Đồ Án Môn Học - Đường Ống - Bộ Môn Công Trình Biển, Đường Ống và Bể Chứa - Đại Học Xây Dựng Hà Nội

Đồ Án Môn Học - Đường Ống - Bộ Môn Công Trình Biển, Đường Ống và Bể Chứa - Đại Học Xây Dựng Hà Nội

MỤC LỤC

1.Giới thiệu chung 7

1.1.Giới thiệu các công trình đường ống hiện có ở mỏ Bạch Hổ 8

1.2.Giới thiệu các công trình hiện có trong hệ thống khai thác ở mỏ Bạch Hổ 8

1.Số liệu tính toán 9

1.1.Mã tuyến thiết kế 9

1.2.Số iệu địa chất 9

1.3.Số liệu môi trường 9

1.4.Số liệu vật liệu thiết kế 10

1.5.Các số liệu khác 10

2.Lựa chọn tuyến ống tính toán 10

2.1.Mục đích 10

2.2.Yêu cầu 11

2.3.Lựa chọn tuyến ống MSP8 – MSP4 11

3.Xác định chiều dày ống 12

3.1.Lý thuyết tính toán bài toán chịu áp lực trong 12

3.2.Kết quả tính toán 19

3.2.1.Giải bài toán tính chiều dày ống chịu áp lực trong,thuộc vùng 1 trong giai đoạn thử áp lực 19

3.2.2.Giải bài toán tính chiều dày ống chịu áp lực trong,thuộc vùng 1 trong giai đoạn vận hành 19

3.2.3.Giải bài toán tính chiều dày ống chịu áp lực trong,thuộc vùng 2 trong giai đoạn thử áp lực 20

3.2.4.Giải bài toán tính chiều dày ống chịu áp lực trong,thuộc vùng 2 trong giai đoạn vận hành 21

4.Tính toán ổn định đàn hồi của đường ống 22

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 7

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 9

4.1.Kiểm tra mất ổn định cục bộ 22

4.1.1.Hiện tượng 22

4.1.2.Kiểm tra mất ổn định cục bộ 22

4.1.2.1.Kiểm tra ổn định cục bộ của đường ống thuộc vùng 1 trong giai đoạn thử áp lực 24

4.1.2.2.Kiểm tra ổn định cục bộ của đường ống thuộc vùng 1 trong giai đoạn khai thác 24

4.1.2.3.Kiểm tra ổn định cục bộ của đường ống thuộc vùng 2 trong giai đoạn thử áp lực 25

4.1.2.4.Kiểm tra ổn định cục bộ của đường ống thuộc vùng 2 trong giai đoạn khai thác 25

4.2.Lan truyền mất ổn định cục bộ 26

4.2.1.Hiện tượng 26

4.2.2.Tính toán kiểm tra 26

4.2.2.1.Kiểm tra ổn định lan truyền cho ống thuộc vùng 1 trong giai đoạn thử áp lực 27

4.2.2.2 Kiểm tra ổn định lan truyền cho ống thuộc vùng 1 trong giai đoạn vận hành 27

4.2.2.3.Kiểm tra ổn định lan truyền cho ống thuộc vùng 2 trong giai đoạn thử áp lực 28

4.2.2.4 Kiểm tra ổn định lan truyền cho ống thuộc vùng 2 trong giai đoạn vận hành 28

5.Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống 28

5.1.Hiện tượng 29

5.2.Trạng thái tính toán 29

5.3.Tính toán 29

5.3.1.Lý thuyết tính toán 29

5.3.2 Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống dưới tác động của sóng và dòng chảy theo quy phạm (DNV RP - E305 1988) 30

5.3.3.Tính toán 35

5.3.3.1.Kiểm tra khả năng mất ổn định vị trí của ống trong giai đoạn thi

công 35

5.3.3.2.Kiểm tra khả năng mất ổn định vị trí trong giai đoạn vận hành 42

6.Xác định nhịp treo cho phép của đường ống 50

6.1.Đặt bài toán 50

6.2 Bài toán đường ống đi qua hố lõm 50

6.4.Bài toán cộng hưởng dòng xoáy 54

7.Phương án chống ăn mòn cho đường ống 56

7.1.Vai trò của việc chống ăn mòn trong thiết kế công trình đường ống biển 56

7.2.Môi trường gây ăn mòn đường ống 57

7.2.1 Môi trường trong ống 57

7.2.2 Môi trường ngoài ống 57

7.3.Chống ăn mòn trong ống 57

7.4.Chống ăn mòn ngoài ống 58

7.4.1.Chống ăn mòn chủ động 58

7.4.1.1 Phương pháp bảo vệ bằng anode hy sinh: 58

7.4.1.2.Phương pháp bảo vệ điện hoá bằng dòng điện áp nguồn 59

7.4.2.Chống ăn mòn bị động 60

7.4.3.Bảo vệ kết hợp 61

1.Qui trình thi công tuyến ống 61

.2.Chế tạo ống 62

.2.1.Ống đúc liền: Seamless pipe (SML) 62

2.2.Ống thép hàn: Welded pipe 64

3.Bảo quản ,chế tạo ống trên bờ và vận chuyển ống đến nơi xây dựng 67

3.1.Bảo quản ống 67

3.2.Chế tao ống trên bờ 68

3.2 2.Bọc bê tông gia tải cho ống 69

3.2 3 Lắp đặt anode hy sinh vào ống 70

CHƯƠNG 3 : THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG 61

4.Vận chuyển ống đến nơi xây dựng 71

5.Thi công dải ống ngầm 73

5.1.Giới thiệu các phương pháp thi công rải ngầm đang được áp dụng 73

5.1.1.Giới thiệu chung 73

5.1.1.1 Phân loại 73

5.1.1.2 Nguyên lí hoạt động và cấu tạo 74

5.1.1.3 Ưu và nhược điểm: 77

5.1.2 Phương pháp thi công bằng sà lan có trống cuộn (Reel - Barge Methode ) 78

5.1.2.1 Nội dung phương pháp 78

5.1.2.2.Ưu và nhược điểm: 79

5.1.3 Phương pháp thi công kéo ống 80

5.1.3.1 Thi công bằng phương pháp kéo ống trên mặt ( Surface Tow ) 80 5.1.3.1.1 Nội dung phương pháp 80

5.1.3.1.2.Ưu và nhược điểm 81

5.1.3.2 Phương pháp kéo ống sát mặt ( Below - Surface Tow ) 81

5.1.3 2.1 Nội dung phương pháp 81

5.1.3.2.2.Ưu và nhược điểm 82

5.1.3.3 Phương pháp kéo ống trên đáy biển ( Bottom Tow ) 82

5.1.4.3.1 Nội dung phương pháp 82

5.1.4.3.2.Ưu và nhược điểm: 83

5.1.4.4 Phương pháp kéo ống sát đáy biển (off- Bottom Tow ) 83

5.1.4.4.1 Nội dung 83

5.1.4.4.2.Ưu và nhược điểm: 84

6.Các phương pháp thi công nối ống ngầm 84

6.1 Giới thiệu chung 84

6.2 Phương pháp nối ống bằng mặt bích (Flanged Methode) 85

6.2.1.Nội dung phương pháp 85

6.2.2.Áp dụng 86

6.2.3.Ưu và nhược điểm 86

6.3 Phương pháp hàn ở áp suất khí quyển (Atmospheric Weding Methode) 87

6.3.1.Nội dung phương pháp 87

6.3.2.Áp dụng 87

6.3.3.Ưu và nhược điểm 88

6.4 Hàn cao áp ( Hyperbaric Welding) 88

6.4.1.Nội dung phương pháp 88

6.4.2.Áp dụng 89

6.4.3.Ưu và nhược điểm 89

6.5 Sử dụng mối nối cơ khí 89

7.1 Thi công lắp đặt Riser đồng thời với việc chế tạo khối chân đế 91

7.2 Thi công Riser được tiến hành sau khi rải ống 92

8.1 Nối ống bằng mặt bích 93

8.2 Nối ống bằng phương pháp hàn trên mặt nước 93

8.3 Nối ống bằng phương pháp kéo ống chữ J thuận 94

8.4 Nối ống bằng phương pháp kéo ống chữ J ngược 95

8.5 Phương pháp thi công guốc ống 96

9.Thử áp lực đường ống – Đưa vào vận hành 97

9.1.Mục đích và yêu cầu 97

9.2 Thử áp lực đường ống đứng 98

9.3.Thử áp lực đường ống ngầm 98

9.4 Khử nước 100

9.5.Làm khô 101

10.Lựa chọn phương án thi công 101

10.1.Lựa chọn phương án thi công 101

10.2.Lý thuyết tính toán 102

10.2.1.Tính toán đoạn cong lồi 102

10.2.2.Tính toán đoạn cong lõm 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1.Giới thiệu chung.

Hình 1 : Sơ đồ mỏ Bạch Hổ

1.1.Giới thiệu các công trình đường ống hiện có ở mỏ Bạch Hổ.

Mỏ Bạch Hổ là mỏ lớn nhất Việt Nam và cũng là mỏViệt Nam trực tiếp thamgia khai thác Mỏ nằm ở phía nam thềm lục địa Việt Nam nằm trong lô 09 - 1thuộc bể trầm tích Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120 km do Xí nghiệpliên doanh dầu khí VietsoPetro khai thác Tháng 6 năm 1986 dòng dầu khí đầutiên được khai thác trong tầng trầm tích Mioxen của mỏ Bạch Hổ Năm 1987phát hiện dầu khí trong tầng trầm tích Oligoxen và đặc biệt năm 1988 phát hiệndầu khí trong tầng đá móng Granite nứt nẻ Tổng trữ lượng dầu khí thu hồiđược do khai thác cùng với dầu của toàn mỏ khoảng 31.8 tỷ m3 khí đồng hànhcủa mỏ Bạch Hổ được đưa vào sử dụng cho các nhà máy Bà Rịa từ tháng 5 năm

1995 và cho nhà máy Phú Mỹ 2,1 từ tháng 2 năm 1997 và tương lai là các khucông nghiệp của Vũng Tầu như Vedan, Kidwell v.v

1.2.Giới thiệu các công trình hiện có trong hệ thống khai thác ở mỏ Bạch Hổ.

Để phục vụ cho công tác thăm dò và khai thác dầu khí tại mỏ Bạch Hổ, Xí nghiệp liên doanh dầu khí VietsoPetro đã xây dựng ở đây một hệ thống các công trình bao gồm: Dàn công nghệ trung tâm CTP, dàn khoan cố định MSP, dàn nhẹ BK, trạm rót đầu không bến UBN, các tuyến đường ống nội mỏ Hiện nay mỏ Bạch Hổ có:

- Một dàn công nghệ trung tâm CTP2 đã được sử dụng và dự định sẽ xây dựng mới một dàn công nghệ trung tâm CTP3

- 10 dàn MSP ( 1,3,4,5,6,7,8,9,10,11 )

- 09 dàn BK, trong đó có 07 dàn BK đã đưa vào sản suất là BK

(1,2,3,4,5,6,8) BK7, BK9 đang trong quá trình thi công

- 04 trạm rót dầu không bến UBN1, UBN2, UBN3, UBN4

- Dàn nén khí lớn, dàn nén khí nhỏ, dàn bơm nước, dàn ép vỉa, dàn nhười ở, các cầu dẫn

Ngoài ra mỏ Bạch Hổ còn có hệ thống đường ống ngầm bao gồm:

- 20 tuyến ống dẫn dầu với tổng chiều dài 60,7 km

- 10 tuyến ống dẫn khí với tổng chiều dài 24,8 km

- 18 tuyến ống dẫn Gaslift với tổng chiều dài 28,8km

- 11 tuyến ống dẫn hỗn hợp dầu, khí với tổng chiều dài 19,3 km

Hiện nay Xí Nghiệp liên doanh dầu khí VIETSOPETRO đang cải tạo các dàn MSP trước đó và lắp đặt thêm các thiết bị khai thác, xây dựng thêm một số dàn nhẹ

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

1.Số liệu tớnh toỏn.

1.1.Mó tuyến thiết kế.

Bảng 2.1 Số liệu tuyến ống

Tên tuyến ống Loại đờng ống Chiều dài (m) Đờng kính

ngoài (mm) áp suất Pd (at)

1.3.Số liệu mụi trường.

Bảng 2.3 Chiều cao sóng đáng kể H S với chu kỳ lặp N năm

Bảng 2.5 Các thông số về độ sâu nớc, biên độ triều, nớc dâng, chiều dày hà

bám và nhiệt độ chất vận chuyển.

+ Cường độ chảy dẻo nhỏ nhất : SMYS = 289 (Mpa).

+ Cường độ kéo nhỏ nhất : SMTS = 413 (Mpa)

+ Mô đun đàn hồi E = 2.1x106 (Mpa)

lý sẽ đem lại hiệu quả kinh tế, tăng độ an toàn cho tuyến ống trong quá trình thicông cũng như trong quá trình khai thác lâu dài

2.2.Yêu cầu.

Để tuyến ống được lựa chọn đảm bảo các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật thì việclựa chọn phải dựa trên những cơ sở sau:

+ Tuyến ống lựa chọn phải là ngắn nhất ở mức có thể để giảm chi phí đầu vàocũng như hạn chế thời gian thi công trên biển

+ Tránh những chướng ngại vật dưới đáy biển như đá ngầm, các khu vực đáybiển bị đứt gãy, tránh các điểm ống giao nhau, ống giao với các đường dây cápquang

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

+ Nếu tuyến ống nằm trong vùng có dòng bùn, phải giảm thiểu các nguy cơ dodịch chuyển đất đáy làm hư hại đến đường ống bằng cách lái hướng tuyến ốngsao cho hướng của tuyến ống phải song song với dòng bùn

+ Tránh những khu vực thả neo và khu vực hoạt động quân sự (nếu có)

Ngoài những yêu cầu chung như trên việc lựa chọn tuyến ống còn xem xét đếncác yếu tố sau:

- Tuyến ống phải đảm bảo yêu cầu mở rộng khai thác của mỏ trong tươnglai

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

mỏ (nếu tuyến ống là tuyến nội mỏ)

- Sự phát triển của san hô…

3.Xác định chiều dày ống.

3.1.Lý thuyết tính toán bài toán chịu áp lực trong.

Theo quy phạm DnV2000, áp lực bên trong đường ống tại tất cả các giai đoạntrong đời sống của công trình phải thỏa mãn điều kiện sau:

pli−p e≤

p b(t1)

γSC γ m (2.1) Các giai đoạn điển hình trong đời sống công trình đường ống gồm có:

+ Giai đoạn thi công lắp đặt;

inc :hệ số áp lực thiết kế, lấy trong khoảng từ 1,05  1,1,trong

đồ án này lấy = 1,1 cho tất cả các trường hợp

h :chiều cao chênh lệch giữa vị trí đo áp lực và vị trí tính toán,

trong đồ án này thiên về an toàn ta giả thiết vị trí đo áp lựctrùng với cốt “ 0 ” hải đồ ,h = d0 = 44 m

g :gia tốc trọng trường ,g = 9,81(m/s2)

cont :trọng lượng riêng của chất vận chuyển trong đường ống ,

 Lý thuyết sóng Airy : η =0.5

 Lý thuyết sóng Stôcke bậc 5 : η = 0.7

 Ở đây sử dụng lý thuyết sóng tính toán Stôcke bậc 5 => η = 0.7

+ H10 năm: Chiều cao sóng lớn nhất trong giai đoạn thi công, H10 năm =7,85 m ( hướng NE )

+ d0 : Độ sâu nước

- Trong giai đoạn vận hành :

h’ = d0 - η ¿ Hmax100nam (2.5)

+ Hmax100nam : Chiều cao sóng lớn nhất trong giai đoạn vận hành,

Hmax100nam = 9,45 m ( hướng NE )

 γ = 1025 kG/m3 : Trọng lượng riêng của nước biển

+ Pb(t) là ứng suất vòng (kG/cm2) ; được xác định như sau:

Pb = Min{ Pb,s(x) , Pb,u(x)} (2.6) Trong trường hợp kiểm tra theo điều kiện chảy

P b (t )=Pb,s(t)=2x

D−x⋅f y⋅2

√3 (2.7) Trong trường hợp kiểm tra theo điều kiện nổ ống khi khai thác:

fu = (SMTS-fu,temp)u. 373.920 Mpa

So sánh Pb,s(x) và Pb,u(x) tương đương với so sánh fy và fu.Suy ra Pb = Pb,u(t).

:ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất đặc trưng của thépống ,SMYS = 289MPA

SMTS :khả năng chịu kéo nhỏ nhất của thép ống ,SMTS = 413

x :chiều dày tính toán của đường ống, xác định theo trạngthái làm việc

Trong điều kiện thử áp lực:

x = t1 = t - tfab

Trong điều kiện vận hành:

x = t1 = t - tfab - tcorr

Trong đó :  tfab : Độ dự trữ chiều dày ống kể đến sai số do chế tạo

tfab = ( 5-10 )%.t ,trong đồ án lấy tfab = 7%.t  tcorr : Độ dự trữ chiều dày ống do kể đến ăn mòn Theomục b704 DnV2000 thì chiều dày ăn mòn tối thiểu là 3mm,trong đồ án này ta chon bằng 4 mm

u :hệ số cường độ vật liệu được tra trong bảng 5.1.DnV

2000, u = 0,96 ( Bảng 2.6 )

A :hệ số không đẳng hướng, theo mục B604 DnV 2000 , A

:Trạng giới hạn theo khả năng phục vụ

ULS (Ultimate Limit State) :Trạng thái giới hạn cực hạnALS (Accidental Limit State) :Trạng thái giới hạn sự cốFLS (Fatigue Limit State) :Trạng thái giới hạn mỏi

Bảng 2.8.(5-5.DnV 2000): Hệ số sức bền theo cấp an toàn, SC

Bảng 2.9 (2-3 DnV 2000): Phân loại cấp an toàn

Thấp Khi sự cố xảy ra không gây thương vong đến con người và

hậu quả đối với kinh tế và môi trường là nhỏ

Trung bình

Khi xảy ra sự cố trong điều kiện nhất thời gây ra rủi ro đốivới con người nhưng ảnh hưởng ô nhiễm môi trường làđáng kể hoặc hậu quả kinh tế là lớn

Cao

Là cấp an toàn xảy ra trong điều kiện vận hành côngtrình,khi xảy ra sự cố sẽ gây thương vong lớn đối với conngười, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và có hậuquả lớn về kinh tế chính trị

C Các chất không cháy được mà là khí không độc hại ở điều kiện

nhiệt độ và áp suất khí quyển ( VD : nitơ , cacbonic )

D Các chất khí không độc hại

E Các chất cháy được và độc hại dưới dạng khí ở điều kiện nhiệt

độ và áp suất khí quyển ( VD : khí thiên nhiên , etylen )

ra Vùng này lấy trong phạm vi nhỏ nhất là 500m từ dàn ra phía ngoài.

Bảng 2.12.(2-4 DnV 2000): Phạm vi ứng dụng cấp an toàn

Trạng thái

Chất vận chuyểnloại A , C

Chất vận chuyểnloại B

Chất vận chuyểnloại D , E

pVận hành Thấp Thấp Trung bình Cao Trung bình Cao

Bảng 2.13: Kết quả hệ số sức bền theo cấp an toàn, gSC

 Chiều cao sóng thiết kế H10 năm = 7,85 m

 x = t1 = t - tfab , với tfab = 7%t1

-Áp lực ngoài nhỏ nhất :

Pe =nb.( d0 - η ¿ H10 năm ) = 1025.(44-0,7.7,85).10-5 = 0,395 Mpa

- Sai số chiều dày do chế tạo : tfab = 7%t1 = 0,27 mm

- Chiều dày ống yêu cầu là : tyc = tfab + t1 = 4,121 mm

3.2.2.Giải bài toán tính chiều dày ống chịu áp lực trong,thuộc vùng 1 trong giai đoạn vận hành.

 Cấp an toàn TRUNG BÌNH  sc = 1,138

 m = 1,15

 Áp lực thiết kế : Pd = 6,080 Mpa

 Chiều cao sóng thiết kế H100 năm = 9,45 m

 x = t1 = t - tfab- tcorr với tcorr = 4 mm

cvc = 148 kg/cm3

-Áp lực ngoài nhỏ nhất :

x=t≥ √3×γ m×γsc(p lt−p e)D

4 f u+√3×γ m×γsc(p lt−p e)

Pe =nb.( d0 - η ¿ H100 năm ) = 1025.(44-0,7.9,45).10-5 = 0,383 Mpa.

- Sai số chiều dày do chế tạo : tfab = 7%t1 = 0,279 mm

- Chiều dày ống yêu cầu là : tyc = tfab + t1 = 4,263 mm

3.2.3.Giải bài toán tính chiều dày ống chịu áp lực trong,thuộc vùng 2 trong giai đoạn thử áp lực.

 Cấp an toàn THẤP  sc = 1,046

 m = 1,15

 Áp lực thiết kế : Pd = 6,080 Mpa

 Chiều cao sóng thiết kế H10 năm = 7,85 m

 x = t1 = t - tfab , với tfab = 7%t1

-Áp lực ngoài nhỏ nhất :

Pe =nb.( d0 - η ¿ H10 năm ) = 1025.(44-0,7.7,85).10-5 = 0,395 Mpa

- Từ công thức kiểm tra pli−p e≤

- Sai số chiều dày do chế tạo : tfab = 7%t1 = 0,270 mm

- Chiều dày ống yêu cầu là : tyc = tfab + t1 = 4,121 mm

3.2.4.Giải bài toán tính chiều dày ống chịu áp lực trong,thuộc vùng 2 trong giai đoạn vận hành.

 Cấp an toàn CAO  sc = 1,308

 m = 1,15

 Áp lực thiết kế : Pd = 6,080 Mpa

 Chiều cao sóng thiết kế H100 năm = 9,45 m

 x = t1 = t - tfab- tcorr với tcorr = 4 mm

cvc = 148 kg/cm3

-Áp lực ngoài nhỏ nhất :

Pe =nb.( d0 - η ¿ H10 năm ) = 1025.(44-0,7.9,45).10-5 = 0,383 Mpa

-Áp lực trong trong lớn nhất :

Pli = Pd.inc + cvc.g.h = 6,08.1,1 + 148.9,81.44.10-6 = 7,13 Mpa

x=t≥ √3×γ m×γ sc(p lt−p e)D

4 f u+√3×γ m×γ sc(p lt−p e)

- Từ công thức kiểm tra pli−p e≤

- Sai số chiều dày do chế tạo : tfab = 7%t1 = 0,320 mm

- Chiều dày ống yêu cầu là : tyc = tfab + t1 = 4,891 mm

Sự mất ổn định cục bộ gây ra các tình trạng tắc đường ống dẫn đến giảm lưulượng trong quá trình vận chuyển vật liệu, làm cho áp lực trong phân bố khôngđồng đều trên tiết diện đường ống, cũng như trên toàn chiều dài đường ống, nó

là yếu tố chính để khởi đầu cho sự mất ổn định lan truyền, trong quá trình vận

x=t≥ √3×γ m×γ sc(p lt−p e)D

4 f u+√3×γ m×γ sc(p lt−p e)

hành cũng như thi công đường ống mất ổn định thường xẩy ra lúc thi công vừathả ống xuống, lúc này ống chưa có áp lực trong hoặc trong trường hợp vậnhành rồi nhưng với một lí do nào đó chẳng hạn như sự cố làm áp lực trongkhông có, hoặc trong trường hợp sữa chữa mà người ta không cho chất vậnchuyển đi qua.… áp lực trong ống là nhỏ.

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

d2 = 1,42(m) là chiều cao nước dâng

+ Pc là áp lực ngoài tới hạn gây mất ổn định cục bộ được xác định như sau:

(P c−Pel) (P c2−P

t2 (2.10)

Trong đó:

 fo ≤ 0.005 là độ ô van của ống (theo DnV thì: fo=

Dmax−Dmin

D

< 0.5%).Trong đồ án này lấy fo = 0,005

 t2 là chiều dày tính toán của ống(đối với trường hơp thi công và thử áp lực) xác đinh theo bài toán 1

 P p= 2.fy.fab.t2/D, Với fab = 1 là hệ số kể đến công nghệ chế tạo ống (seamlees)

+ m = 1.15 Hệ số cường độ vật liệu lấy ở trường hợp tra bảng 2.7

4.1.2.1.Kiểm tra ổn định cục bộ của đường ống thuộc vùng 1 trong giai đoạn thử áp lực.

Điều kiện kiểm tra :

+ Thế các giá trị tìm được vào (3.2) :

( Pc−8,854 ) ( Pc −14,8042) = Pc.8,854.14,804 0,005 325

8,7

Giải phương trình này ra Pc = 7,688 (Mpa)

Điều kiện kiểm tra : P e≤

P c 1,1 γ m γSC (Thỏa mãn)

4.1.2.3.Kiểm tra ổn định cục bộ của đường ống thuộc vùng 2 trong giai đoạn thử áp lực.

Điều kiện kiểm tra : P e≤

P c 1,1 γ m γSC (Thỏa mãn)

4.1.2.4.Kiểm tra ổn định cục bộ của đường ống thuộc vùng 2 trong giai đoạn khai thác.

+ Thế các giá trị tìm được vào (3.2) :

( Pc−8,854 ) ( Pc −14,8042) = Pc.8,854.14,804.0,005 325

8,7 Giải phương trình này ra Pc = 7,688 (Mpa)

Điều kiện kiểm tra :

nếu trên ống đã có một điểm mất ổn định cục bộ, thì vết lõm sẽ lan truyền sangcác điểm lân cận dọc theo tuyến ống Khi xảy ra hiện tượng này, đường ống bịphá hoại theo chiều dài lớn, gây tổn thất đáng kể và khó khắc phục cho côngtrình.

4.2.2.Tính toán kiểm tra.

Theo qui phạm DNV-OS-F101 2000

Điều kiện để tuyến ống không bị lan truyền mất ổn định cục bộ là:

Pe≤ Ppr

(2.11)

D : Đường kính ngoài của ống , D = 0,325 m.

 t : Chiều dày ống , t = 12,7 mm , tcorr = 4 mm  Pe = pemax = nb.hmax : áp lực ngoài lớn nhất ,ứng với hmax = d0 +

d1+ d2+

Các hệ số :

Hệ số chế tạo : afab = 1

Hệ số bền vật liệu : m = 1,15 Hệ số cường độ vật liệu : u = 0,96 Hệ số độ bền phụ thuộc cấp an toàn

4.2.2.1.Kiểm tra ổn định lan truyền cho ống thuộc vùng 1 trong giai đoạn thử

Thay giá trị vào (2.11)  Thỏa mãn

4.2.2.2 Kiểm tra ổn định lan truyền cho ống thuộc vùng 1 trong giai đoạn vận hành.

+ t2 = t - tcorr = 12,7 - 4= 8,7 (mm)

+ Hệ số sc = 1,138

 Chiều cao sóng tính toán nam = 9,45 m

Thay giá trị vào (2.11)  Thỏa mãn.

4.2.2.3.Kiểm tra ổn định lan truyền cho ống thuộc vùng 2 trong giai đoạn thử

Thay giá trị vào (2.11)  Thỏa mãn

4.2.2.4 Kiểm tra ổn định lan truyền cho ống thuộc vùng 2 trong giai đoạn vận hành.

Trong quá trình vận hành, đường ống luôn chịu tác động của điều kiện môi trường như sóng, dòng chảy, sự vận chuyển của dòng cát hay dòng bùn, đặc biệt

là lực đẩy nổi Những tác động này có xu hướng làm cho đường ống bị dịch chuyển dưới đáy biển, trôi dạt đường ống và có thể phá hủy đường ống do gây quá ứng suất Để đường ống vận hành an toàn, cần thiết kế sao cho đường ống không bị dịch chuyển khỏi vị trí của nó, hoặc nếu có thì nằm trong giới hạn cho phép Do đó, việc tính toán ổn định là nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế đường ống, mục đích tính toán nhằm tìm ra được trọng lượng yêu cầu của ống để đường ống ổn định dưới đáy biển trong suốt quá trình vận hành

5.2.Trạng thái tính toán.

- Kiểm tra khả năng bị mất ổn định vị trí của tuyến ống trong hai giai đoạn:

 Giai đoạn thi công: Điều kiện ống mới được lắp đặt xong

Trong giai đoạn này , ổn định vị trí của đường ống thường được tính trong điều kiện sóng và dòng chảy một năm, đường ống chưa có hà bám

 Giai đoạn vận hành : Đường ống được đưa vào vận hành

Trong giai đoạn này, ổn định vị trí của đường ống thường được tínhtrong điều kiện sóng - dòng chảy tần suất xuất hiện là 100 năm

- Tổ hợp sóng - dòng chảy được chọn như sau:

+ Trong giai đoạn thi công : Lấy sóng và dòng chảy một năm

+ Trong giai đoạn vận hành :

- Nếu sóng là trội : Sóng 100 năm + dòng chảy 1 năm

- Nếu dòng chảy là trội : Dòng chảy 100 năm + sóng 1 năm

5.3.Tính toán.

5.3.1.Lý thuyết tính toán.

Có 3 phương pháp tính toán :

+ Phương pháp tổng quát ( Generalized methods )

+ Phương pháp động lực học ( Anayasis methods )

+ Phương pháp đơn giản ( cân bằng lực) (simplified methods )

5.3.2 Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống dưới tác động của sóng và dòng chảy theo quy phạm (DNV RP - E305 1988).

Theo quy phạm DNV - RP - E305 1988 để đường ống ổn định dưới tác động của

môi trường thì trọng lượng ống dưới nước tính cho một đơn vị dài phải thỏa mãnđiều kiện:

-WS: Trọng lượng ống trong nước cho một đơn vị chiều dài ống, bao gồm cótrọng lượng ống thép, lớp bê tông gia tải (nếu có), lớp bọc chống ăn mòn vàtrọng lượng chất vận chuyển trong ống, hà bám

-FW: Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc hệ số Keulegan-Carpenter(K) và M (tỷ lệ giữavận tốc dòng chảy và vận tốc sóng) tra đồ thị 5.12 DNV- RP - E305

-µ: Hệ số ma sát giữa đường ống và đáy biển, xác định theo (đồ thị 5.11

DNV-P - E305) Đáy biển là đất cát nên µ = 0.7

-FL: Lực nâng gây ra bởi sóng và dòng chảy, (N/m)

F L=1

2 ρnb.C L D.(U S Cosθ+U C)2(2.14)

-FD: Lực cản vận tốc, (N/m)

F D=1

2 ρnb.C L D (U S Cosθ+U C).|U S Cosθ+U C|

(2.15)-FI: Lực quán tính, (N/m)

F I=π D2

4 ρnb.C M A S.Sinθ

(2.16)

-Tu: chu kỳ cắt không của phổ sóng

-Trong điều kiện biển Việt Nam là biển mở, phổ sóng tính toán thích hợp là phổPierson-Moskowitz, phổ này được xây dựng dựa trên các cơ sở thực nghiệm

trong điều kiện biển Bắc, cũng là biển mở Điều này cho thấy áp dung quy phạmDNV trong mục tính toán là thích hợp

-Us: Vận tốc sóng đáng kể tác dụng với phương vuông góc trục ống:

Us=U*HR (2.19)-U*H: Vận tốc sóng tác dụng với phương vuông góc với trục ống không kể đếnyếu tố giảm của hướng truyền sóng, được xác định theo (đồ thị 2.1 DNV- RP -E305 1988)

-R: Hệ số giảm kể đến sự phân bố giữa hướng sóng chính với các hướng sóngkhác và góc giữa hướng sóng chính và hướng tuyến ống, xác định theo ( đồ thị2.3 DNV- RP - E305 1988) Khi sử dụng hệ số R thì chỉ cần tính cho hướngsóng chính là đủ.Tuy nhiên, các thông số n và C dùng để tra trên đồ thị phụthuộc từng địa phương và chưa có các hệ số dùng cho vùng biển Việt Nam -Uc: Vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc với trục ống

-As: Gia tốc sóng tác dụng vuông góc nên trục ống

A S=2 π U S

T u (2.20)

- θ : Góc pha của sóng tác dụng lên ống.

-Tu: Tra theo (đồ thị 2.2 DnV- RP - E305 1988) thông qua tỷ số

-g : gia tốc trọng trường

*Chú ý : Trong tính toán ta xác định biên độ vận tốc và gia tốc đáng kể trong

trường hợp tổng quát là Us, As là theo hướng sóng tính toán Để tính toán cầnchiếu các đại lượng này lên phương vuông góc với trục ống

Hình 2.4 : Đồ thị 5.12 DnV – 1988 – E305

Trình tự tính toán bài toán ổn định vị trí theo DNV - RP - E305 1988:

Bước 1: Xác định vận tốc, gia tốc sóng đáng kể theo hướng sóng tính toán:

+ Hệ số giảm hướng lan truyền coi là không giảm R = 1

+ Xác định vận tốc sóng lên phương vuông góc với trục ống US:

U S=U S¿

R

(2.24)+ Xác định được gia tốc vuông góc với trục ống AS:

A S=2 π U S

T u

(2.25)Trong đó Tu được tra theo đồ thị 2.2 DnV 1988 – E305

Bước 2: Xác định vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc với trục ống:

Ur: Vận tốc dòng chảy ở độ sâu zr kể từ đáy biển, đã chiếu lên phương vuônggóc với trục ống

zr: Độ sâu tham chiếu, có kể đến ảnh hưởng của lớp biên không có thông số đầy

+ Tra đồ thị (5.12 DNV- RP - E305 ) ta tìm được FW

Bước 4 :Tính lặp với các góc pha khác nhau để tìm trọng lượng yêu cầu lớn nhất.

+ Tính Ws

Bước 5 :Nhận xét kết quả.

5.3.3.Tính toán.

5.3.3.1.Kiểm tra khả năng mất ổn định vị trí của ống trong giai đoạn thi công.

-Trong giai đoạn này ,ta tính toán với số liệu sóng gió 10 năm ,chưa bọc bê tông

và không có hà bám

-Trong cả hai giai đoạn thi công và vận hành ,ta tiến hành kiểm tra ổn định vị trí cho ba vị trí điển hình : Hai vị trí ở gần giàn MSP8 và MSP4 và một vị trí ở giữatuyến ống

-Vậy hướng sóng tính toán là hướng NW

-Tính lặp với các góc pha khác nhau để tìm tọng lượng yêu cầu lớn nhất.-Từ bảng tính hướng sóng NW ta có các tỷ số :