课程设计实例-海底管道立管.docVIP

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%~40%。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。 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20 m/s 2.波浪 50年一遇波高6.8m,平均周期9.3s 3.海流 五十年重现期0.9233m/s(水面) 4.水深 最大水深1000m; 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 2 ρ0=968.2kg/m3 μ0=742.38cp 3 ρg=0.9690㎏/m3 4 ρw=1025kg/ m3 μw=1.7cp(水在20℃) 5 液体输送温度按80℃，液体输送压按14.7MPa。 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）1987 2.参照挪威船级社DNV：《海底管道系统规范》1981 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。 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() 平均压力 液体输送压力按150，即=150（）=14.7MP