深水自由站立式立管壁厚及材料设计方法研究.pdf

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1、第3卷第3期2016年6月海洋工程装备与技术OCEANENGINEERINGEQUIPMENTANDTECHNOLOGYV01．3，No．3Jun．，2016深水自由站立式立管壁厚及材料设计方法研究黄钰(海洋石油工程股份有限公司，天津300451)摘要针对深水自由站立式立管壁厚及材料初步选择方法，分别从设计流程、设计载荷、设计工况等方面进行了研究，并在壁厚选择的计算原理上结合设计规范进行了深入的讨论。同时，简要介绍了自由站立式立管的结构组成及分类。最后，结合计算实例，对自由站立式立管的壁厚初步选择方法进行了介绍。关键词自由站立式立管；壁厚；深水

2、；应力中圈分类号TE973．92文献标志码A文章编号：2095—7297(2016)03—0184—05TheInvestigationofFSHRWallThicknessandMaterialSelectionMethodHUANGYu(OffshoreOilEngineeringCo．，Ltd．，Tianjin300451，China)AbstractTheselectionmethodforwallthicknessandmaterialoffreestandinghybridriser(FSHR)isintroducedfromthe

3、aspectsofdesignprocedure，designload，designcaseandSOon．Especially，thecalculationprincipleissum·marizedaccordingtothedesigncode．ThestructureanddescriptionforFSHRarealsodescribed．AnexampleofFSHRwallthicknessselectionisshowntogiveafurtherexplanation．Keywordsfreestandinghybridris

4、er(FSHR)；wallthickness；deepwater；stress0引言1自由站立式立管简介自由站立式立管(FSHR)由法国Technip公司开发[1]，最早于1988年在墨西哥湾安装完成。由于其良好的疲劳性能[21，在之后的20年里，自由站立式立管在600～2600m的水深范围里得到了广泛的推广与应用。目前服役的自由站立式立管均由国外公司设计安装完成，技术较为成熟。我国在该领域相比国外起步较晚，相关研究较少。随着我国海洋油气开发活动逐渐从浅水走向深水，作为深水油气开发重要装备之一的深水立管相关的技术也越来越得到重视。特别是近年来，

5、我国的深水立管技术已经逐渐从科研实验走向了生产应用。而在诸多深水立管形式中，具有代表性的自由站立式立管也因其优良的生产性能及工程业绩受到越来越多的关注。本文在对自由站立式立管壁厚计算原理进行深入分析的基础上，结合实例，介绍了其壁厚和材料的选择方法。自由站立式立管主要用于深海油气田的开发，目前在墨西哥湾、西非及巴西均有广泛的应用。依据目前的工程业绩，截止到2009年，自由站立式立管的最大作业水深可达2600m。自由站立式立管(FSHR)是一种以钢性立管作为主体部分，通过顶部浮力筒的张力作用，垂直站立在海底，以跨接软管作为外输装置与海上浮体相连接的

6、立管结构形式。结合其自身特点，在设计中所依据的设计规范、设计原理，包括所考虑的功能载荷、环境载荷、失效模式[33等，和一般的浅水立管均有所不同。FSHR主要结构如图1所示。按照截面形式划分，自由站立式立管立管主体可分为单管式、管中管式和集束混合塔式立管三种[引，而集束塔式立管又分为内捆绑式和外捆绑式两种。具体截面结构形式如图2所示。收稿日期：2016—05—20作者筒介：黄钰(1985一)，男，工程师，主要从事海底管道及立管设计工作。第3期黄钰：深水自由站立式立管壁厚及材料设计方法研究。185‘浮式系统厂]三——一。卜————————————三

7、i一一接入／1,oo管柔性跨接管＼”＼—／l浮式筒应力剥立管主体柔性接连L7z秽————————————_

8、r_：万一基础图1FSHR主要结构示意图Fig．1FSHRstructuresketch单管式管中管式集束混合塔式立管图2FSHR立管主体截面形式Fig．2FSHRcrosssectionconfiguration2自由站立式立管壁厚初步设计2．1概述自由站立式立管的壁厚初步设计是立管总体设计初始阶段的一项重要内容。准确合理的壁厚初步选择可以为自由站立式立管的后续设计打下良好的基础，节约设计成本。自由站立式立管在壁厚初步选择上遵循图3所示

9、流程。自由站立式立管主体在壁厚选择中主要考虑以下几个方面的设计载荷：设计压力；水压试验压力；水深引起的外部压力；自由站立式立管主体(及所有涂层)重量；