管道与储罐强度-3海底管道-帅健

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1、引言•海底管道是把海上油气田的整个油气集输与储运的组成部分，也连接海上油气田与整个石油工业系统。•陆上油气管线与江河交叉处，可水下敷设。•海底管道的设计与陆地管道有很大的不同：–环境载荷–稳定性第三章海底管道–工作于极端条件。主讲：帅健3-1波浪、海流对管道的作用水深不同，波浪作用特征不同•波浪•深水区段：海底（地形、地质等）实际上不再影响波浪的形状和尺度。–水体在外力作用下水质点离开平衡位置作周期运动、水面呈周期•过渡区段：在此区段内波浪由深水波向浅水波过渡，深水的三向波在海底水深等因素的影响下向两向波过渡，有时波浪出现破碎。起

2、伏并向一定方向传播的现象。•浅水区段：在这区段内波浪在水深、地形的影响下变化剧烈，波浪向岸边推进时，出现多次破波，而达到最终破碎，并在岸坡附近形•波浪的特征参数：波高、波长、波速、周期成上爬的击岸水流。波浪理论海流•斯托克斯波•海流–海水因受气象因素和热盐效应的作用在较长时间内大体上沿一定–二阶波路径的大规模流动。–三阶波–海洋里有着许多海流，每条海流终年沿着比较固定的路线流动。–四阶波•近岸海流–五阶波–以潮流和风海流为主，某些情况下，波浪破碎产生的顺岸流和离•椭圆余弦波岸流等也很显著。•海流的测量（Cnoidal）–要选择有代

3、表性的时间、季节、点位，测定海流的流速、流向，•线性波（Airy）并需测定沿垂直分布的流速、流向和随时间的变化过程，必要时要进行“流路”测量。1动水作用力有效速度Ue可从下面的表达式D•波浪和海流等对管道产生的作用力U21U2ydyeD120•动水作用力：FCDULLe2用1/7次幂定律来近似计算水平速度U的分布形式–垂直力——升力–水平力117FCDU2Uy一般在海底以上1m处的•速度力（阻力）DDe2Uy自由流中计算U0•惯性力002dU根据上两式FICmD/4dt22

4、0.286速度和加速度由波浪和海流合成。Ue0.778U0D/y0阻力系数——由液流的雷诺数和管子表面的粗糙程度确定雷诺数波致振荡流的阻力系数还和柯立根——卡本特（Keulegan-Carpenter）数K有关UDeReUTe粗糙度系数KDek'D裸置于海底的管道设计动水系数推荐值3-2海底管道的稳定性与设计1、海底管道的稳定性条件作用力：•动水作用力•管道总重量•浮力•摩擦力2作用力的计算管道保持稳定的条件浮力管道总重量WBFN0PPL•钢管重量2BDP0w•内、外防腐绝缘层的重量4RfNFI

5、FD即•混凝土防护加重层的重量摩擦力•介质的重量RNfWBFFFPPLIDWWWWWPSPSCC0令2、保持海底管道的稳定性的措施NWBKFBPPPVL•措施FF–增加管道配重NKIDFBPHL•加大钢管的壁厚——不经济N——负浮力•加重混凝土涂层的重量——能力有限BP–稳定压块–埋设•KV、KH——管道竖向和水平方向的稳定性系数，–机械锚固一般取KV=1.05—1.10；KH=1.10—1.15。稳定压块的设计与计算稳定压块的设计与计算•当稳定压块在管道上连续盖压时，它的

6、重•当稳定压块间隔地盖压在管道量（单位长管道上的压块水下重量）可为KVFLQ01FIFDKFNHLBPKVlFLKVlCFLNBPlQ02FIFDFIFDKlFlKlFlNHLHCLCBP取二者之最大值3稳定压块型式稳定压块型式•铰链式稳定压块，它能•各种马鞍形稳比较容易地在管子上保定压块，根据持其自身稳定的位置，断面形状不同安装时水下可以张开，有如下几种：安装比较容易。但加工例如，矩形、制作和压块组装困难，

7、梯形，拱形等成本比较高，因而使用等。较少。本章小结•海底管道强度设计的内容之一是对波、流情况出估计，以此选出管道各项参数；•波浪参数有波速、波长、波高；•常见的波浪理论有：Airy波、Stokes二阶、三阶、四阶和五阶波，椭圆余弦波（Cnoidal）等；•海水对管道的动水作用力：升力、阻力和惯性力；动水作用力根据Morison方程计算；•作用在海底管道上的力：重量、动水作用力、浮力和摩擦力；•海底管道的稳定性措施：配重、稳定压块、埋设和机械锚固。4