Thuyet minh

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 tham
gia khai thác. Mỏ nằm ở phía Nam thềm lục địa Việt Nam nằm trong lô 09-1 thuộc
bể trầm tích Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120km, do xí nghiệp liên doanh
VietsoPetro khai thác.

Để phục vụ cho công tác thu gom vận chuyển dầu khí tại mỏ Bạch Hổ thì mỏ
có 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, Xí
nghiệp liên doanh VietsiPetro đã xây dựng ở đấy một hệ thống các công trình bao
gồm: Dàn công nghệ trung tâm CTP, dàn khoan cố định MSP, dàn nhẹ BK, trạm
rót 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 1
Lớp 53cb2 1


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 dạng
nhƣ sau:

Tuyến ống
Thiết kế

Nhóm 1
Lớp 53cb2 2


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 nâng
thực hiện. Dàn BK có các thiết bị công nghệ ở mức tối thiểu để đo lƣu lƣợng và
tách nƣớc sơ bộ. Sản phẩm từ BK sẽ đƣợc dẫn bằng đƣờng ống về MSP hoặc dàn
công 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 có
mặt thẳng đứng, đƣợc cấu tạo từ thép ống có đƣờng kính khác nhau. Chân đế có 4
ống chính. Hệ thống móng cọc gồm 4 cọc chính đƣờng kính 720x20mm và 8 cọc
phụ.

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 2
cấp DRESE RAN đƣợc truyền động bởi tua bin nén khí MARS-100 của hãng
SOLAR.

Hệ thống nén khí áp suất thấp:

Trạm nén khí đƣợc trang bị máy nén khí pitton 2 cấp của hãng NUVO PIGNON
đƣợc truyền động bằng một động cơ điện.

Nhóm 1
Lớp 53cb2 3


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¨m

Chu kú Th«ng Hướng
lÆp Sè N NE E SE S SW W NW
100 HS (m) 5.6 8.6 5.2 3.2 4.5 6.9 4.9 5.2
n¨m
TS (s) 7.4 10.4 8.4 7.8 9.0 9.1 8.7 8.9
10 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) 3.0
Nhóm 1
Lớp 53cb2 4


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 . m

Các 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 1
Lớp 53cb2 5


+ 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 lực
của dàn do tại đó mới có thiết bị để đo hay còn gọi là điểm tham chiếu) và điểm
tính 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 = 1.67m

Nhóm 1
Lớp 53cb2 6


- d2= nƣớc dâng do bão=1.42m

- η= hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng=0.7 ( trong đồ án coi là Lý
thuyết sóng Stockes bậc 5).

- Hmax=chiều cao sóng lớn nhất với chu kỳ lặp 10 năm, trong đồ án
là 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 ống
vận 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 Pe
đƣợc 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 1
Lớp 53cb2 7


+ Pb,s(x): Khả năng chịu lực trong của đƣờng ống theo trạng thái giới hạn
chảy 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 phá
vỡ do ứng suất vòng (Công thức 5.17 DnV 2000):

2.x fu 2
Pb,u(x)= . . .
D x 1.15 3

Trong 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 suất
kéo 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 và
Mn. Từ đó tra đồ thị 5.1 DnV2000 với nhiệt độ = 55℃, ta đƣợc :

Nhóm 1
Lớp 53cb2 8


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 trị
fy 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, tra
bảng 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 1
Lớp 53cb2 9


+ x: Chiều dày tính toán t1 hoặc t2 (Tuỳ vào các trƣờng hợp làm việc cụ
thể của tuyến ống), ở đây đang tính cho trƣờng hợp thử áp nên: x=t1=t-tfab

Để 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 an
toàn 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 1
Lớp 53cb2 10


Mặt khác tuyến ống nằm ở cả vùng 1 và vùng 2. Ta phải tính cho cả 2 vùng
riêng 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 1
Lớp 53cb2 11


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 thi
công 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 1
Lớp 53cb2 12


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 với
hệ 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 . m

Các 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 1
Lớp 53cb2 13


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/2

Trong 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 thiết
kế : 18.8(mm).

2. Điều kiện ổn định đàn hồi của đƣờng ống:
a) Ổn định cục bộ :

Nhóm 1
Lớp 53cb2 14


Hiện tượng mất ổn định:

Khi áp lực bên ngoài cao hơn áp lực bên trong ống, ứng suất vòng có dấu
âm và gây nén vỏ ống theo phƣơng chu vi. Tới một gới hạn nhất định, ứng suất này
gây oằn ống trên tiết diện ngang, thƣờng xảy ra dƣới dạng vết lõm. Về bản chất thì
hiện tƣợng này tƣơng tự nhƣ hiện tƣợng mất ổn định của thanh Ơle nhƣng xảy ra
trên chu vi ống tại một tiết diện cục bộ. Cần phân biệt hiện tƣợng này với hiện
tƣợng 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 thủy
tĩnh.

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 . SC

Trong đó:
- Pe: Là áp lực ngoài lớn nhất. Trong trƣờng hợp này phải tính với h là độ sâu
nƣớc 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 cao
sóng đáng kể Hs=8.6m ( với hướng NE))

 hmax = 44+1.67+1.42+0.7x8.6-0.356/2=52.932m

Từ 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 thiên
về 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 1
Lớp 53cb2 15


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 trong
quá 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 vật
liệu.

+/ =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 1
Lớp 53cb2 16


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 2

Kết 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 37058157.3

Ta có kết quả tính lặp để tìm Pc: Lấy Pc ban đầu =(Pel+Pp)/2

Trƣờng 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 -0.00029

Nhóm 1
Lớp 53cb2 17


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-07

Vậy : 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-05

Vậy : Pc = 1.027x108 Pa

Điều kiện kiểm tra:
Pc
Pe ≤
1 ,1 . m . SC

Nhóm 1
Lớp 53cb2 18


Vùng/Trạng thái Vùng 1 Vùng 2 Kiểm tra
Thử áp 75680810.19Pa 75680810.19Pa TM
Vận hành 77624838.82Pa 71349368.54Pa TM

Vậy 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 có
một điểm đã bị mất ổn định cục bộ, thì vết lõm đó sẽ lan truyền sang các điểm lân
cận dọc theo tuyến ống. Khi xảy ra hiện tƣợng này, đƣờng ống bị phá hỏng trên
chiều 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 theo
công thức ở mục 510 quy phạm DnV_2000 :

Ppr
Pe
m . SC

Trong đó : - Ppr: Là áp lực giới hạn gây mất ổn định lan truyền, đƣợc xác định nhƣ
sau:

t 2 2,5
Ppr = 35.fy. fab. ( )
D

Tính toán cụ thể nhƣ sau :

Trạng thái t2 (mm) Ppr (Pa)
Thử áp 18.8 8807085.522
Vận hành 16.8 6648302.852

Nhóm 1
Lớp 53cb2 19


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 lan
truyền.

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 môi
trƣờng nhƣ sóng, dòng chảy, sự vận chuyển của dòng cát hay dòng bùn, đặc biệt là
lực đẩy nổi. Những tác động này làm cho đƣờng ống có xu hƣớng bị dịch chuyển
dƣới đáy biển, trôi dạt đƣờng ống và có thể phá hủy đƣờng ống do gây quá ứng
suất. Để đƣờng ống vận hành an toàn cần thiết kế sao cho đƣờng ống không bị dịch
chuyển khỏi vị trí là nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế đƣờng ống, công việc tính
toán nhằm tìm ra đƣợc trọng lƣợng yêu cầu của đƣờng ống để ống ổn định dƣới
đáy 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 mọi
điều kiện hoạt động và môi trƣờng. Do đó, khi tính toán cần xét trạng thái thi công
và trạng thái khai thác với những tổ hợp bất lợi nhất của sóng và dòng chảy. Đối
với đƣờng ống dài đi qua các vùng có số liệu môi trƣờng khác nhau hoặc đƣờng
ống có đổi hƣớng thì bài toán ổn định vị trí cần đƣợc thực hiện ở tất cả các vị trí
đại diện.

Xét một đoạn ống dài 1m chịu tác động của sóng, dòng chảy nhƣ sau :

Nhóm 1
Lớp 53cb2 20


S¬ ®å tÝnh æn ®Þnh vÞ trÝ ®-êng èng biÓn

Trong ®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 trƣờng
hợp sau :

Nhóm 1
Lớp 53cb2 21


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-dòng
chảy 1 năm, đƣờng ống chƣa có hà bám, chất trong ống là không khí hoặc nƣớc
biển. Trong đồ án không có số liệu sóng 1 năm nên ta lấy số liệu sóng 10 năm để
tính toán.

Giai đoạn 2 : Điều kiện vận hành.

Trong điều kiện này, ổn định vị trí của đƣờng ống thƣờng đƣợc tính trong điều
kiện sóng-dòng chảy tần suất xuất hiện là 100 năm. Lƣu ý tổ hợp giữa sóng và
dòng 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 ta
sẽ lấy hƣớng sóng, dòng chảy là trội để làm mốc và chọn hƣớng dòng chảy, sóng
còn lại hợp với hƣớng sóng, dòng chảy trội gần nhất 1 góc nhỏ hơn 45 độ.

Nhóm 1
Lớp 53cb2 22


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 bottom
stability design of submarine pipelines”, ®Ó ®êng èng
æn ®Þnh d-íi t¸c ®éng cña m«i tr-êng th× träng l-îng
èng d-íi n-íc tÝnh cho mét ®¬n vÞ dµi ph¶i tho¶ m·n
®iÒu kiÖn:

WS
γ st FL .μ FD FI
FW

Nhóm 1
Lớp 53cb2 23


(FD FI ) μFL FW
Ws .
μ γst

Trong ®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 =0.7

Nhóm 1
Lớp 53cb2 24


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 1
Lớp 53cb2 25


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¶ líp
s¬n phñ, líp bäc bª t«ng, ...), ở đây ta chọn bằng đƣờng kính
ngoài 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 1
Lớp 53cb2 26


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 1
Lớp 53cb2 27


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 1
Lớp 53cb2 28


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 .sin

Nhóm 1
Lớp 53cb2 29


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 sóng
lớn thứ hai để tổ hợp với hƣớng dòng chảy để tính toán.
Nhóm 1
Lớp 53cb2 30


Các thông số
Hƣớng
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 1.006

Theo 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 số
Hƣớng
S 0.7853 7.5 2.190 0.2921 0.06 0.14240 0.1424 1.185 8.887
SE

Các thông số
Hƣớng
S 0.1006 0.1006 0.071
SE 1.25 0.01125 3.4113 23.955 3.5551 1.006

Nhóm 1
Lớp 53cb2 31



W*s= 3648.263(N/m)


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 đối
thuận 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 1
Lớp 53cb2 32


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 vận
hành nhƣng số liệu sóng và dòng chảy sẽ đƣợc tính với chu kỳ lặp 1 năm, do trong
đồ 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 số
Hƣớng

N 0.785 6.6 2.1909 0.3319 0.035 0.043 0.043 1.22 8.052
NW

Các thông số
Hƣớng
N 0.0335 0.0304 0.0237
NW 0.67175 0.01125 1.83325 42.633 0.97257 1


W*s= 1024.92(N/m)


thep 78500 N/m3
nuoc 10250 N/m3
D 0.356 m
t 0.0188 m
 Ws= 1563.38(N/m)

Nhóm 1
Lớp 53cb2 33


Từ 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 số
Hƣớng

NE 0.7853 7.5 2.19 0.2921 0.06 0.2355 0.235 1.185 8.8875
SE

Các thông số
Hƣớng
NE 0.1665 0.166 0.117
SE 1.18 0.01125 3.22029 13.67 5.879 1.02


W*s= 3518.976(N/m)


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).

 Khi đó trọng lƣợng ống là : Ws=3947.17(N/m ).
b) Phương pháp 2: Theo Moussilli - 1981

Nhóm 1
Lớp 53cb2 34


Đối với phƣơng pháp này thì ta chỉ cần làm cho một tổ hợp ở trƣờng hợp vận
hành 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 toán
và 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 tính
toán.

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 trọng
lƣợng 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 xác
định theo hƣớng vuông góc trục ống (m/s)

Nhóm 1
Lớp 53cb2 35


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 nâng

Các 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 Vs
tại yo=1m.

Từ các thông số nhƣ độ sâu nƣớc, chiều cao sóng ( trong đồ án là chiều cao sóng
đáng kể), chu kỳ sóng ta tra đồ thị trong API để xác định tuyến ống nằm trong
vùng 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, the
equation (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 2.0

Nhóm 1
Lớp 53cb2 36


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 1.5

Nhóm 1
Lớp 53cb2 37


+/ 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). Nhƣng
trong thực tế thì hƣớng NE lại song song với trục ống nên lực sóng tác dụng lên
tuyến ống là không lớn bằng trƣờng hợp sóng 10 năm hƣớng S và dòng chảy 100

Nhóm 1
Lớp 53cb2 38


năm hƣớng SE. Khi đó sóng sẽ hợp với tuyến ống 1 góc 45 độ. Và dòng chảy
vuông 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 theo
API, với VI/gT =0.017.

Trong đó : VI : vận tốc mặt lớn nhất ứng với hƣớng sóng chủ đạo SE, đúng ra là
vận 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 3
Tra 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 2d
Chiều dài sóng ban đầu : Lo tanh( )
2 gT 2
gT 2 2
Chiều dài sóng : L (1 a 2C1 a 4C2 ) tanh( d )
2 L

Tính toán vận tốc và gia tốc sóng:

1 n
Profil sóng (bề mặt sóng): . Fn .Cosn (k .x .t ).
k i1

F1 = a
F2 = a2.F22 + a4.F24

Nhóm 1
Lớp 53cb2 39


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 shnkd

Gia 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 1
Lớp 53cb2 40


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 lên
phƣơng 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 1
Lớp 53cb2 41


+ Tính toán các hệ số CD, CL, CM, Căn cứ vào giá trị Reynolds, theo bảng 3.2 trang
43 (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 1528.5312


thep 78500 N/m3
nuoc 10250 N/m3
D 0.356 m
t 0.0188 m
 Ws= 1563.38(N/m)


+/ 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 tính
toán. Khi đó sóng sẽ hợp với tuyến ống 1 góc 45 độ. Và dòng chảy vuông góc với
tuyến ống.

Nhóm 1
Lớp 53cb2 42


Tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp vận hành ta có tuyến ống thuộc vùng có lý thuyết sóng
Stockes bậc 5.

* Kết quả tính toán :


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 1425.576


thep 78500 N/m3
nuoc 10250 N/m3
D 0.356 m
t 0.0188 m
 Ws= 1563.38(N/m)


Nhận xét :

+/ Tính toán ổn định vị trí theo 2 phƣơng pháp ta thấy có sự khác nhau, tính
theo phƣơng pháp thực tế theo DnV thì ống bị mất ổn định nhƣng tính theo
Mousselli thì ống không bị mất ổn định, nguyên nhân là do tính theo phƣơng pháp
Dnv thì họ sử dụng Lý thuyết sóng ngẫu nhiên, các đồ thị mà đƣợc sử dụng để tra
là họ đã dùng phần mềm để vẽ ra nên rất sát với thực tế. Tính toán theo phƣơng

Nhóm 1
Lớp 53cb2 43


pháp của Mousselli thì sử dụng Lý thuyết sóng tiển định, nên kết quả tính toán ra là
rất thô, không sát với thực tế.

+/ Trọng lƣợng ống tính ở trên là ta tính cho trƣờng hợp có chất vận chuyển ở
bên trong ống, nhƣng trong thực tế thì có những trƣờng hợp ống không có chất vận
chuyển ở bên trong thì khi đó ống sẽ nguy hiểm do có lực đẩy nổi, làm ống mất ổn
định. Từ kết quả tính ở các trƣờng hợp ở bên trên thì ta lấy trƣờng hợp phải bọc
ống 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 :


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 1
Lớp 53cb2 44


Bài toán mỏi.
Các bài toán trên là tƣơng đối quen thuộc. Tuy nhiên với công trình đƣờng ống
thì 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 1
Lớp 53cb2 45


Các hố lõm ở mỏ Bạch Hổ từ 60÷100m, nếu ta tính đƣợc chiều dài cho phép L
của đƣờng ống mà nhỏ hơn khoảng cách các hố lõm ở trên thì ta phải có biện pháp
nhƣ đặt bao cát vào giữa để làm giảm nhịp hoặc cũng có thể tránh hố ra (làm cầu
vƣợt ).

Xét hình dáng của ống khi đi qua hào nhƣ hình vẽ trên. Ta nhận thấy có 2 vùng
cách 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 1
Lớp 53cb2 46


- 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 hố
lõm( có sẵn địa hình), từ đó tính đƣợc σmax

+/ Bài toán ngƣợc : Lấy max , từ đó tính đƣợc chiều dài cho phép của
tuyến ống, trong bài toán này thì cần xét σmax ( ứng suất lớn nhất xảy ra ở mép
hào). Ở đây lấy bằng ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất sử dụng trong thiết kế (fy), phụ
thuộc 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 kéo

nhỏ 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” ε

ta lần lƣợt tìm đƣợc các giá trị L ( độ võng giữa nhịp), l (chiều dài nhịp phụ).

Nhóm 1
Lớp 53cb2 47


Nhóm 1
Lớp 53cb2 48


Để ống không bị phá hoại khi đi qua hào thì ứng suất chính trong ống phải nhỏ
hơn ứng suất cho phép đã nói ở trên. Lƣu ý rằng ứng suất tính đƣợc từ các đồ thị
trên chỉ là thành phần ứng suất đọc trục do uốn. Nếu ống chịu áp lực thì cần kể đến
cả 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 đây
ta tính nhƣ sau :
T
σL= m
A

Nhóm 1
Lớp 53cb2 49


+/ 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 của
thép làm ống thì chiều dài nhịp tra đƣợc từ đồ thị là giá trị cho phép tuyến ống vƣợt
qua, nếu không thỏa mãn thì ta phải gia cố bằng các biện pháp đã nêu ở trên để cho
chiều dài nhịp nhỏ lại.

Kết quả tính toán cụ thể nhƣ sau :

* Giai đoạn vận hành :

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) tra
80.786 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 lõm
L = 80.786m nằm trong khoảng hố lõm ngoài thực tế của mỏ Bạch Hổ là từ
60÷100m nên ta cần có biện pháp gia cố cho tuyến ống, khi đó ta cần khảo sát
thực tế xem tuyến ống của mình có đi qua hố lõm nào lớn quá giá trị tính toán
không, để thiên về an toàn và tránh sự biến đổi địa chất đáy biển thì ta nên gia cố
cho tuyến ống bằng cách đặt bao cát vào giữa tuyến ống để giảm nhịp treo của
tuyến ống.

* Giai đoạn thi công :

Nhóm 1
Lớp 53cb2 50


Đối với trƣờng hợp thi công thì chiều dài tuyến ống qua hố lõm cho phép vẫn
giống trƣờng hợp vận hành, chỉ khác ở chỗ kiểm tra tuyến ống có bị phá hoại hay
không, nói cách khác là ứng suất vòng ở trƣờng hợp này khác trƣờng hợp vận
hành, 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) tra
80.786 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, çc xo¸y xuÊt
hiÖn sau tiÕt diÖn ngang. Çc xo¸y nµy g©y dßng ch¶y
nhiÔu lo¹n vµ kh«ng æn ®Þnh sau èng. Dßng xo¸y dÉn ®Õn
sù biÕn ®æi cã chu kú cña ¸p lùc thuû ®éng lªn èng vµ
lµm èng rung ®éng.
Chu kú cña dßng xo¸y phô thuéc ®-êng kÝnh ngoµi D vµ
vËn 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«ng
gãc víi dßng ch¶y vµ ph-¬ng trïng víi h-íng dßng ch¶y.
Çc nghiªn cøu cho thÊy ®-êng èng b¾t ®Çu dao ®éng theo

Nhóm 1
Lớp 53cb2 51


ph-¬ng däc dßng khi tÇn sè dßng xo¸y ®¹t kho¶ng 1/3 tÇn
sè 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 tÇn
sè dao ®éng riªng cña nhÞp vµ dao ®éng ngang dßng xuÊt
hiÖn. Lóc nµy, trªn nhÞp èng x¶y ra hiÖn t-îng dao ®éng
céng h-ëng g©y chuyÓn vÞ vµ øng suÊt rÊt lín dÉn tíi
ph¸ 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.fn

Trong ®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 tèc
Nhóm 1
Lớp 53cb2 52


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 chạm
với các đƣờng ống có trƣớc.
Sẽ có 2 dao động theo 2 phƣơng ngang và dọc, theo phƣơng ngang lớn gấp 10
lần theo phƣơng dọc. Thông thƣờng theo phƣơng ngang bằng (1÷2)D, còn theo
phƣơng 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 phần
bê 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 hƣớng
sóng và dòng chảy trong trƣờng hợp kiểm tra ổn định vị trí của tuyến ống để tính
Nhóm 1
Lớp 53cb2 53


toán( trƣờng hợp mà trọng lƣợng tuyến ống yêu cầu lớn nhất, tức là trƣờng hợp
nguy hiểm nhất đối với đƣờng ống).
Do tuyến ống ngoài thực tế không phải là đƣờng thẳng nên ta phải phân chia
đƣờng ống ra thành đoạn để tính toán, trong phạm vi đồ án thì ta chỉ tính toán cho
1 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 0.9095525

Nhóm 1
Lớp 53cb2 54


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 22.393081

Kết 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 cho
phép trong trƣờng hợp đi qua hố lõm thì ta nên gia cố cho tuyến ống bằng các
phƣơng 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 tác
nhân ăn mòn bên ngoài (chƣa kể ăn mòn do tác nhân bên trong) đó là 20% và là
một 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 tiÕp
vµo thµnh phÇn chÊt truyÒn dÉn trong èng cã tÝnh x©m
thùc cao hay thÊp. VËn tèc vµ nhiÖt ®é dßng truyÒn dÉn
còng cã ¶nh h-ëng trùc tiÕp ®Õn tèc ®é ¨n mßn. C¸c hîp
chÊt l¾ng ®äng t¹o nªn c¸c hiÖn t-îng gØ sÐt trong èng

Nhóm 1
Lớp 53cb2 55


t¹o ®iÒu kiÖn cho sù ph¸t triÓn qu¸ tr×nh ¨n mßn côc bé
t¹i nh÷ng khu vùc nµy.
Thµnh trong cña èng dÉn dÇu khÝ bÞ ¨n mßn chñ yÕu
bëi 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 trong
n-íc biÓn cã chøa nhiÒu lo¹i muèi hoµ tan, ion clo, ion
sunfat, kho¶ng 7mg/l oxy hoµ tan … §ã lµ m«i tr-êng ¨n
mßn rÊt m¹nh.
M«i tr-êng ngoµi èng:

§-êng èng ngÇm ®Æt trùc tiÕp trong m«i tr-êng
n-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 1
Lớp 53cb2 56


- 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:

- Çc 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 çc
sîi thuû tinh cã çc ®Æc tÝnh chèng ¨n mßn cao còng
nh- cã ®é bÒn tèt d-íi çc t¸c ®éng c¬ häc. Tuy

Nhóm 1
Lớp 53cb2 57


nhiªn, h¹n chÕ lµ thêi h¹n lµm viÖc cña çc lo¹i s¬n
nµy chØ xÊp xØ 10 n¨m.
- Çc lo¹i Intumescent epoxy, Asphalt Enamel kh«ng
nh÷ng gi÷ ®-îc çc -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 çc Riser ë çc 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 1
Lớp 53cb2 58


- Anode hình thang đƣợc sử dụng cho những loại công trình không bọc lớp gia
tải phân bố.
- Vật liệu để chế tạo anode thƣờng là nhôm, kẽm, hợp kim của nhôm và kẽm.
 Phương pháp bảo vệ điện hoá bằng dòng điện áp nguồn:
Phƣơng pháp này dựa vào hiện tƣợng ăn mòn điện hoá của kim loại mà nguồn
điện đƣợc thiết kế nhằm triệt tiêu dòng điện ăn mòn.
Ƣu điểm:
- Chủ động trong công tác chống ăn mòn.
- độ an toàn cao .
Nhƣợc điểm:
- Phụ thuộc vào điều kiện vị trí vật bảo vệ so với nguồn điện, do vậy rất khó
cho việc bảo vệ những công trình chạy dài, xa khu vực có khả năng cung
cấp nguồn điện ổn định.
- Khó kiểm soát hệ thống chống ăn mòn theo loại này.
4. Phương pháp bảo vệ kết hợp.
Phƣơng pháp này kết hợp đƣợc cả việc chống ăn mòn bằng sơn phủ và chống
ăn mòn bằng điện hoá.
Ưu điểm:
- Phân bố dòng điện bảo vệ tốt hơn.
- Kinh tế hơn các phƣơng pháp riêng lẻ.
- Tránh đƣợc những hạn chế của các phƣơng pháp trên khi dựng riêng lẻ.
- Giảm tốc độ hoà tan anode.

Phương pháp chống ăn mòn cho tuyến ống:

Đây là tuyến ống dẫn nƣớc ép vỉa từ dàn BK5 – BK1 dài khoảng 1875m,
đƣợc chế tạo từ thép API 5L X60 có đƣờng kính 356 mm, chiều dày thành ống
18.8 mm, ở độ sâu nƣớc 47.09m.

Nhóm 1
Lớp 53cb2 59


Trong quá trình làm việc, tuyến ống sẽ phải làm việc trong các môi trƣờng
ăn mòn xâm thực khác nhau nhƣ: môi trường ăn mòn khí quyển, môi trường ăn
mòn trong nước biển, môi trường ăn mòn trong vùng dao động sóng.

Kết quả phân tích thành phần nƣớc biển và thử nghiệm ăn mòn thép hiện
trƣờng tại các vùng biển Việt Nam cho thấy rằng tốc độ ăn mòn ở đây rất khắc
nghiệt, có nơi tốc độ phá huỷ ăn mòn thép Carbon lớn đến 0.5 0.7 mm/năm.

Từ những nhận xét trên cho thấy, để đảm bảo độ tin cậy và tính an toàn cho
tuyến ống rất cần thiết phải cókế hoạch đánh giá, tính toán các phƣơng án chống
ăn mòn cho công trình không chỉ trong các giai đoạn thiết kế, thi công lắp đặt, mà
cần có kế hoạch kiểm tra khảo sát đánh giá định kỳ trong suốt quá trình vận hành
khai thác công trình.
Trên cơ sở về yêu cầu khai thác công trình trong 30 năm trong điều kiện môi
trƣờng biển phía Nam Việt Nam, căn cứ vào kết quả kinh nghiệm trong công
tác chống ăn mòn đó đƣợc áp dụng thành công đối với các tuyến ống vận
chuyển dầu khí đang hoạt động tại các mỏ Bạch Hổ, mỏ Rồng, mỏ Đại Hùng...
cho thấy: Hiện nay phƣơng pháp chống ăn mòn hiệu quả nhất trong điều kiện
Việt Nam đó là phƣơng pháp kết hợp các lớp sơn bọc chống ăn mòn và sử dụng
các Anode hy sinh.
Những loại sơn mà đƣợc sử dụng trong sơn phủ đƣờng ống là:
Coal tar epoxy
Asphalt Enamel
Cao su chuyên dụng Neoprene...

Nhóm 1
Lớp 53cb2 60

Thuyet minh

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (7)

Similar to Thuyet minh

Similar to Thuyet minh (20)

More from robinking277

More from robinking277 (20)

Thuyet minh