Thuyet minh

997 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
997
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
33
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Thuyet minh

  1. 1. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Thuyết minh đồ án Đƣờng ống-Dầu khí Chƣơng 1: Giới thiệu chung I. 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 mỏ Việt Nam trực tiếp thamgia khai thác. Mỏ nằm ở phía Nam thềm lục địa Việt Nam nằm trong lô 09-1 thuộcbể trầm tích Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120km, do xí nghiệp liên doanhVietsoPetro khai thác. Để phục vụ cho công tác thu gom vận chuyển dầu khí tại mỏ Bạch Hổ thì mỏcó các hệ thống đƣờng ống ngầm bao gồm: +/ 20 tuyến ống dẫn dầu với tổng chiều dài 60,7km. +/ 10 tuyến ống dẫn khí với tổng chiều dài 24,8km. +/ 18 tuyến ống dẫn Gaslift với tổng chiều dài 28,8km. +/ 11 tuyến ống dẫn hỗn hợp dầu, khí với tổng chiều dài 19,3km.II. 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, Xínghiệp liên doanh VietsiPetro đã xây dựng ở đấy một hệ thống các công trình baogồm: Dàn công nghệ trung tâm CTP, dàn khoan cố định MSP, dàn nhẹ BK, trạmrót dầu không bến UNB, các tuyến đƣờng ống nội mỏ. Hiện nay mỏ Bạch Hổ có: Một dàn công nghệ trung tâm CTP2 đã đƣợc sử dụng và dự định sẽ xây dựng mới một số 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 đƣa vào sản xuất là dàn BK (1,2,3,4,5,6,8), BK7 và BK9 đang trong quá trình thi công. 04 trạm rót dầu không bến UNB1,UNB2, UNB3, UNB4.Nhóm 1Lớp 53cb2 1
  2. 2. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Dàn nén khí lớn, dàn nén khí nhỏ, dàn bơm nƣớc, dàn ép vỉa, dàn ngƣời ở, các cầu dẫn….III. Mô tả công nghệ liên quan đến tuyến đường ống thiết kế. Theo đề bài ra thì tuyến ống mà nhóm thiết kế cụ thể ở bảng sau: Loại đƣờng Chiều dài Đƣờng kính ngoài Áp suất Pd Mã Tuyến ống ống (m) (mm) (at) 1 BK1-BK5 Nƣớc ép vỉa 1875 356 310 Sơ đồ tuyến ống cần thiết kế từ dàn BK1 đến BK5 trong mỏ Bạch Hổ có dạngnhƣ sau: Tuyến ống Thiết kếNhóm 1Lớp 53cb2 2
  3. 3. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Mô tả sơ qua về dàn nhẹ BK ở mỏ Bạch Hổ: Là dàn nhỏ nhẹ không có tháp khoan. Công tác khoan sẽ do tàu khoan tự nângthực hiện. Dàn BK có các thiết bị công nghệ ở mức tối thiểu để đo lƣu lƣợng vàtách nƣớc sơ bộ. Sản phẩm từ BK sẽ đƣợc dẫn bằng đƣờng ống về MSP hoặc dàncông nghệ trung tâm để xử lý. Trên dàn không có ngƣời ở. Về phần kết cấu phần chân đế dàn BK là kết cấu dàn tháp thép không gian cómặt thẳng đứng, đƣợc cấu tạo từ thép ống có đƣờng kính khác nhau. Chân đế có 4ống chính. Hệ thống móng cọc gồm 4 cọc chính đƣờng kính 720x20mm và 8 cọcphụ. Thƣợng tầng có sân bay trực thăng, các thiết bị công nghệ, máy phát điện.Ngoài ra mỏ còn có: Hệ thống nén khí áp lực cao: Trạm nén khí gồm 5 chiếc (4 chiếc làm việc và 1 chiếc dự bị), là máy nén khí 2cấp DRESE RAN đƣợc truyền động bởi tua bin nén khí MARS-100 của hãngSOLAR. Hệ thống nén khí áp suất thấp: Trạm nén khí đƣợc trang bị máy nén khí pitton 2 cấp của hãng NUVO PIGNONđƣợc truyền động bằng một động cơ điện.Nhóm 1Lớp 53cb2 3
  4. 4. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Chƣơng 2: Tính toán thiết kế  Số liệu đầu vào: Số liệu sóng – dòng chảy: B¶ng 1.1 ChiÒu cao sãng ®¸ng kÓ H víi chu kú lÆp S N n¨mChu kú Th«ng HướnglÆp Sè N NE E SE S SW W NW100 HS (m) 5.6 8.6 5.2 3.2 4.5 6.9 4.9 5.2n¨m TS (s) 7.4 10.4 8.4 7.8 9.0 9.1 8.7 8.910 n¨m HS (m) 2.8 7.0 3.4 1.9 3.1 4.9 3.6 5.2 TS (s) 6.6 9.9 7.8 6.6 7.5 8.6 8.2 8.9 (ChiÒu cao sãng của nhóm không phải điều chỉnh)B¶ng 1.2 VËn tèc dßng ch¶y ®¸y (c¸ch ®¸y 1m), m/s Hưíng dßng Chu kú ch¶y lÆp N NE E SE S SW W NW 10 n¨m 0.78 0.63 0.71 1.08 0.79 0.75 0.80 0.85 100 n¨m 0.86 0.66 0.75 1.15 0.84 0.82 0.88 0.90 (Vận tốc dòng chảy của nhóm được tăng thêm 0,1m/s) Mực nƣớc, biên độ triều, nƣớc dâng, hà bám, nhiệt độ chất vận chuyển: Mã độ sâu 5 Độ sâu nƣớc(m) 44 Biên độ triều(m) 1.67 Nƣớc dâng(m) 1.42 Hà bám(cm) 3.0Nhóm 1Lớp 53cb2 4
  5. 5. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Nhiệt độ (℃) 55 Địa chất công trình:( Nhóm 1 có số liệu địa chất là A) A : C¸t h¹t mÞn : cì h¹t d50 =0.135(mm) Các thông số khác:- Khối lƣợng riêng của nƣớc biển : 1025 kg/m3- Khối lƣợng riêng của bê tông : 3040 kg/m3- Khối lƣợng riêng của thép ống : 7850 kg/m3- Khối lƣợng riêng của hà bám : 1300 kg/m3- Sai số chiều dày do chế tạo: 5÷10% Số liệu về vật liệu làm ống: ( Nhóm 1 có mã vật liệu là E) E : X60 I. Xác định chiều dày ống theo 2 bài toán:(tính toán theo DnV2000) 1. Đƣờng ống chịu áp lực trong 2 trạng thái: a) Trạng thái thi công( thử áp lực) : Theo DnV2000 áp lực trong phải thoả mãn điều kiện sau : Pb (t1 ) Plt Pe SC . mCác đại lượng trong công thức được xác định theo DnV2000 như sau: Plt: Là áp lực thử áp lớn nhất ( pthử áp ) đƣợc xác định theo công thức: Plt = Pt + cont.g.h = Pinc. int + cont.g.h.Trong đó:Nhóm 1Lớp 53cb2 5
  6. 6. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u + Pt: Là áp lực thử ( áp lực đo đƣợc ở trên dàn, sau van điều áp). + Pinc: Là áp lực sự cố, Pinc =Pd inc=1.1x 310 at=1.1x310x1.03x105=3.51x107 Pa ( 1at = 1.03x105 Pa)( Trong đó inc: Là tỉ số giữa áp lực sự cố và áp lực thiết kế. Theo DnV 2000 inc=1.05 1.10. Ở đồ án này ta lấy inc=1.10 cho tất cả các trường hợp) + int: Là tỉ số giữa áp lực thử và áp lực sự cố. Theo DnV 2000 int=1.05 1.10. Ở đồ án này ta lấy int=1.05 . + h: Là độ chênh cao giữa các điểm đo áp lực (điểm trên sàn chịu lựccủa dàn do tại đó mới có thiết bị để đo hay còn gọi là điểm tham chiếu) và điểmtính toán trong đồ án này (tâm ống). điểm tham chiếu h điểm xét seabad Do Plt là áp lực lớn nhất nên giá trị “ h” ở đây phải là giá trị lớn nhất nên hmax = do + d1 + d2 + ηHmax +∆ - D/2 Trong đó: - do= độ sâu nƣớc tại tuyến ống = 44m - d1= biên độ triều = 1.67mNhóm 1Lớp 53cb2 6
  7. 7. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u - d2= nƣớc dâng do bão=1.42m - η= hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng=0.7 ( trong đồ án coi là Lýthuyết sóng Stockes bậc 5). - Hmax=chiều cao sóng lớn nhất với chu kỳ lặp 10 năm, trong đồ ánlà chiều cao sóng đáng kể Hs=7m ( với hướng NE). - ∆= độ tĩnh không=1.5÷2, ở đây chọn 1.7 - D= đƣờng kính ngoài của ống=356mm=0.356m => hmax = 44+1.67+1.42+0.7x7+1.7-0.356/2=53.512m + cont: Là mật độ chất chứa trong ống( chất vận chuyển). Đƣờng ốngvận chuyển nƣớc ép vỉa cont= 1025kg/m3 + g: là gia tốc trọng trƣờng, g = 9.81(m/s2).  Plt = 3.51x108x1.05 + 1025x9.81x53.512=3.69x107 Pa Pe:Là áp lực ngoài (Trong trƣờng hợp này tính với Pmin) Pe= . h + : Là trọng lƣợng riêng của nƣớc biển. =1025kG/m3 + h: Là độ chênh cao giữa các điểm tính áp lực với mặt nƣớc, do Peđƣợc tính với áp lực nhỏ nhất nên giá trị “h” phải là nhỏ nhất: hmin = do - ηHmax - D/2 = 44-0.7x7-0.356/2=38.922m  Pe = 1025x38.922=39947.05 kG/m2=3.99x105Pa Pb(t1): Là áp lực trong giới hạn mà đƣờng ống chịu, xác định theo công thức 5.15 DnV 2000: Pb(x)=Min[Pb,s(x);Pb,u(x)].Trong đó:Nhóm 1Lớp 53cb2 7
  8. 8. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u + Pb,s(x): Khả năng chịu lực trong của đƣờng ống theo trạng thái giới hạnchảy dẻo (Công thức 5.16 DnV 2000): 2.x 2 Pb,s(x)= fy. . D x 3 + Pb,u(x): Khả năng chịu lực trong của đƣờng ống theo trạng thái giới hạn phávỡ do ứng suất vòng (Công thức 5.17 DnV 2000): 2.x fu 2 Pb,u(x)= . . . D x 1.15 3Trong đó: + fy: Là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất sử dụng trong thiết kế. + fu: Là ứng suất kéo nhỏ nhất . ( Tra bảng tƣơng ứng với thép API X60).Đƣợc xác định theo công thức: fy=(SMYS –fy,temp). U fu=(SMTS –fu,temp). U. A + fy,temp, fu,temp: Là các giá trị giảm ứng suất chảy dẻo và giá trị giảm ứng suấtkéo do nhiệt độ. Tra theo đồ thị 5.1 DnV2000. + SMYS : Là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất đặc trƣng thép ống. + SMTS: Là khả năng chịu kéo nhỏ nhất của thép ống. (Tra bảng 12-4 tƣơng ứng với thép API X60).+/ Nhận xét về thép API X60: - Thành phần hợp kim trong thép chủ yếu là C vàMn. Từ đó tra đồ thị 5.1 DnV2000 với nhiệt độ = 55℃, ta đƣợc :Nhóm 1Lớp 53cb2 8
  9. 9. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u fy,temp =5 Mpa =5x103 kN/m2, fu temp=0 kN/m2 Tra bảng 3B trang 38 tài liệu “ Specification for Line Pipe” ta tính đƣợc các giá trịfy và fu nhƣ trong bảng sau: Thép API 5X60 2 SMYS (kN/m ). SMTS (kN/m2). fy (kN/m2). fu (kN/m2). 414x103 517x103 392.64x103 496.32x103 Với : + U = Là hệ số cƣờng độ vật liệu lấy trong điều kiện thông thường, trabảng 5.1 ta có U = 0.96 + A= Là hệ số kể đến sự làm việc không đẳng hƣớng của vật liệu, A = 1( coi nhƣ vật liệu làm việc đẳng hƣớng ).Nhóm 1Lớp 53cb2 9
  10. 10. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u + x: Chiều dày tính toán t1 hoặc t2 (Tuỳ vào các trƣờng hợp làm việc cụthể của tuyến ống), ở đây đang tính cho trƣờng hợp thử áp nên: x=t1=t-tfabĐể so sánh Pb,s(x) và Pb,u(x) ta so sánh fy và fu/1.15, ta có: fu/1.15 = 496.32x103/ 1.15 = 431.58x103 > fy =392.64x103  Pb,s(x) < Pb,u(x) Do vậy ta lấy Pb(t1) = Pb,s(x) để tính toán. SC: Là hệ số độ bền theo cấp an toàn đƣợc lấy theo 5 bảng (bảng 2.1,2.2,2.3,2.4,5.5) Để biết đƣợc đoạn đƣờng ống ta đang thiết kế thuộc loại cấp an toàn nào,chủ yếu dựa vào vị trí đoạn ống và chất vận chuyển bên trong. Ta xác định cấp antoàn từ các bảng 2.1, bảng 2.2, bảng 2.3 và bảng 2.4. Đối với đồ án đang thiết kế, chất vận chuyển là nước ép vỉa => A Bảng 2.1 :Phân loại chất vận chuyển.Loại Định nghĩa A Các chất không cháy có nguồn gốc từ nước ( ví dụ : Nước…) B Các chất cháy đƣợc hoặc chất độc ở dạng chất lỏng trong điều kiện nhiệt độ và áp suất khí quyển. Ví dụ nhƣ các sản phẩm của dầu mỏ, methanol C Các chất không cháy đƣợc hoặc không độc ở dạng khí trong điều kiện nhiệt độ và áp suất khí quyển. Ví dụ nhƣ : CO2 , không khí … D Các chất không độc, 1 pha ở dạng khí tự nhiên E Các chất lỏng cháy đƣợc hoặc độc có dạng là chất khí trong điều kiện nhiệt độ và áp suất khí quyển và có thể chuyển từ dạng khí sang dạng lỏng.Ví dụ : gas lỏng tự nhiên , ammonia …Nhóm 1Lớp 53cb2 10
  11. 11. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Mặt khác tuyến ống nằm ở cả vùng 1 và vùng 2. Ta phải tính cho cả 2 vùngriêng rẽ: Bảng 2.2 : Phân loại vùng. Vùng Định nghĩa 1 Vùng dọc tuyến ống không có hoạt động của con ngƣời. 2 Vùng gần ống đứng hoặc gần dàn, có hoạt động của cong ngƣời. Phạm vi của vùng 2 xác định dựa trên sự phân tích rủi ro của đƣờng ống, nhỏ nhất là cách dàn 500 m. Bảng 2.3: Phân loại cấp an toàn. Cấp an toàn Định nghĩa. Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hƣởng tới con ngƣời ít, ảnh Thấp hƣởng môi trƣờng không nghiêm trọng, ảnh hƣởng thấp đối với kinh tế. Thƣờng phân loại cho trạng thái lắp đặt Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hƣởng tới con ngƣời lớn, ảnh hƣởng tới môi trƣờng nghiêm trọng, rất ảnh hƣởng đối với Vừa kinh tế hoặc hậu quả chính trị. Thƣờng phân loại cho trạng thái vận hành đối với vùng bên ngoài dàn. Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hƣởng tới con ngƣời lớn, ảnh hƣởng tới môi trƣờng nghiêm trọng, hậu quả to lớn đối với Cao kinh tế hoặc chính trị. Thƣờng phân loại cho trạng thái vận hành đối với vùng 2.Nhóm 1Lớp 53cb2 11
  12. 12. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Bảng 2.4: Phân loại cấp an toàn. Loại chất A,C Loại chất B,D và E. Giai đoạn Loại vị trí Loại vị trí 1 2 1 2 Tạm thời Thấp Thấp Thấp Thấp Vận hành. Thấp Vừa Vừa Cao. Bảng 5.5: Bảng tra hệ số sc sc Cấp an toàn Thấp Vừa Cao Áp lực trong 1.046 1.138 1.308 Trƣờng hợp khác 1.04 1.14 1.26 Nhƣ vậy trong đồ án này hệ số sc đƣợc lấy theo 4 trƣờng hợp: SC Vùng/Trạng thái Vùng1 Vùng2 Thi công 1.046 1.046 Vận hành 1.046 1.138 m: Là hệ số độ bền vật liệu đƣợc lấy theo bảng 5-4. Từ bảng 5.4 DnV2000 ta có m = 1.15 cho các trạng thái SLS, ULS, ALS(Trạng thái giới hạn vận hành, cực hạn và khi xảy ra sự cố). Trong trƣờng hợp thicông thì sử dụng ở trạng thái SLS( trạng thái vận hành bình thƣờng). Thay các giá trị trên vào điều kiện kiểm tra ta đƣợc:Nhóm 1Lớp 53cb2 12
  13. 13. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u 1 2t1 2 356.72x105 – 387470.5= 392.64 x106 x 1.046 x1.15 0.356 t1 3 ( Trong điều kiện thử áp thì vùng 1 và vùng 2 như nhau, nên SC sẽ được lấy vớihệ số thấp)  t1 ≥ 0.0166(m) Ta có chiều dày thực tế trạng thái thử áp lực: t1 = t - tfab =t-0.05t=0.95t => t = t1 + tfab ≥ 0.0166/0.95 = 0.0175(m) Trong đó tfab là sai số do chế tạo, theo đề bài ra thì tfab=5%t Vậy chiều dày ống thiết kế tính cho trƣờng hợp thử áp là : t =17.5(mm). b) Trạng thái vận hành( khai thác) : Theo DnV2000 áp lực trong phải thoả mãn điều kiện sau : Pb (t2 ) Pli Pe SC . mCác đại lượng trong công thức được xác định theo DnV2000 như sau: Pli: Là áp lực sự cố lớn nhất, đƣợc tính theo công thức sau: Pli = Pi + cont.g.h = Pd. inc + cont.g.h. Trong đó: + Pd: Là áp lực thiết kế.Nhóm 1Lớp 53cb2 13
  14. 14. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Các giá trị Pe , Pb (t2 ) , m , SC cũng nhƣ trƣờng hợp thử áp, nhƣng bề dày ống còn phải cộng thêm thành phần ăn mòn nữa. x = t2=t- ( tcorr+ tfab) Trong đó: t : chiều dày thiết kế của tuyến ống tfab: Chiều dày do sai số trong chế tạo: tfab tcorr: Chiều dày do ăn mòn, tcorr = 3 mm do chất vận chuyển là nƣớc ít ăn mòn.Ngoài ra thành phần Pe= . h, với h= do - ηHmax - D/2Trong đó Hmax=Hs=8.6m( với chu kỳ lặp 100 năm cho trường hợp vận hành)  Pe = 3.87x105Pa và Pli= 3.57x107Pa Thay các giá trị vào biểu thức kiểm tra ta đƣợc : Vùng 1: SC =1,046 , m = 1,15 => t2 ≥ 0.01429(m)=> t = t2 + tfab + tcorr ≥ 0.01429+0.05t+0.002 => t≥ 0.01715(m). Vùng 2 : SC =1,138 , m = 1,15 => t2 ≥ 0.0155(m)=> t = t2 + tfab + tcorr ≥ 0.0155+0.05t+0.002 => t≥ 0.0184(m).Vậy với chiều dày t=18.5mm sẽ thỏa mãn điều kiện chịu áp lực trong Dựa vào bảng 6C-API 5L(trang 48) ta chọn được chiều dày đường ống thiếtkế : 18.8(mm). 2. Điều kiện ổn định đàn hồi của đƣờng ống: a) Ổn định cục bộ :Nhóm 1Lớp 53cb2 14
  15. 15. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Hiện tượng mất ổn định: Khi áp lực bên ngoài cao hơn áp lực bên trong ống, ứng suất vòng có dấuâm và gây nén vỏ ống theo phƣơng chu vi. Tới một gới hạn nhất định, ứng suất nàygây oằn ống trên tiết diện ngang, thƣờng xảy ra dƣới dạng vết lõm. Về bản chất thìhiện tƣợng này tƣơng tự nhƣ hiện tƣợng mất ổn định của thanh Ơle nhƣng xảy ratrên chu vi ống tại một tiết diện cục bộ. Cần phân biệt hiện tƣợng này với hiệntƣợng 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 ngoài, thƣợng xét là áp lực thủytĩnh. Công thực tính toán : (Theo DnV2000)Điều kiện gây mất ổn định cục bộ của tuyến ống theo DnV_2000 là: Pc Pe 1,1. m . SCTrong đó:- Pe: Là áp lực ngoài lớn nhất. Trong trƣờng hợp này phải tính với h là độ sâunƣớc lớn nhất: Pe = . hmax , với hmax = do + d1 + d2 + ηHmax - D/2( Hmax=chiều cao sóng lớn nhất với chu kỳ lặp 100 năm, trong đồ án là chiều caosóng đáng kể Hs=8.6m ( với hướng NE))  hmax = 44+1.67+1.42+0.7x8.6-0.356/2=52.932mTừ đó ta tính đƣợc Pe=5.43x105Pa Nhận xét : Đúng ra là Pe phải tính cho 2 trƣờng hợp là vận hành và thử áp,tƣơng ứng với chiều cao sóng với chu kỳ lặp là 100 năm và 10 năm, nhƣng thiênvề an toàn ta tính Pe với chu kỳ lặp 100 năm.- Pc: Là áp lực giới hạn gây mất ổn định cục bộ đƣợc xác định nhƣ sau:Nhóm 1Lớp 53cb2 15
  16. 16. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u D ( Pc Pel ).( P 2 c Pp 2 ) Pc .Pel .Pp f o . t2 Trong đó: D max D min- fo: hệ số ô van của ống. Theo DnV2000 thì: fo < 0.5% D (Trong đồ án này ta lấy fo = 0.005).- t2:Chiều dày tính toán của ống +/ Đối với trƣờng hợp thi công thử áp lực: t2 = t = 18.8 mm +/ Đối với trƣờng hợp vận hành : t2 = t – tcorr = 18.8 – 2 = 16.8 mm (do trongquá trình vận hành thì thiên về an toàn ta tính toán với trường hợp ống bị ăn mòn)- D = 356(mm) là đƣờng kính ống.- Pel: xác định theo công thức 5.19 tiêu chuẩn DnV_2000 t 2E ( 2 ) 3 Pel = D . 1 2 +/ E=2.1x106 kG/cm2 = 2.1x1011 Pa là môdun biến dạng đàn hồi của vậtliệu. +/ =0.3 là hệ số possion của vật liệu làm ống.- Pp: xác định theo công thức 5.20 tiêu chuẩn DnV_2000 t2 Pp 2. f y . fab . . D +/ fab: hÖ sè chÕ t¹o (b¶ng 5-3 DnV OS F101 - 2000,“Submarine pipeline systems”).Nhóm 1Lớp 53cb2 16
  17. 17. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Bảng 5-3 Ống Seamless UO&TRB UOE fab 1.00 0.93 0.85 (ở đây ta đang kiểm tra cho các đoạn ống liền. fab = 1.00) +/ fy: Là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất sử dụng trong thiết kế: fy=392.64x106Pa Để tìm đƣợc Pc ta phải tính lặp theo công thức sau: Pc * Pel * Pp * f 0*( D / t 2) Pel ( Pc 2 Pp 2 ) Pc Pc 2 Pp 2Kết quả tính toán: Trạng thái t2 (mm) Pel (Pa) Pp (Pa) Thử áp 18.8 67972219.62 41469842.7 Vận hành 16.8 48504915.16 37058157.3Ta có kết quả tính lặp để tìm Pc: Lấy Pc ban đầu =(Pel+Pp)/2Trƣờng hợp thử áp lực: Pc(Pa) Vế phải Hiệu số Sai số 54721031 182547668 127826637 233.5969 118634349 93600305 -25034045 -21.1019 106117327 97655511 -8461816 -7.97402 101886419 99367872 -2518547 -2.47192 100627146 99920531 -706614.7 -0.70221 100273838 100079468 -194370.2 -0.19384 100176653 100123494 -53159.32 -0.05307 100150074 100135558 -14515.61 -0.01449 100142816 100138854 -3961.874 -0.00396 100140835 100139754 -1081.22 -0.00108 100140294 100139999 -295.062 -0.00029Nhóm 1Lớp 53cb2 17
  18. 18. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u 100140147 100140066 -80.5209 -8E-05 100140106 100140084 -21.97369 -2.2E-05 100140095 100140089 -5.996487 -6E-06 100140092 100140091 -1.636405 -1.6E-06 100140092 100140091 -0.446565 -4.5E-07 100140091 100140091 -0.121865 -1.2E-07Vậy : Pc = 1x108 Pa Trƣờng hợp thử vận hành: Pc(Pa) Vế phải Hiệu số Sai số 42781536 1.224E+09 1.18E+09 2761.379 633461670 72707214 -5.6E+08 -88.5222 353084442 76549085 -2.8E+08 -78.3199 214816763 82413333 -1.3E+08 -61.6355 148615048 89765219 -5.9E+07 -39.5988 119190134 96480614 -2.3E+07 -19.0532 107835374 100474831 -7360543 -6.82572 104155102 102048635 -2106467 -2.02243 103101869 102530437 -571432 -0.55424 102816153 102663736 -152417 -0.14824 102739944 102699482 -40462.3 -0.03938 102719713 102708985 -10728 -0.01044 102714349 102711506 -2843.4 -0.00277 102712928 102712174 -753.561 -0.00073 102712551 102712351 -199.705 -0.00019 102712451 102712398 -52.9245 -5.2E-05 102712424 102712410 -14.0257 -1.4E-05Vậy : Pc = 1.027x108 PaĐiều kiện kiểm tra: Pc Pe ≤ 1 ,1 . m . SCNhóm 1Lớp 53cb2 18
  19. 19. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Vùng/Trạng thái Vùng 1 Vùng 2 Kiểm tra Thử áp 75680810.19Pa 75680810.19Pa TM Vận hành 77624838.82Pa 71349368.54Pa TMVậy với chiều dày ống t=18,8mm thì đƣờng ống không bị mất ổn định cục bộ. b) Ổn định lan truyền : Hiện tượng mất ổn định: Hiện tƣợng này đƣợc mô tả là dƣới áp suất ngoài cao nhất định, nếu trên ống cómột điểm đã bị mất ổn định cục bộ, thì vết lõm đó sẽ lan truyền sang các điểm lâncận dọc theo tuyến ống. Khi xảy ra hiện tƣợng này, đƣờng ống bị phá hỏng trênchiều dài lớn, gây tổn thất đáng kể và khó khăn trong việc khắc phục công trình. Công thực tính toán : (Theo DnV2000) Điều kiện để tuyến ống không bị mất ổn định lan truyền được kiểm tra theocông thức ở mục 510 quy phạm DnV_2000 : Ppr Pe m . SCTrong đó : - Ppr: Là áp lực giới hạn gây mất ổn định lan truyền, đƣợc xác định nhƣsau: t 2 2,5 Ppr = 35.fy. fab. ( ) DTính toán cụ thể nhƣ sau : Trạng thái t2 (mm) Ppr (Pa) Thử áp 18.8 8807085.522 Vận hành 16.8 6648302.852Nhóm 1Lớp 53cb2 19
  20. 20. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Kiểm tra : Vùng/Trạng Vùng 1 Vùng 2 Kiểm tra thái Thử áp 7321544.203 7321544.203 TM Vận hành 5526895.712 5080081.648 TM Vậy với bề dày ống là t=18.8mm thì đƣờng ống không bị mất ổn định lantruyền. II. Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống: 1. Hiện tƣợng mất ổn định của đƣờng ống : Trong quá trình vận hành, đƣờng ống luôn chịu tác động của điều kiện môitrƣờng nhƣ sóng, dòng chảy, sự vận chuyển của dòng cát hay dòng bùn, đặc biệt làlực đẩy nổi. Những tác động này làm cho đƣờng ống có xu hƣớng bị dịch chuyểndƣới đáy biển, trôi dạt đƣờng ống và có thể phá hủy đƣờng ống do gây quá ứngsuất. Để đƣờng ống vận hành an toàn cần thiết kế sao cho đƣờng ống không bị dịchchuyển khỏi vị trí là nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế đƣờng ống, công việc tínhtoán nhằm tìm ra đƣợc trọng lƣợng yêu cầu của đƣờng ống để ống ổn định dƣớiđáy biển trong suốt thời gian vận hành. 2. Tính toán : Việc tính toán ổn định vị trí cần đảm bảo ống ổn định tại mọi vị trí, trong mọiđiều kiện hoạt động và môi trƣờng. Do đó, khi tính toán cần xét trạng thái thi côngvà trạng thái khai thác với những tổ hợp bất lợi nhất của sóng và dòng chảy. Đốivới đƣờng ống dài đi qua các vùng có số liệu môi trƣờng khác nhau hoặc đƣờngống có đổi hƣớng thì bài toán ổn định vị trí cần đƣợc thực hiện ở tất cả các vị tríđại diện. Xét một đoạn ống dài 1m chịu tác động của sóng, dòng chảy nhƣ sau :Nhóm 1Lớp 53cb2 20
  21. 21. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u S¬ ®å tÝnh æn ®Þnh vÞ trÝ ®-êng èng biÓnTrong ®ã : : Gãc nghiªng bÒ mÆt ®¸y biÓn W : Träng l-îng trong n-íc cña èng, bao gåm : vá bäc bª t«ng ( nÕu cã ), vá chèng ¨n mßn, èng thÐp, c¸c s¶n phÈm bªn trong ( DÇu , khÝ …), hµ b¸m, lùc ®Èy næi, trong đồ án là nƣớc ép vỉa. N : ph¶n lùc đáy biển tác dụng lên ống. Fr : Lùc ma s¸t giữa bề mặt đáy biển và đƣờng ống. FD : Lùc c¶n vËn tèc. FI : Lùc qu¸n tÝnh. FL : Lùc n©ng.U :VËn tèc cña phÇn tö chÊt láng trong líp biªn (tõ 1®Õn 3m tÝnh tõ ®¸y biÓn lªn), trong đồ án thì yo=1m. Tính toán ổn định vị trí của đƣờng ống dƣới đáy biển đƣợc xét trong hai trƣờnghợp sau :Nhóm 1Lớp 53cb2 21
  22. 22. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Giai đoạn 1 : Điều kiện ống mới đƣợc lắp đặt xong. Trong điều kiện này, ống ổn định đƣợc thƣờng tính trong điều kiện sóng-dòngchảy 1 năm, đƣờng ống chƣa có hà bám, chất trong ống là không khí hoặc nƣớcbiển. Trong đồ án không có số liệu sóng 1 năm nên ta lấy số liệu sóng 10 năm đểtính toán. Giai đoạn 2 : Điều kiện vận hành. Trong điều kiện này, ổn định vị trí của đƣờng ống thƣờng đƣợc tính trong điềukiện sóng-dòng chảy tần suất xuất hiện là 100 năm. Lƣu ý tổ hợp giữa sóng vàdòng chảy có hai lựa chọn : +/ TH 1 = Sóng max(100 năm) + dòng chảy vuông góc(10 năm). +/ TH2 = Sóng vuông góc(10 năm) + dòng chảy max(100 năm). Do hƣớng sóng và hƣớng dòng chảy hợp với nhau 1 góc không quá 45 độ, nên tasẽ lấy hƣớng sóng, dòng chảy là trội để làm mốc và chọn hƣớng dòng chảy, sóngcòn lại hợp với hƣớng sóng, dòng chảy trội gần nhất 1 góc nhỏ hơn 45 độ.Nhóm 1Lớp 53cb2 22
  23. 23. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Tuyến ống thiết kế a) Phương pháp 1: Theo tµi liÖu DnV RPE - 305 - 1988, “On bottom stability design of submarine pipelines” Theo tµi liÖu DnV RPE - 305 - 1988, “On bottomstability design of submarine pipelines”, ®Ó ®­êng èngæn ®Þnh d-íi t¸c ®éng cña m«i tr-êng th× träng l-îngèng d-íi n-íc tÝnh cho mét ®¬n vÞ dµi ph¶i tho¶ m·n®iÒu kiÖn: WS γ st FL .μ FD FI FWNhóm 1Lớp 53cb2 23
  24. 24. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u (FD FI ) μFL FW Ws . μ γstTrong ®ã: WS: träng l-îng èng trong n-íc gåm träng l-îng èng thÐp, líp bª t«ng gia t¶i, líp bäc chèng ¨n mßn vµ träng l-îng chÊt vËn chuyÓn trong èng. FW: hÖ sè hiÖu chØnh phô thuéc vµo hÖ sè Keulegan-Carpenter (K) vµ M tû lÖ gi÷a vËn tèc dßng ch¶y vµ vËn tèc sãng (M), xác định theo đồ thị hình 5.12 – DnV E305 – 1988. : hÖ sè ma s¸t gi÷a èng vµ ®¸y biÓn, x¸c ®Þnh theo ®å thÞ h×nh 5.11 - DnV E305 - 1988, đối với đất cát thì =0.7Nhóm 1Lớp 53cb2 24
  25. 25. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u st : HÖ sè an toµn, kh«ng nhá h¬n 1,1. Trong đồ án lấy st 1.2 FL: lùc n©ng g©y ra bëi sãng vµ dßng ch¶y, (N/m) 1 FL = . W.CL.D.(US.cos( ) + UD)2 2 FD: lùc c¶n vËn tèc, (N/m)Nhóm 1Lớp 53cb2 25
  26. 26. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u 1 FD = . W.CD.D.(US.cos( ) + UD). 2 US. cos( ) UD FI: lùc qu¸n tÝnh, (N/m) D2 FI = . W.CM.AS.sin( ) 4 W: mËt ®é nƣớc biÓn, W = 1025 kg/m3. D: ®-êng kÝnh ngoµi cña èng (bao gåm c¶ líps¬n phñ, líp bäc bª t«ng, ...), ở đây ta chọn bằng đƣờng kínhngoài của ống. CL: hÖ sè lùc n©ng = 0,9. CD: hÖ sè lùc c¶n = 0,7. CM: hÖ sè khèi l-îng n-íc kÌm = 3,29. : gãc pha.Nhóm 1Lớp 53cb2 26
  27. 27. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u U s .Tu K D Trong đồ thị trên thì : UD M US + US : Vận tốc sóng đáng kể + UD : Vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc với trục ống . + Tu : Tra theo đồ thị 2.2 DnV E305 thông qua tỷ số Tn/Tp ; Tp là chu kỳ d sóng, Tn , ở đây d , g là độ sâu nƣớc tại vị trí xây dựng công trình và gia g tốc trọng trƣờng .Nhóm 1Lớp 53cb2 27
  28. 28. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Trình tự tính toán bài toán ổn định vị trí – phương pháp đơn giản hóa ( simplified method – DnV RPE – 305)  Bước1 : Xác định vận tốc, gia tốc sóng đáng kể theo hướng sóng tính toán. Xác định các thông số Tn . Xác định US*: Vận tốc sóng tác dụng vuông góc với trục ống không kể đến yếu tố giảm của hƣớng truyền sóng, dùng đồ thị 2.1 DnV E305. Do biển Việt Nam là biển mở, phổ sóng tính toán thích hợp là phổ Pierson Moskowits do đó khi tra đồ thị 2.1 ta lấy các giá trị trên đƣờng = 1 .Nhóm 1Lớp 53cb2 28
  29. 29. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Xác định đƣợc vận tốc sóng đáng kể tác động vuông góc với trục ống US và gia tốc sóng ứng với chiều cao sóng đáng kể AS. US = U*.R US AS = 2 TU Trong tính toán, US và AS là theo hƣớng sóng tính toán. Để tính toán ổn định vị trí cần chiếu các đại lƣợng này lên phƣơng vuông góc với trục ống : U St U S .sin (với là góc giữa hướng sóng và trục ống). ASt AS .sinNhóm 1Lớp 53cb2 29
  30. 30. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Khi đó hệ số giảm hƣớng lan truyền R = 1 ( coi là không giảm ).  Bước 2 : Xác định vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc với trục ống. Công thức xác định : Ur zr D UD * 1 .ln 1 1 z D z0 ln r 1 z0 Trong đó : Ur : Vận tốc dòng chảy ở độ sâu zr kể từ đáy biển, đó chiếu lên phƣơng vuông góc với trục ống . zr : Độ sâu tham chiếu , kể đến ảnh hƣớng của lớp biên, zr = 1 m. z0 : Hệ số phụ thuộc vào độ nhám của đáy hay tính chất nhám của đất bề mặt đáy biển . kb z0 , trong đó kb = 2,5.d50 30 kb : Hệ số Mikurade d50 : Kích thƣớc hạt trung bình của lớp địa chất đáy, đƣợc tra bảng A1_trang 32 DnV RP E305. Theo đề bài đồ án, ta có d50 = 0,135 mm.  Bước3 : Tính lặp với các góc pha khác nhau để tìm trọng lượng yêu cầu lớn nhất ( ở đây tính với 20 góc pha, mỗi góc pha chênh nhau 18 độ)  Bước4 : Xác định hệ số điều chỉnh FW .  Bước5 : Nhận xét kết quả . Tính toán cụ thể đƣợc trình bày trong bảng tính Excel và ta đƣợc kết quả tính nhƣ sau : + Trƣờng hợp vận hành : Tổ hợp 1: Sóng max(100 năm), hƣớng N+ Dòng chảy (10 năm), hƣớng NW.dDo không chọn tổ hợp có hƣớng sóng trùng với trục ống nên ta chọn hƣớng sónglớn thứ hai để tổ hợp với hƣớng dòng chảy để tính toán.Nhóm 1Lớp 53cb2 30
  31. 31. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Các thông sốHƣớng Tp Tn Tn/Tp U*s.Tn/Hs U*s Us Tu/Tp Tu N 0.785 7.4 2.1909 0.296 0.06 0.2355157 0.2355157 1.175 8.695 NW Các thông số Hƣớng As Ust Ast Ur Zo UD M K Fw N 0.17018 0.166 0.1203 NW 0.67175 0.01125 1.8332 7.783 5.752 1.006Theo bảng tính Excel ta thấy trọng lƣợng ống yêu cầu là : W*s= 1251.08(N/m) Trọng lƣợng ống ( kể cả nƣớc trong ống) là : thep 78500 N/m3 nuoc 10250 N/m3 D 0.356 m t 0.0188 m  Ws= 1563.38(N/m)Từ đấy ta thấy không cần phải gia cố cho tuyến ống vẫn đảm bảo ổn định vị trí. Tổ hợp 2: Dòng chảy max(100 năm), hƣớng SE+ Sóng (10 năm), hƣớng S.Tƣơng tự nhƣ tổ hợp 1, ta có : Các thông sốHƣớng Tp Tn Tn/Tp U*s.Tn/Hs U*s Us Tu/Tp Tu S 0.7853 7.5 2.190 0.2921 0.06 0.14240 0.1424 1.185 8.887 SE Các thông sốHƣớng As Ust Ast Ur Zo UD M K Fw S 0.1006 0.1006 0.071 SE 1.25 0.01125 3.4113 23.955 3.5551 1.006Nhóm 1Lớp 53cb2 31
  32. 32. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ uTheo bảng tính Excel ta thấy trọng lƣợng ống yêu cầu là : W*s= 3648.263(N/m) Trọng lƣợng ống ( kể cả nƣớc trong ống) là : thep 78500 N/m3 nuoc 10250 N/m3 D 0.356 m t 0.0188 m  Ws= 1563.38(N/m)Từ đấy ta thấy cần phải gia cố cho tuyến ống để ống đảm bảo ổn định vị trí. Phƣơng án đƣa ra : Bọc bê tông gia tải Đây là phƣơng pháp phổ biến nhất hiện nay do tính kinh tế và tƣơng đốithuận lợi về công nghệ. Nội dung phƣơng pháp nhƣ sau :- Chiều dày tối thiểu : 40mm.- Chiều dày tối đa : 100mm.- Cƣờng độ kháng nén tối thiểu : 40Mpa.- Độ hút nƣớc tối đa : 8% thể tích.- Trọng lƣợng riêng tối thiểu : 1900kg/m3- Thép trong bê tông có thể dùng lồng hàn từ các thanh thép hoặc sử dụng lƣới thép.- Đối với lồng thép, khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép phƣơng vòng là 120mm.- Thanh thép có đƣờng kính nhỏ nhất là 6mm.- Hàm lƣợng thép theo phƣơng vòng tối thiểu là 0,5% theo diện tích bê tông trong mặt cắt ngang.- Hàm lƣợng thép theo phƣơng dọc trục tối thiểu là 0.08% diện tích bê tông trong mặt cắt dọc trục.- Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép khuyến cáo là 15mm ( cho lớp bọc gia tải ≤ 50mm), 20mm ( cho lớp bọc gia tải > 50mm).- Khoảng cách tối thiểu từ cốt thép đến lớp bọc chống ăn mòn là 15mm.- Cần tránh mọi tiếp xúc của Anode với lƣới thép.Nhóm 1Lớp 53cb2 32
  33. 33. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Trong đồ án ta chọn lớp bọc bê tông có các đặc điểm sau : ( cho trường hợp vận hành).- Chiều dày : 60mm.- Trọng lƣợng riêng : 3040kg/m3  Khi đó trọng lƣợng ống là : Ws=3947.17(N/m ). + Trƣờng hợp thi công : Trong trƣờng hợp thi công thì ta cũng chia thành 2 tổ hợp nhƣ ở trƣờng hợp vậnhành nhƣng số liệu sóng và dòng chảy sẽ đƣợc tính với chu kỳ lặp 1 năm, do trongđồ án không có số liệu sóng 1 năm nên ta chọn số liệu sóng 10 năm để tính. Tổ hợp 1: Sóng max(10 năm), hƣớng N+ Dòng chảy (10 năm), hƣớng NW Các thông sốHƣớng Tp Tn Tn/Tp U*s.Tn/Hs U*s Us Tu/Tp Tu N 0.785 6.6 2.1909 0.3319 0.035 0.043 0.043 1.22 8.052 NW Các thông sốHƣớng As Ust Ast Ur Zo UD M K Fw N 0.0335 0.0304 0.0237 NW 0.67175 0.01125 1.83325 42.633 0.97257 1Theo bảng tính Excel ta thấy trọng lƣợng ống yêu cầu là : W*s= 1024.92(N/m) Trọng lƣợng ống ( kể cả nƣớc trong ống) là : thep 78500 N/m3 nuoc 10250 N/m3 D 0.356 m t 0.0188 m  Ws= 1563.38(N/m)Nhóm 1Lớp 53cb2 33
  34. 34. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ uTừ đấy ta thấytuyến ống ổn định vị trí. Tổ hợp 2: Dòng chảy max(10 năm), hƣớng SE+ Sóng (10 năm), hƣớng S Các thông sốHƣớng Tp Tn Tn/Tp U*s.Tn/Hs U*s Us Tu/Tp Tu NE 0.7853 7.5 2.19 0.2921 0.06 0.2355 0.235 1.185 8.8875 SE Các thông sốHƣớng As Ust Ast Ur Zo UD M K Fw NE 0.1665 0.166 0.117 SE 1.18 0.01125 3.22029 13.67 5.879 1.02Theo bảng tính Excel ta thấy trọng lƣợng ống yêu cầu là : W*s= 3518.976(N/m) Trọng lƣợng ống ( kể cả nƣớc trong ống) là : thep 78500 N/m3 nuoc 10250 N/m3 D 0.356 m t 0.0188 m  Ws= 1563.38(N/m)Từ đấy ta thấy cần phải gia cố cho tuyến ống để ống đảm bảo ổn định vị trí. Trong đồ án ta chọn lớp bọc bê tông có các đặc điểm sau : ( cho trường hợp vận hành).- Chiều dày : 60mm.- Trọng lƣợng riêng : 3040kg/m3  Khi đó trọng lƣợng ống là : Ws=3947.17(N/m ). b) Phương pháp 2: Theo Moussilli - 1981Nhóm 1Lớp 53cb2 34
  35. 35. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Đối với phƣơng pháp này thì ta chỉ cần làm cho một tổ hợp ở trƣờng hợp vậnhành và một tổ hợp ở trƣờng hợp thi công. Cụ thể nhƣ sau : Ta lấy 1 tổ hợp nguy hiểm nhất ở trƣờng hợp vận hành và thi công để tính toánvà so sánh với phương pháp 1. Ta vẫn sử dụng hình vẽ : „ Sơ đồ tính ổn định vị trí đường ống biển‟ ở trên để tínhtoán. Trọng lƣợng ống cần thiết đƣợc tính theo công thức sau : FD FI * FL Ws* * cos sin Trong đó : μ – Hệ số ma sát ngang giữa nền và bề mặt ống lấy theo bảng tra(trong đồ án thì μ=0.7, đối với cát) β – Góc nghiêng bề mặt đáy biển, trong đồ án thì β=0, khi đó trọnglƣợng ống đƣợc tính theo công thức sau : 1 Ws* FL ( FD FI )Để xác định Ws* ta đi xác định các lực FD , FI , FL ( đơn vị N/m) : 1 FD CDU e2 2 D 2 dU e FI Cm 4 dt 1 FL CL DU e2 2 Trong đó : ρ : Khối lƣợng riêng của nƣớc biển, ρ = 1025kg/m3 D : Đƣờng kính ngoài của ống ( kể cả lớp bọc ống nếu có ), m Ue :Vận tốc hiệu quả của phần tử nƣớc trong lớp biên, vận tốc xácđịnh theo hƣớng vuông góc trục ống (m/s)Nhóm 1Lớp 53cb2 35
  36. 36. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Cách xác định Ue trong tính toán thực hành nhƣ sau : 0.286 2 2 D U e 0.788U o yo Với Uo : Là vận tốc đo đƣợc hoặc tính đƣợc tại đỉnh lớp biên, với chiều cao y0 * Xác định Uo bằng cách : Uo = Vs + Vdc ( tại yo , trong đồ án thì yo=1m) CD : Hệ số cản thủy động Cm : Hệ số khối lƣợng nƣớc kèm CL : Hệ số lực nângCác hệ số thủy động trên có thể xác định theo hệ số Renol : Ue D Re với 0.926x10 6 m / s Dùng lý thuyết sóng phù hợp, có thể là Airy, Stockes hay Cnoidal để xác định Vstại yo=1m. Từ các thông số nhƣ độ sâu nƣớc, chiều cao sóng ( trong đồ án là chiều cao sóngđáng kể), chu kỳ sóng ta tra đồ thị trong API để xác định tuyến ống nằm trongvùng lý thuyết sóng nào. Nhƣng chu kỳ sóng ở đây phải là chu kỳ sóng biểu kiến(chu kỳ sóng kết hợp với dòng chảy), đƣợc xác định theo công thức trong API. " This figure provides estimates for d/gT2 > 0.01. For smaller values of d/gT2, theequation (Tapp/T) = 1 + VI gd can be used” Trong đó : VI : Là vận tốc dòng chảy. B¶ng tra c¸c hÖ sè thuû ®éng theo hÖ sè Re Re CD CL Cm Re 5*104 1.3 1.5 2.0Nhóm 1Lớp 53cb2 36
  37. 37. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u 5*104 105 1.2 1.0 2.0 105 Re 2.5*105 1.53- Re/3*105 1.2- Re/5*105 2.0 2.5*105 Re 5*105 0.7 0.7 2.5-Re/5*105 Re 5*105 0.7 0.7 1.5Nhóm 1Lớp 53cb2 37
  38. 38. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u+/ Trƣờng hợp vận hành : Xác định lý thuyết sóng : Ta dùng các thông số sóng hay dòng chảy với chu kỳ lặp 100 năm để tính toán,với hướng NE là hƣớng sóng lớn nhất, và dòng chảy hƣớng N( 10 năm). Nhƣngtrong thực tế thì hƣớng NE lại song song với trục ống nên lực sóng tác dụng lêntuyến ống là không lớn bằng trƣờng hợp sóng 10 năm hƣớng S và dòng chảy 100Nhóm 1Lớp 53cb2 38
  39. 39. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ unăm hƣớng SE. Khi đó sóng sẽ hợp với tuyến ống 1 góc 45 độ. Và dòng chảyvuông góc với tuyến ống. - Với : d = d0+d1+d2= 44+1.67+1.42=47.09 (m) ; H = Hs=3.1(m) ; T= Ts=7.5s. *Xác định chu kỳ biểu kiến Tapp : do d/gT2 = 0.085 > 0.01 nên tra bảng theoAPI, với VI/gT =0.017. Trong đó : VI : vận tốc mặt lớn nhất ứng với hƣớng sóng chủ đạo SE, đúng ra làvận tốc dòng chảy mặt, nhƣng trong đồ án ta lấy vận tốc dòng chảy cách đáy 1m. Tra bảng ta đƣợc : Tapp/T = 1.11 => Tapp = 8.325 (s). Hs 3.1 3Tra bảng với : 4.56 x10 gTapp 2 9.81x8.3252 d 47.09 0.069 gTapp 2 9.81x8.3252  Thuộc Lý thuyết sóng Stokes bậc 5. Trình tự tính toán : + Tính toán các đặc trƣng của sóng Stockes bậc 5: gT 2 4 2dChiều dài sóng ban đầu : Lo tanh( ) 2 gT 2 gT 2 2Chiều dài sóng : L (1 a 2C1 a 4C2 ) tanh( d ) 2 LTính toán vận tốc và gia tốc sóng: 1 nProfil sóng (bề mặt sóng): . Fn .Cosn (k .x .t ). k i1 F1 = a F2 = a2.F22 + a4.F24Nhóm 1Lớp 53cb2 39
  40. 40. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u F3 = a3.F33 + a5.F35 F4 = a4.F44 ; F5 = a5.F55 k.H = 2.[a + a3.F33 + a5.(F35 + F55)].Vận tốc: 5 chnkz Vx Gn cos n kx t k n 1 shnkd 5 shnkz Vz Gn cos n kx t k n 1 shnkdGia tốc: kc 2 5 ax R n sin n kx t 2 n 1 kc 2 5 az S n cos n kx t 2 n 1 F22, F24, F33, F35, F44, F55 : Các thông số hình dáng của sóng phụ thuộc d/L,tra trong bảng 3.3 trang 73 (Giáo trình Môi trƣờng biển). Gn ( n= 1 5) Đƣợc xác định theo các công thức sau: G1 = a.G11 + a3.G13 + a5.G15 . G2 = 2(a2.G22 + a4.G24 ). G3 = 3(a3.G33 + a5.G35 ). G4 = 4a4.G44. G5 = 5a5.G55. Rn ( n= 1 5) Đƣợc xác định theo các công thức sau: R1 = 2.U1 - U1. U2 – U2. U3 – V1.V2 – V2.V3. R2 = 4.U2 – U21 + V21 – 2.U1. U3 – 2.V1.V3. R3 = 6.U3 – 3.U1. U2 + 3.V1.V2 – 3.U1. U4 - 3.V1.V4.Nhóm 1Lớp 53cb2 40
  41. 41. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u R4 = 8.U4 – 2.U22 + 2.V22– 4.U1. U3+ 4.V1.V3. R5 = 10.U5– 5.U1. U4 – 5.U2. U3 + 5.V1.V4 + 5.V2.V3 . S1 = 2V1 - 3U1V2 - 3U2V1 – 5U1V3 – 5U3V2 . S2 = 4V2 - 4U1V3 - 4U3V1 . S3 = 6V3 - U1V2 + U2V1 – 5U1V4 – 5U4V1 . S4 = 8V4 - 2U1V3 + 2U3V1 + 4U2V2 . S5 = 10V5 - 3U1V4 +3U4V1 - U2V3 + U3V2 .Các giá trị Un ( n=1 5) và Vn ( n=1 5) đƣợc tính theo công thức: Ch[n.k ( z d )] Un Gn . Sh(n.k .d ) Sh[n.k ( z d )] Vn Gn . Sh(n.k .d )Vận tốc lan truyền sóng C: C=[(g/k).(1+a2.C1 + a4.C2 )th(k.d)]1/2. Tần số sóng : = C.k+ Tính toán vận tốc sóng và dòng chảy: Vận tốc sóng và dòng chảy đƣợc chiếu lênphƣơng vuông góc trục ống (Ta thực hiện trong bảng Excel).Sau tính toán ta đƣợc vận tốc sóng và dòng chảy là Uo.+ Tính toán vận tốc sóng và dòng chảy hiệu quả: U 2e 0,778 .(U 2 0 ).( D / y 0 ) 0, 286 .Tính toán hệ số Reynolds: Ue.D Re . = 0,926.10-6. (m/s)Nhóm 1Lớp 53cb2 41
  42. 42. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u+ Tính toán các hệ số CD, CL, CM, Căn cứ vào giá trị Reynolds, theo bảng 3.2 trang43 (Offshore Pipeline Design, Analysis, and Methods) .+ Tính toán các lực: FD, FI, FL. * Kết quả tính toán : Các thông số cơ bản d(m) Hs(m) Ts(s) VI(m/s) d/gT^2 V/gT Tapp/Ts Tapp(s) 47.09 3.1 7.5 1.25 0.085337 0.01698947 1.11 8.325 Vs(m/s) as(ms2) Vdc(m/s) Uo(m/s) Ue(m/s) 7.69E-01 0.0809648 1.25 2.02E+00 1.5361898 v(m/s) Re CD CL Cm FD(N/m) FI(N/m) FL(N/m) Ws*(N/m) 9.26E-07 5.91E+05 0.7 0.7 1.5 846.606 12.3908 301.391 0.7 1528.5312Trọng lƣợng ống ( kể cả nƣớc trong ống) là : thep 78500 N/m3 nuoc 10250 N/m3 D 0.356 m t 0.0188 m  Ws= 1563.38(N/m)Từ đấy ta thấytuyến ống ổn định vị trí.+/ Trƣờng hợp thi công: Xác định lý thuyết sóng : Ta lấy trƣờng hợp sóng 10 năm hƣớng S và dòng chảy 10 năm hƣớng SE để tínhtoán. Khi đó sóng sẽ hợp với tuyến ống 1 góc 45 độ. Và dòng chảy vuông góc vớituyến ống.Nhóm 1Lớp 53cb2 42
  43. 43. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp vận hành ta có tuyến ống thuộc vùng có lý thuyết sóngStockes bậc 5.* Kết quả tính toán : Các thông số cơ bản d(m) Hs(m) Ts(s) VI(m/s) d/gT^2 V/gT Tapp/Ts Tapp(s) 47.09 3.1 7.5 1.18 0.08533696 0.0160381 1.1 8.25 Vs(m/s) as(ms2) Vdc(m/s) Uo(m/s) Ue(m/s) 7.69E-01 0.080965 1.18 1.95E+00 1.4829244 v(m/s) Re CD CL Cm FD(N/m) FI(N/m) FL(N/m) Ws*(N/m)9.26E-07 5.70E+05 0.7 0.7 1.5 788.914 12.3908 280.85 0.7 1425.576Trọng lƣợng ống ( kể cả nƣớc trong ống) là : thep 78500 N/m3 nuoc 10250 N/m3 D 0.356 m t 0.0188 m  Ws= 1563.38(N/m)Từ đấy ta thấytuyến ống ổn định vị trí. Nhận xét : +/ Tính toán ổn định vị trí theo 2 phƣơng pháp ta thấy có sự khác nhau, tínhtheo phƣơng pháp thực tế theo DnV thì ống bị mất ổn định nhƣng tính theoMousselli thì ống không bị mất ổn định, nguyên nhân là do tính theo phƣơng phápDnv thì họ sử dụng Lý thuyết sóng ngẫu nhiên, các đồ thị mà đƣợc sử dụng để tralà họ đã dùng phần mềm để vẽ ra nên rất sát với thực tế. Tính toán theo phƣơngNhóm 1Lớp 53cb2 43
  44. 44. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ upháp của Mousselli thì sử dụng Lý thuyết sóng tiển định, nên kết quả tính toán ra làrất thô, không sát với thực tế. +/ Trọng lƣợng ống tính ở trên là ta tính cho trƣờng hợp có chất vận chuyển ởbên trong ống, nhƣng trong thực tế thì có những trƣờng hợp ống không có chất vậnchuyển ở bên trong thì khi đó ống sẽ nguy hiểm do có lực đẩy nổi, làm ống mất ổnđịnh. Từ kết quả tính ở các trƣờng hợp ở bên trên thì ta lấy trƣờng hợp phải bọcống bằng bê tông gia tải để tính toán cho các phần sau, cụ thể nhƣ sau : Đặc điểm lớp bọc bê tông gia tải như sau :- Chiều dày : 60mm.- Trọng lƣợng riêng : 3040kg/m3 III. Xác định nhịp treo cho phép đối với đường ống: 1. Hiện tượng. Thông thƣờng đƣờng ống nằm tiếp xúc liên tục với đáy biển và do đó không chịu momen uốn. Tuy nhiên trong một số trƣờng hợp ống buộc phải vƣợt qua những địa hình phức tạp làm phát sinh nhịp treo trên tuyến. Các dạng địa hình thƣờng gặp là: Chƣớng ngại vật dạng lõm xuống: hào, rãnh, địa hình có sóng cát… Chƣớng ngại vật có dạng đỉnh lồi: mỏm san hô, đƣờng ống đã có trƣớc… Khi đƣờng ống có nhịp treo thì bài toán độ bền của đƣờng ống trở lên rất phức tạp. Cần phải xét các bài toán sau : Bài toán nhịp ống chịu tải trọng tĩnh, thƣờng xét các tải trọng nhƣ trọng lƣợng bản thân, lực căng dƣ trong ống khi thi công Bài toán nhịp ống chịu tải trọng động là lực thuỷ động của sóng và dòng chảy. Bài toán cộng hƣởng dòng xoáy của nhịp ống. Bài toán ổn định tổng thể.Nhóm 1Lớp 53cb2 44
  45. 45. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Bài toán mỏi. Các bài toán trên là tƣơng đối quen thuộc. Tuy nhiên với công trình đƣờng ốngthì khá phức tạp do nhiều lý do nhƣ sau: Tính đa dạng của biên liên kết. Tính phi tuyến của đất nền. Ảnh hƣởng của phi tuyến hình học. Ảnh hƣởng của nhiệt độ, ma sát và lực căng dƣ trong ống. Trong phạm vi đồ án này ta chỉ xét nhịp treo của đƣờng ống với hai bài toán sau: Bài toán tĩnh ( kiểm tra độ bền của đƣờng ống khi qua hố lõm) Bài toán động ( bài toán cộng hƣởng dòng xoáy) 2. Bài toán tĩnh ( Kiểm tra độ bền của đường ống khi đi qua hố lõm). Có hai dạng địa hình đặc biệt thƣờng gặp là hố lõm và đỉnh lồi , tải trọng là trọng lƣợng bản thân của ống trong nƣớc và lực căng còn dƣ trong ống. Vấn đề khó khăn nhất là xây dựng đƣợc mô hình đƣợc liên kết giữa ống và đất nền tại hai đầu nhịp. Trong thực tế liên kết giữa hai đầu nhịp rất đa dạng nhƣ ống dựa hoàn toàn trên nền, ống vùi một phần trong nền hoặc vùi hoàn toàn trong nền v.v… Mặt khác sự làm việc của đất nền dƣới ống thực chất là đàn dẻo hay đàn hồi phi tuyến. Rất khó có thể đƣa ra công thức tính toán chung cho một trƣờng hợp. Các nghiên cứu trƣớc đây dựa theo mô hình hóa sự làm việc của nền đất bằng các lò xo, sử dụng máy tính điện tử đã xây dựng đƣợc các đồ thị cho phép nhanh chóng xác định đƣợc các đặc trƣng của nhịp, ứng suất lớn nhất trên ống và biến dạng tƣơng ứng. Các đồ thị này có thể dùng để tính toán sơ bộ bài toán tĩnh của đƣờng ống vƣợt qua địa hình phức tạp. a. Trạng thái ống qua hố lõm đƣợc mô tả nhƣ hình vẽ :Nhóm 1Lớp 53cb2 45
  46. 46. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Các hố lõm ở mỏ Bạch Hổ từ 60÷100m, nếu ta tính đƣợc chiều dài cho phép Lcủa đƣờng ống mà nhỏ hơn khoảng cách các hố lõm ở trên thì ta phải có biện phápnhƣ đặt bao cát vào giữa để làm giảm nhịp hoặc cũng có thể tránh hố ra (làm cầuvƣợt ). Xét hình dáng của ống khi đi qua hào nhƣ hình vẽ trên. Ta nhận thấy có 2 vùngcách biệt dùng để định rõ hình dạng của ống : Vùng 1 : Đoạn nhịp ống ở chỗ trũng , chiều dài L Vùng 2 : Đoạn nhịp ống ngoài chỗ trũng , chiều dài l Sơ đồ trên là sơ đồ đối xứng, ứng suất lớn nhất xẩy ra ở mép hào ( m ) Tra đồ thị 3.19 trong tài liệu: “ Offshore pipeline Design Analysis and Methods” theo các đại lƣợng vô hƣớng xác định đƣợc ứng suất lớn nhất trong nhịp m . Các đại lƣợng vô hƣớng đƣợc sử dụng : T  Lực kéo vô hƣớng : W .Lc EJ  Chiều dài đặc trƣng : Lc 3 W E.C  ứng suất đặc trƣng : c Lc Trong đó :Nhóm 1Lớp 53cb2 46
  47. 47. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u - W: Trọng lƣợng của ống dƣới nƣớc trên một đơn vị chiều dài . - E : Môđun đàn hồi của vật liệu làm ống. - J : mômen quán tính của tiết diện ống, J Do4 Di4 64 - C: bán kính ngoài của ống (không kể đến hà bám, bê tông bọc…) - T: lực căng ống do thi công, ở đây T = 12(T).(Đối với tầu Côn Sơn). b. Tính toán. +/ Bài toán xuôi : Cho trƣớc chiều dài cho phép của đƣờng ống khi đi qua hốlõm( có sẵn địa hình), từ đó tính đƣợc σmax +/ Bài toán ngƣợc : Lấy max , từ đó tính đƣợc chiều dài cho phép củatuyến ống, trong bài toán này thì cần xét σmax ( ứng suất lớn nhất xảy ra ở méphào). Ở đây lấy bằng ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất sử dụng trong thiết kế (fy), phụthuộc vào loại thép làm ống. Trong đồ án thì ta làm theo bài toán này. fy = (SMYS-fy,temp).αU σ* SMYS : Là khả năng chịu kéonhỏ nhất đặc trƣng thép ống. SMTS 2* fy,temp : Là giá trị giảm ứng suất SMYS 1 chảy dẻo do nhiệt độ.* Tra lần lƣợt các đồ thị 3.19, 3.20, 3.22 trong tài liệu " Offshore pipeline Design Analysis and Methods” εta lần lƣợt tìm đƣợc các giá trị L ( độ võng giữa nhịp), l (chiều dài nhịp phụ).Nhóm 1Lớp 53cb2 47
  48. 48. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ uNhóm 1Lớp 53cb2 48
  49. 49. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Để ống không bị phá hoại khi đi qua hào thì ứng suất chính trong ống phải nhỏhơn ứng suất cho phép đã nói ở trên. Lƣu ý rằng ứng suất tính đƣợc từ các đồ thịtrên chỉ là thành phần ứng suất đọc trục do uốn. Nếu ống chịu áp lực thì cần kể đếncả thành phần ứng suất vòng. 2 2 C max H L H L (*) Trong đó : +/ σCmax : Ứng suất tổ hợp lớn nhất theo Von Mises. +/ σH : Ứng suất vòng do áp lực ( do chất lỏng trong ống gay ra) D H ( pi pe ) 2t Với Pi là áp lực sự cố, Pi = Pdγinc +/ σL : Ứng suất dọc trục do momen uốn ( ứng suất đơn), ở đâyta tính nhƣ sau : T σL= m ANhóm 1Lớp 53cb2 49
  50. 50. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u +/ A : Diện tích mặt cắt thép ống +/ T : Lực căng ống do thi công Nếu ứng suất tổ hợp lớn nhất theo Von Mises mà nhỏ hơn ứng suất cho phép củathép làm ống thì chiều dài nhịp tra đƣợc từ đồ thị là giá trị cho phép tuyến ống vƣợtqua, nếu không thỏa mãn thì ta phải gia cố bằng các biện pháp đã nêu ở trên để chochiều dài nhịp nhỏ lại. Kết quả tính toán cụ thể nhƣ sau :* Giai đoạn vận hành : Các thông số cơ bản C(m) J(m^4) T(N) Lc(m) c(N/m2) 0.178 0.0002839 120000 2.28028299 33.66104185 1.11E+09 Các tỉ số tra đồ thị m(N/m^2) L/Lc l/Lc m/ c 3.93E+08 2.4 1.19 3.54E-01 Các giá trị tính toán Kiểm L(m) l(m) m(N/m2) C(N/m2) (N/m2) L(N/m2) Cmax(N/m2) (N/m2) tra80.786 40.056 3.93E+08 1.11E+09 3288789 3.94E+08 3657159 3.93E+08 TM +/ Nhận xét : Ta thấy chiều dài cho phép của tuyến ống đi qua hố lõmL = 80.786m nằm trong khoảng hố lõm ngoài thực tế của mỏ Bạch Hổ là từ60÷100m nên ta cần có biện pháp gia cố cho tuyến ống, khi đó ta cần khảo sátthực tế xem tuyến ống của mình có đi qua hố lõm nào lớn quá giá trị tính toánkhông, để thiên về an toàn và tránh sự biến đổi địa chất đáy biển thì ta nên gia cốcho tuyến ống bằng cách đặt bao cát vào giữa tuyến ống để giảm nhịp treo củatuyến ống.* Giai đoạn thi công :Nhóm 1Lớp 53cb2 50
  51. 51. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Đối với trƣờng hợp thi công thì chiều dài tuyến ống qua hố lõm cho phép vẫngiống trƣờng hợp vận hành, chỉ khác ở chỗ kiểm tra tuyến ống có bị phá hoại haykhông, nói cách khác là ứng suất vòng ở trƣờng hợp này khác trƣờng hợp vậnhành, nên cần kiểm tra. Các giá trị tính toán Kiểm L(m) l(m) m(N/m2) C(N/m2) (N/m2) L(N/m2) Cmax(N/m2) (N/m2) tra80.786 40.056 3.93E+08 1.11E+09 32877025 3.94E+08 36567677 3.93E+08 TM 3. Bài toán động ( Bài toán cộng hưởng dòng xoáy). Khi dßng ch¶y c¾t ngang mét nhÞp èng, c¸c xo¸y xuÊthiÖn sau tiÕt diÖn ngang. C¸c xo¸y nµy g©y dßng ch¶ynhiÔu lo¹n vµ kh«ng æn ®Þnh sau èng. Dßng xo¸y dÉn ®Õnsù biÕn ®æi cã chu kú cña ¸p lùc thuû ®éng lªn èng vµlµm èng rung ®éng. Chu kú cña dßng xo¸y phô thuéc ®-êng kÝnh ngoµi D vµvËn tèc dßng ch¶y V H- í ng dßng ch¶y èng Xo¸ y Dao ®éng x¶y ra theo c¶ hai ph-¬ng, ph-¬ng vu«nggãc víi dßng ch¶y vµ ph-¬ng trïng víi h-íng dßng ch¶y.C¸c nghiªn cøu cho thÊy ®-êng èng b¾t ®Çu dao ®éng theoNhóm 1Lớp 53cb2 51
  52. 52. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ uph-¬ng däc dßng khi tÇn sè dßng xo¸y ®¹t kho¶ng 1/3 tÇnsè dao ®éng riªng cña nhÞp. NÕu tèc ®é dßng ch¶y t¨ng®Õn møc cao, tÇn sè dao ®éng cña dßng xo¸y xÊp xØ tÇnsè dao ®éng riªng cña nhÞp vµ dao ®éng ngang dßng xuÊthiÖn. Lóc nµy, trªn nhÞp èng x¶y ra hiÖn t-îng dao ®éngcéng h-ëng g©y chuyÓn vÞ vµ øng suÊt rÊt lín dÉn tíiph¸ huû èng. Theo Offshore Pipeline Design Alalysis and Methods,®iÒu kiÖn ®Ó kh«ng x¶y ra hiÖn t-îng céng h-ëng lµ: fV 0,7.fnTrong ®ã: - fV : TÇn sè cña dßng xo¸y: St .Vdc fV Dn St : Sè Stroulhal phô thuéc vµo hÖ sè c¶n vËn tèc CD: 0,21 St 0,75 cD CD : HÖ sè c¶n vËn tècNhóm 1Lớp 53cb2 52
  53. 53. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Vdc : VËn tèc dßng ch¶y trung b×nh trªn nhÞp ®ang xÐt Dn : §-êng kÝnh ngoµi cña èng : - Trong phÇn lín tr-êng hîp, sè stroulhal cã thÓ lÊy b»ng 0,2. - TÇn sè dao ®éng riªng cña nhÞp èng (Hz): C E.I fn 2 . L M - L : ChiÒu dµi nhÞp èng; - E: M«dul ®µn håi cña vËt liÖu thÐp èng; - C: H»ng sè phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn liªn kÕt hai ®Çu cña èng: Hai ®Çu liªn kÕt lµ khíp: C = 1,57 Hai ®Çu liªn kÕt lµ ngµm: C = 3,50 - I: M« men qu¸n tÝnh; - M: Khèi l-îng tæng céng trªn mét ®¬n vÞ chiÒu dµi cña èng (kÓ c¶ chÊt vËn chuyÓn, vá bäc, hµ b¸m, n-íc kÌm ...) +/ Ảnh hưởng của tuyến ống khi chịu ảnh hưởng của dòng xoáy: Khi tuyến ống mà bị dịch chuyển thì đƣờng ống sẽ dễ bị ăn mòn hơn, va chạmvới các đƣờng ống có trƣớc. Sẽ có 2 dao động theo 2 phƣơng ngang và dọc, theo phƣơng ngang lớn gấp 10lần theo phƣơng dọc. Thông thƣờng theo phƣơng ngang bằng (1÷2)D, còn theophƣơng dọc bằng (1/10÷1/5)D, trong đó D là đƣờng kính ngoài của ống. Trong phạm vi đồ án thì các giá trị môdun đàn hồi (E), mômen quán tính (I)trong các công thức tính toán trên ta chỉ tính cho phần thép ống, bỏ qua thành phầnbê tông bọc gia tải. Tính toán cụ thể trong bảng tính Excel và ta đƣợc kết quả nhƣ sau: Để tính toán cho trƣờng hợp cộng hƣởng dòng xoáy thì ta chọn số liệu hƣớngsóng và dòng chảy trong trƣờng hợp kiểm tra ổn định vị trí của tuyến ống để tínhNhóm 1Lớp 53cb2 53
  54. 54. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ utoán( trƣờng hợp mà trọng lƣợng tuyến ống yêu cầu lớn nhất, tức là trƣờng hợpnguy hiểm nhất đối với đƣờng ống). Do tuyến ống ngoài thực tế không phải là đƣờng thẳng nên ta phải phân chiađƣờng ống ra thành đoạn để tính toán, trong phạm vi đồ án thì ta chỉ tính toán cho1 điểm đặc trƣng. +/ Trƣờng hợp vận hành:Hƣớng sóng và dòng chảy tính toán là: “Dòng chảy 100 năm hướng SE + Sóng 10 năm hướng S” - Tần số của dòng xoáy : Tần số của dòng xoáy Dn(m) Vdc(m/s) CD St fv(Hz) 0.356 1.25 0.7 0.27440737 0.96350901- Tần số dao động riêng của nhịp ống : Khối lượng tổng cộng trên 1m chiều dài ống ρh(kg/m3) thb(m) tbt(m) Dhb(m) Cam M1(kg) M2(kg) M3(kg) M4(kg) M(kg) 1300 0.03 0.06 0.536 0.2 156.338 61.9961 46.2569 81.6132 346.209 Tính toán chiều dài cho phép của nhịp ống C E(N/m2) I(m4) M(kg) fv(Hz) L(m) 1.57 2.10E+11 0.0002839 346.203988 0.96350901 21.75704156 +/ Trƣờng hợp thi công:Hƣớng sóng và dòng chảy tính toán là: “Dòng chảy 10 năm hướng SE + Sóng 10 năm hướng S” - Tần số của dòng xoáy : Tần số của dòng xoáy Dn(m) Vdc(m/s) CD St fv(Hz) 0.356 1.18 0.7 0.274407 0.9095525Nhóm 1Lớp 53cb2 54
  55. 55. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u Tính toán chiều dài cho phép của nhịp ống C E(N/m2) I(m4) M(kg) fv(Hz) L(m) 1.57 2.10E+11 0.000284 346.204 0.9095525 22.393081Kết luận : Nhịp lớn nhất để không gây ra hiện tƣợng cộng hƣởng dòng xoáy là : L = 21.75 m.* Nhận xét: Từ nhịp treo cho phép cộng hƣởng trên, kết hợp với nhịp treo chophép trong trƣờng hợp đi qua hố lõm thì ta nên gia cố cho tuyến ống bằng cácphƣơng pháp đã nêu ở trên. IV. Phương án chống ăn mòn cho đường ống: 1. Tổng quan Theo số liệu quản lý và giám sát trong công nghiệp dầu khí của cơ quan giám sát công nghệ quốc gia Nga về những nguyên nhân kỹ thuật cơ bản của các sự cố trong vận chuyển bằng đƣờng ống đƣợc tổng kết nhƣ sau: - Hỏng hóc do kết quả của các tác động ngoài (ngẫu nhiên) chiếm 33%. - Hỏng hóc trong thiết kế và lắp đặt 24% - Ăn mòn do môi trƣờng bên ngoài 20% - Hỏng hóc ống trong điều kiện sản xuất tại nhà máy 17% - Khụng tuân theo quy trình khai thác 6% Theo số liệu trên, số lƣợng các công trình đƣờng ống bị phá huỷ do các tácnhân ăn mòn bên ngoài (chƣa kể ăn mòn do tác nhân bên trong) đó là 20% và làmột con số rất đáng quan tâm trong thiết kế.M«i tr-êng trong èng: M«i tr-êng bªn trong èng phô thuéc trùc tiÕpvµo thµnh phÇn chÊt truyÒn dÉn trong èng cã tÝnh x©mthùc cao hay thÊp. VËn tèc vµ nhiÖt ®é dßng truyÒn dÉncòng cã ¶nh h-ëng trùc tiÕp ®Õn tèc ®é ¨n mßn. C¸c hîpchÊt l¾ng ®äng t¹o nªn c¸c hiÖn t-îng gØ sÐt trong èngNhóm 1Lớp 53cb2 55
  56. 56. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ ut¹o ®iÒu kiÖn cho sù ph¸t triÓn qu¸ tr×nh ¨n mßn côc bét¹i nh÷ng khu vùc nµy. Thµnh trong cña èng dÉn dÇu khÝ bÞ ¨n mßn chñ yÕubëi c¸c nguyªn nh©n sau: - L-îng khÝ H2S, CO lÉn trong dÇu khÝ. - L-îng khÝ O2… §èi víi ®-êng èng dÉn n-íc biÓn, dÇu vµ khÝ, kÕt qu¶ph©n tÝch tÝnh chÊt ho¸ lý cña n-íc biÓn cho biÕt trongn-íc biÓn cã chøa nhiÒu lo¹i muèi hoµ tan, ion clo, ionsunfat, kho¶ng 7mg/l oxy hoµ tan … §ã lµ m«i tr-êng ¨nmßn rÊt m¹nh.M«i tr-êng ngoµi èng: §-êng èng ngÇm ®Æt trùc tiÕp trong m«i tr-êngn-íc biÓn nªn tèc ®é ¨n mßn phô thuéc vµo ®Æc ®iÓm ho¸häc cña n-íc biÓn vµ vÞ trÝ cña tuyÕn èng: - §é mÆn cña n-íc biÓn. - NhiÖt ®é cña n-íc biÓn. - §iÖn trë riªng cña n-íc biÓn. - §é s©u ®¸y biÓn mµ tuyÕn èng ®i qua. 2. Chống ăn mòn bị động. Chống ăn mòn bị động là phƣơng pháp tạo sự cách li giữa vật cần chống ăn mòn với môi trƣờng có tính ăn mòn bằng các loại vật liệu bọc bên ngoài đƣờng ống. Đặc điểm của vật liệu chống ăn mòn: - Bám dính tốt, có khả năng chống lại các tác động của môi trƣờng. - Có khả năng chống lại các tác động hóa học, vật lý, và tính chống lão hoá. - Có khả năng chống lại các tác động cơ học để đảm bảo tính cách li của lớp bảo vệ.Nhóm 1Lớp 53cb2 56
  57. 57. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u - Làm việc đƣợc trong môi trƣờng nhiệt độ thiết kế. - Tính tƣơng thích hoá học với các lớp bọc khác và bản thân vật cần chống ăn mòn. Ưu điểm: - Vật liệu bảo vệ rất đa dạng, hình thức bảo vệ đơn giản. - Thích hợp cho việc bảo vệ các cụng trình nằm vùng khí quyển biển và trong phƣơng pháp bảo vệ kết hợp. Nhược điểm: -Theo phƣơng pháp này, thì không hoàn toàn bảo đảm khả năng che phủ kớn hoàn toàn vật cần bảo vệ do tuyến ống rất dài và có sự va chạm trong quá trình thi công, vì vậy độ tin cậy không cao.Mét sè lo¹i vËt liÖu s¬n bäc chèng ¨n mßn phæ biÕn: - Glass flake epoxy - Fussion Bouded epoxy - Coal tar epoxy - Intumescent epoxy - Asphalt Enamel - Fussion bouded epoxy kÕt hîp Adhesive + Polyethylene (hoÆc Polypropylene) - Cao su PolyChloprene - Cao su chuyªn dông Neoprene...NhËn xÐt: - C¸c lo¹i s¬n Coal tar epoxy, Fussion Bouded epoxy, Glass flake epoxy ®-îc chÕ t¹o trªn c¬ së nhùa epoxy biÕn tÝnh, lo¹i Glass flake epoxy cßn cã chøa c¸c sîi thuû tinh cã c¸c ®Æc tÝnh chèng ¨n mßn cao còng nh- cã ®é bÒn tèt d-íi c¸c t¸c ®éng c¬ häc. TuyNhóm 1Lớp 53cb2 57
  58. 58. Bộ môn Kỹ Thuậ t CTB & Đ.Ô-BC GVHD:TS.Phạ m Hiề n Hậ u nhiªn, h¹n chÕ lµ thêi h¹n lµm viÖc cña c¸c lo¹i s¬n nµy chØ xÊp xØ 10 n¨m. - C¸c lo¹i Intumescent epoxy, Asphalt Enamel kh«ng nh÷ng gi÷ ®-îc c¸c -u ®iÓm ®· tr×nh bµy ë trªn mµ cßn cã tuæi thä cao ®¸p øng ®-îc yªu cÇu cña c«ng tr×nh ®-êng èng quan träng. - Lo¹i cao su chuyªn dông Neoprene ®· ®-îc ¸p dông thµnh c«ng víi vai trß bäc chèng ¨n mßn ë vïng dao ®éng sãng cña c¸c Riser ë c¸c dµn èng ®øng trong c«ng tr×nh ®-êng èng R¹ng §«ng - B¹ch Hæ. 3. Chống ăn mòn chủ động. Chống ăn mòn chủ động là phƣơng pháp bảo vệ điện hoá (dựng anode hy sinh và phƣơng pháp dòng điện áp ngoài). Phƣơng pháp này dựa trên cơ chế ăn mòn kim loại trong môi trƣờng nƣớc biển mà tạo ra những đối tƣợng trung gian chịu tác động cơ chế ăn mòn thay cho vật cần bảo vệ dựa vào những đặc tính vật cần bảo vệ.  Phương pháp bảo vệ bằng anode hy sinh: Phƣơng pháp này sử dụng anode - các kim loại hặc hợp kim có điện thế thấp hơn điện thế của kim loại cần bảo vệ trong môi trƣờng ăn mòn. Ƣu điểm: - Phƣơng pháp này cho kết quả chống ăn mòn nhƣ mong muốn. - Lắp đặt đơn giản. - Nguyên vật liệu đơn giản. Nhƣợc điểm: - Trong điều kiện biển luôn có sinh vật sống ký sinh, do vậy bề mặt anode bị che phủ làm giảm khả năng chống ăn mòn nhƣ mong muốn. - Phải khảo sát định kỳ để đánh giá lại khả năng còn, chống ăn mòn của anode. Các loại anode thường được sử dụng: - Anode hình vành khuyên thƣờng đƣợc sử dụng cho những đƣờng ống bọc gia tải.Nhóm 1Lớp 53cb2 58

×