Đồ án môn học đường ống – bể chứa – trạm bơm

Luận văn : Đồ án môn học đường ống – bể chứa – trạm bơm

Nớc dâng( m )

Hà bám( cm )

Nhiệt độ( oC )

 Trọng lợng riêng của dầu : 890 kG/m3

 Trọng lợng riêng của nớc biển : 1025 kG/m3

 Trọng lợng riêng của bêtông : 3040 kG/m3

 Träng lîng riªng cña thÐp èng : 7850 kG/m3

 Träng lîng riªng cña hµ b¸m : 1600 kG/m3

 Sai sè chiÒu dµy do chÕ t¹o -5%  10%

 VËt liÖu : X52

 HiÖu chØnh sè liÖu sãng , dßng ch¶y :

 HiÖu chØnh chiÒu cao sãng ( m ) : + 0.85

 HiÖu chØnh vËn tèc dßng ch¶y ( m/s ) : -0.2

7 Tiªu chuÈn sö dông

 DnV – Rulers for Submarine pipeline systems , 1981

 DnV OS F101 – Submarine pipeline systems , 2000

 DnV RP E305 – On-bottom Stability Design of submarine pipelines

 DnV RP B401 – Recommended Practice for Cathodic Protection Design

Phần hai : nội dung đồ án

1 Tổng quan mỏ Bạch Hổ

Mỏ Bạch Hổ là mỏ lớn nhất Việt Nam và cũng là mỏ Việt Nam trực tiếp khai thác Mỏ nằm ở phía nam thềm lục địaViệt Nam trong lô 09 – 1 thuộc bể trầm tích Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120 km do Xí nghiệp liên doanh dầu khí VietsovPetro khai thác Tháng 6 – 1986 dòng dầu khí đầu tiên đợc khai thác trong tầng trầm tích Mioxen của mỏ Bạch Hổ Năm 1987 phát hiện dầu khí trong tầng trần tích Oligoxen và đặc biệt vào năm 1988 phát hiện dầu khí trong tầng đá móng Granit nứt nẻ Tổng trữ lợng dầu khí thu đớc do khai thác cùng với dầu của toàn mỏ khoảng 31.8 tỷ m3 khí đồng hành của mỏ Bạch Hổ đợc đa vào sử dụng cho các nhàmáy Bà Rịa từ tháng 5 -1995 , cho nhà máy Phú Mỹ từ tháng 2-1997 và tơng lai làcho các khu công nghiệp của Vũng Tàu nh Vedan, Kidwell v.v

 20 tuyến ống dẫn dầu với tổng chiều dài 60,7 km

 10 tuyến ống dẫn khí với tổng chiều dài 24,8 km

 18 tuyến ống dẫn Gaslift với tổng chiều dài 28,8 km

 11 tuyến ống dẫn hỗn hợp dầu, khí với tổng chiều dài 19,3 km

3 Các loại công trình hiện có trong hệ thống khai thác ở mỏ Bạch Hổ

Để phục vụ cho công tác thăm dò và khai thác dầu khí tại mỏ Bạch Hổ, Xí nghiệp liên doanh dầu khí VietsovPetro đã xây dựng ở đây một hệ thống các công trình bao gồm : Dàn công nghệ trung tâm CTP, dàn khoan cố định MSP, dàn nhẹ

BK, trạm rót dầu không bến UBN, các tuyến đờng ống nội bộ mỏ Hiện nay mỏ Bach Hổ có :

 Các dàn bơm nớc, dàn ép vỉa, dàn ngời ở, các cầu dẫn …

 Ngoài ra còn có hệ thống các đờng ống ngầm đã giới thiệu ở trên

3.1.Dàn khoan cố định MSP

 MSP là dàn khoan cố định Trên dàn bố trí tháp khoan di động có khả năng khoan ở nhiều giếng khoan

 Về mặt công nghệ : MSP có thể khoan, khai thác và xử lý Hệ thống công nghệ trên dàn đảm bảo nhiều công tác từ xử lý sơ bộ sản phẩm dầu khí cho đến tách lọc sản phẩm dầu thơng phẩm, xử lý sơ bộ khí đồng hành Mức độ xử lý tùy thuộc hệ thống thiết bị trên từng dàn Sản phẩm dầu khí đợc xử lý trên MSP có thể là từ các dàn khoan của nó hoặc là từ các dàn nhẹ BK

 Về mặt cấu tạo : Khối chân đế của dàn là kết cấu thép không gian làm từ thép

ống Mỗi chân đế có 8 ống chính ( đờng kính 812.8 x 20.6 mm ).

3.2.Dàn nhẹ BK

 Là dàn nhỏ nhẹ không có tháp khoan Công tác khoan sẽ do tàu khoan tự nâng thực hiện Dàn BK có các thiết bị công nghệ ở mức tối thiểu để đo lu lợng và tách nớc sơ bộ Sản phẩm từ BK sẽ đợc dẫn bằng đờng ống về MSP hoặc dàn công nghệ trung tâm để xử lý Trên dàn không có ngời ở

 Về mặt cấu tạo : Chân đế dàn BK là kết cấu dàn thép không gian có 1 mặt thẳng đứng , đợc cấu tạo từ thép ống Chân đế có 4 ống chính

3.3.Dàn công nghệ trung tâm CTP

Chức năng chính của dàn công nghệ trung tâm CTP là :

 Thu gom tách lọc các sản phẩm từ các giếng ở các dàn BK, MSP

 Xử lý dầu thô thành dầu thơng phẩm và bơm đến các trạm rót dầu không bến UBN

 Xử lý nớc thải theo tiêu chuẩn quốc tế và thải chúng xuống biển

 Xử lý sơ bộ khí đồng hành và đa chúng vào các trạm nén khí

3.4.Trạm rót dầu không bến ( UBN )

 Dầu thô đợc thu gom từ các dàn BK, MSP về các dàn CTP để xử lý thành dầu thơng phẩm sau đó chúng đợc bơm đến các tàu chở dầu nhờ các trạm rót dầu không bến UBN

 Các thiết bị chủ yếu để tiếp nhận dầu :

+ Bể trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng ( dầu – dầu )

+ Bể trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng ( dầu – nớc )

+ Hệ thống khử nớc bằng điện có khối đốt nóng và phân li

+ Hệ thống phân li kiểu tháp

+ Khối chứa và chuyển hóa sản phẩm ( khử chất nhũ và kìm hãm ăn mòn )

3.5.Hệ thống đờng ống ngầm : Đã trình bày ở trên

4.Các khâu trong quá trình khai thác dầu khí

Công nghệ khai thác dầu khí trên thế giới nói chung, ở Việt Nam và ở mỏ Bạch

Hổ nói riêng đều phải trai qua ba công đoạn sau đây:

 Giai đoạn1:Thợng nguồn.

Là giai đoạn khảo sát và thăm dò dầu khí, bằng các phơng pháp kỹ thuật ngời

ta có thể xác định đợc chính xác nơi nào có dầu và trữ lợng là bao nhiêu Từ đó ngời ta đi đến quyết định có khai thác hay không, nếu trữ lợng đủ lớn để khai thác thì tai đó các công trình khai thác dầu khí nh các hệ thống dàn khoan và hệ thống đờng ống sẽ đợc xây dựng

 Giai đoạn 2:Trung nguồn.

Ở giai đoạn này các sản phẩm sẽ đợc khai thác và vận chuyển đến những nơi

sử lý nh các dàn trung tâm, các dàn công nghệ,hoặc chúng đợc đa đến các bể chứa thông qua hệ thống đờng ống ở giai đoạn khai thác nó sẽ đợc phân thành hai thời kỳ khai thác khác nhau đó là:

 Thời kỳ khai thác sơ cấp là thời kỳ đầu khi mà áp lực ở giếng là đủ lớn để đẩy sản phẩm dầu khí lên đến nơi chế biến

 Thời kỳ khai thác thứ cấp là thời kỳ mà giếng không còn đủ áp lực để đẩy sản phẩm dầu khí đến nơi chế biến Nhng trữ lợng của nó vẫn còn khá lớn có thể vẫntiếp tục khai thác đợc Khi đó ngời ta sử dụng công nghệ bơm nớc ép vỉa với áp lực đủ mạnh xuống giếng để tiếp tục khai thác

 Giai đoạn 3: Hạ nguồn.

Ở giai đoạn này các sản phẩm dầu mỏ sau khi đã đợc chế biến nó sẽ đợc đa

đến nhng trung tâm tiêu thụ nh những trạm dót dầu không bến hoặc là nhứng cảng dầu nhờ hệ thống đờng ống

5.Các giai đoạn khai thác dầu khí

Thiết kế xây dựng khu khai thác dầu khí cần đợc xem nh một tổ hợp công nghệ

đồng nhất, đảm bảo thu đợc sản phẩm có chất lợng đạt yêu cầu với chi phí cho khai thác, thu gom xử lý và vận chuyển sản phẩm tối thiểu Hệ thống này bao gồm các quy trình công nghệ:

+ Thu gom, vận chuyển và đo các sản phẩm các giếng khai thác trên mỏ.+ Tách sơ bộ các sản phẩm từ các giếng

+ Xử lý dầu

+ Xử lý nớc thải và các loại khác cho hệ thống duy trì áp suất vỉa

+ Tiếp nhận và đo lờng dầu

+ Độ kín của công tác thu gom và vận chuyển dầu khí

6.Mô tả công nghệ liên quan tới tuyến đờng ống thiết kế

 Tuyến đờng ống thiết kế là tuyến đờng ống bơm nớc ép vỉa nối hai dàn nhẹ BK5 – BK4 có chiều dài 2150 m,

 Đờng kính danh định của ống là 356 mm, chiều dày ống 24 mm

 áp suất trong ống là Pd = 310 at

 Nhiệt độ chất vận chuyển trong ống là 75oC

 Hớng của công trình là hớng NE

Chơng 2 : tính toán kiểm tra

1 Xác định chiều dày ống

1.1.Chiều dày ống theo bài toán đờng ống chịu áp lực trong

Trong đồ án này, bài toán đờng ống chịu áp lực trong đợc tính toán cho 2 trạng thái là : Trạng thái thi công ( thử áp lực) và trạng thái khai thác

Công thức xác định : Theo tiêu chuẩn DnV 2000 ( công thức 5.14 )

áp lực trong phải thỏa mãn điều kiện sau :

 pli : áp lực trong cục bộ đợc xác định tùy thuộc vào từng giai đoạn :

Trong giai đoạn vận hành : pli đợc xác định theo công thức :

p li p inccont .g hinc.p d cont .g h

cont

 : Khối lợng riêng của chất vận chuyển trong ống, trong đồ án này chấtvận chuyển là nớc ép vỉa, do đó cont= 1,025 t/m3

+ g : gia tốc trọng trờng, lấy g = 9,81 m/s2

+ h : Độ chênh cao giữa điểm đo áp lực Pd và điểm tính toán, trong đồ án này quy ớc điểm đo áp lực tại cốt “0” hải đồ, thiên về an toàn ta lấy h = d0

Trong giai đoạn thi công : Sử dụng plt = 1,05 pli để kiểm tra

 pe : áp lực ngoài, trong trờng hợp này, áp lực ngoài làm tăng khả năng chịu lực của ống nên lấy với giá trị nhỏ nhất, nó không vợt quá áp lực nớc đợc tính toán tơng ứng khi thủy triều thấp nhất :

p e  'h

+ Trong giai đoạn thi công : h’ = d0 -  10

max

nam H

+ Trong giai đoạn vận hành : h’ = d0 -  100

max

nam H

 = 1,025 T/m3 : trọng lợng riêng của nớc biển

đợc

Pb = min{pb,s(x), pb,u(x)}

Với: pb,s(x) là khả năng chịu lực trong của đờng ống theo TTGH chảy dẻo

pb,u(x) là khả năng chịu lực trong của đờng ống theo TTGH phá vỡ (nổ) do ứng suất vòng Chúng đợc tính toán theo công thức :

,

,

, ,

+ D : là đờng kính danh định của ống, D = 356 mm

+ x là chiều dày tính toán của đờng ống

Trong trạng thái thi công thử áp lực tại nhà máy:

t1 = t - tfab

Trong điều kiện vận hành:

t1 = t - tfab - tcorr

t : là chiều dày danh định của ống ;

tfab : dung sai chiều dày do chế tạo , tfab = 5% t

tcorr : chiều dày do ăn mòn, tcorr = 3 mm do chất vận chuyển là nớc ít gây

ăn mòn

+ fy : ứng suất chảy dùng để thiết kế

+ SMYS là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất đặc trng của thép ống

+ fu : ứng suất kéo dùng để thiết kế

+ SMTS là độ bền chịu kéo nhỏ nhất của thép ống

(SMYS, SMTS : tra theo DnV_OS_F101 page 115)

Đối với thép API 5L – X52 có các đặc trng :

SMTS = 455 Mpa = 4550 kG/cm2

+ fy,temp là phần giảm ứng suất chảy dẻo đặc trng do nhiệt( tra theo đồ thị 5.1– DnV2000) Coi thép đợc cấu tạo chủ yếu từ hai thành phần là Cácbon và Mangan , khi tra đồ thị ứng với đờng C-Mn Với nhiệt độ trong ống là 750C ,tra đồ thị ta đợc fy,temp = 15 Mpa = 150 kG/cm2

+ fu,temp là phần giảm khả năng chịu kéo đặc trng do nhiệt Do không có số liệu nên thiên về an toàn ta lấy fu,temp = 0

+ U : Hệ số cờng độ vật liệu, lấy theo bảng 5.1 tiêu chuẩn DnV,U = 0,96

đối với điều kiện thông thờng (vận hành ) và bằng 1 trong điều kiện thử áp lực

+ A :Hệ số không đẳng hớng của vật liệu, A =0,95

+ Các hệ số m , SC đợc tra theo các bảng 5.4 và 5.5 tiêu chuẩn DnV

Table 5-4 Material resistance factor  m

SLS : Serviceability Limit State : Trạng thái giới hạn về khả năng phục vụ

ULS: Ultimate Limit State : Trạng thái giới hạn cực hạn

ALS : Accidental Limit State : trạng thái giới hạn ngẫu nhiên

FLS : Fatigue Limit State : Trạng thái giới hạn về mỏi

Thiên về an toàn ta chọn m = 1,15 cho cả 2 trạng thái thi công và vận hành

Table 5-5 Safety class resistance factors ,  SC

SC

Để tính đợc SC , ta cần phải xác định đợc cấp an toàn của đoạn đờng ống

đang thiết kế.Dựa vào các bảng 2.1 , 2.2 , 2.3 , 2.4 tiêu chuẩn DnV, ta xác định

đ-ợc cấp an toàn của đoạn đờng ống

Các bảng phục tính toán :

Bảng 2-1 Phân loại chất vận chuyển

A Các chất không cháy có nguồn gốc từ nớc ( ví dụ : Nớc…)

B Các chất cháy đợc hoặc chất độc ở dạng chất lỏng trong điều kiện nhiệt

độ và áp suất khí quyển Ví dụ nh các sản phẩm của dầu mỏ, methanol

C Các chất không cháy đợc hoặc không độc ở dạng khí trong điều kiện

nhiệt độ và áp suất khí quyển Ví dụ nh : CO2 , không khí …

D Các chất không độc, 1 pha ở dạng khí tự nhiên

E Các chất lỏng cháy đợc hoặc độc có dạng là chất khí trong điều kiện

nhiệt độ và áp suất khí quyển và có thể chuyển từ dạng khí sang dạng lỏng.Ví dụ : gas lỏng tự nhiên , ammonia …

Bảng 2-2 Phân loại vùng

1 Vùng dọc tuyến ống không có hoạt động của con ngời

2 Vùng gần ống đứng hoặc gần dàn, có hoạt động của cong ngời Phạm vi của vùng 2 xác định dựa trên sự phân tích rủi ro của đờng ống, nhỏ nhất

là cách dàn 500 m

Bảng 2-3 Phân loại cấp an toàn

Thấp

Khi có h hỏng xảy ra không gây nguy hại đến tính mạng con ngời

và không gây hậu quả đáng kể đến môi trờng và kinh tế.Cấp an toàn đợc áp dụng trong giai đoạn thi công

Trung bình

Khi có sự cố xảy ra trong điều kiện nhất thời gây nguy hiểm đến tính mạng con ngời, ô nhiễm môi trờng đáng kể hoặc gây hậu quảlớn tới kinh tế , chính trị

Cao

Cấp an toàn áp dụng trong điều kiện vận hành công trình, khi sự

cố xảy ran guy hiểm rất lớn đối với tính mạng con ngời, gây hậu quả rất nghiêm trọng tới môi trờng, kinh tế, chính trị Cấp an toànnày áp dụng trong quá trình vận hành ở vùng 2

Bảng 2-4 Phạm vi ứng dụng cấp an toàn

Giai đoạn

Chất vận chuyển A, C Chất vận chuyển B, D, E

Trong đồ án này chất vận chuyển là nớc ép vỉa thuộc loại chất A , tuyến ống thuộc cả vùng 1 và vùng 2 nên ta tính SC cho 4 trờng hợp cụ thể sau :

Kết luận Thoả mãn Thoả mãn Thoả mãn Thoả mãn

Kết luận : Chiều dày ống là 24 mm thỏa mãn bài toán ống chịu áp lực trong

1.2.Điều kiện ổn định đàn hồi của đờng ống

1.2.1.ổn định cục bộ

a Hiện tợng mất ổn định cục bộ đờng ống biển

 Khi áp lực bên ngoài cao hơn áp lực bên trong ống, ứng suất vòng có dấu âm

và gây nén vỏ ống theo phơng chu vi ống Tới 1 giới hạn nhất định, ứng suất này gây oằn ống ( bóp méo ống ) trên tiết diện ngang, thờng xảy ra dới dạng vết lõm Về bản chất , hiện tợng này tơng tự nh hiện tợng mất ổn định trên thanh Ơ le nhng xảy ra trên chu vi ống tại 1 tiết diện cục bộ

 Tác động gây ra mất ổn định cục bộ là áp lực ngoài, thờng xét là áp lực thủy tĩnh

b Tính toán kiểm tra

Theo quy phạm DnV 2000 ( công thức 5.22 ) điều kiện để không mất ổn

định cục bộ đờng ống là :

1,1

c e

m SC

p p

 



Hmax : chiều cao sóng lớn nhất, trong giai đoạn thi công lấy sóng có chu

kỳ lặp 10 năm trong giai đoạn vận hành lấy sóng có chu kỳ 100 năm

 pc : áp lực tới hạn đợc tính bằng cách giải phơng trình bậc 3 sau ( công

2

2 .( )1

el

t E D p

 Trong giai đoạn thi công và thử áp lực : t2 = t :chiều dày danh định

 Trong giai đoạn vận hành : t2 = t - tcorr

+ pp : áp lực phá hoại dẻo ( plastic collapse pressuare ) đợc xác định theo

fab : Hệ số chế tạo, xác định theo bảng 5.3 – DnV 2000

Table 5.3 Maximum fabrication factor ,  fab

Seamless : ống liền ( không hàn )

UO : ống đợc chế tạo bằng các đoạn ống hàn với nhau

TRB : 3 điểm uốn cong

+ m , SC : Hệ số vật liệu và hệ số cấp an toàn, cách lấy tơng tự nh trong

tr-ơng hợp đờng ống chịu áp lực trong đã trình bày ở trên

 Trong giai đoạn thi công : pc = 144794900,7 ( N/m2 )

 Trong giai đoạn vận hành : pc = 98117399,94 ( N/m2 )

 Kết quả kiểm tra ổn định cục bộ của đờng ống :

Kết luận Thoả món Thoả món Thoả món Thoả món

Vậy với chiều dày t = 24 mm , đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

1.2.2.Kiểm tra ổn định lan truyền

a.Hiện tợng mất ổn định lan truyền

 Hiện tợng này đợc mô tả là dới áp suất ngoài cao nhất định , nếu trên đờng ống đã có 1 điểm mất ổn định cục bộ, thì vết lõm sẽ lan truyền sang các điểm lân cận dọc theo tuyên ống Khi xảy ra hiện tợng này, đờng ống bị phá hủy trên chiều dài lớn, gây tổn thất đáng kể và khó khắc phục cho công trình

 Với đờng ống cho trớc cần tính toán xác định áp lực ngoài gây ra mất ổn

định lan truyền So sánh với áp lực ngoài thực tế tại địa điểm xây dựng, nếu áplực ngoài nhỏ hơn áp lực gây mất ổn định lan truyền là an toàn

b.Tính toán kiểm tra

Theo quy phạm DnV 2000, điều kiện để không mất ổn định lan truyền ờng ống là :

pr e

m SC

p p

 



Trong đó :

 pe : áp lực bên ngoài xác định nh trong phần kiểm tra ổn định cục bộ

 ppr : áp lực tới hạn khi mất ổn định lan truyền

 Thực hiện tính toán trong excel đợc kết quả nh sau :

Kết luận Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn

Vậy đờng ống không bị mất ổn định lan truyền

2 Kiểm tra ổn định vị trí của đờng ống

đáy biển trong suốt thời gian vận hành

2.2 Tính toán kiểm tra ổn định vị trí ( theo DnV – RP E305 - 1988 )

Việc tính toán ổn định vị trí cần đảm bảo ống ổn định tại mọi vị trí, trong mọi điều kiện hoạt động và môi trờng tác động Do đó khi tính toán ổn định vị trí của đờng ống dới đáy biển đợc xét trong hai trờng hợp với những tổ hợp bất lợi nhất của sóng và dòng chảy

Giai đoạn 1 : Điều kiện ống mới lắp đặt xong

Trong điều kiện này, ổn định thờng đợc tính trong điều kiện song – dòng chảy 1 năm, đờng ống cha có hà bám, ăn mòn, chất trong ống là không khí hoặc nớc biển

Giai đoạn 2 : điều kiện vận hành

Trong điều kiện này, ổn định vị trí của đờng ống thơng đợc tính toán trong

điều kiện sóng – dòng chảy tần suất xuất hiện là 100 năm và xét đờng ống có hàbám , ăn mòn tơng ứng với đời sống của công trình, trong ống chứa chất vận chuyển Tổ hợp sóng – dòng chảy đợc chọn :

o Nếu sóng là trội : Sóng 100 năm + dòng chảy 10 năm

o Nếu dòng chảy là trội : Dòng chảy 100 năm + sóng 10 năm

Tính toán vận tốc sóng và dòng chảy với chu kỳ lặp 100 năm, so sánh vận tốc sóng và dòng chảy ,ta nhận thấy dòng chảy là trội ( vận tốc dòng chảy lớn hơn ) nên ta tính với tổ hợp sóng 10 năm + dòng chảy 100 năm

Theo tài liệu DnV RP E305 – 1988 , để đờng ống ổn định dới tác động của môi trờng thì trọng lợng ống dới nớc tính cho 1 đơn vị dài phải thỏa mãn điều kiệnsau :

 FW : Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào hệ số K ( hệ số Keulegan – Carpenter )

và M ( tỷ số giữa vận tốc dòng chảy và vận tốc sóng ), tra đồ thị 5.12 DnV E305

s u

C S

U T K

D U M U





+ US : Vận tốc sóng đáng kể

+ UC : Vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc với trục ống

+ Tu : Tra theo đồ thị 2.2 DnV E305 ( trang 7) thông qua tỷ số Tn/Tp ; Tp là chu kỳ sóng, n d

T g

 , ở đây d , g là độ sâu nớc tại vị trí xây dựng công trình vàgia tốc trọng trờng

  : Hệ số ma sát giữa ống và đáy biển, xác định theo đồ thị hình 5.11 – DnV E305 – 1988 , trong đồ án này, theo địa chất đề bài ra, lấy  = 0,22

 st : Hệ số an toàn , lấy st = 1,2 ( không nhỏ hơn 1,1 )

 FL : Lực nâng gây ra bởi sóng và dòng chảy, ( N/m )

.( cos( ) )2

 FD : Lực cản vận tốc, ( N/m )

1 .( cos ) .cos2

 FI : Lực quán tính, ( N/m )

2 sin4

+ AS : Gia tốc chuyển động ứng với chiều cao sóng đáng kể

Trình tự tính toán bài toán ổn định vị trí theo DnV RP E305 - 1988

 B1 : Xác định vận tốc, gia tốc sóng đáng kể theo hớng sóng tính toán

Trong tính toán, US và AS là theo hớng sóng tính toán Để tính toán ổn định

vị trí cần chiếu các đại lợng này lên phơng vuông góc với trục ống :

ln 1

r C

 zr : Độ sâu tham chiếu , kể đến ảnh hớng của lớp biên, zr = 1 m

 z0 : Hệ số phụ thuộc vào độ nhám của đáy hay tính chất nhám của đất bề mặt đáy biển

Do đờng ống trong thực tế không nằn trên đờng thẳng nên ta chia thành các vùng khác nhau.Trong phạm vi đồ án này ta chia thành 3 vùng, xét ổn định vị trí của 3

Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )

Trọng lợng yêu cầu của ống là Wsyc= 544,45 ( N/m )

Trọng lợng của ống và chất trong ống trong nớc là :

WS = Wthep– Wđn = 944,762 ( N/m )

 Đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí trong điều kiện vừa thi công xong

 Trong giai đoạn vận hành :

Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )

 Giai đoạn vừa thi công xong :

Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )

Đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí trong điều kiện vừa thi công xong

 Trong giai đoạn vận hành :

Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )

 Giai đoạn vừa thi công xong :

Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )

Trọng lợng của ống trong nớc là :

WS = Wthep– Wđn = 944,762 ( N/m )

Đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí trong điều kiện vừa thi công xong

 Trong giai đoạn vận hành :

Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )

Vậy đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí trong giai đoạn vận hành

Kết luận :Với kích thớc ống 356 x24 mm, đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định

vị trí , không cần phải bọc bê tông gia tải

3 Kiểm tra nhịp treo cho phép đối với đờng ống

3.1 Hiện tợng

Thông thờng đờng ống nằm tiếp xúc liên tục với đáy biển và do đó không chịu momen uốn Tuy nhiên trong một số trờng hợp ống buộc phải vợt qua những địa hình phức tạp làm phát sinh nhịp treo trên tuyến Các dạng địa hình thờng gặp là:

 Chớng ngại vật dạng lõm xuống: hào, rãnh, địa hình có sóng cát

 Chớng ngại vật có dạng đỉnh lồi: mỏm san hô, đờng ống đã có trớc

Khi đờng ống có nhịp treo thì bài toán độ bền của đờng ống trở lên rất phức tạp Cần phải xét các bài toán sau :

 Bài toán nhịp ống chịu tải trọng tĩnh, thờng xét các tải trọng nh trọng lợng bản thân, lực căng d trong ống khi thi công

 Bài toán nhịp ống chịu tải trọng động là lực thuỷ động của sóng và dòng chảy

 Bài toán cộng hởng dòng xoáy của nhịp ống

 Bài toán ổn định tổng thể

 Bài toán mỏi

Các bài toán trên là tơng đối quen thuộc Tuy nhiên với công trình đờng ống thì khá phức tạp do nhiều lý do nh sau:

 Tính đa dạng của biên liên kết

 Tính phi tuyến của đất nền

 ảnh hởng của phi tuyến hình học

 ảnh hởng của nhiệt độ, ma sát và lực căng d trong ống

Trong phạm vi đồ án này ta chỉ xét nhịp treo của đờng ống với hai bài toán sau:

 Bài toán tĩnh ( kiểm tra độ bền của đờng ống khi qua hố lõm)

 Bài toán động ( bài toán cộng hởng dòng xoáy)

3.2 Bài toán tĩnh

Có hai dạng địa hình đặc biệt thờng gặp là hố lõm và đỉnh lồi , tải trọng là trọng lợng bản thân của ống trong nớc và lực căng còn d trong ống Vấn đề khó khăn nhất là xây dựng đợc mô hình đợc liên kết giữa ống và đất nền tại hai đầu nhịp Trong thực tế liên kết giữa hai đầu nhịp rất đa dạng nh ống dựa hoàn toàn trên nền, ống vùi một phần trong nền hoặc vùi hoàn toàn trong nền v.v., mặt khác sự làm việc của đất nền dới ống thực chất là đàn dẻo hay dàn hồi phi tuyến Rất khó có thể đa ra công thức tính toán chung cho một trờng hợp Các nghiên cứu trớc đây dựa theo mô hình hóa sự làm việc của nền đất bằng các lò xo, sử dụng máy tính điện tử đã xây dựng đợc các đồ thị cho phép nhanh chóng xác định

đợc các đặc trng của nhịp, ứng suất lớn nhất trên ống và biến dạng tơng ứng Các đồ thị này có thể dùng để tính toán sơ bộ bài toán tĩnh của đờng ống vợt qua

địa hình phức đặc biệt

Trạng thái ống qua hố lõm đợc mô tả nh hình vẽ :

Xét hình dáng của ống khi đi qua hào nh hình vẽ trên Ta nhận thấy có 2 vùng cách biệt dùng để định rõ hình dạng của ống :

 Vùng 1 : Đoạn nhịp ống ở chỗ trũng , chiều dài L

 Vùng 2 : Đoạn nhịp ống ngoài chỗ trũng , chiều dài l

Sơ đồ trên là sơ đồ đối xứng, ứng suất lớn nhất xẩy ra ở mép hào ( m )

Tra đồ thị 3.19 trong tài liệu Offshore pipeline Design Analysis and Methods theo các đại lợng vô hớng xác định đợc ứng suất lớn nhất trong nhịp m

Các đại lợng vô hớng đợc sử dụng :

 Lực kéo vô hớng :

c

L W



Trong đó :

- W: trọng lợng của ống dới nớc trên một đơn vị chiều dài

- E: môđun đàn hồi của vật liệu làm ống

- J: mômen quán tính của tiết diện ống,  4 4

64 D o D i

J  

- C: bán kính ngoài của ống (không kể đến hà bám, bê tông bọc…)

- T: lực căng ống do thi công, ở đây T = 12(T).(Đối với tầu Côn Sơn)

Để ống không bị phá hoại khi đi qua hố lõm thì ứng suất trong ống không lớn hơnứng suất cho phép.ứng suất lớn nhất trong ống xác định theo công thức sau :  

m k

fy : Đặc trng ứng suất chảy dẻo của vật liệu ống

sc, m : Hệ số cấp an toàn của công trình và hệ số sử dụng vật liệu

Các thông số fy , sc, m đợc tính toán nh trong phần ổn định đàn hồi

Kết quả tính toán cho 2 trờng hợp thi công và vạn hành nh sau :

ờng hợp thi công

Tính toán các thông số :

D (m) t (m) A (m2) J (m4) W (N/m)0.356 0.024 0.02503 0.000347 944.7617

LC T (N) C (m) C (N/m2) 42.55481014 120000 0.178 8.78E+08 2.9848

Vùng [] (N/m2) m (N/m2) m/CVùng 1 2.84E+08 2.19E+08 0.249Vùng 2 2.84E+08 2.19E+08 0.249

Tra đồ thị hình 3.19 trang 63 tài liệu Offshore Pipeline Design Analysis and Methods , ta đợc giá trị L/LC , từ đó tính đợc L:

LC T (N) C (m) C (N/m2) 33.69148038 120000 0.178 1.11E+09 1.8709

Vùng [] (N/m2) m (N/m2) m/CVùng 1 2.73E+08 2.10E+08 0.239Vùng 2 2.49E+08 1.92E+08 0.218

Tra đồ thị hình 3.19 trang 63 tài liệu Offshore Pipeline Design Analysis and Methods , ta đợc giá trị L/LC , từ đó tính đợc L:

Chiều dài nhịp treo cho phép trong giai đoạn vận hành là : 52.196 m.

Kết luận : Chiều dài nhịp treo cho phép là : 52.196 (m)

3.3 Bài toán cộng hởng dòng xoáy của nhịp ống

a.Hiện tợng

Khi dòng chảy cắt ngang nhịp ống các xoáy xuất hiện sau tiết diện ngang Các xoáy này gây dòng chảy nhiễu loạn và không ổn định sau ống Dòng xoáy dẫn đến sự biến đổi có chu kỳ của áp lực thuỷ động lên ống và làm ống rung

động

Chu kỳ của dòng xoáy phụ thuộc vào đờng kính ngoài Dn và vận tốc dòng chảy Vdc

Dao động xảy ra theo cả hai phơng, phơng vuông góc với dòng chảy và

ph-ơng trùng với hớng dòng chảy Các nghiên cứu cho thấy đờng ống bắt đầu dao

động theo phơng dọc dòng chảy khi tần số dòng xoáy đạt khoảng 1/3 tần số dao động riêng của nhịp Nếu tốc độ dòng chảy tăng đến mức cao, tần số dao

động của dòng xoáy xấp xỉ tần số dao động riêng của nhịp và dao động ngang dòng xuất hiện Lúc này, trên nhịp ống xảy ra hiện tợng dao động cộng hởng gây chuyển vị và ứng suất rất lớn dẫn tới phá huỷ ống

b.Phơng pháp tính toán kiểm tra.

Theo Offshore Pipeline Design Alalysis and Methods, điều kiện để không xảy

D

V S

f  . + St là số Troulhal phị thuộc vào hệ số cản vận tốc CD

0,75

) (

21 , 0

D t

Trong phần lớn trờng hợp, số Troulhal có thể lấy bằng 0,2.

( trong đồ án này lấy hệ số Troulhal là 0,2)

 Tần số dao động riêng fn của nhịp ống (Hz) :

M

EI L

c

f n  2

+ L: chiều dài nhịp ống+ E: modun đàn hồi của vật liệu làm ống, E = 2,1.1011 N/m2.+ C: hằng số phụ thuộc vào điều kiện liên kết hai đầu ống:

Hai đầu liên kết ngàm: C = 3,5

Hai đầu liên kết khớp: C = 1,57

 I: momen quán tính tĩnh của tiết diện ống ( giả thiết rằng chỉ xét phần mômen quán tĩnh của bản thân ống )

 M: khối lợng tổng cộng trên một đơn vị dài của ống( kể cả chất vận

Trong đó Cam là hệ số khỗi lợng nớc kèm, lấy bằng 0,2

M4: khối lợng chất vận chuyển bên trong ống:

M .D i nuocbien

4

2

Tất cả các khối lợng trên đều tính cho một đơn vị dài.

Từ biểu thức trên suy ra nhịp tối đa để không xảy ra hiện tợng cộng hởng dòng xoáy là:

V

f M

EI C L

5 , 0 ) (

7 , 0

Tính toán cho 2 giai đoạn là thi công và vận hành:

Thông số

Hớngdòngchảy

Điểm 3 0.141 -0.170 -0.472 -0.694 -0.313 0.139 0.535 0.713

D (m) t (m) thà (m) Dn (m) A (m2) I (m4) M (kg/m)0.356 0.024 0 0.356 0.025 3E-04 205.5

Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3

Vdc 0.739 0.744 0.713

fV 0.415 0.418 0.401

L (m) 39.703 39.548 40.401

Nhịp lớn nhất để không xẩy ra hiện tợng cộng hởng dòng xoáy là : L = 39,548 m

D (m) t (m) thà (m) Dn (m) A (m2) I (m4) M (kg/m)0.356 0.024 0.055 0.466 0.096 3E-04 464.9

Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3

- Hỏng hóc do kết quả của các tác động ngoài (ngẫu nhiên) chiếm 33%

- Hỏng hóc trong thiết kế và lắp đặt 24%

- ăn mòn do môi trờng bên ngoài 20%

- Hỏng hóc ống trong điều kiện sản xuất tại nhà máy 17%

- Không tuân theo quy trình khai thác 6%

Theo số liệu trên, số lợng các công trình đờng ống bị phá huỷ do các tác nhân

ăn mòn bên ngoài (cha kể ăn mòn do tác nhân bên trong) đã là 20% và là một con

số rất đáng quan tâm trong thiết kế

4.1.1 Chống ăn mòn bị động.

Chống ăn mòn bị động là phơng pháp tạo sự cách li giữa vật cần chống ăn mònvới môi trờng có tính ăn mòn bằng các loại vật liệu bọc bên ngoài đờng ống

Đặc điểm của vật liệu chống ăn mòn:

- Bám dính tốt, có khả năng chống lại các tác động của môi trờng

- Có khả năng chống lại các tác động hoá học, vật lý, và tính chống lão hoá

- Có khả năng chống lại các tác động cơ học để đảm bảo tính cách li của lớp bảo vệ

- Làm việc đợc trong môi trờng nhiệt độ thiết kế

- Tính tơng thích hoá học với các lớp bọc khác và bản thân vật cần chống ăn mòn

Ưu điểm:

- Vật liệu bảo vệ rất đa dạng, hình thức bảo vệ đơn giản

- Thích hợp cho việc bảo vệ các công trình nằm vùng khí quyển biển và trong phơng pháp bảo vệ kết hợp

Nhợc điểm:

- Theo phơng pháp này, thì không hoàn toàn bảo đảm khả năng che phủ kínhoàn toàn vật cần bảo vệ do tuyến ống rất dài và có sự va chạm trong quá trình thicông, vì vậy độ tin cậy không cao

4.1.2 Chống ăn mòn chủ động.

Chống ăn mòn chủ động là phơng pháp bảo vệ điện hoá (dùng anode hy sinh

và phơng pháp dòng điện áp ngoài) Phơng pháp này dựa trên cơ chế ăn mòn kimloại trong môi trờng nớc biển mà tạo ra những đối tợng trung gian chịu tác độngcơ chế ăn mòn thay cho vật cần bảo vệ dựa vào những đặc tính vật cần bảo vệ

 Phơng pháp bảo vệ bằng anode hy sinh:

Phơng pháp này sử dụng anode - các kim loại hặc hợp kim có điện thế thấphơn điện thế của kim loại cần bảo vệ trong môi trờng ăn mòn

- Phải khảo sát định kỳ để đánh giá lại khả năng còn, chống ăn mòn của anode

Các loại anode thờng đợc sử dụng:

- Anode hình vành khuyên thờng đợc sử dụng cho những đờng ống bọc gia tải

- Anode hình thang đợc sử dụng cho những loại công trình không bọc lớp gia tảiphân bố

- Vật liệu để chế tạo anode thờng là nhôm, kẽm, hợp kim của nhôm và kẽm

 Phơng pháp bảo vệ điện hoá bằng dòng điện áp nguồn:

Phơng pháp này dựa vào hiện tợng ăn mòn điện hoá của kim loại mà nguồn

điện đợc thiết kế nhằm triệt tiêu dòng điện ăn mòn

- Khó kiểm soát hệ thống chống ăn mòn theo loại này

4.1.3 Phơng pháp bảo vệ kết hợp.

Phơng pháp này kết hợp đợc cả việc chống ăn mòn bằng sơn phủ và chống ăn mòn bằng điện hoá

Ưu điểm:

- Phân bố dòng điện bảo vệ tốt hơn

- Kinh tế hơn các phơng pháp riêng lẻ

- Tránh đợc những hạn chế của các phơng pháp trên khi dùng riêng lẻ

- Giảm tốc độ hoà tan anode

Kết quả phân tích thành phần nớc biển và thử nghiệm ăn mòn thép hiện ờng tại các vùng biển Việt Nam cho thấy rằng tốc độ ăn mòn ở đây rất khắcnghiệt, có nơi tốc độ phá huỷ ăn mòn thép Carbon lên đến 0.5  0.7 mm/năm

tr-Từ những nhận xét trên cho thấy, để đảm bảo độ tin cậy và tính an toàn chotuyến ống rất cần thiết phải có kế hoạch đánh giá, tính toán các phơng án chống

ăn mòn cho công trình không chỉ trong các giai đoạn thiết kế, thi công lắp đặt, màcần có kế hoạch kiểm tra khảo sát đánh giá định kỳ trong suốt quá trình vận hànhkhai thác công trình

Trên cơ sở về yêu cầu khai thác công trình trong 30 năm trong điều kiện môi ờng biển phía Nam Việt Nam, căn cứ vào kết quả kinh nghiệm trong công tác chống

tr-ăn mòn đã đợc áp dụng thành công đối với các tuyến ống vận chuyển dầu khí đanghoạt động tại các mỏ Bạch Hổ, mỏ Rồng, mỏ Đại Hùng cho thấy: Hiện nay ph-

ơng pháp chống ăn mòn hiệu quả nhất trong điều kiện Việt Nam đó là phơng phápkết hợp các lớp sơn bọc chống ăn mòn và sử dụng các Anode hy sinh

Một số loại vật liệu sơn bọc chống ăn mòn đã và đang đợc áp dụng đối với nhiềucông trình trên thế giới và Việt Nam đó là:

 Glass flake epoxy

 Fussion Bouded epoxy

 Coal tar epoxy

 Intumescent epoxy

 Asphalt Enamel

 Fussion bouded epoxy kết hợp Adhesive + Polyethylene (hoặc Polypropylene)

 Cao su PolyChloprene

 Cao su chuyên dụng Neoprene

Các kiểu Anode hy sinh hay đợc sử dụng:

 Kiểu hình trụ: “Slender stand - off”

 Kiểu hình thang: “Elongated flush mounted”

 Kiểu hình bán khuyên: “Half shell bracelet”

Nhận xét:

- Các loại sơn Coal tar epoxy, Fussion Bouded epoxy, Glass flake epoxy đợcchế tạo trên cơ sở nhựa epoxy biến tính, loại Glass flake epoxy còn có chứa cácsợi thuỷ tinh có các đặc tính chống ăn mòn cao cũng nh có độ bền tốt dới các tác

động cơ học Tuy nhiên, hạn chế là thời hạn làm việc của các loại sơn này chỉsấp xỉ 10 năm

- Các loại Intumescent epoxy, Asphalt Enamel không những giữ đợc các u

điểm đã trình bày ở trên mà còn có tuổi thọ cao đáp ứng đợc yêu cầu của tuyến

đờng ống đặt ra

- Loại cao su chuyên dụng Neoprene đã đợc áp dụng thành công với vai tròbọc chống ăn mòn ở vùng dao động sóng của các Riser ở các dàn ống đứngtrong công trình đờng ống Rạng Đông - Bạch Hổ

- Trong 3 loại hình Anode hy sinh đã giới thiệu ở trên thì loại Anode hình bánkhuyên là hay đợc áp dụng cho các công trình đờng ống hơn cả nhờ các đặc tínhthích hợp nh hình dạng mặt cắt dạng hình vành khuyên thích hợp lắp đặt vào đ-ờng ống tiết diện tròn, do đó chiều dày của Anode dạng này thờng đợc chế tạo

có chiều dày bằng chiều dày lớp bọc bê tông tạo điều kiện thuận lợi trong thicông thả ống Mặt khác, do lắp sát váo bề mặt ngoài của ống nên chúng không

bị phá huỷ do các hoạt động neo buộc cũng nh các hoạt động kéo lới khi đánhbắt cá của tàu thuyền ngoài khơi

Trên cơ sở các nhận xét đánh giá trên đây, giải pháp chống ăn mòn tuyếnống thiết kế ( BK5 – BK4 ) đợc kiến nghị áp dụng nh sau :

Kết hợp bọc 5.2 mm sơn chống ăn mòn loại Asphalt Enamel và hệ thốngAnode hy sinh ( tính toán cụ thể đợc trình bày ở mục 4.3)

 Các mối nối ống hiện trờng.

Khi lắp đặt tuyến ống trên tàu rải ống ngoài biển, do yêu cầu thời hạn thicông hàn nối các đoạn ống và chống ăn mòn ngắn cho nên sử dụng các lớpphủ chuyên dụng trên cơ sở nhựa đờng biến tính hoặc nhựa Mastic có chiềudày tơng đơng lớp bọc bê tông (50 mm)

Để ngăn ngừa ảnh hởng của dòng điện rò qua quá trình vận hành tuyến ốngBK5 – BK4 tại mỏ Bạch Hổ gây ra Yêu cầu lắp đặt các hệ thống cách điệnchuyên dụng ở 2 đầu tuyến ống

4.3 Thiết kế bảo vệ chống ăn mòn điện hoá.

4.3.1 Nguyên lý chống ăn mòn điện hoá.

Ăn mòn công trình kim loại trong môi trờng nớc biển là ăn mòn điện hoáchủ yếu do chất oxy hoá hoà tan trong nớc biển gây ra Nguyên nhân chính dẫn

đến việc kim loại bị ăn mòn điện hoá là do sự xuất hiện dòng chuyển dịch điệntích từ kết cấu ống làm bằng vật liệu kim loại ra môi trờng bởi sự chênh lệch về

điện thế (xuất hiện cặp pin), kim loại ống trở thành Anode và bị ăn mòn

Nguyên lý bảo vệ chống ăn mòn điện hoá cho kim loại là tìm cách bù đắpvào lợng điện tích mà anode bị mất đi bằng một lợng điện tích khác từ bên ngoàihoặc vào thay thế kim loại ống bằng một kim loại khác có điện thế cao hơn(đóng vai trò làm anode thay cho kim loại ống), đây chính là nguyên lý của phơngpháp anode hy sinh

Đặc trng môi trờng nớc biển

Trong tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ cathode thì các đặc điểm môi ờng nớc biển cần chú ý nh sau:

tr Độ mặn của nớc biển

- Nhiệt độ của nớc biển

- Điện trở riêng của nớc biển

- Độ sâu của đáy biển

Đặc tính của anode

- Khối lợng tịnh của anode hy sinh

- Khối lợng của anode hy sinh kể cả lõi

- Dạng anode

- Đặc trng kích thớc của anode

- Điện thế làm việc của anode

- Dung lợng điện hoá thực tế

Các thông số thiết kế

 Các thông số bảo vệ:

- Điện thế bảo vệ tối thiểu để bảo vệ thép trần khỏi bị ăn mòn E0

c là - 0,8 V theo điện cực Ag/AgCl/nớc biển

- Mật độ dòng điện để bảo vệ thép trần khỏi ăn mòn là 0.06 - 0.065 A/m2.

- Điện thế của thép cacbon trong nớc biển là (-) 650mV theo điện cực so sánhAg/AgCl/nớc biển

- Hệ số phá hủy sơn lấy theo DnV RP - B401 - 2005.

- Hệ số sử dụng anode hy sinh đợc tiếp nhận là 90%

Số lợng, phân bố và lắp đặt anode

- Số anode cần bảo vệ phần ngập nớc phụ thuộc vào dung lợng điện hoá củaanode, thời gian vận hành của công trình và hệ số phá huỷ sơn

- Phân bố các anode tuân theo các bản vẽ thiết kế

- Lắp đặt anode tuân theo các quy trình kỹ thuật ANSI/AWA D1.1 - 94

4.3.2 Tính toán thiết kế hệ thống anode hy sinh.

4.3.2.1 Cơ sở tính toán.

 Cơ sở cho việc tính toán chống ăn mòn bằng anode theo quy phạm DnV RP

B401-2005 ( Cathodic Protection Design ).

 Tuổi thọ của hệ thống bảo vệ bằng tuổi thọ của công trình, năm

 Diện tích bề mặt tuyến ống cần bảo vệ Ac, m2

A c  (D L m2)

Trong đó:

D: Đờng kính ngoài của ống thép, m

L: Chiều dài của tuyến ống, m

 Các điều kiện về môi trờng biển

 Hệ số phá huỷ sơn, fc

Fc : Hệ số phụ thuộc vào đặc tính của chất sơn phủ đợc lấy theo RP-B401

 Mật độ dòng điện bảo vệ ic, A/m2

Mật độ của dòng điện bảo vệ - mật độ dòng điện thiết kế ban đầu phụ thuộc vào

sự thay đổi độ sâu đáy biển và nhiệt độ vùng cần bảo vệ, đợc lấy theo bảng sau:

Bảng10.1: Mật độ dòng điện thiết kế ban đầu /cuối cùng cho thép

trần đối với các vùng khí hậu khác nhau, (A/m 2).

Bảng 10.2 Mật độ dòng điện thiết kế trung bình cho thép trần, A/m 2

Trong đó: Ac, ic,fc nh đã giới thiệu ở trên

 Lựa chọn loại anode theo DnV RP-B401

 Điện trở bề mặt của anode - Ra, omh

Tuỳ từng loại anode đợc chọn mà công thức xác định điện trở là khác nhau và

r 1 L

2

r 1 1 r

L 2 ln L 2 R

2 a

L  4 bề dày

S 2

A

315 0

S: Trung bình chiều rộng và dài của anode, m

Aa: Diện tích bề mặt của anode,m2

Dòng điện ra của anode - Ia , A:

a

4.3.2.2.1 Các số liệu đầu vào.

 Tuyến đờng ống nối 2 dàn BK5 – BK4 :

4.3.2.2.2 Tính toán các thông số anode.

Diện tích bề mặt tuyến ống:

A c  .D L.0,356.2150 2403,356 m2

Trong đó:

D: Đờng kính ngoài của ống thép, m

L: Chiều dài của cả tuyến ống, m

 Hệ số phá huỷ sơn , fC ( lấy theo mục 6.4.4 – RP B401 - 2005 ), dùng hệ sốphá hủy sơn trung bình để tính toán

fcm = a + b

2

f t

tf là tuổi thọ thiết kế của công trình, 30 năm

 Mật độ dòng điện bảo vệ : ic =0.06 A/m2

 Cờng độ dòng điện yêu cầu bảo vệ, (A ):

Bảng chọn anode :

Lựa chọn anode cho tuyến ống : Tuyến ống có đờng kính D = 356 mm, chiều dàysơn chống ăn mòn là 5,2 mm Do đó ta chọn anode loại AFA B1200 có các thông số kỹ thuật :

 Đờng kính trong : 411 mm

 Đờng kính ngoài : 491 mm

 Chiều dài : 804 mm

 Điện thế bảo vệ : -1,09 ( V )

 Khối lợg tịnh của 1 anode : 120 kg

Các thông số tính toán cho anode lựa chọn :

 Chiều dài tuyến ống cần bảo vệ : 2150 m

 Diện tích bề mặt tuyến ống cần bảo vệ : Ac = 2403,356 m2

 Điện trở của 1 anode :

0,315 0,315.0, 2

0,05657.0, 491.0,804

 Số lợng anode yêu cầu :

9,67 5,126.0,8

c a

I N

I u

Vậy chọn 10 anode dùng cho tuyến ống BK5 – BK4

 Khoảng cách giữa các anode :

2150

21510

Chiều dàianode (mm)

Số ợng

l-Khoảngcách (m)

4.3.2.3 Kiểm tra hệ thống Anode đã thiết kế

Hệ thống anode đã thiết kế phải tạo đợc dòng điện duy trì trong suốt tuổi thọ của đờng ống đảm bảo khả năng bảo vệ chống ăn mòn ( Icm ), đồng thời dòng

điện do hệ thống anode tạo ra trong giai đoạn cuối cũng phải đáp ứng đợc yêu cầu về cờng độ dòng điện bảo vệ trong giai đoạn cuối ( Icf )

Hệ thống anode tính toán cần thỏa mãn các yêu cầu sau ( mục 7.8.4 RP B401)

Ca tot = N.Ca  Icm tf 8760 ( 1 )

Ia tot i = N.Iai  Ici ( 2 )

Ia tot f = N.Iaf  Icf ( 3 )Trong đó :

Ca tot : Tổng điện dung dòng điện do hệ thống anode tạo ra ( A.h )

N : Số anode sử dụng

Ca : Điện dung dòng điện của 1 anode ( A.h )

Icm : Cờng độ dòng điện trung bình yêu cầu ( A )

tf : Tuổi thọ của công trình , lấy bằng 30 năm

8760 : Số giờ trong 1 năm

Ia tot i , Ia tot f: Tổng cờng độ dòng điện ra của hệ thống anode lúc đầu và trong giai đoạn cuối, ( A )

Iai , Iaf: Cờng độ dòng điện ra của 1 anode lúc đầu và trong giai đoạn cuối

Ici , Icf: Cờng độ dòng điện yêu cầu lúc đầu và trong giai đoạn cuối

Tính toán các thông số :

 Tính Ca

Ca = ma .u

ma = 120 kg : Khối lợng tịnh của 1 anode

 : Điện dung điện hóa thiết kế ,  = 2540 (Ah/kg )

ici , icm, icf : Mật độ dòng điện ban đầu, trung bình, cuối cùng , tra bảng 10.1 và10.2 RP B401 – 2005, ta đợc :

ici ( A/m2 ) icm ( A/m2 ) icf ( A/m2 )

fci , fcm , fcf : Hệ số phá hủy sơn ban đầu, trung bình và cuối cùng, xác định theo các công thức sau :

2

ci

f cm

ai

c a af

Rai ( ohm ) Raf ( ohm ) Iai ( A ) Iaf ( A )

Kiểm tra điều kiện ( 1 ) :

N Ca Ca tot Icm.tf.8760 Kết luận Ncần thiết

Kiểm tra điều kiện ( 2 ) :

N Iai Ia tot i Ici Kết luận Ncần thiết

Kiểm tra điều kiện ( 3 ) :

N Iaf Ia tot f Icf Kết luận Ncần thiết

Kết luận : Chọn 43 anode, khoảng cách giữa các anode là 50 ( m )

Chơng 3 : thi công đờng ống

1.Giới thiệu các phơng pháp thi công đờng ống đang đợc áp dụng.

1.1.Giới thiệu chung

Hiện nay có rất nhiều phơng pháp thi công đờng ống ngầm, bao gồm phơngpháp thi công bằng xà lan thả ống, phơng pháp thi công kéo ống và nhiều phơngpháp khác Việc lựa chọn phơng pháp thi công thích hợp phụ thuộc vào đặc điểmcủa loại ống cần thi công nh đặc trng về kích thớc ống, ống có bọc hay khôngbọc, độ sâu thi công cũng nh khả năng sử dụng tàu thi công và tính kinh tế củatừng phơng pháp…

Sau đây là các phơng pháp thi công đặt ống chủ yếu :

 Thả ống bằng phơng pháp ngang bằng sà lan chuyên dụng kinh điển (S lay)

 Kéo ống trên đáy biển ( Bottom pull )

 Xà lan thả ống có trống cuộn ( Reel barge )

 Kéo ống trên mặt nớc ( Surface float )

 Kéo ống sát mặt nớc ( Below Surface float )

 Kéo ống sát đáy biển ( Controlled about Bottom pull )

 Thả ống bằng ống chữ J ( J tube ) từ Platform

 Thả ống theo phơng đứng bằng xà lan chuyên dụng ( J lay )

1.2 Phơng pháp thi công bằng tàu ( sà lan ) thả ống ( Lay – Bảge Methode )

ống đợc tàu dịch vụ đa lên xà lan thả ống ở dạng ống đơn hoặc dạng ốngghép từ hai ống đơn có chiều dài 24 m Cần cẩu trên boong chuyển ống tới cácgiá dự trữ trên xà lan Trong quá trình thi công thả ống cần cẩu chuyển ống từcác giá dự trữ tới các giá tự động để cung cấp ống cho mặt bằng đợc xếp thànhtừng hàng Đây là vị trí đầu tiên trong đờng thi công để hàn ống và kiểm tramối hàn

Một xà lan thả ống có thể có từ 5 cho đến 12 công đoạn, phụ thuộc vàokích thớc của xà lan cũng nh đờng kính của ống

Điểm đầu ống đợc hàn vào đầu kéo thông qua cáp đợc mắc vào giàn hoặcneo chéo khi không có giàn Tàu di chuyển về phía trớc nhờ việc nhả cáp phíasau và thu cáp phía trớc bằng các tời kéo ống đợc thả dần xuống có sự hỗ trợcủa hệ thống phao hoặc với stinger

Điểm cuối của ống đợc xác định chính xác thông qua phao đánh dấu, buộcdây cáp vào đầu kéo và thả ống qua Stinger Khi ống chạm đáy thì cắt cáp vàkết thúc thả ống

Ưu điểm:

- Phơng pháp này cho phép thi công liên tục

- Mọi công việc, từ khâu thực hiện đến khâu kiểm tra đều đợc thực hiện trên tàu

do vậy độ an toàn cao

- Sử dụng đợc với loại ống có bọc lớp gia tải hoặc không gia tải

- Sử dụng đợc với nhiều loại đờng ống có đờng kính khác nhau

- Thi công đợc ở cả vùng nớc tơng đối sâu và vùng nớc nông

- Việc hàn nối ống đợc thực hiện trên tàu đồng thời trong lúc thả ống nênkhông yêu cầu phải có xởng thi công hàn nối ống trên bờ

Nhợc điểm:

- Quá trình thi công phụ thuộc trực tiếp vào độ an toàn của stinger, do vậy cần

có sự kiểm tra kỹ lỡng stinger trớc khi thi công

- Đòi hỏi phải có tàu chuyên dụng, giá thuê tàu đắt

- Luôn cần có hệ thống tàu dịch vụ để phục vụ công tác thả neo cũng nh cungcấp ống

- Tốc độ thi công thấp hơn so với một số phơng pháp khác

1.3 Phơng pháp thi công bằng sà lan có trống cuộn (Reel - Barge Methode ).

Khác với phơng pháp thi công bằng sà lan thả ống, phơng pháp này khôngthực hiện nối ống trên tàu.ống đợc hàn nối liên tục và đợc cuộn sẵn quanh cáctrống có kích thớc lớn Đờng kính trống cuộn có khi lên đến vài chục mét Việcthả ống cũng thông qua stinger, trống có thể ở dạng nằm hoặc ở dạng thẳng

đứng và quay tròn trên hệ thống trụ đỡ để tải ống Sau khi thả hết một trống, thìcần cẩu trên xà lan sẽ cẩu trống khác từ một tàu dịch vụ Quá trình thả ống cho

điểm đầu và điểm cuối ống tơng tự nh phơng pháp thả ống bằng xà lan thả ống

Ưu điểm:

- Tốc độ thả ống nhanh, thích hợp với của sổ thời tiết nhỏ

- Chất lợng mối hàn , vỏ chống ăn mòn cao do đợc thi công và kiểm tra tại nhàmáy

- Có thể thi công không cần Stinger

- Thi công đồng thời đợc hai ống

Nhợc điểm:

- Chỉ áp dụng cho đờng ống không đợc bọc lớp gia tải

- Đờng kính ống bị hạn chế, thờng đờng kính từ 10 đến 16 inch

- Thi công nối cuối ống phức tạp và tốn thời gian

- Cần phải tăng chiều dày đờng ống để tránh đợc các hiện tợng ống bị bẹp trongkhi cuộn hoặc thả ống

1.4 Phơng pháp thi công kéo ống

1.4.1 Thi công bằng phơng pháp kéo ống trên mặt ( Surface Tow )

Các phân đoạn ống đợc nối liên tiếp thành những đoạn dài phụ thuộc vàokhả năng của tàu kéo Để duy trì đợc mức nổi sát mặt cần có hệ thống ponton đểnâng đỡ ống Hệ thống ponton tạo thành những gối đỡ, ống phải làm việc nhmột dầm liên tục Các đoạn ống đợc kéo ra vị trí thi công nhờ tàu kéo và tàu giữ.Quá trình thi công điểm đầu cũng nh điểm cuối cũng nh thi công xà lan thả ống

Ưu điểm:

- Yêu cầu sức kéo không quá lớn

- Thi công trên biển tơng đối nhanh

- Mọi công việc hàn, kiểm tra đợc thực hiện trên bờ do vậy đờng ống có chất ợng cao

l Cần một loại phao phục vụ cho công tác thi công thả ống Phao có cấu tạo

đơn giản

Nhợc điểm:

- Đòi hỏi mặt bằng thi công trên bờ là lớn, độ dốc của bãi lắp ráp phải nhỏ

- Phải chế tạo hệ thống ponton và các thiết bị phụ trợ cho công tác lắp ghép cácponton vào đờng ống

- Thờng gặp những sự cố khi ngắt ponton để đánh chìm đờng ống

- Việc thi công sẽ là bất lợi khi thi công tuyến ống xa khu vực bãi lắp ráp do thời gian di chuyển trên biển là lớn.

- Cần tàu kéo có công suất lớn

- Gây cản trở các hoạt động dân sự trên biển nh sự đi lại của các tàu thuyền, các hoạt động đánh cá vv

1.4.2 Phơng pháp kéo ống sát mặt ( Below - Surface Tow )

Để hạn chế bớt tác động của sóng dòng chảy và sự cản trở giao thông hànghải,trong quá trình thi công kéo ống, ngời ta bố trí ống nổi cách mặt biển mộtkhoảng tuỳ theo thiết kế nhờ hệ thống phao nâng và hệ thống phao điều chỉnhkhoảng cách Đoạn ống đợc kéo cũng đợc thực hiện nh kéo ống trên mặt

- Không thể thực hiện đợc trong điều kiện thời tiết xấu

- Do kéo ống ngập cùng phao dới nớc nên lực cản lớn do vậy cần có sức kéo lớn hơn phơng pháp kéo ống trên mặt

- Đòi hỏi mặt bằng thi công trên bờ là lớn, độ dốc của bãi lắp ráp phải nhỏ

- Phải chế tạo hệ thống ponton và các thiết bị phụ trợ cho công tác lắp ghép cácponton vào đờng ống

- Việc thi công sẽ là bất lợi khi thi công tuyến ống xa khu vực bãi lắp ráp do thời gian di chuyển trên biển là lớn

- Phải sử dụng đồng thờihai loại phao

1.4.3 Phơng pháp kéo ống trên đáy biển ( Bottom Tow )

Phơng pháp này dựa trên nguyên tắc nối ống chung nh các phơng pháp kéo

ở trên Trong quá trình kéo, ống sẽ trực tiếp tiếp xúc với đáy biển và không cần

sự hỗ trợ của hệ thống phao nâng

Ưu điểm:

- Đơn giản, không đòi hỏi các phơng tiện phụ trợ

- ít chịu tác động của môi trờng nh dòng chảy, sóng

- Khi gặp điều kiện bất lợi về thời tiết có thể để ống dới đáy biển mà không sợ h hỏng

- Thuận lợi cho việc lắp đặt tuyến ống

Nhợc điểm:

- Quá trình thi công dễ gặp phải các sự cố do va vào các chớng ngại vật dọctuyến, cần phải khảo sát kỹ khu vực kéo tuyến ống đi qua để tránh những h hại

do các chớng ngại vật gây ra Do vậy làm tăng giá thành thi công tuyến ống

- Vỏ ống bị h hại nhiều trong quá trình thi công kéo ống

- Tuy không chịu ảnh hởng tải trọng môi trờng nhng đờng ống lại chịu ma sát

đáy lớn do vậy cần có tàu có sức kéo lớn

- Phơng pháp này chỉ thích hợp cho những tuyến ống gần bờ, điều kiện địa chấtthuận lợi, đáy biển tơng đối bằng phẳng

- Trong quá trình tính toán cần tăng độ dầy ống để tránh hiện tợng ma sát củaống với đáy biển

1.4.4 Phơng pháp kéo ống sát đáy biển (off- Bottom Tow )

Phơng pháp này cho phép kéo ống nổi trên mặt đáy biển một đoạn thôngqua việc xác định chiều cao chớng ngại vật mà tuyến ống đi qua nhằm giảm bớt

ma sát giữa ống và đáy, đồng thời vẫn giữ đợc u điểm hạn chế tác động của sóng– dòng chảy lên ống Để duy trì đợc độ cao cần thiết thì ngời ta sử dụng hệ thốngphao nâng kết hợp với xích điều chỉnh sao cho ống cách đáy một khoảng xác

định Trong quá trình kéo ống dới tác động của môi trờng, ống có thể bị nhấnsát xuống đáy, để điều chỉnh đợc độ cao kéo ống thì cần tính hệ thống dây xích

nh một vật đối trọng linh hoạt để đảm bảo ống nổi trên đáy biển với khoảngcách thiết kế nhờ sự thay đổi chiều dài của hệ thống xích đợc gắn cùng phao

Ưu điểm:

- Giảm tối thiểu tác động của môi trờng

- Không gây ảnh hởng đến các hoạt động của tàu thuyền trên biển

- Yêu cầu sức kéo nhỏ hơn phơng pháp kéo trên đáy biển

Nhợc điểm:

- Phơng pháp này tỏ ra không kinh tế cho những vùng nớc sâu, do áp lực thuỷ tĩnh lớn dẫn đến yêu cầu độ bền cho hệ thống phao là đáng kể, chi phí hệ phao xích lớn

- Khó xử lý khi có sự cố xảy ra

2.Năng lực thi công của liên doanh Vietsovpetro.

Liên doanh có đủ khả năng thi công dải ống cho toàn bộ tuyến ống:

- Tàu dải ống Côn Sơn đang trong trạng thái tốt Dùng cẩu derrick, 110,3 m  30,45 m

- Tàu lặn Hải Sơn

- Tàu kéo Sao Mai

- Tàu dịch vụ Sông Dinh

- Trạm lặn và đội ngũ cán bộ thi công có kinh nghiệm

Yêu cầu trang thiết bị tối thiểu cho tàu thả ống

- Cẩu để di chuyển vật liệu ống

- Hệ thống giá đỡ ống để có thể có chứa một lợng ống tối thiểu trong ngày làm việc

- Hệ thống xử lý ống để cắt vát đầu ống và xếp ống

- Các trạm hàn có khả năng hàn roof, filler và cap

- Hai bộ phận kéo ống có công suất kéo ống lớn hơn lực kéo tối đa

- Trạm kiểm tra không phá huỷ (NDT)

- Trạm bọc các chỗ nối ống hiện trờng

- Stinger dùng để đỡ ống trong lúc chuyển tiếp ống từ tàu xuống đáy biển