课程设计--深海钢悬链线立管设计

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1、深海钢悬链线立管设计前言经济的高速发展必然带来能源的大量消耗，寻求廉价而供应充足的能源已经成为各国经济发展的重大问题。科学技术的发展的现状表明：太阳能、地热能利用和开发还处于初级阶段，在能源消耗总额中占的比重也很少；核能正在发展，所占的比重正在逐渐提高，但也受到技术水平、铀矿资源的限制；在核聚变能量被工业大量实际应用以前，石油天然气等燃料仍然是社会使用的主要资源；而石油由于比较容易开采、运输和利用，就必然成为现代国民经济的重要支柱。世界上大量的政治、军事、经济的运动都是围绕石油问题进行的。勘探表明，在大陆架的39%地区含有油气构造，其储量占全世界石油的30%~4

2、0%。而美国的墨西哥湾、欧洲的北海、西亚的波斯湾、北非海域以及南中国海域、渤海海域都已成世界各国开发海洋石油资源的重要场所。目前在各大洲大陆架的不同工作水域有各种类型的近海工程结构物，主要应用于海底油气资源的勘探和开发。海洋立管是浮式海洋平台与海底井口间的主要连接。作为海面与海底的一种连接通道，它也可用于固定式平台及勘探船。下端通过万向节与海底井口连接，其上端与平台或船舶底部的滑移节配合，这样，平台或船舶在波浪作用下发生任何可能的运动时，立管有足够的运动自由度随之运动，并在平台或船舶发生垂直震荡是改变其长度。立管本质上有两种，即刚性立管和柔性立管。海洋立管具有多

3、种可能的结构，如顶张力立管（TTP）、自由悬挂的钢悬链线立管（SCR），惰性S立管，陡峭型S立管，惰性波浪立管、陡峭型波浪立管等。立管的设计应该满足实际的海洋环境载荷，小直径的立管通常被固定在隔水套管中，海洋环境在核对其影响较小。较大直径立管科直接由平台支持置于海洋环境载荷中，此时，立管将同时承受内流体流动的作用和管外海洋环境载荷作用。立管所承受的海洋环境载荷主要有风、浪、流、冰和地震载荷等，其中波浪和海流是最重要的海洋荷载。并且受水流作用的工程结构都有可能发生涡激振动。目前海中立管的动力设计计算并不考虑内流体的流动作用，这样设计是不合理的，也是不安全的。但由于

4、知识与数据的缺乏，本设计将不对内流体的流动作用进行设计。53深海钢悬链线立管设计第一章立管设计的基本依据该立管为南海某海域1000m水深的生活动力平台通过海底管道输送产物的立管。1.1立管用途和功能1、生活动力平台的产物经过此立管输送到spar平台上，最大输送量；2、采用双层保温管结构；3、内管内腐蚀裕量3.2mm,外管外腐蚀裕量6.0mm；4、立管设计寿命按20年设计。1.2环境条件1.风设计风速60m/s,强风向NE施工风速20m/s2.波浪50年一遇波高6.8m,平均周期9.3s3.海流五十年重现期0.9233m/s(水面)4.水深最大水深1000m;5.

5、温度大气:最高38℃,最低-20℃海面:最高30℃,最低-0.5℃6.海生物厚度按平均厚度2cm考虑。1.3液体性质1,,油气比2ρ0=968.2kg/m3μ0=742.38cp3ρg=0.9690㎏/m34ρw=1025kg/m3μw=1.7cp(水在20℃)5液体输送温度按80℃，液体输送压按14.7MPa。53深海钢悬链线立管设计1.4立管的设计依据1.参照中国船级社：《海底管道规范安全规则》（草稿）19872.参照挪威船级社DNV：《海底管道系统规范》198153深海钢悬链线立管设计第二章立管的工艺设计与计算立管的工艺设计计算与普通管道的工艺设计计算大致

6、相同。根据油田总体规划中确定的工艺流程和分流规划，对管道系用进行一系列的工艺计算与分析，例如，降压、降温计算，段塞流分析，允许停输时间计算，再启动计算。其目的是选择合理的管道的管径和断面型式。其中最主要的工艺计算是压降、温降所需要的水力计算和热力计算。在输送易凝固原油时，立管部位是咽喉薄弱环节，除了做好对管道的隔热保温外，还应考虑其他加热、放热、降粘措施。2.1立管的尺寸设计2.1.1主要设计参数计算1.输送介质的密度及比重已知：,,ρ0=968.2kg/m3，ρw=1025kg/m3则=4000，可计算出液体（油与水）的密度：==990.1（2.1）相对于水的

7、相对密度，即比重=0.9660由于气体的密度=0.9690，取空气密度为=1.0，可得气体对空气的相对密度=0.9690。1.管道的平均输油温度采用液体输送温度80作为平均温度=1.880+491.67=635.67()2.平均压力液体输送压力按150，即=150（）=14.7MPa3.液体流量53深海钢悬链线立管设计=1.20G=1.=()=10.17()=1.20=1./0.9901=12120.0()=76235.6其中，系数1.20时为安全起见所乘的备用系数。1.液气的总质量流量W=3180+14.6=.1700.9690+14..60.9660=1.1

8、065（）2.在流动压力