đồ án đường ống dầu khí

Để phục vụ cho công tác thu gom vận chuyển dầu khí tại mỏ Bạch Hổ thì mỏ có các hệ thống đường ống ngầm bao gồm: +/ 20 tuyến ống dẫn dầu với tổng chiều dài 60,7km.. Để phục vụ cho công

ĐỒ ÁN ĐƯỜNG ỐNG-DẦU KHÍ

Chương 1: Giới thiệu chung

I. Giới thiệu các công trình đường ống hiện có ở mỏ Bạch Hổ.

Mỏ Bạch Hổ là mỏ lớn nhất Việt Nam và cũng là mỏ Việt Nam trực tiếp tham gia khai thác Mỏ nằm ở phía Nam thềm lục địa Việt Nam nằm trong lô 09-1 thuộc

bể trầm tích Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120km, do xí nghiệp liên doanh VietsoPetro khai thác

Để phục vụ cho công tác thu gom vận chuyển dầu khí tại mỏ Bạch Hổ thì mỏ

có các hệ thống đường ống ngầm bao gồm:

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

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

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

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

II. Các 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 VietsiPetro đã xây dựng ở đấy 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 UNB, các tuyến đường ống nội mỏ Hiện nay mỏ Bạch Hổ có:

+ Một dàn công nghệ trung tâm CTP2 đã được sử dụng và dự định sẽ xây dựng mới một số công nghệ trung tâm CTP3

+ 10 dàn MSP( 1,3,4,5,6,7,8,9,10,11 )

+ 09 dàn BK, trong đó có 07 dàn BK đã đưa vào sản xuất là dàn BK (1,2,3,4,5,6,8), BK7 và BK9 đang trong quá trình thi công

+ 04 trạm rót dầu không bến UNB1,UNB2, UNB3, UNB4

+ Dàn nén khí lớn, dàn nén khí nhỏ, dàn bơm nước, dàn ép vỉa, dàn người ở, các cầu dẫn…

III. Mô tả công nghệ liên quan đến tuyến đường ống thiết kế.

Theo đề bài ra thì tuyến ống mà nhóm thiết kế cụ thể ở bảng sau:

Mã Tuyến ống Loại đường ống Chiều dài(m) Đường kính ngoài(mm) Áp suất P(at) d

• Mô tả sơ qua về dàn nhẹ BK ở mỏ Bạch Hổ:

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 lưu lượng và tách nước sơ bộ Sản phẩm từ BK sẽ được dẫn bằng đường ống về MSP hoặc dàn công nghệ trung tâm để xử lý Trên dàn không có người ở

Về phần kết cấu phần chân đế dàn BK là kết cấu dàn tháp thép không gian có mặt thẳng đứng, được cấu tạo từ thép ống có đường kính khác nhau Chân đế có 4 ống chính Hệ thống móng cọc gồm 4 cọc chính đường kính 720x20mm và 8 cọc phụ

Thượng tầng có sân bay trực thăng, các thiết bị công nghệ, máy phát điện

Ngoài ra mỏ còn có:

+ Hệ thống nén khí áp lực cao:

Trạm nén khí gồm 5 chiếc (4 chiếc làm việc và 1 chiếc dự bị), là máy nén khí 2

cấp DRESE RAN được truyền động bởi tua bin nén khí MARS-100 của hãng SOLAR

+ Hệ thống nén khí áp suất thấp:

Trạm nén khí được trang bị máy nén khí pitton 2 cấp của hãng NUVO PIGNON được truyền động bằng một động cơ điện

Chương 2: Tính toán thiết kế

 Số liệu đầu vào:

10 năm H S (m) 2.8 7.0 3.4 1.9 3.1 4.9 3.6 5.2

T S (s) 6.6 9.9 7.8 6.6 7.5 8.6 8.2 8.9

( Chiều cao sóng của nhúm khụng phải điều chỉnh)

Bảng 1.2 Vận tốc dòng chảy đáy (cách đáy 1m), m/s

10 năm 0.78 0.63 0.71 1.08 0.79 0.75 0.80 0.85

100 năm 0.86 0.66 0.75 1.15 0.84 0.82 0.88 0.90

( Vận tốc dũng chảy của nhúm được tăng thờm 0,1m/s)

+ Mực nước, biờn độ triều, nước dõng, hà bỏm, nhiệt độ chất vận chuyển:

- Khối lượng riờng của nước biển : 1025 kg/m3

- Khối lượng riờng của bờ tụng : 3040 kg/m3

- Khối lượng riờng của thộp ống : 7850 kg/m3

- Khối lượng riờng của hà bỏm : 1300 kg/m3

- Sai số chiều dày do chế tạo: 5ữ10%

+ Số liệu về vật liệu làm ống:

( Nhóm 1 có mã vật liệu là E)

E : X60

I. Xác định chiều dày ống theo 2 bài toán:(tính toán theo DnV2000)

1. Đường ống chịu áp lực trong 2 trạng thái:

a) Trạng thái thi công( thử áp lực) :

Theo DnV2000 áp lực trong phải thoả mãn điều kiện sau :

1

( )

Các đại lượng trong công thức được xác định theo DnV2000 như sau:

• P lt: Là áp lực thử áp lớn nhất ( pthử áp ) được xác định theo công thức:

Plt = Pt + ρcont.g.h = Pinc.γint + ρcont.g.h

Trong đó:

+ Pt: Là áp lực thử ( áp lực đo được ở trên dàn, sau van điều áp)

+ Pinc: Là áp lực sự cố, Pinc =Pdγinc=1.1x 310 at=1.1x310x1.03x105

+ h: Là độ chênh cao giữa các điểm đo áp lực (điểm trên sàn chịu lực

của dàn do tại đó mới có thiết bị để đo hay còn gọi là điểm tham chiếu) và điểm

tính toán trong đồ án này (tâm ống)

- d1= biên độ triều = 1.67m

- d2= nước dâng do bão=1.42m

- η= hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng=0.7 ( trong đồ án coi là Lý thuyết sóng Stockes bậc 5)

- Hmax=chiều cao sóng lớn nhất với chu kỳ lặp 10 năm, trong đồ án

là chiều cao sóng đáng kể Hs=7m ( với hướng NE).

+ h: Là độ chênh cao giữa các điểm tính áp lực với mặt nước, do Pe

được tính với áp lực nhỏ nhất nên giá trị “h” phải là nhỏ nhất:

y f x D

x

−

.+ Pb,u(x): Khả năng chịu lực trong của đường ống theo trạng thái giới hạn phá

vỡ do ứng suất vòng (Công thức 5.17 DnV 2000):

2 15 1

2 fu x D

x

−

Trong đó:

+ fy: Là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất sử dụng trong thiết kế.

+ fu: Là ứng suất kéo nhỏ nhất

( Tra bảng tương ứng với thép API X60)

Được xác định theo công thức:

fy=(SMYS –fy,temp).αU

fu=(SMTS –fu,temp).αU.αA

+ fy,temp, fu,temp: Là các giá trị giảm ứng suất chảy dẻo và giá trị giảm ứng suất kéo do nhiệt độ Tra theo đồ thị 5.1 DnV2000

+ SMYS : Là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất đặc trưng thép ống

+ SMTS: Là khả năng chịu kéo nhỏ nhất của thép ống

(Tra bảng 12-4 tương ứng với thép API X60)

+/ Nhận xét về thép API X60: - Thành phần hợp kim trong thép chủ yếu là C và

Mn Từ đó tra đồ thị 5.1 DnV2000 với nhiệt độ = 55℃, ta được :

fy,temp =5 Mpa =5x103 kN/m2, fu temp=0 kN/m2

Tra bảng 3B trang 38 tài liệu “ Specification for Line Pipe” ta tính được các giá trị

fy và fu như trong bảng sau:

Thép API 5X60 SMYS (kN/m 2 ) SMTS (kN/m 2 ) f y (kN/m 2 ) f u (kN/m 2 ).

Với : + αU = Là hệ số cường độ vật liệu lấy trong điều kiện thông thường, tra

bảng 5.1 ta có αU = 0.96

+ αA= Là hệ số kể đến sự làm việc không đẳng hướng của vật liệu,

αA = 1( coi như vật liệu làm việc đẳng hướng )

+ x: Chiều dày tính toán t1 hoặc t2 (Tuỳ vào các trường hợp làm việc cụ thể của tuyến ống), ở đây đang tính cho trường hợp thử áp nên: x=t1=t-tfab

Để so sánh Pb,s(x) và Pb,u(x) ta so sánh fy và fu/1.15, ta có:

fu/1.15 = 496.32x103/ 1.15 = 431.58x103 > fy =392.64x103

 Pb,s(x) < Pb,u(x)

Do vậy ta lấy Pb(t1) = Pb,s(x) để tính toán

• γSC: Là hệ số độ bền theo cấp an toàn được lấy theo 5 bảng (bảng 2.1,2.2,2.3,2.4,5.5)

Để biết được đoạn đường ống ta đang thiết kế thuộc loại cấp an toàn nào,

chủ yếu dựa vào vị trí đoạn ống và chất vận chuyển bên trong Ta xác định cấp an toàn từ các bảng 2.1, bảng 2.2, bảng 2.3 và bảng 2.4

Đối với đồ án đang thiết kế, chất vận chuyển là nước ép vỉa => A

Bảng 2.1 :Phân loại chất vận chuyển

Loạ

i

Định nghĩa

A Các chất không cháy có nguồn gốc từ nước ( ví dụ : Nước…)

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

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

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

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

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

E Các chất lỏng cháy được 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 …

Mặt khác tuyến ống nằm ở cả vùng 1 và vùng 2 Ta phải tính cho cả 2 vùng riêng rẽ:

Bảng 2.2 : Phân loại vùng

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

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

loại cho trạng thái vận hành đối với vùng bên ngoài dàn.

Cao nghiêm trọng, hậu quả to lớn đối với kinh tế hoặc chính trị Thường phân loại cho Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người lớn, ảnh hưởng tới môi trường

trạng thái vận hành đối với vùng 2.

Bảng 2.4: Phân loại cấp an toàn

Giai đoạn Loại chất A,CLoại vị trí Loại chất B,D và E.Loại vị trí

Như vậy trong đồ án này hệ số γsc được lấy theo 4 trường hợp:

γSC

• γm: Là hệ số độ bền vật liệu được lấy theo bảng 5-4

Từ bảng 5.4 DnV2000 ta có γ m = 1.15 cho các trạng thái SLS, ULS, ALS (Trạng thái giới hạn vận hành, cực hạn và khi xảy ra sự cố) Trong trường hợp thi công thì sử dụng ở trạng thái SLS( trạng thái vận hành bình thường)

Thay các giá trị trên vào điều kiện kiểm tra ta được:

356.72x105 – 387470.5=

6 1

Trong đó t fab là sai số do chế tạo, theo đề bài ra thì tfab=5%t

Vậy chiều dày ống thiết kế tính cho trường hợp thử áp là : t =17.5(mm).

Các đại lượng trong công thức được xác định theo DnV2000 như sau:

• P li: Là áp lực sự cố lớn nhất, được tính theo công thức sau:

Pli = Pi + ρcont.g.h = Pd.γinc + ρcont.g.h.

cũng như trường hợp thử áp, nhưng bề

dày ống còn phải cộng thêm thành phần ăn mòn nữa

x = t2=t- ( tcorr+ tfab)

Trong đó:

t : chiều dày thiết kế của tuyến ống

tfab: Chiều dày do sai số trong chế tạo: tfab

tcorr: Chiều dày do ăn mòn, tcorr = 3 mm do chất vận chuyển là nước ít ăn mòn

Ngoài ra thành phần P e =γ h, với h= do - ηHmax - D/2

Trong đó H max =H s =8.6m( với chu kỳ lặp 100 năm cho trường hợp vận hành)

Vậy với chiều dày t=18.5mm sẽ thỏa mãn điều kiện chịu áp lực trong

Dựa vào bảng 6C-API 5L(trang 48) ta chọn được chiều dày đường ống thiết

kế : 18.8(mm).

2. Điều kiện ổn định đàn hồi của đường ống:

a) Ổn định cục bộ :

• Hiện tượng mất ổn định:

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

âm và gây nén vỏ ống theo phương chu vi Tới một gới hạn nhất định, ứng suất này gây oằn ống trên tiết diện ngang, thường xảy ra dưới dạng vết lõm Về bản chất thì hiện tượng này tương tự như hiện tượng mất ổn định của thanh Ơle nhưng xảy ra trên chu vi ống tại một tiết diện cục bộ Cần phân biệt hiện tượng này với hiện tượng mất ổn định tổng thể xảy ra trên đoạn ống chịu nén dọc trục

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

• Công thực tính toán : (Theo DnV2000)

Điều kiện gây mất ổn định cục bộ của tuyến ống theo DnV_2000 là:

m SC

c e

P P

γ

γ 1,1

Pe = γ h max , với hmax = do + d1 + d2 + ηHmax - D/2

( H max=chiều cao sóng lớn nhất với chu kỳ lặp 100 năm, trong đồ án là chiều cao sóng đáng kể Hs=8.6m ( với hướng NE))

 hmax = 44+1.67+1.42+0.7x8.6-0.356/2=52.932m

Từ đó ta tính được P e=5.43x105Pa

Nhận xét : Đúng ra là Pe phải tính cho 2 trường hợp là vận hành và thử áp,

tương ứng với chiều cao sóng với chu kỳ lặp là 100 năm và 10 năm, nhưng thiên

về an toàn ta tính P e với chu kỳ lặp 100 năm

- P c: Là áp lực giới hạn gây mất ổn định cục bộ được xác định như sau:

fo = max− min

< 0.5%

(Trong đồ án này ta lấy fo = 0.005).

- t2:Chiều dày tính toán của ống

+/ Đối với trường hợp thi công thử áp lực: t2 = t = 18.8 mm

+/ Đối với trường hợp vận hành : t2 = t – tcorr = 18.8 – 2 = 16.8 mm (do trong quá trình vận hành thì thiên về an toàn ta tính toán với trường hợp ống bị ăn mòn)

1

) ( 2

ν

−D

t E

+/ E=2.1x10 6 kG/cm2 = 2.1x10 11 Pa là môdun biến dạng đàn hồi của vật liệu.

+/ ν=0.3 là hệ số possion của vật liệu làm ống.

- Pp: xác định theo công thức 5.20 tiêu chuẩn DnV_2000

t f

+/ αfab: hÖ sè chÕ t¹o (b¶ng 5-3 DnV OS F101 - 2000, “Submarine pipeline systems”)

Bảng 5-3

(ở đây ta đang kiểm tra cho các đoạn ống liền αfab = 1.00)

+/ fy: Là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất sử dụng trong thiết kế: fy=392.64x106Pa

Để tìm được Pc ta phải tính lặp theo công thức sau:

9 99367872 -2518547 -2.4719210062714

6 99920531 -706614.7 -0.7022110027383

8

10007946

8 -194370.2 -0.1938410017665

3

10012349

4 -53159.32 -0.0530710015007

4

10013555

8 -14515.61 -0.0144910014281

6

10013885

4 -3961.874 -0.0039610014083

7

10014006

100140106

10014008

4 -21.97369 -2.2E-0510014009

5

10014008

100140092

10014009

1 -1.636405 -1.6E-0610014009

2

10014009

1 -0.446565 -4.5E-0710014009

1

10014009

1 -0.121865 -1.2E-07

Vậy : P c = 1x10 8 Pa

Trường hợp thử vận hành:

Pc(Pa) Vế phải Hiệu số Sai số

42781536 1.224E+09 1.18E+09 2761.37963346167

0 72707214 -5.6E+08 -88.522235308444

2 76549085 -2.8E+08 -78.319921481676

3 82413333 -1.3E+08 -61.635514861504

8 89765219 -5.9E+07 -39.5988

119190134 96480614 -2.3E+07 -19.053210783537

4

10047483

1 -7360543 -6.8257210415510

2

10204863

5 -2106467 -2.0224310310186

9

10253043

102816153

8

10271217

4 -753.561 -0.0007310271255

1

10271235

1 -199.705 -0.0001910271245

1

10271239

8 -52.9245 -5.2E-0510271242

kiểm tra:

Vùng/Trạng

Kiểm traThử áp 75680810.19Pa 75680810.19Pa TM

Vận hành 77624838.82Pa 71349368.54Pa TM

Vậy với chiều dày ống t=18,8mm thì đường ống không bị mất ổn định cục bộ.

b) Ổn định lan truyền :

• Hiện tượng mất ổn định:

Hiện tượng này được mô tả là dưới áp suất ngoài cao nhất định, nếu trên ống

có một điểm đã bị mất ổn định cục bộ, thì vết lõm đó sẽ lan truyền sang các điểm lân cận dọc theo tuyến ống Khi xảy ra hiện tượng này, đường ống bị phá hỏng trên chiều dài lớn, gây tổn thất đáng kể và khó khăn trong việc khắc phục công trình

• Công thực tính toán : (Theo DnV2000)

Điều kiện để tuyến ống không bị mất ổn định lan truyền được kiểm tra theo

công thức ở mục 510 quy phạm DnV_2000 :

SC m

pr e

P P

2 ) (

D t

Tính toán cụ thể như sau :

II. Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống:

1. Hiện tượng mất ổn định của đường ống :

Trong quá trình vận hành, đường ống luôn chịu tác động của điều kiện môi trường như sóng, dòng chảy, sự vận chuyển của dòng cát hay dòng bùn, đặc biệt là lực đẩy nổi Những tác động này làm cho đường ống có xu hướng bị dịch chuyển dưới đáy biển, trôi dạt đường ống và có thể phá hủy đường ống do gây quá ứng suất Để đường ống vận hành an toàn cần thiết kế sao cho đường ống không bị dịch chuyển khỏi vị trí là nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế đường ống, công việc tính toán nhằm tìm ra được trọng lượng yêu cầu của đường ống để ống ổn định dưới đáy biển trong suốt thời gian vận hành

Xét một đoạn ống dài 1m chịu tác động của sóng, dòng chảy như sau :

Sơ đồ tính ổn định vị trí đờng ống biển

Trong đó :

− β: Góc nghiêng bề mặt đáy biển

− W : Trọng lợng trong nớc của ống, bao gồm : vỏ bọc bê tông ( nếu có ), vỏ chống ăn mòn, ống thép, các sản phẩm bên trong ( Dầu , khí …), hà bám, lực đẩy nổi, trong đồ ỏn là nước ộp vỉa

− N : phản lực đỏy biển tỏc dụng lờn ống

− Fr : Lực ma sát giữa bề mặt đỏy biển và đường ống

• Giai đoạn 1 : Điều kiện ống mới được lắp đặt xong.

Trong điều kiện này, ống ổn định được thường tớnh trong điều kiện súng-dũng chảy 1 năm, đường ống chưa cú hà bỏm, chất trong ống là khụng khớ hoặc nước biển Trong đồ ỏn khụng cú số liệu súng 1 năm nờn ta lấy số liệu súng 10 năm để

tớnh toỏn.

• Giai đoạn 2 : Điều kiện vận hành.

Trong điều kiện này, ổn định vị trớ của đường ống thường được tớnh trong điều kiện súng-dũng chảy tần suất xuất hiện là 100 năm Lưu ý tổ hợp giữa súng và dũng chảy cú hai lựa chọn :

+/ TH 1 = Súng max(100 năm) + dũng chảy vuụng gúc(10 năm)

+/ TH2 = Súng vuụng gúc(10 năm) + dũng chảy max(100 năm)

Do hướng súng và hướng dũng chảy hợp với nhau 1 gúc khụng quỏ 45 độ, nờn ta

sẽ lấy hướng súng, dũng chảy là trội để làm mốc và chọn hướng dũng chảy, súng cũn lại hợp với hướng súng, dũng chảy trội gần nhất 1 gúc nhỏ hơn 45 độ

D s

γ

F μ

μF ) F (F

W ≥ − + 

⇒

Trong đó:

W S : trọng lợng ống trong nớc gồm trọng lợng ống thép, lớp bê tông gia

tải, lớp bọc chống ăn mòn và trọng lợng chất vận chuyển trong ống

F W: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào hệ số Keulegan-Carpenter (K) và M

tỷ lệ giữa vận tốc dòng chảy và vận tốc sóng (M), xỏc định theo đồ thị hỡnh 5.12 – DnV E305 – 1988

à: hệ số ma sát giữa ống và đáy biển, xác định theo đồ thị hình 5.11 -

DnV E305 - 1988, đối với đất cát thì µ=0.7

Trong đồ thị trên thì :

.

s u

D S

U T K

D U M U

=

=

+ US : Vận tốc sóng đáng kể

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

+ Tu : Tra theo đồ thị 2.2 DnV E305 thông qua tỷ số Tn/Tp ; Tp là chu kỳ sóng,

Trình tự tính toán bài toán ổn định vị trí – phương pháp đơn giản hóa ( simplified method – DnV RPE – 305)

 Bước1 : Xác định vận tốc, gia tốc sóng đáng kể theo hướng sóng tính toán.

−Xác định các thông số Tn

−Xác định US*: Vận tốc sóng tác dụng vuông góc với trục ống không kể đến yếu

tố giảm của hướng truyền sóng, dùng đồ thị 2.1 DnV E305 Do biển Việt Nam

là biển mở, phổ sóng tính toán thích hợp là phổ Pierson Moskowits do đó khi tra đồ thị 2.1 ta lấy các giá trị trên đường γ = 1

−Xác định được vận tốc sóng đáng kể tác động vuông góc với trục ống US và gia tốc sóng ứng với chiều cao sóng đáng kể AS.

US = U*.R

AS =

2 S U

U T

=

=

(với α là góc giữa hướng sóng và trục ống).

Khi đó hệ số giảm hướng lan truyền R = 1 ( coi là không giảm )

 Bước 2 : Xác định vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc với trục ống.

Công thức xác định :

0 0

−zr : Độ sâu tham chiếu , kể đến ảnh hướng 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

d50 : Kích thước hạt trung bình của lớp địa chất đáy, được tra bảng A1_trang

32 DnV RP E305 Theo đề bài đồ án, ta có d50 = 0,135 mm

 Bước3 : Tính lặp với các góc pha khác nhau để tìm trọng lượng yêu cầu lớn nhất ( ở đây tính với 20 góc pha, mỗi góc pha chênh nhau 18 độ)

Tổ hợp 1: Sóng max(100 năm), hướng N+ Dòng chảy (10 năm), hướng NW.

dDo không chọn tổ hợp có hướng sóng trùng với trục ống nên ta chọn hướng sóng lớn thứ hai để tổ hợp với hướng dòng chảy để tính toán

Từ đấy ta thấy không cần phải gia cố cho tuyến ống vẫn đảm bảo ổn định vị trí.

Tổ hợp 2: Dòng chảy max(100 năm), hướng SE+ Sóng (10 năm), hướng S.

γ nuoc 10250 N/m 3

 Ws= 1563.38(N/m)

Từ đấy ta thấy cần phải gia cố cho tuyến ống để ống đảm bảo ổn định vị trí

• Phương án đưa ra : Bọc bê tông gia tải

Đây là phương pháp phổ biến nhất hiện nay do tính kinh tế và tương đối thuận lợi về công nghệ Nội dung phương pháp như sau :

- Chiều dày tối thiểu : 40mm

- Chiều dày tối đa : 100mm

- Cường độ kháng nén tối thiểu : 40Mpa

- Độ hút nước tối đa : 8% thể tích

- Trọng lượng riêng tối thiểu : 1900kg/m3

- Thép trong bê tông có thể dùng lồng hàn từ các thanh thép hoặc sử dụng lưới thép

- Đối với lồng thép, khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép phương vòng là 120mm

- Khoảng cách tối thiểu từ cốt thép đến lớp bọc chống ăn mòn là 15mm

- Cần tránh mọi tiếp xúc của Anode với lưới thép

Trong đồ án ta chọn lớp bọc bê tông có các đặc điểm sau : ( cho trường hợp

vận hành).

- Chiều dày : 60mm

- Trọng lượng riêng : 3040kg/m3

 Khi đó trọng lượng ống là : Ws=3947.17(N/m ).

+ Trường hợp thi công :

Trong trường hợp thi công thì ta cũng chia thành 2 tổ hợp như ở trường hợp vận hành nhưng số liệu sóng và dòng chảy sẽ được tính với chu kỳ lặp 1 năm, do trong

đồ án không có số liệu sóng 1 năm nên ta chọn số liệu sóng 10 năm để tính.

Tổ hợp 1: Sóng max(10 năm), hướng N+ Dòng chảy (10 năm), hướng NW

42.63 3

Từ đấy ta thấy cần phải gia cố cho tuyến ống để ống đảm bảo ổn định vị trí.

Trong đồ án ta chọn lớp bọc bê tông có các đặc điểm sau : ( cho trường hợp

vận hành).

- Chiều dày : 60mm

- Trọng lượng riêng : 3040kg/m3

 Khi đó trọng lượng ống là : Ws=3947.17(N/m ).

b) Phương pháp 2: Theo Moussilli - 1981

Đối với phương pháp này thì ta chỉ cần làm cho một tổ hợp ở trường hợp vận hành và một tổ hợp ở trường hợp thi công Cụ thể như sau :

Ta lấy 1 tổ hợp nguy hiểm nhất ở trường hợp vận hành và thi công để tính toán

Trong đó : μ – Hệ số ma sát ngang giữa nền và bề mặt ống lấy theo bảng

tra( trong đồ án thì μ=0.7, đối với cát)

β – Góc nghiêng bề mặt đáy biển, trong đồ án thì β=0, khi đó trọng lượng ống được tính theo công thức sau :

2 2

2

1 2

4 1 2

dt

ρ π ρ ρ

=

=

=

Trong đó :

ρ : Khối lượng riêng của nước biển, ρ = 1025kg/m3

D : Đường kính ngoài của ống ( kể cả lớp bọc ống nếu có ), m

Ue :Vận tốc hiệu quả của phần tử nước trong lớp biên, vận tốc xác định theo hướng vuông góc trục ống (m/s)

Cách xác định Ue trong tính toán thực hành như sau :

kiến( chu kỳ sóng kết hợp với dòng chảy), được xác định theo công thức trong API

" This figure provides estimates for d/gT2 > 0.01. For smaller values of d/gT2, theequation

R e < 5*10 4 1.3 1.5 2.0

10 5 < R e < 2.5*10 5 1.53- R e /3*10 5 1.2- R e /5*10 5 2.0 2.5*10 5 < R e < 5*10 5 0.7 0.7 2.5-R e /5*10 5

- Với : d = d0+d1+d2= 44+1.67+1.42=47.09 (m) ; H = Hs=3.1(m) ; T= Ts=7.5s

*Xác định chu kỳ biểu kiến Tapp : do d/gT2 = 0.085 > 0.01 nên tra bảng theo API, với VI/gT =0.017

Trong đó : VI : vận tốc mặt lớn nhất ứng với hướng sóng chủ đạo SE, đúng ra là vận tốc dòng chảy mặt, nhưng trong đồ án ta lấy vận tốc dòng chảy cách đáy 1m.Tra bảng ta được : Tapp/T = 1.11 => Tapp = 8.325 (s)

s app

+ Tính toán các đặc trưng của sóng Stockes bậc 5:

Chiều dài sóng ban đầu :

2

4 tanh( ) 2

Tính toán vận tốc và gia tốc sóng:

Profil sóng (bề mặt sóng):

) ( 1

chnkz G

k

1 n n

shnkz G

k

1 n n

=

Gia tốc:

(kx t)

n sin R 2

kc

1 n n

cos S 2

kc

1 n n

)]

( [

d k n Sh

d z k n Ch G

) (

)]

( [

d k n Sh

d z k n Sh G

Vận tốc lan truyền sóng C:

C=[(g/k).(1+a2.C1 + a4.C2 )th(k.d)]1/2.Tần số sóng ω:

ω = C.k