.6.4. Xác định trọng lượng ống cần thiết (Wyc) trong tổ hợp vận hành 2 51 2.4.6.5. Kết luận chung 55 2.5. Tính toán độ bền của đường ống đi qua các địa hình phức tạp 55 2.5.1. Khái niệm 55 2.5.2. Bài toán xác định chiều dài nhịp treo khi đường ống qua hố lõm 56 2.5.3. Bài toán cộng hưởng dòng xoáy 60 2.5.4. Xác định chiều dài nhịp phụ khi đường ống qua hố lõm 63 2.5.5. Bài toán đường ống đi qua địa hình dạng đỉnh lồi 64 2.5.5. Kết luận 64 2.6. Tính toán chống an mòn cho đường ống 64 2.6.1. Tổng quan 64 2.6.2. Tính toán bảo vệ chống ăn mòn theo tiêu chuẩn DnV – RP – B401 66 2.6.2.1. Số liệu thiết kế 66 2.6.2.2. Tính toán số lượng Anode 67 2.6.2.3. Kiểm tra số lượng Anode 68 2.6.2.4. Kết luận 72 CHƯƠNG 3: THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG 73 3.1. Tổng quan về thi công công trình biển 73 3.2. Giai đoạn chế tạo ống 73 3.3.1. Phương pháp thi công bằng xà lan thả ống 75 3.3.2. Phương pháp thi công kéo ống 78 3.3.3. Tính toán độ bền ống trong thi công thả ống 82 a. Tính toán đoạn cong lồi ( Overbend ) 84 b. Tính toán đoạn cong lõm (Sagbend) 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG DẦU KHÍ GVHD: THS. ĐẶNG ĐÌNH TUẤN SVTH: ĐỒNG VĂN SƠN – 4784.59 SROUR SOPHAI – 7157.59 ĐÀO NGỌC ÁNH – 2445.59 NHÓM: 01 LỚP: 59CB2

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 5

1.1 Công nghệ liên quan đến tuyến ống thiết kế 5

1.1.1 Giới thiệu về dàn nhẹ BK 5

1.1.2 Giới thiệu về chất vận chuyển - Oilgas ( Dầu khí ) 6

1.1.3 Giới thiệu về đường ống biển 6

1.2 Số liệu đầu vào 8

1.2.1 Số liệu sóng 8

1.2.2 Số liệ dòng chảy 9

1.2.3 Các thông số về độ sâu nước, biên độ triều, nước dâng, chiều dày hà bám và nhiệt độ chất vận chuyển 9

1.2.4 Số liệu địa chất công trình 9

1.2.5 Các thông số khác 10

1.2.6 Thông số về tuyến ống thiết kế 10

1.3 Tuyến ống thiết kế 11

1.3.1 Tuyến ống và hướng chủ đạo của công trình 11

1.3.2 Lựa chọn tuyến ống thiết kế 12

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 13

2.1 Xác định lý thuyết sóng tính toán 13

2.2 Xác định chiều dày ống 14

2.2.1 Lựa chọn vị trí, giai đoạn tính toán 14

2.2.2 Tính toán chiều dày ống theo quy phạm DNV-OS-F101 16

2.2.2.1 Tính toán áp lực trong cục bộ Plx 17

2.2.2.2 Tính áp lực ngoài pe 19

2.2.2.3 Tính toán áp lực tới hạn trong ống 20

2.2.2.4 Xác định hệ số phụ thuộc vào cấp an toàn sc 23

2.2.2.5 Xác định hệ số độ bền của vật liệu m 23

2.2.2.6 Kết quả tính toán 24

2.3 Kiểm tra khả năng đảm bảo ổn định đàn hồi của ống 25

2.3.1 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của đường ống 25

2.3.1.1 Khái niệm 25

2.3.1.2 Lựa chọn vị trí và giai đoạn tính toán 26

2.3.1.3 Tính toán ổn định cục bộ của đường ống 26

2.3.2 Kiểm tra điều kiện mất ổn định lan truyền của đường ống 31

2.3.2.1 Khái niệm 31

2.3.2.2 Lựa chọn vị trí và giai đoạn tính toán 32

2.3.2.3 Tính toán kiểm tra điều kiên mất ổn định lan truyền 32

2.3.3 Kết luận 33

2.4 Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống 34

2.4.1 Khái niệm 34

2.4.2 Nguyên nhân 34

2.4.3 Tác hại 34

2.4.4 Các phươn pháp chống lại mất ổn định vị trí của đường ống Biển 34

2.4.5 Tính toán ổn định vị trí tuyến ống theo quy phạm DnV RP E305 35

2.4.5.1 Liệt kê các loại tải trọng 35

2.4.5.2 Tổ hợp tải trọng sóng và dòng chảy 36

2.4.6 Tính toán ổn định vị trí đường ống theo quy phạm DnV RP E305 36

2.4.6.1 Tính trọng lượng thực của ống dưới nước (Ws) 37

2.4.6.2 Xác định trọng lượng ống cần thiết (Wyc) trong tổ hợp tải trọng thi công 40

2.4.6.3 Xác định trọng lượng ống cần thiết (Wyc) trong tổ hợp tải trọng vận hành 1 40

2.4.6.4 Xác định trọng lượng ống cần thiết (Wyc) trong tổ hợp vận hành 2 51

2.4.6.5 Kết luận chung 55

2.5 Tính toán độ bền của đường ống đi qua các địa hình phức tạp 55

2.5.1 Khái niệm 55

2.5.2 Bài toán xác định chiều dài nhịp treo khi đường ống qua hố lõm 56

2.5.3 Bài toán cộng hưởng dòng xoáy 60

2.5.4 Xác định chiều dài nhịp phụ khi đường ống qua hố lõm 63

2.5.5 Bài toán đường ống đi qua địa hình dạng đỉnh lồi 64

2.5.5 Kết luận 64

2.6 Tính toán chống an mòn cho đường ống 64

2.6.1 Tổng quan 64

2.6.2 Tính toán bảo vệ chống ăn mòn theo tiêu chuẩn DnV – RP – B401 66

2.6.2.1 Số liệu thiết kế 66

2.6.2.2 Tính toán số lượng Anode 67

2.6.2.3 Kiểm tra số lượng Anode 68

2.6.2.4 Kết luận 72

CHƯƠNG 3: THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG 73

3.1 Tổng quan về thi công công trình biển 73

3.2 Giai đoạn chế tạo ống 73

3.3.1 Phương pháp thi công bằng xà lan thả ống 75

3.3.2 Phương pháp thi công kéo ống 78

3.3.3 Tính toán độ bền ống trong thi công thả ống 82

a Tính toán đoạn cong lồi ( Overbend ) 84

b Tính toán đoạn cong lõm (Sagbend) 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 Công nghệ liên quan đến tuyến ống thiết kế

BK2

BK5

BK4

Hình 1.1 : Tuyến ống thiết kế 1.1.1 Giới thiệu về dàn nhẹ BK

Là giàn nhỏ nhẹ không có tháp khoan Công tác khoan sẽ do tàu tự nâng thựchiện Giàn BK có các thiết bị công nghệ ở mức tối thiểu để đo dung lượng và táchnước sơ bộ Sản phẩm từ BK sẽ được dẫn bằng đường ống về MSP hoặc giàn côngnghệ trung tâm để xử lý Trên giàn không có người ở Ống đứng được lắp đặt trêncác chân riêng biệt, có thể có thượng tầng với máy móc công nghệ với công dụng đểlắp đặt và kết nối các phần ống đứng của đường ống ngầm, các đường ống transitgiữa các giàn với nhau và giữa các giàn với các cầu dẫn

Các block trung gian được lắp đặt trên các chân đế độc lập để đỡ các cầu dẫn,các đường ống transit

Hình 1.2 : Hình ảnh minh họa cho giàn BK 1.1.2 Giới thiệu về chất vận chuyển - Oilgas ( Dầu khí )

"Dầu khí" là hỗn hợp dầu thô, khí thiên nhiên và hydrocarbon ở thể khí, lỏng,rắn hoặc nửa rắn trong trạng thái tự nhiên, kể cả sulphur và các chất tương tự kháckèm theo hydrocarbon nhưng không kể than, đá phiến sét, bitum hoặc các khoángsản khác có thể chiết xuất được dầu

1.1.3 Giới thiệu về đường ống biển

a Cấu tạo ống ngầm

Ống thép : là bộ phận chính của đường ống Ống thép được chế tạo sẵn thành

các modul dài 6 đến 12m Đường kính của ống thường nhỏ hơn 36 inch (914mm),chiều dày lớn hơn 6mm Vật liệu thép là loại có khả năng chịu ăn mòn tốt, chủ yếu

là thép hợp kim Canxi-Mangan

Lớp chống ăn mòn: Lớp chống ăn mòn ngoài ống theo nguyên tắc phải sơn phủ,

thường có chiều dày khoảng 5 mm, Các loại sơn phủ hay sử dụng là sơn có nguồn gốcepoxi hay nhựa đường

Hình 1.3 : Bọc chống ăn mòn đường ống dẫn biển

Lớp bê tông gia tải: Chiều dày từ 5 đến 10mm, có tác dụng tăng trọng lượng để

đảm bảo ổn định vị trí đường ống Vật liệu sử dụng là bê tông hoặc bê tông đặc biệtnặng Ngoài ra , người ta có thể sử dụng khối gia tải cục bộ hoặc dùng vít xoắn để

cố định đường ống dưới dáy biển

Mối nối: Các đoạn ống được nối với nhau bằng mối hàn Chất lượng mối hàn là

vấn đề hết sức quan trọng khi thi công đường ống Ngoài ra khi đấu nối đầu ốngngầm với ống đứng hoặc sửa chữa đường ống thì một số loại mối nối được sử dụngnhư mối nối sử dụng mặt bích hoặc mối nối cơ khí

Hình 1.4: Mối nối đường ống ngầm

Protector: là thiết bị chống ăn mòn điện hóa, gắn cố định trên ống Protector có

nhiều dạng khác nhau , phổ biến nhất là dạng bán khuyên, có chiều dày phù hợpvới lớp bê tông gia tải

Cấu tạo ống đứng:

Ống đứng đặt trong vùng chịu tác động ăn mòn và tải trọng rất lớn do môitrường biển gây ra Vì vậy Cấu tạo ống đứng khác ống ngầm ở một số điểm nhưsau:

- Ống thép thường có chiều dày lớn hơn ống ngầm

- Tăng cường chống ăn mòn bằng phương pháp đặt ống trong ống, bọcchống ăn mòn bằng cao su

- Do ống đứng được cố định vào khối chân đế nên không cần gia tải

1.2 Số liệu đầu vào

Bảng 1.1: Đề bài nhóm 1

Tuyến

Mã độ sâu

Điều chỉnh chiều cao sóng(m)

Điều chỉnh dòng chảy (cm/

s)

Mác vật liệu

Địa chất

Độ sâu nước trung bình d0 (m) 65

1.2.4 Số liệu địa chất công trình

Bảng 1.5 Thông số của lớp đất đầu tiên của đáy biển

Ký hiệu Loại đất Sức kháng cắt Su (kPa) Cỡ hạt trung bình d (mm) 50

1.2.5 Các thông số khác

 Nhiệt độ chất vận chuyển: Dầu thô - nhiệt độ : 90 (0C)

 Thông số về Mác vật liệu : Mác thép X52 – Tra bảng 13.4 (DNV-OS-F101)

Bảng 1.6 : Đặc tính kỹ thuật của Mác thép X52

1.2.6 Thông số về tuyến ống thiết kế

Bảng 1.7: Thông số về tuyến ống thiết kế

mÆt c¾t däc tuyÕn èng thiÕt kÕ

§¦êNG èNG

324 x 14.27

§ØNH LåI

Hình 1.5 : Hình ảnh minh họa cho tuyến ống thiết kế

Hướng chủ đạo của công trình được xác định sẵn như sau:

BK2

BK5

N

EW

S

247°

Hình 1.6 :Hướng chủ đạo của đường ống

1.3.2 Lựa chọn tuyến ống thiết kế

Tuyến ống được chọn đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật cần phải dựa vào các cơsở:

cũng như hạn chế thời gian thi công

bị đứt gãy, tránh các điểm giao cắt ống, ống cắt đường dây cáp quang

 Giảm tối thiểu chiều dài ống trong khu vực nền đất không ổn định

Ngoài các yêu cầu chung như trên ra còn dựa vào các yếu tố:

 Khả năng kết nối của tuyến ống với các thiết bị công nghệ trong hệ thống mỏ

 Sự phát triển của san hô

các phương án bảo vệ tuyến ống

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Hình 2.1 Đồ thị phân vùng lý thuyết sóng theo hình 2.3.1-3 API RP 2A

2.2 Xác định chiều dày ống

2.2.1 Lựa chọn vị trí, giai đoạn tính toán

a Vị trí tính toán chiều dày ống

Tiêu chí lựa chọn vị trí tính toán phụ thuộc vào vị trí tương đối so với giàn và giátrị của tải trọng tác động

+ Vị trí tương đối so với giàn bao gồm:

- Vùng 2 : bên trong bán kính 500 m với giàn

- Vùng 1: bên ngoài bán kính 500m với giàn

Vùng 2 là vùng yêu cầu về cấp độ an toàn ( thiệt hại kinh tế, con người khi có

sự cố xảy ra) cao hơn so với vùng 1 Vì vậy, để thiên về an toàn, ta lựa chọn vùng

2 (trong bán kính 500m với giàn) để kiểm tra

+ Giá trị của tải trọng tác động: Để đảm bảo an toàn thì ta chọn vị trí có tải trọngbất lợi lớn nhất và tải trọng có lợi nhỏ nhất.

Các loại tải trọng gây ra ứng suất cho đường ống

- Tải trọng có lợi: Áp lực ngoài (áp lực thủy tĩnh)

- Tải trọng có hại : Áp lực trong (áp lực do chất chứa gây ra)

Vậy ta tính toán tại vị trí có áp lực chất vận chuyển là lớn nhất và áp lực thủy tĩnhnhỏ nhất Nếu vị trí nào có cả áp lực trong lớn nhất và áp lực ngoài nhỏ nhất thì đóchính là vị trí cần tính toán

Trong phạm vi đồ án, áp lực chất vận chuyển được xác định là hằng số Vì vậy talựa chọn vị trí mà tải trọng có lợi là nhỏ nhất Hay chính là giá trị áp lực thủy tĩnh lànhỏ nhất Vậy giá trị áp lực thủy tĩnh nhỏ nhất khi mực nước là thấp nhất – (vị tríđáy sóng khi triều kiệt và không có nước dâng do bão)

d1

d2mntn

mntb mncn

b Giai đoạn tính toán chiều dày đường ống

Các giai đoạn làm việc của đường ống:

 Giai đoạn thi công, lắp đặt

 Giai đoạn thử áp lực

Trong đó các giai đoạn này thì giai đoạn thử áp lực và giai đoạn vận hành là bất

2.2.2 Tính toán chiều dày ống theo quy phạm DNV-OS-F101

Theo công thức (5.7) trang 46 – Sec 5, DnV-OS-F101_2010 chiều dày ốngchịu áp lực được xác định theo công thức sau:

+ plx: Áp lực trong cục bộ tại điểm tính toán (N/m2);

+ pe : Áp lực ngoài (N/m2);

+ pb : Áp lực trong ống (N/m2);

+ sc : Hệ số phụ thuộc vào cấp an toàn ;

+ m Hệ số độ bền của vật liệu phụ thuộc vào trạng thái giới hạn tính toán

2.2.2.1 Tính toán áp lực trong cục bộ P lx

Tính toán cho 2 trường hợp: Vận hành và thử áp lực

Theo DnV-OS-F101 công thức (4.1) và (4.2) trang 35

+ g : gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2)+ cont: Mật độ của chất vận chuyển (kg/m3) Chất vận chuyển là oilgas,

có cont = 630 (kg/m3)

+ t: Mật độ của chất thử áp lực (kg/m3) Chất thử áp lực là nước biển

t

 = 1025 (kg/m3)+ hl : Độ sâu tham chiếu của điểm tính toán so với 1 mặt tham chiếu đãchọn (m)

+ href : Độ sâu tham chiếu của áp lực thiết kế so với 1 mặt tham chiếu đãchọn (m) - chiều cao chênh áp lực

Ta chọn điểm tính toán như sau:

- Chọn điểm tính toán là tại đáy biển nên ta lấy hl = 0 (m)

- Áp lực thiết kế được đo thượng tầng nên ta có h = H

Cao độ thượng tầng được tính bằng công thức:

HCT = do + d1 + H1+η Hmax + ΔVới:

 do : Độ sâu nước trung bình do = 65 (m)

 d1: Biên độ triều dâng d1 = 1.3 (m)

 H1: Chiều cao nước dâng do bão b = 1.8 (m)

 Hmax: Chiều cao sóng lớn nhất, ở đây lấy bằng chiều cao sóng đáng kể của hướng sóng NE: Hs = 8.5 (m);

 η: Hệ số lấy theo lý thuyết sóng, theo lý thuyết sóng Stockes bậc 5, η=0,7

 Δ: Khoảng cách dự trữ, Δ = 1,5 (m)Suy ra: href = 65 + 1,3 + 1,8 + 0,7 8,5 + 1,5 = 75,55 (m)+ Pd: Áp lực trong thiết kế (N/m2)

Theo bảng 1.6 ta cóp d = 60 (at) = 5883990 (N/m2)+ incLà tỉ số giữa áp lực sự cố và áp lực thiết kế ( hệ số kể đến sự tăng hoặc giảm 1 cách ngẫu nhiên của áp lực thiết kế)

Theo bảng 3-1 page 30 – Sec 3 DnV-OS-F101 inc= 1,00  1,10 Với

hệ thống đường ống biển trong giai đoạn vận hành, ta có inc = 1,1+ pt: Áp lực trong giai đoạn thử áp lực, pt thông thường được quy địnhbởi chủ đầu tư dự án

Theo page 42 – Sec 5 DnV-OS-F101, ứng với độ an toàn trung bình

hoặc cao, ta lấy pt = 1,05 pinc.

Thay số vào 2 công thức 2.2 và 2.3 ta có:

Áp lực trong ống ở trạng thái vận hành:

+ hmin : Độ sâu nước thấp nhất ứng với vị trí tại đáy sóng, khi triều kiệt

và không có nước dâng do bão

+ H2 : Chiều cao nước hạ do bão, H2 = 1,0 (m)

+  : Hệ số lấy theo lý thuyết sóng Tính theo lý thuyết sóng Stockes bậc 5 lấy =0,7;

+ Hmax : Chiều cao sóng lớn nhất (m), ở đây lấy bằng chiều cao sóng đáng kểtheo hướng sóng NE:

 Giai đoạn vận hành: sử dụng thông số sóng 100 năm

Bảng 2.2:Liệt kê kết quả tính toán áp lực ngoài p e

Giai đoạn do (m) d2 (m) H2 (m) Hsmax (m) hmin (m) pe (N/m2)

 t1: Chiều dày tính toán của ống thép (m)

Điều kiện vận hành thì: t1 = t - tfab - tcorr (2.8)Với :

 t: Chiều dày cần thiết để đường ống chịu được áp lực trong (m)

 tfab: Chiều dày thép ống dự trữ kể đến sai số do quá trình chế tạo (m)

tfab phụ thuộc vào phương pháp chế tạo ống (đúc, hàn, ) và chiều dày của ống.

Theo bảng 7-18 sec 7, DNV-OS-F101 2010, với ống thép đúc thì tfab

phụ thuộc vào chiều dày ống như sau:

Bảng 2.3: Chiều dày dự trữ của ống thép do chế tạo t fab

Phương pháp chế tạo Chiều dày ống (mm) t fab (mm)

Đúc

t < 4.0 +0.6mm – 0.5mm 4.0 < t < 10.0 +0.15t – 0.125t 10.0 < t < 25.0 +0.125t

t > 25.0 +0.1t or 3.7mm

 tcorr : chiều dày dự trữ của ống thép do ăn mòn (mm), theo Sec 6

- D203 - page 61 – DnV OS 10, chiều dày ăn mòn tối thiểu choống thép là tcorr = 3 mm

tcorr phụ thuộc vào khả năng đường ống bị ăn mòn: chất vậnchuyển, môi trường xung quanh, Do chất vận chuyển trong ống làOilgas, là chất có chứa nhiều tạp chất, dễ xảy ra các phản ứng hóa họcgây ăn mòn, vì vậy khả năng bị ăn mòn đường ống cao nên ta thiên về antoàn ta chọn chiều dày chống ăn mòn cho ống là tcorr = 5 (mm) = 0.005(m)

 fcb : Cường độ tính toán của thép (N/m2)

, 1,15

Với fy , fu : là ứng suất chảy và ứng suất kéo đứt của thép có kể đến yếu

tố giảm cường độ do nhiệt độ (N/m2)

Theo hình 2 , sec 5, DNV-OS-F101 2010, fy,temp , fu,temp được xác định như sau :

Hình 2.3 : Biểu đồ xác định f y,temp , f u,temp

Ta lựa chọn thành phần vật liệu chính của ống thép là Mn - C, nhiệt độ ống thép được lấy bằng nhiệt độ chất vận chuyển t = 90otừ biểu đồ ta có:

fy,temp , fu,temp = 25 (Mpa) = 25 × 106 (N/m2)

- U : hệ số độ bền cường độ vật liệu:

Theo bảng 5.6 sec 5, DNV-OS-F101 2010, ta có

2.2.2.4 Xác định hệ số phụ thuộc vào cấp an toàn sc

Hệ số phụ thuộc vào độ bền của kết cấu hay cấp độ an toàn, đ ược xác địnhtheo : Table 5-5, Page 44-Sec.5 và Table 2-1~2-4, Page 28-Sec.2, DnV-OS-F101-2010

Với chất vận chuyển là Oilgas thuộc loại chất B trong Table 2.1, chất cháy được,hoặc có chứa thành phần độc hại ở dạng lỏng trong điều kiện nhiệt độ và áp suất khíquyển: sản phẩm dầu khí Tiếp tục tra Table 2.4, trong trường hợp thử áp hệ số antoàn trong 2 vùng 1 và 2 đều lấy với hệ số an toàn thấp Còn trong trường hợp vậnhành thì đối với vùng 2 (500m gần dàn) lấy với hệ số an toàn cao còn vùng 1 (từ 500m

xa dàn) lấy với hệ số an toàn trung bình Kết hợp với Table 5-5, Page 44-Sec.5 OS-F101-2010 Ta có SC được xác định như sau:

2.2.2.5 Xác định hệ số độ bền của vật liệu m

Trong đồ án này ta tính toán với TTGH cực hạn (ULS) được xác định theo :

Table 5-4, Page 44-Sec.5, DnV-OS-F101-2010

+ SLS: trạng thái giới hạn vận hành+ ULS: trạng thái giới hạn cực hạn+ ALS: trạng thái giới hạn sự cố+ FLS: trạng thái giới hạn mỏi

Bảng 2.6 Hệ số độ bền phụ thuộc vào trạng thái giới hạn

m 2 )

Áp lực ngoài P e (N/m 2 )

1 7555682.6 620509.5 3.2E+08 1.046 1.15 324 3.62

2 7555682.6 620509.5 3.2E+08 1.046 1.15 324 3.62

Trong đó tmin được xác định theo mục 2.2.2.3:

Trong trạng thái vận hành: công thức (2.8)

Vùng 1: t1 = 3,61 (mm) = t – 0,125t – 5 =>

3,61 5

9,84 (mm)0,875

Vùng 2: t1 = 4,15 (mm) = t – 0,125t – 5 =>

4,15 5

10, 45 (mm)0,875

Vùng 2: t1 = 3.62 (mm) = t – 0.125t =>

3.62

4.13 (mm) 0.875

 Chiều dày tối thiểu của đường ống thép là tmin = Max (ti) = 10.45 (mm)

Kết hợp với bảng quy cách ống thép theo API-5L-2004 ta tra được chiều dày ống như sau:

Bảng 2.8: Bảng quy cách ống thép theo API-5L-2004

D = 324 (mm) = 12.75 (in) suy ra tmin = 0.438 (in) = 11.125 (mm) > 10.45 (mm)

=> Thỏa mãn điều kiện.

Kết luận: Vậy chiều dày ống thép tối thiểu tính theo DNV-OS-F101 2010 là 11.125

(mm)

2.3 Kiểm tra khả năng đảm bảo ổn định đàn hồi của ống

2.3.1 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của đường ống

2.3.1.1 Khái niệm

Khi áp lực bên ngoài cao hơn áp lực bên trong ống, ứng suất vòng có dấu âm vàgây nén vỏ ống theo phương chu vi Tới một giới hạn nhất định , ứng suất này gây oằnống trên tiết diện ngang, thường xảy ra dưới dạng vết lõm

Tác động chống lại hiện tượng mất ổn đinh cục bộ là áp lực trong, tác động gây

ra hiện tượng mất ổn định này là áp lực ngoài, thường xét là áp lực thủy tĩnh

Trường hợp nguy hiểm nhất là trường hợp ngừng vận hành, áp lực trong nhỏ nhấtbằng 0 và tính toán với áp lực ngoài lớn nhất

2.3.1.2 Lựa chọn vị trí và giai đoạn tính toán

Tiêu chí lựa chọn vị trí kiểm tra phụ thuộc vào vị trí tương đối so với giàn vàgiá trị của tải trọng tác động:

+ Vị trí tương đối so với giàn bao gồm:

- Vùng 2 : bán kính 500 m với giàn

- Vùng 1: bên ngoài bán kính 500m với giànVùng 2 là vùng yêu cầu về cấp độ an toàn (thiệt hại kinh tế, con ngườikhi có sự cố xảy ra) cao hơn so với vùng 1 Vì vậy, để thiên về an toàn, ta lựachọn vùng 2 (trong bán kính 500m với giàn) để tính toán và kiểm tra

+ Giá trị của tải trọng tác động: Để đảm bảo án toàn thì ta chọn vị trí có tảitrọng bất lợi lớn nhất và tải trọng có lợi nhỏ nhất

Các loại tải trọng ảnh hưởng đến ổn định đàn hồi của đường ống

- Tải trọng có lợi: Áp lực chất vận chuyển

- Tải trọng bất lợi : Áp lực thủy tĩnhNên khi tính toán ta lấy áp lực vận chuyển là nhỏ nhất (khi ống không làmviệc), áp lực thủy tĩnh là lớn nhất (mực nước dâng lớn nhất)

2.3.1.3 Tớnh toỏn ổn định cục bộ của đường ống

Cụng thức kiểm tra mất ổn định cục bộ đường ống theo quy phạm F101 cụng thức (5.14) trang 46

DNV-OS-1 min

( )

c e

+ pe: Áp lực ngoài lớn nhất (N/m2), ở đõy chớnh là ỏp lực thủy tĩnh

Hs Hs

đáy biển

mntn mntb mncn

+ h1 : Biên độ triều dâng, h1 = 1.3 (m)+ H1: Nước dâng do bão , H1 = 1.8 (m)+  : Hệ số lấy theo lý thuyết sóng Tính theo lý thuyết sóng Stockes bậc 5, lấy  = 0,7

hành ta lấy với sóng chu kỳ 100 năm và thử áp với 1 năm

Trong giai đoạn vận hành: P min = 0 khi công trình không vận chuyển chất vận

chuyển Trong giai đoạn này, không phải đường ống luôn hoạt động, công trình có thểngừng hoạt động trong thời gian nhất định Khi đó bên trong đường ống không tồn tại

áp lực trong

Trong giai đoạn thử áp lực: Trong giai đoạn thử áp luôn phải duy trì áp lực

trong Theo page 42 – Sec 5 DnV-OS-F101, ứng với độ an toàn trung bình hoặc cao, ta

lấy P min = P lt = 7555682.6 (N/m 2 ), mục 2.2.2.2

m : Hệ số phụ thuộc trạng thái giới hạn, m = 1,15

sc

 : Hệ số bền phụ thuộc vào phân cấp an toàn

Bảng 2.10 Hệ số án toàn cho từng trạng thái

 pel: Áp lực đàn hồi nhỏ nhất và được xác định bằng công thức:

3 1

2 ( )

1

el

t E D

- E: Môđun đàn hồi của vật liệu, E = 207000 (Mpa) = 207×109(N/m2)

- ν: Hệ số Poisson Lấy ν = 0,3

công trình (m)+ Điều kiện thử áp lực thì: t1 = t - tfab (2.17) + Điều kiện vận hành thì: t1 = t - tfab - tcorr (2.18) Với t = 11.125 (mm); tfab = 0.125t (mm); tcorr = 5 (mm)

Thay số vào ta có bảng sau:

Bảng 2.11 Chiều dày tính toán của ống

Trạng thái t (mm) t1 (mm)Thử áp 11.125 9.73Vận hành 11.125 4.73

 pp: Áp lực chảy dẻo nhỏ nhất, được xác định bằng công thức:

- fy : Ứng suất chảy dẻo tính toán , fy = 319.68 ×106 (N/m2)

page 45, DnV-OS-F101 Ta có bảng sau

Bảng 2.12: Hệ số độ bền phụ thuộc vào công nghệ chế tạo

So vớicácloại ống hàn thì ống đúc đòi hỏi công nghệ chế tạo cao hơn, chi phí đầu tư sảnxuất cao hơn và hệ số bền của ống đúc thì cao hơn ống hàn

Ống thép ta lựa chọn là ống đúc => αfab = 1

t1: được xác định bởi công thức (2.17) và (2.18) bảng 2.10-

- Dmax : Đường kính lớn nhất của tiết diện ô van (m)

Hệ số Đúc UO & TRB & ERW UOE

- Dmin : Đường kính nhỏ nhất của tiết diện ô van (m)

Hệ số độ ovan fo đặc trưng cho sự tròn đều của tiết diện ống, phụ thuộcvào công nghệ chế tạo ống Công nghệ chế tạo ống càng tiên tiến thì fo càng nhỏ

Khi đó thay số vào công thức (2.12) ta được bảng kết quả như sau:

Bả ng 2.14: Bảng kiểm tra ổn định cục bộ của đường ống

Dưới áp suất ngoài cao nhất định , nếu trên ống đã có một điểm mất ổn định cục

bộ , thì dưới tác động của áp lực ngoài vết lõm đó sẽ lan truyền sang các điểm lân cậndọc theo tuyến ống Khi xảy ra hiện tượng này , đường ống bị phá hỏng trên chiều dàilớn , gây tổn thất đáng kể và khó khắc phục cho công trình

Tác động gây ra mất ổn định cục bộ là áp lực ngoài, thường xét là áp lực thủytĩnh

2.3.2.2 Lựa chọn vị trí và giai đoạn tính toán

Tương tự ( 2.3.1.2 ) ta tính toán tại 2 vị trí là vùng 1 và vùng 2 trong hai giai đoạn là thử áp lực và vận hành

2.3.2.3 Tính toán kiểm tra điều kiên mất ổn định lan truyền

Công thức kiểm tra mất ổn định lan truyền theo quy phạm:

Công thức (5.15-16) Page 47 – Sec.5 DNV-OS-F101:

.

pr e

p p

 



(2.21)Trong đó:

 pe: áp lực ngoài lớn nhất tác dụng lên đường ống (N/m2);

 m : Hệ số phụ thuộc trạng thái giới hạn;

 sc : Hệ số bền phụ thuộc vào phân cấp an toàn;

 ppr : Áp lực tới hạn gây ra mất ổn định lan truyền (N/m2) theo công thức 5.16 Mục D501 Chương 5 DnV- OS -F101- 2010:

2 2

 fy : Ứng suất chảy dẻo tính toán , fy = 319.68 ×106 (N/m2)

 fab: Hệ số độ bền phụ thuộc vào công nghệ chế tạo

fab

 t2: Chiều dày tính toán của ống, phụ thuộc vào giai đoạn đời sốngcông trình (m)

Điều kiện vận hành thì: t2 = t – tcorr (2.23)Điều kiện thử áp lực thì: t2 = t (2.24)

- t : chiều dày thiết kế của đường ống (m), t = 11.125 (mm)

- tcorr : chiều dày dự trữ của ống thép do ăn mòn, tcorr = 5 (mm)

Thay số vào công thức (2.21), ta được kết quả như sau:

Bả ng 2.15: Bảng kiểm tra mất ổn định lan truyền của ống

2.3.3 Kết luận

Với chiều dày ống thép t = 11.125 (mm) thì đường ống xảy ra hiện tượng mất

ổn định lan truyền Ta chọn lại chiều dày của ống theo bảng quy cách ống thép theoAPI-5L-2004 ta chọn chiều dày t = 0.625 (in) = 15.875 (mm)

Kiểm tra lại điều kiện mất ổn định lan truyền với chiều dày ống là t = 15.875(mm), tổng hợp vào bảng sau:

Bả ng 2.16: Bảng kiểm tra lại mất ổn định lan truyền của ống với t = 15.875 (mm)

Kết luận: Đường ống không bị mất ổn định lan truyền.

Vậy với chiều dày ống t = 15.875 mm thì đường ống không bị mất ổn định đàn hồi.

2.4 Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống

2.4.1 Khái niệm

Trong quá trình vận hành đường ống luôn chịu tác động của điều kiện môitrường như: sóng, dòng chảy, sự vận chuyển của dòng chảy cát hay bùn và đặc biệt làlực đẩy nổi Những tác động này làm cho đường ống có xu hướng bị dịch chuyển dướiđáy biển, trôi dạt đường ống và có thể phá hủy đường ống do vượt quá ứng suất chophép Để đường ống vận hành an toàn cần thiết kế sao cho đường ống không bị dịchchuyển khỏi vị trí của nó hoặc nếu có thì sự dịch chuyển đó nằm trong giới hạn chophép Do đó việc tính toán ổn định vị trí là nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế đường

ống, công việc tính toán nhằm tìm ra trọng lượng yêu cầu của đường ống để ống ổnđịnh dưới đáy biển trong suốt thời gian vận hành.

2.4.2 Nguyên nhân

- Lực thủy động gây ra bởi sóng và dòng chảy

- Các hiện tượng xói lở đất nền tạo nên nhịp treo gây dao động

- Các sự cố do neo đậu thuyền : Yếu tố giữ, chống mất ổn định cục bộ

2.4.3 Tác hại

Khi đường ống mất ổn định vị trí, đường ống bị dịch chuyển sẽ gây phá hủy hệthống đường ống Đường ống được cố định ở hai đầu, khi bị dịch chuyển sẽ gây ra

hiện tượng đường ống bị cong, nứt, gãy.

2.4.4 Các phươn pháp chống lại mất ổn định vị trí của đường ống Biển

Có nhiều phương pháp xử lý cho đường ống biển có trọng lượng nhỏ hơn trọnglượng yêu cầu để ổn định Ta có một số phương pháp sau:

 Tăng chiều dày ống: Phương pháp đơn giản nhưng không hiệu quả về mặt kinh

tế do tốn kém về vật liệu

 Bọc bê tông gia tải:

- Đây là phương pháp phổ biến nhất hiện nay do tính hiệu quả về mặt kinh

tế và tương đối thuận lợi về mặt công nghệ

- Đường ống được bọc thêm bên ngoài một lớp vỏ bê tông cốt thép (sử dụng

bê tông nặng) nhằm tăng trọng lượng của ống trong nước

- Lớp bê tông gia tải được chế tạo theo ba phương pháp sau:

+ Phun bê tông trực tiếp lên ống

tông lên ống thì do trọng lượng của khối bê tông gây bất lợi cho độ bền củaống khi thả ống (gây ứng suất cục bộ cho ống).

 Sử dụng vít neo: Sử dụng các vít neo, neo sâu vào lòng đất Vì vậy hệ thốngống vít neo có độ ổn định rất cao và có thể thi công trong một số điều kiệnkhông thuận lợi cho các phương pháp khác

 Vùi ống xuống hào: Đây là giải pháp phổ biến do ngoài tác dụng giữ ống ổnđịnh còn có khả năng tránh va chạm giữa ống với neo tàu và lưới đánh cá

2.4.5 Tính toán ổn định vị trí tuyến ống theo quy phạm DnV RP E305

2.4.5.1 Liệt kê các loại tải trọng

- Trọng lượng bản thân của thép làm ống

- Trọng lượng bản thân của lớp sơn phủ

- Trọng lượng bản thân của lớp bê tông gia tải (nếu có)

- Tải trọng do sóng và dòng chảy

- Lực đẩy nổi của nước biển

- Trọng lượng bản thân của thép làm ống

- Trọng lượng bản thân của lớp sơn phủ

- Trọng lượng bản thân của lớp bê tông gia tải (nếu có)

- Trọng lượng của chất vận chuyển trong ống

Nhận xét : Dọc theo tuyến ống thì độ sâu nước không đổi, nhưng hướng của tuyến

ống thay đổi tại các vị trí khác nhau Nên ta cần kiểm tra khả năng bị mất ổn định vị trítại các điểm có hướng điển hình Tính toán cho 2 trạng thái vận hành và thử áp lực

2.4.5.2 Tổ hợp tải trọng sóng và dòng chảy

Tổ hợp sóng dòng chảy được chọn như sau:

+ Nếu sóng là trội: Sóng 100 năm + dòng chảy 10 năm

+ Nếu dòng chảy là trội: Dòng chảy 100 năm + Sóng 10 năm

2.4.6 Tính toán ổn định vị trí đường ống theo quy phạm DnV RP E305

Theo tài liệu DnV RP E305, để đường ống ổn định dưới tác dụng của môi

trường thì trọng lượng ống dưới nước tính cho một đơn vị chiều dài phải thỏa mãn

điều kiện sau: (5.3.5), trang 27, DnV RP E305):

tải (nếu có), trọng lượg hà bám (nếu có), lớp bọc chống ăn mòn, trọnglượng chất vận chuyển trong ống, (N/m)

 F W : Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào hệ số Keulegan-Carpenter (K) và M

là tỷ lệ giữa vận tốc dòng chảy và vận tốc sóng, xác định theo đồ thị 5.12

Trạng thái vận hành:

Công thức tính toán:

(1) oilgas

- tcorr : Chiều dày dự trữ chống ăn mòn của thép, tcor r = 5 mm

 2 2 ( 2 2 ) ( 2 )

- ρ cam: Mật độ của lớp bọc chống ăn mòn: ρ cam= 900 (kg/m3)

Bảng 2.17 Tổng hợp các thông số tính toán

Thông

số Định nghĩa

Giai đoạn vận hành Giai đoạn thi công

Giá trị Đơn vị Giá trị Đơn vị

t corr Chiều dày dự trữ ăn mòn 0.005 m

t cam Chiều dày chống ăn mòn 0.0032 m 0.0032 m