抛锚作业撞击海底管道的影响分析.pdf

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1、第38卷第1期石油Jt程建设2l刘欢，冯梅芳，张文海2(1．中国石油冀东油田公司，河北唐山063200；2瑚6威船级社(中国)有限公司，上海200336)摘要：抛锚作业可能会撞击海底管道，对管道的安全运行造成威胁。文章分析了船舶抛锚作业撞击海底管道的能量、海管壁凹坑吸收的能量和海管保护层吸收的能量的计算方法，并给出了工程计算实例，得出不同锚重、埋深条件下海管的损坏等级，确定了合理的埋深，为海管安全敷设提供必要的参数。关键词：海管；抛锚；撞击；危害doi：10．3969／j．issn．1001-2206．2012．01．0060引言和拖拉。海底管道是海洋油气资源开发

2、生产系统的重要(3)各类航行船舶在避让等紧急情况下采取组成部分，近些年随着近海石油工业的发展，海底的抛锚作业。管道也得到了更为广泛的应用。它是连续的输送大(4)船员人为操作失误，导致脱锚。量油气最快捷、最经济、最安全、最高效的方式，1．2管道损坏等级划分具有连续输送、运油能力大、铺设工期短、管理方参照标准DNVRP—F107[4]，视海管的受损程便和操作费用低等优点，但同时也存在检查维护不度，损坏可分为三级：方便、一旦出现事故修复困难等缺点。(1)次损坏(D1)：海管不需要修复，也不会海底管道不仅受到海洋水文环境和海床运动、导致泄漏。海管壁上凹坑的最大深度为管径的

3、海底地形地貌变化的影响，还受到过往船只抛锚5％，通常不会立即影响海管的运行。不过，应该所带来的外界影响。因此，在安装、运行管理的采取检验和技术评估的手段，确认海管的结构完过程中难免会出现各种损伤和缺陷，如凹坑、刮整性和通过清管球的能力。凿、擦痕、穿孔、悬空、弯曲及变形等【l_3]。在海(2)中损坏(D2)：海管需要修复，但也不会底管道受到的各种威胁中。撞击属于偶然性载荷导致泄漏。当海管壁上的凹坑会限制其内部检验破坏，是造成海底管道破坏的主要原因之一。因时，通常需要进行修复(凹坑的最大深度超过管此，分析海管与抛锚之间的力学关系，计算安全径的5％)。不过，修复可以推迟

4、一段时间，再经的埋深．就成为保障海底管道安全运行的一项重过结构完整性评定后可以继续运行。要的研究内容。(3)重损坏(D3)：发生泄漏。海管壁被砸穿1海底管道损坏分级划分孔或者海管破裂，必须立即停止油气输送和进行通常情况下，抛锚点与海底管道的距离越远，线路修复，损坏的部分必须修补或替换掉。锚撞击管道的概率就越小，管道受到锚撞击的风2锚正面撞击海底管道的能量计算险就越小。锚抛入水中并撞击海管的作用机理是复杂的，1．1抛锚作业与海底管道可能撞击的情况它包括许多参数，如锚的形状、尺寸以及撞击方对海底管道有影响的抛锚作业主要有以下几种：向。根据标准DNVRP—F107。基于

5、以下一些假设，(1)恶劣天气条件下，工程船舶发生遛锚或计算“最坏状态”下锚落水并撞击海管的能量：锚链发生断裂。(1)锚是坚硬的，撞击时不会变形。(2)渔业捕捞用具及拖锚对海底管道的撞击(2)锚是直接下落，不旋转。22石油工{jc建设2012年2月(3)海管是静止的。吸收能量(kJ)的计算公式为：(4)撞击能量转移至海管的时间很短，且大部Ek=Ybhxo(4)分转移的能量被海管的凹坑所吸收。式中y——压碎强度／MPa．是标准密度混凝土的(5)撞击时锚达到了其下落的极限速度。立方抗压强度的3倍；2．1锚的冲击能6——锚撞击面的宽度／m：锚被抛入水中后下沉，经过一段时间

6、后，达到——锚撞击面的长度／m；下沉的极限速度，即：当锚的重力与排出水的体积旷一穿透深度，m。和流动阻力达到平衡时，锚的下沉速度就是一个常2．2．2埋深保护层量。锚下沉达到受力平衡时的方程为：挖沟并填埋海管在一定程度上可以额外保护海管免受落锚和拖锚的损坏，但作用是有限的，这主(m一一)g=1p—AvT(1)要取决于挖沟的深度和撞击物的尺寸。根据实体试锚在水中达到极限速度时，其动能为：验，坠落物被砂砾层吸收的能量(kJ)关系为：2ET=1舢=Ep=—1DNApz+，vqP(5)器(一V)(2),除了动能，实际撞击能量还包括附加的式中——填埋材料的有效单位重力／(kN

7、／m)，水动力能量，则实际撞击的能量(kJ)变为：取11kN／m：EE=ET+EA1(m+m)T(3)一海管的直径／m；A广海管的投影面积／m；式中m——锚的质量／kg：z——穿透深度，m；——锚的体积／m：批，Ⅳ厂一承载系数，通常Nq=99，=137。pw址一海水密度／(kg／m。)；通常自然回填的砂层吸收的能量比砂砾的小很m——附加的质量／kg，m=pCaV；多，其抗撞击能力是砂砾覆盖层的2％～10％。r重力加速度／(m／s)；2．3撞击能量A——锚在下沉方向上的投影面积／m；由于有混凝土配重保护层和挖沟填埋层的保V——锚在水中的极限速度／(m／s)；护，锚撞

8、击海管的实