海洋立管概述.ppt

安装设备概述 一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动 什么是涡激振动（VIV）？立管涡激振动是导致立管疲劳破坏的主要原因 不同雷诺数条件下的涡放图 非洲西北部佛得角群岛附近天空出现的冯·卡门涡街。 这种云漩涡在风穿过佛得角群岛时形成。 涡激运动（VIM） 对于立管的VIV，纵向和垂向上都会有涡激振动现象出现。 立管的振动轨迹表现为“8字形” 现在以三维模型进行计算，以得到漩涡发放的涡管形式。 剪切流条件下的涡放图 深海立管的涡放图 SCR涡放计算结果 立管涡激振动抑制装置示意图 一般说来, API 的立管规范要比挪威船级社的立管规范相对保守一些。 由于美国石油协会的规范出台比较早, 因而应用的也比较广泛。 另外一个原因就是墨西哥湾是深海开发的先锋, API 的规范也就自然采用的比较广泛。 一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动 立管的分析可以分为静力和动力分析。 静力分析：使用ABAQUS 等软件进行的管道模型静力分析利用大位移效应、材料非线性、边界非线性来处理非线性问题，如连接、滑动和摩擦（管道/海床相互作用）。 对于立管系统，静力分析确定了整体结构如顶端悬挂角度、总悬挂长度、着陆点（TDP）。这些可以通过使用ABAQUS 或前面所述的专用立管软件来完成。 对于立管系统，由于浮式装置的运动、动力环境条件（风、浪、流）动力影响始终存在。 动力分析：动力分析通常研究管道或立管系统的非线性动力响应。 动力分析应该在动力影响存在的情形下进行，如渔船拖网板与管道相撞、管道热膨胀、地震对管道影响。 立管的FEA 模型中应该特别注意下列非线性特性： 材料非线性 几何非线性 边界非线性（摩擦、滑动、管道土壤相互作用等） 下面列出的是用于立管分析的已高度商业化和知名的工业软件： Riflex : Norwegian Marine Technology Center (Marintek) Flexcom 3D : MCS International (Ireland) Orcaflex : Orcina Ltd. (UK) SHEAR7 : MIT (USA) 一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动 4.1设计的目标 满足政府、规范要求，满足功能和运行要求 选择最简单、成本最低的类型 避免立管之间的碰撞 安装方便 4.2 设计阶段 1、概念设计 该阶段设计的主要目的是确定技术可行性，确定下一设计阶段所需的信息，进行资本和进度估计。这经常称作“方案选择”。 2、初步设计 该阶段的主要任务是进行材料选择和确定壁厚；确定生产管线和立管的尺寸；执行设计标准检查；准备MTO 和授权应用。基本方案需要在这个阶段定稿，也称作“定义阶段”。 3、详细设计 该阶段的所有设计工作需要足够详细以进行采购和制造。而且，工程过程、说明书、准备MTO、测试、勘测和制图需要全面开展。这个阶段也称作工程“执行阶段”。 4.3 设计流程 设计流程的主要目的是以运行数据（如设计压力和温度、油田数据和处理数据）为基础确定最优化的管道和立管设计参数。 1、 设计基础文件 设计基础文件（DBD）提供了管理管道、立管系统设计的手段，重点控制设计的改变。设计原理的目的是提供基本原理、一系列一致的数据、用于指定工程开发的合理要求和设计。 4.4 设计过程中的关键组成部分 2、材料选择 立管最常用的材料是从碳钢（如美国石油协会－5L 规格，等级X52-X70 和更高）到特种钢（也就是合金钢，如13%铬）的钢材。下列因素决定了材料的选择： 成本 抗侵蚀能力 重力要求 焊接性能 3、强度分析 所有依据极限状态用公式表达的相关失效公式都应在管道和立管设计中考虑。极限状态的分类如下： 工作极限状态（SLS） 最大极限状态（ULS） 疲劳极限状态（FLS） 意外极限状态（ALS） 工作极限状态（SLS）：如果超越就会导致管道不能正常运行的状态。 最大极限状态（ULS）：如果超越就会危及管道和立管完整性的状态。包括爆裂、局部弯曲、整体弯曲、不稳定破裂和塑性破坏。 疲劳极限状态（FLS）：计算由环境载荷、运行条件、VIV、浮式装置运动等引起的累积循环载荷。 意外极限状态（ALS）：由意外载荷引起，如渔船拖网板撞击、坠落物体等。 进行极限状态设计检查时应考虑不同阶段和考虑事项，包括： 暂时安装阶段； 压力测试（充水和水压测试）； 管道运行（产品输送、设计压力和温度）； 设计中的关键问题 接触面（Interface）设计 总体布置设计 疲劳分析