杭州湾海底管道悬跨失效分析及寿命预测

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1、摘要随着石油需求量的增加，陆地石油储量同益减少，人们对海上石油的依赖日益明显。海底管道是海上油气输送的主要方式之一，海底管道的可靠性关系到石油运输的安全。本文从海底管道管跨的角度分析了管跨的可靠性及寿命分析。海底管道是海上油气运输中的最主要的也是最快捷、经济、可靠的方式。自1959年在美国的墨西哥湾铺设第一条海底管道以来，海底管道在世界各近海海域得到了广泛的应用，仅中国就铺设2000№以上。海底管道作为海洋油气的运输方式已越来越普遍。本文基于中国石油化工股份有限公司科技开发部资助项目“杭州湾海底管道安全运行与风险管理技术研究”而进行的。海底管道管跨形成的机理主要有

2、四种类型：海床冲蚀淘空形成的悬跨，海床凸凹不平形成的悬跨，海床管线爬坡形成的悬跨，管线上升到海上平台形成的悬跨，本文主要研究冲刷形成的悬跨。杭州湾海底管道的埋设方式主要有三种：在近岸地区用挖沟法，在有岩层的地方用水平定向钻，在杭州湾的中间火部分流域用阻流器进行自埋。第二章详细介绍了阻流器的结构，而且利用软件模拟对白埋的原理进行分析，使用阻流器会改变流场，在管道和海床之

3、’日J的间隙处的速度会增加，管道周围海床受到的剪应力也相应增大，尤其足管道的底部海床剪应力急剧增加，有利于冲刷成沟，形成自埋。自埋技术无需机械挖沟作业，节省设备、人工和海上作业费用，给施工节省了大量

4、的时间和费用。海底管线有海流、海浪引发的涡激的激发下，都会使管跨发生振动。管跨发生振动后，将使管跨除承受原来的静应力之外，还要考虑因振动引起的动应力，应力超过屈服极限，结构就会发生失效，甚至断裂。因此，临界管跨的计算显得十分重要。本文利用了三种方法进行临界管跨计算：静态方法；避免涡激共振的方法；基j『．线性累积损伤理论的DNV-RP．F105方法。对三种基本方法讨’算出的管跨进行比较，发现单纯考虑静应力的计算过于简单，忽略了海流的影响；从避免涡激共振的角度计算比较接近实际情况，从横向和同向两个角度进行分析；基于线性累积损伤理论的DNV-RP．F105方法比较保守，

5、因为其中参数用到了百年⋯逍／fU⋯年～遇的数值，俩在其他的计算方法中没有用到，由于杭州湾是强海潮湾百年一逍的数值较大，这也直接造成了计算出的数值较小，偏于安全。从计算摘要结果看，临界管跨的长度随海水流速的增加而减小，靠近北岸的深槽地区和中部地区水流速度较大，所以计算得到的临界管跨值也小。临界管跨的长度也随管径的增大而增大。直径为由711mm，中762mm的管径差别小，再加上配重层的不同，临界管跨的长度增大不明显。杭州湾海底管道焊缝的疲劳特性是用MTS880全自动材料试验机和AMSLERHFPl478(测疲劳极限)进行测试，都是以J下弦波输入，施加轴向对称载荷。由于

6、这次试样共用了30余根，p．S．N曲线具有存活率P=99．9％，置信度Y=90％，显著度a=5％，误差限度6=5％，所用的数据处理方法是可靠的。利用DNV-RP．C203标准中的带有阴极保护的海底管道环焊缝的S—N曲线，用实例末介绍用S．N曲线预测海底管道的寿命。它是从海底管道管跨的振动频率出发，计算出动应力，然后查标准中的S．N曲线，得到其寿命。如：管跨为35m时，其剩余寿命为10．1年。这种方法是一种有效的寿命预测方法。关键词：海底管道管跨阻流器臼埋技术S．N曲线硕士学位论文ABSTRACTExplorationinseaismoreandmoreimport

7、antasoilrequirementisr印idlyincreasedandreservesinlaJldarereduced．SubmarinepipelineisoneofthemostimpoIrtantoiltransportationtool，reliabilityofwhichisrelatedwithsaf．etyoftransportation．Submarinepipelineisconvenient，economicalandreliable．Lotsofsubmarinepipelineshasbeenlajdintheworldsince

8、thefirstpipelinewaslaidinMexicoBayofAme“canin1959．Nowtherearemorethan2000kmsubmarinepipelinesinChina．ItispIIeValentthatsubmarinepipelineisusedtotransportoilandgas．Thedissertationis丘nancedbytechnologydepanmentofSinopeclimitedco．Theprojectisstudyon‘‘safetyoperationandriskmanagementstudy

9、ofsub