杭州灣海底管道懸跨失效分析及壽命預(yù)測.pdf

1、隨著石油需求量的增加，陸地石油儲量日益減少，人們對海上石油的依賴日益明顯。海底管道是海上油氣輸送的主要方式之一，海底管道的可靠性關(guān)系到石油運(yùn)輸?shù)陌踩?。本文從海底管道管跨的角度分析了管跨的可靠性及壽命分析。海底管道是海上油氣運(yùn)輸中的最主要的也是最快捷、經(jīng)濟(jì)、可靠的方式。自1959年在美國的墨西哥灣鋪設(shè)第一條海底管道以來，海底管道在世界各近海海域得到了廣泛的應(yīng)用，僅中國就鋪設(shè)2000 km以上。海底管道作為海洋油氣的運(yùn)輸方式已越來越普遍。<

2、br>　　 本文基于中國石油化工股份有限公司科技開發(fā)部資助項(xiàng)目“杭州灣海底管道安全運(yùn)行與風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)研究”而進(jìn)行的。海底管道管跨形成的機(jī)理主要有四種類型：海床沖蝕淘空形成的懸跨，海床凸凹不平形成的懸跨，海床管線爬坡形成的懸跨，管線上升到海上平臺形成的懸跨，本文主要研究沖刷形成的懸跨。杭州灣海底管道的埋設(shè)方式主要有三種：在近岸地區(qū)用挖溝法，在有巖層的地方用水平定向鉆，在杭州灣的中間大部分流域用阻流器進(jìn)行自埋。第二章詳細(xì)介紹了阻流器的結(jié)構(gòu)

3、，而且利用軟件模擬對自埋的原理進(jìn)行分析，使用阻流器會改變流場，在管道和海床之間的間隙處的速度會增加，管道周圍海床受到的剪應(yīng)力也相應(yīng)增大，尤其是管道的底部海床剪應(yīng)力急劇增加，有利于沖刷成溝，形成自埋。自埋技術(shù)無需機(jī)械挖溝作業(yè)，節(jié)省設(shè)備、人工和海上作業(yè)費(fèi)用，給施工節(jié)省了大量的時(shí)間和費(fèi)用。
　　 海底管線有海流、海浪引發(fā)的渦激的激發(fā)下，都會使管跨發(fā)生振動。管跨發(fā)生振動后，將使管跨除承受原來的靜應(yīng)力之外，還要考慮因振動引起的動應(yīng)力，應(yīng)力

4、超過屈服極限，結(jié)構(gòu)就會發(fā)生失效，甚至斷裂。因此，臨界管跨的計(jì)算顯得十分重要。本文利用了三種方法進(jìn)行臨界管跨計(jì)算：靜態(tài)方法；避免渦激共振的方法；基于線性累積損傷理論的DNV-RP-F105方法。對三種基本方法計(jì)算出的管跨進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)單純考慮靜應(yīng)力的計(jì)算過于簡單，忽略了海流的影響；從避免渦激共振的角度計(jì)算比較接近實(shí)際情況，從橫向和同向兩個(gè)角度進(jìn)行分析；基于線性累積損傷理論的DNV-RP-F105方法比較保守，因?yàn)槠渲袇?shù)用到了百年一遇和一

5、年一遇的數(shù)值，而在其他的計(jì)算方法中沒有用到，由于杭州灣是強(qiáng)海潮灣百年一遇的數(shù)值較大，這也直接造成了計(jì)算出的數(shù)值較小，偏于安全。從計(jì)算結(jié)果看，臨界管跨的長度隨海水流速的增加而減小，靠近北岸的深槽地區(qū)和中部地區(qū)水流速度較大，所以計(jì)算得到的臨界管跨值也小。臨界管跨的長度也隨管徑的增大而增大。直徑為φ711mm，φ762mm的管徑差別小，再加上配重層的不同，臨界管跨的長度增大不明顯。
　　 杭州灣海底管道焊縫的疲勞特性是用MTS880全

6、自動材料試驗(yàn)機(jī)和AMSLER HFP1478(測疲勞極限)進(jìn)行測試，都是以正弦波輸入，施加軸向?qū)ΨQ載荷。由于這次試樣共用了30余根，p-S-N曲線具有存活率P＝99.9％，置信度γ=90％，顯著度α＝5％，誤差限度δ＝5％，所用的數(shù)據(jù)處理方法是可靠的。
　　 利用DNV-RP-C203標(biāo)準(zhǔn)中的帶有陰極保護(hù)的海底管道環(huán)焊縫的S-N曲線，用實(shí)例來介紹用S-N曲線預(yù)測海底管道的壽命。它是從海底管道管跨的振動頻率出發(fā)，計(jì)算出動應(yīng)力，然后