海底管道设计分析..docVIP

海底管道 第一节 海底管道的设计要求和技术规范 随着海上油田开采方式和技术的发展，海底管道已广泛应用于海上油田的开发。正是钢制管道材料的大量使用，带动了各钢铁厂的发展，但恶劣的海上施工环境和激烈的国内外市场竞争，也对钢管的质量、规格、材质、价格、供货周期和配套的售后服务等，提出了越来越高的要求。 海上油田按油气集输外运方式可以划分为码头式、单点系泊式、登陆式等。因此，就海底管道而言，主要有：海上油田内部的油／气集输管道和注水管道；海上油田到陆地（陆地处理厂、炼厂和储油装置）的输油／气管道；陆地到装卸油品的系泊装置间的海底管道及岛屿或与岸联结的海底管道等。从结构上看可分为双重保温管道和单层管道。从输送介质可分为海底输油管道、海底输气管道、海底油气混输管道和海底输水管道等。　 海底管道的设计通常按照国际通用规范进行。一般考虑的主要因素有：选用的设计条件、规范和规定，管道路由、海底状况、坐标及接口，管道设计寿命，操作数据及条件，管道尺寸，环境数据，钢管材料特性与外防腐和涂层等。海底管道设计主要包括：管道尺寸和壁厚设计，工艺流程分析，管道稳定性计算，膨胀位移设计，铺设应力计算，弃管与回收计算，立管设计，管道自由跨度分析及管道防腐设计等。 一、海底管道的技术规范 海底管道的铺设方法有浮游法、悬浮拖法、底拖法、离底拖法、铺管船法等，其中使用铺管船法铺设海底管道是最常用的铺管方式之一。其主要优点表现在流水线作业效率高、管子变形及强度控制较好、适应较深水域、能弃管避风等。目前国内拥有的第２代铺管船的主要原理是：依靠船的锚泊系统沿定位方向移船，利用滚轮传送系统和作业线形成运管、清洁除锈、对管、焊接、检验、接头防腐处理等流水作业，使用张紧器和托管架控制管道变形等。据统计，我国近海用铺管船法铺设的海底管道约占铺管数量的97％以上。　 通过上述数据可以看出，海底管道主要依靠铺管船铺设，工程所用管材必须满足设计和海上铺管的藏工要求才能使用。众所周知，由于海洋工程投资大、风险高以及恶劣的施工环境，因此特别注重施工效率，千方百计寻求各种方式来缩短工期，减少作业船只等费用。实际工程中发现，海底管道的管材选择，必须满足设计和海上铺管的施工要求，但对海底管道的管材制造方式没有特殊要求，如无缝钢管，各种保护焊的直缝钢管等均可以使用。在能满足设计和安装要求的前提下，同时要选用最经济的管材。我国已铺设的海底管道中，小口径管50.8～254mm(2～10in）全部采用无缝钢管。中口径管304.8～609.6mm(12～24in）大多采用的是电阻焊（ERW）直缝钢管，大口径管 609.6～863.6mm(24～34in)采用（UOE）直缝焊接钢管。 海底管线一般都选用无缝钢管（S），电阻焊直缝钢管（ERW）和直缝焊接钢管（UOE）。钢管的制造严格按照美国石油学会（API）的API SPEC5L规范。 API SPEC5L规范，是为石油和天然气工业提供用于输气、输油和输水的管子标准。该规范提供了各种钢级的无缝钢管和焊接钢管，包括其制造工艺和材料、化学和物理性能要求、试验方法和标准尺寸等。规范中包含的钢级有A25、A、B、X42、X52、X56、X60、X65、X70等。对各种钢级的钢管尺寸、重量和试验压力，列有详细的公制表和英制表。 二、静水压试验 在API SPEC5L规范内，对每一根管子都要求进行工厂检查静水压试验，并无渗漏。对于所有尺寸的无缝纲管和等于或小于18in的焊接管，试验压力应能保持不少于5秒钟。对于等于或大于20in的焊接管，试验压力应能保持不少于10秒钟。管道全线水压试验压力通常取管道工作压力的1.25～1.5倍。 不同钢级、直径和壁厚的钢管静水压试验压力是根据下列公式计算出来的，并圆整到100kPa或10psi。 公制公式 英制公式 式中 p——静水压试验压力，Kpa或psi； t——规定的管道壁厚，mm或in； D——规定的管道外径，mm或in； S——最小屈服强度乘规定的百分值，MPa或psi。 三、柔性立管 在海洋石油工业中，除了选用钢管外，还使用具有独特优点的柔性软管。由于柔性软管的结构、加工、运输和安装等方面的工艺技术日趋完善。因此，在海洋石油开发中应用越来越广泛。 柔性立管是柔性软管中的一种主要用途。它使海底工程系统如海底底盘、水下井口、水下管汇、水下安全装置等，与海面工程系统如平台、油轮等连成一个整体生产系统。 1．柔性立管的结构 柔性立管是由钢材与塑性材料两部分组成，其钢材部分提供机械强度，而塑性材料部分起防漏作用。图4—1是典型的柔性立管结构示意图。 ——外层热塑料层：其作用是防止金属层结构受到外部腐蚀和磨损，以及粘合基本的张力条。 ——双层斜拉铠装层：此层通常是由扁平钢丝