Tài liệu tập trung vào thiết kế kỹ thuật đường ống và các yếu tố cần xem xét trong quá trình này, bao gồm tải trọng và khảo sát địa chất. Nó mô tả quá trình thiết kế từ quy hoạch đến thi công và bảo trì, cùng với các yêu cầu kỹ thuật và số liệu cần thiết. Các loại tải trọng và yếu tố môi trường được phân tích nhằm đảm bảo tính bền vững và an toàn cho công trình đường ống.

1. Phần II: Thiết kế kỹ thuật đường ống
Bài 1: Mở đầu
Tải trọng, Trình tự và Yêu cầu
Số liệu khảo sát phục vụ thiết kế
1

2. Bài 1: Mở đầu
Trình tự và Yêu cầu
Tải trọng
Số liệu khảo sát phục vụ thiết kế
2

3. Đời sống công trình đường ống
Chế tạo ống
Commissioning
Thi công
Vận hành
Hydro Test
Gỡ bỏ
3

4. Câu hỏi
Đời sống công trình bao gồm những giai
đoạn nào?
Có những tải trọng gì xét trên toàn đời sống
công trình?
Vậy trình tự thiết kế là gì? Cần thực hiện
những bài toán thiết kế nào?
Cần những số liệu nào để thiết kế?
4

5. Các loại tải trọng
Tải trọng chức năng
Tải trọng môi trường
Tải trọng gió
Tải trọng thủy động
Đất đắp, đẩy nổi
Tải trọng xây lắp
Tải trọng sự cố
Va chạm
Động đất
5

6. Tải trọng chức năng
Träng l−îng;
NhiÖt ®é cña chÊt trong èng;
Ph¶n lùc tõ c¸c bé phËn (nh− bÝch nèi, kÑp,...);
Líp bao phñ (nh− ®Êt, ®¸...);
¸p lùc bªn trong èng ë ®iÒu kiÖn vËn h nh b×nh th−êng;
Ph¶n lùc tõ n n đ t (ma s¸t v ®é cøng xoay);
Sù t¹o øng suÊt tr−íc (pre-stressing);
BiÕn d¹ng d− cña kÕt cÊu ®ì;
BiÕn d¹ng d− do lón nÒn theo c¶ hai ph−¬ng ngang v
däc;
T¶i träng do vËn h nh thoi (pig) th−êng xuyªn g©y ra;
6

7. Tổ hợp các tải trọng
B¶ng 4.5-1: Tæ hîp cña c¸c t¶i träng m«i tr−êng ®Æc tr−ng theo
x¸c suÊt v−ît h ng năm
Giã Sãng Dßng ch¶y Đéng ®Êt
10-2 10-2 10-1
10-1 10-1 10-2
10-1 10-1 10-1
10-2
7

8. Trình tự và Yêu cầu
1. Trình tự thiết kế
Vai trò của thiết kế trong quá trình phát triển của
công trình đường ống:
- Quy hoạch mỏ
- Thiết kế hệ thống công nghệ
- Thiết kế kỹ thuật đường ống
- Thiết kế thi công đường ống
- Thi công
- Khai thác
- Duy tu, sủa chữa nếu có.
- Gỡ bỏ
8

9. 9

10. 10

11. Các nội dung của thiết kế kỹ thuật
1. Chọn tuyến
2. Tính toán thuỷ lực
3. Xác định chiều dày ống chịu áp lực trong
4. Kiểm tra bài toán ổn định đàn hồi của ống dưới áp
lực ngoài.
5. Đánh giá nhịp ống (Span assessment)
6. Thiết kế chống ăn mòn
7. Thiết kế giải pháp thi công
11

12. Số liệu khảo sát phục vụ thiết kế
a. Số liệu công nghệ:
- Tuổi thọ công trình
- Đường kính ngoài
- Áp lực dọc tuyến
- Chất vận chuyển trong đường ống
- Nhiệt độ vận hành
12

13. b. Số liệu môi trường
Nhiệt độ
Mực nước
Số liệu dòng chảy
Số liệu gió
Tính chất ăn mòn của nước biển
13

14. c. Địa chất
Mặt cắt địa chất dọc tuyến
Tính chất cơ lý các lớp đất
Khả năng biến động của địa tầng
Hiện tượng bất thường như sóng cát, dòng
bùn …
Nguy cơ động đất
14

15. 15

16. Các thí nghiệm địa chất trong
dự án đường ống
16

17. d. Địa hình
Bản đồ địa hình hành lang tuyến ống
Các điểm đặc biệt trên tuyến như hào, rãnh,
mỏm san hô, khối đá lớn, điểm giao với cáp
quang, giao với đường ống cũ.
Sông, hồ, đầm lầy, núi, kênh mương ...
Đường giao thông giao với đường ống
17

18. e. Vật liệu
Vật liệu thép
Vật liệu bê tông bọc ống
Vật liệu chống ăn mòn
18

19. Chế tạo ống
19

20. Seamless Pipe
20

21. 21

22. Các mác thép theo API
22

23. Bài 2: Lựa chọn tuyến đường
ống
1. Mục tiêu
Đảm bảo vận chuyển sản phẩm từ nguồn
cung cấp hiện tại và tương lai (nếu có) đến
điểm dự kiến.
An toàn và phù hợp với các điều kiện thi
công.
Đạt hiệu quả cao về kinh tế - kỹ thuật.
23

24. 24

25. Hành lang tuyến ống
25

26. Chọn tuyến:
Các yếu tố môi trường – Xã hội
Yếu tố chính trị, quân sự và kinh tế dài hạn;
Quyền sử dụng đất và Giá đền bù đất;
Khu vực bảo tồn thiên nhiên, khu vực quốc
phòng, khu vực có di tích lịch sử hoặc khảo
cổ;
26

27. Các yếu tố địa hình và giao
thông
Có thể tiếp cận dễ dàng hay không? Tình
trạng đường giao thông?
Các chướng ngại vật tự nhiên như: sông, hồ,
núi, đầm lầy
Các giao cắt với: đường giao thông, đường
sắt, đường ống cũ
27

28. Các yếu tố địa chất trong chọn
tuyến
Nếu có thể, tuyến ống cần tránh các mặt dốc (bên và vuông
góc), đặc biệt là các dốc không ổn định;
Nếu trên tuyến có hiện tượng không ổn định địa chất, cần
xác định được nguyên nhân và cấn nhắc đến trong thiết kế;
Cần cân nhắc biện pháp chống sạt lở kinh tế nhất. Giá thành
chống sạt lở cần so sánh với việc chuyển hướng tuyến ống
đến vùng ổn định.
Việc lựa chọn điểm vượt sông (hoặc tiếp bờ) thường là vấn
đề ảnh hưởng lớn nhất đến giá thành dự án và chiều dài
tuyến
28

29. 29

30. 30

31. Ví dụ về chọn tuyến
Dự án PM3- Cà Mau: Final Design
Report2.ppt
Dự án Tangga Barat Cluster Development –
JP KENNY – 2008: ..Reference
booksPipeline_Route_Selection_And_Opti
mization_Report.pdf
31

32. Bài 3: Đường ống chịu áp lực
trong
1. Giới thiệu
Áp lực trong là tải trọng chính lên đường ống
Bài toán đường ống chịu áp lực trong là bài toán
cơ bản quyết định chiều dày ống.
Phá huỷ ống do áp lực trong (nổ - bursting)
Hiện tượng vật lý - ống trụ tròn dài vô hạn chịu
áp lực trong
32

33. Sơ đồ tính
33

34. 2. Hiện tượng vật lý - ống trụ tròn
dài vô hạn chịu áp lực trong
( Pi − Pe ) Dm
σh =
2t
σh - øng suÊt vßng (hoop stress)
Pi - ¸p lùc trong èng.
Pe – ¸p lùc ngoài èng
Dm - ®−êng kÝnh trung b×nh cña èng
t - chiÒu d y èng
34

35. Các tiêu chuẩn phổ biến
ASME B31.4 - 1989: Áp dụng phổ biến cho
các đường ống dẫn dầu.
ASME B31.8 – 1990: Áp dụng phổ biến cho
đường ống dẫn khí hoặc hai pha.
DnV 1981, DnV F101-2000: Áp dụng phổ
biến cho đường ống dẫn dầu, khí, hai pha
trên biển
35

36. Khái niệm về hệ số an toàn
Pi xDm
σh =
f1 xf 2 x 2t
f1 là hệ số thiết kế, diễn tả ứng suất vòng tối đa cho phép là tích số của
ứng suất đàn hồi.
f2 là hệ số dung sai chế tạo ống, cho phép sự sai lệch của bề dày ống so
với bề dày danh nghĩa, thường là 0.875, có nghĩa là bề dày có thể thấp
hơn bề dày danh nghĩa tối đa cho phép là 12.5%.
Hệ số thiết kế hay là hệ số sử dụng hay hệ số hữu dụng thường lấy giá trị
0.72 cho đường ống và lấy giá trị thấp hơn cho ống đứng và các đoạn
ống gần với giàn ngoài khơi hoặc các vùng bị hạn chế hay các tuyến
đường giao thông đối với đường ống trên đất liền.
36

37. Chiều dày dự trữ ăn mòn
Sau khi tính được độ dày tối thiểu theo yêu
cầu chịu áp lực trong, cần cộng thêm chiều
dày dự trữ chống ăn mòn;
Chiều dày dự trữ chống ăn mòn phụ thuộc
tính chất ăn mòn của chất vận chuyển,
thường từ 2mm-5mm
37

38. Chiều dày danh định
Là chiều dày quy ước của ống thép
Được sản xuất theo tiêu chuẩn, phổ biến là
API 5L
Chiều dày danh định không phải là chiều dày
tính toán do còn phải xét đến dung sai chế
tạo.
38

39. Các khái niệm về áp suất
(DnV F101-2000, TCVN 6475-5:2007
39

40. 40

41. Xác đinh các hệ số an toàn theo
DnV OS F101-2000
Phân loại chất lỏng (table 2-1)
Phân vùng (table 2-2)
Cấp an toàn (table 2-3, 2-4)
41

42. DnV 1981
Theo quy ph¹m DnV 1981 th× chiÒu d y th nh èng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
D
σ y = ( Pi − Pe ). ≤ ηh .σ F .k t
2t
Trong ®ã:
-σσy : øng suÊt vßng: Kg/cm2
- Pi : ¸p lùc trongtính toán: Kg/cm2
- Pe : ¸p lùc ngo i nhá nhÊt, lÊy víi møc triÒu thÊp nhÊt : Kg/cm2
- t : BÒ d y cña ®−êng èng : cm
- σF : øng suÊt ch¶y nhá nhÊt : Kg/cm2
- D : §−êng kÝnh ngo i cña èng : cm
- kt : HÖ sè gi¶m øng suÊt do nhiÖt ®é
Víi lo¹i èng cã nhiÖt ®é vËn h nh nhá h¬n 1200 th× lÊy kt = 1.0
- ηh : HÖ sè sö dông ®−îc lÊy theo b¶ng, phô thuéc v o vïng cÇn tÝnh v tr¹ng th¸i
l m viÖc cña kÕt cÊu, ®−îc tra theo b¶ng sau
42

43. Bảng hệ số sử dụng
B¶ng tra hÖ sè sö dông
Vïng cÇn Tr−êng hîp t¶i träng
tÝnh a b
1 0.72 0.96
2+Riser 0.5 0.67
Trong ®ã:
- Vïng 01: Vïng ®−êng èng ngÇm c¸ch xa d n 500 m.
- Vïng 02 + Riser: Vïng ®−êng èng ®øng v ®−êng èng ngÇm tõ 500 m trë l¹i
Platfom.
- a: Tr¹ng th¸i vËn h nh.
- b: Tr¹ng th¸i l¾p ®Æt.
43

44. Chiều dày ống
ChiÒu d y èng (t) ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:
t= tnom - tcorr (tr¹ng th¸i khai th¸c)
tnom - tfab (tr¹ng th¸i kiÓm tra ¸p lùc võa
thi c«ng xong èng)
tnom: chiÒu d y danh nghÜa (nominal) cña èng
(th−êng cho trong lý lÞch èng, ch−a kÓ ®Õn
sai sè do chÕ t¹o).
tfab: phÇn dung sai do chÕ t¹o (fabrication)
tcorr: chiÒu d y dù tr÷ do kÓ ®Õn ¨n mßn
44

45. 45

46. Bài tập
Tuyến ống dẫn khí từ trạm tiếp bờ Long Hải đến
nhà máy GPP2
Chiều dài: 09 km;
Đường kính ống: 26 inches;
Áp suất thiết kế: 160 barg;
Ăn mòn cho phép: 2 mm;
Lớp bọc bê tông gia tải: 35 mm;
Lớp bảo vệ chống ăn mòn 03 lớp PE có chiều dày: 3,2 mm;
Bảo vệ chống ăn mòn bằng phương pháp dòng điện cưỡng bức.
Xác định chiều dày cần thiết theo ASME B31.8
46

47. Bµi 3. æn ®Þnh ®µn håi
1. MÊt æn ®Þnh côc bé cña ®−êng èng
biÓn
2. MÊt æn ®Þnh lan truyÒn
3. MÊt æn ®Þnh tæng thÓ (global
buckling)
47

48. 1. MÊt æn ®Þnh côc bé cña
®−êng èng do
HiÖn t−îng
Khi ¸p lùc bªn ngo i cao h¬n ¸p lùc bªn trong èng, øng suÊt vßng
cã dÊu ©m v g©y nÐn vá èng theo ph−¬ng chu vi. Tíi mét giãi
h¹n nhÊt ®Þnh, øng suÊt n y g©y o»n vá èng trªn tiÕt diÖn ngang,
th−êng x¶y ra d−íi d¹ng vÕt lâm.
48

49. VÒ b¶n chÊt, hiÖn t−îng n y t−¬ng tù nh− hiÖn
t−îng mÊt æn ®Þnh cña thanh ¥le nh−ng x¶y ra
trªn chu vi èng t¹i mét tiÕt diÖn côc bé.
CÇn ph©n biÖt hiÖn t−îng n y víi hiÖn t−îng
mÊt æn ®Þnh tæng thÓ x¶y ra trªn ®o¹n èng chÞu
nÐn däc trôc.
T¸c ®éng g©y ra mÊt æn ®Þnh côc bé l ¸p lùc
ngo i, th−êng xÐt l ¸p lùc thuû tØnh.
49

50. Công thức
Trong đó R là bán kính trung bình, t là bề
dày ống, E là modul đàn hồi và n là tỷ số
Poisson.
50

51. C«ng thøc lý thuyÕt
Gi¶ thiÕt:
− èng trßn tuyÖt ®èi
− VËt liÖu ®ång chÊt
Sö dông lý thuyÕt ® n håi, cã c«ng thøc g©y ra mÊt æn ®Þnh côc bé nh−
sau:
Trong ®ã:
Pc : ¸p lùc g©y ra mÊt æn ®Þnh côc bé
E : M« ®un ® n håi cña vËt liÖu èng
D : §−êng kÝnh ngo i
ν : HÖ sè Poisson
t : ChiÒu d y èng
(C«ng thøc ( 2.2.1 ) chØ ¸p dông trong tr−êng hîp > 250) 51

52. MÊt æn ®Þnh lan truyÒn
HiÖn t−îng
HiÖn t−îng mÊt æn ®Þnh lan truyÒn ®−îc ph¸t hiÖn v o nh÷ng n¨m
®Çu cña thËp kû 70 bëi Battelle Columbus Laboratories.
HiÖn t−îng n y ®−îc m« t¶ l d−íi ¸p suÊt ngo i cao nhÊt ®Þnh,
nÕu trªn èng cã mét ®iÓm ®· bÞ bãp mÐo v× lý do n o ®ã (vÝ dô do
va ch¹m víi neo t u, do v−íng l−íi ®¸nh c¸ v.v..), th× vÕt lâm ®ã
sÏ lan truyÒn sang c¸c ®iÓm l©n cËn däc theo tuyÕn èng.
Khi x¶y ra hiÖn t−îng n y, ®−êng èng bÞ ph¸ háng trªn chiÒu d i
lín, g©y tæn thÊt ®¸ng kÓ v khã kh¾c phôc cho c«ng tr×nh.
52

53. TÝnh to¸n
Víi ®−êng èng cho tr−íc, cÇn tÝnh to¸n x¸c
®Þnh ¸p lùc ngo i g©y mÊt æn ®Þnh lan truyÒn.
So s¸nh víi ¸p lùc ngo i thùc tÕ t¹i ®Þa ®iÓm
x©y d−ng, nÕu ¸p lùc ngo i nhá h¬n ¸p lùc g©y
mÊt æn ®Þnh lan truyÒn l an to n. NÕu ng−îc
l¹i, cÇn xem xÐt c¸c gi¶i ph¸p phßng chèng
53

54. Theo qui ph¹m DnV 1981
54

55. Theo c«ng thøc Battelle
55

56. Chèng lan truyÒn mÊt æn ®Þnh
§Ó chèng lan truyÒn mÊt æn ®Þnh, cã thÓ sö dông c¸c biÖn ph¸p
kh¸c nhau, trong ®ã ®¬n gi¶n nhÊt l t¨ng chiÒu d y èng.
BiÖn ph¸p trung gian hiÖn ®−îc sö dông réng r·i l dïng c¸c v nh
chÆn (buckle aresstor). C¸c v nh chÆn ®Æt c¸ch ®Òu mét kho¶ng
nhÊt ®Þnh trªn tuyÕn, cã h×nh d¹ng rÊt ®a d¹ng nh−ng ®Òu trªn
nguyªn t¾c l l m t¨ng chiÒu d y èng ë vÞ trÝ ®ã. Khi x¶y ra lan
truyÒn mÊt æn ®Þnh, ®o¹n èng bÞ háng sÏ bÞ giíi h¹n trong kho¶ng
gi÷a hai v nh chÆn liªn tiÕp.
ViÖc quyÕt ®Þnh kho¶ng c¸ch gi÷a hai v nh chÆn l b i to¸n tèi
−u. Bè trÝ nhiÒu v nh chÆn sÏ h¹n chÕ ®−îc chiÒu d i ®o¹n èng
háng khi cã sù cè nh−ng tèn kÐm vËt liÖu v c«ng thi c«ng v nh
chÆn ban ®Çu, nÕu bè trÝ Ýt v nh chÆn th× nguîc l¹i.
56

57. 57

58. Một số dạng Arrestor
58

59. 59

60. 60

61. 61