Tài liệu ĐỒ ÁN ĐƯỜNG ỐNG KHOA CÔNG TRÌNH BIỂN

ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG Mục Lục CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU .......................................................................................................1 1.1 Công nghê ̣ liên quan đế n tuyế n ố ng thiế t kế .............................................................. 6 1.1.1 Giới thiê ̣u về giàn BK ..........................................................................................7 1.1.2 Giới thiệu về đường ống tiếp giàn .......................................................................8 1.1.3 Giới thiê ̣u về đường ố ng biể n ..............................................................................8 1.2 Số liê ̣u đầ u vào .........................................................................................................10 1.2.1 Số liê ̣u sóng ........................................................................................................10 1.2.2 Số liê ̣u dòng chảy ............................................................................................... 10 1.2.3 Số liê ̣u về đô ̣ sâu nước, biên đô ̣ triề u, nước dâng, chiề u dày hà ........................10 1.2.4 Số liê ̣u điạ chấ t công triǹ h..................................................................................11 1.2.5 Các thông số khác .............................................................................................. 11 1.3 Lựa cho ̣n tuyế n ố ng thiế t kế .....................................................................................12 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ỐNG ...................................................................13 2.1 Tính toán chiều dày ống theo quy phạm DNV-OS-F101. ........................................13 2.1.1 Xác định chiều dày ống chịu áp lực trong: ........................................................13 2.1.2 Kết quả tính toán chiều dày chịu áp lực trong ...................................................21 2.2 Kiể m tra ổ n đinh ̣ đàn hồ i của đường ố ng .................................................................22 2.2.1 Tổ ng quan...........................................................................................................22 2.2.2 Kiể m tra ổ n đinh ̣ cục bộ của đường ố ng theo quy pha ̣m DNV-OS-F101 .........22 2.2.3 Kiể m tra mất ổ n đinh ̣ lan truyền của đường ố ng ...............................................27 2.3 Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống. ....................................................................29 2.3.1 Khái niệm ...........................................................................................................29 2.3.2 Thông số đầu vào của bài toán kiểm tra ổn định vị trí của đường ống ..............30 2.3.3 Thông số đầu ra của bài toán kiểm tra ổn định vị trí của đường ống ................30 2.3.4 Tính toán ổn định vị trí của đường ống theo quy phạm DNV-RP-E305 ...........30 2.4 Tính toán độ bền của đường ống đi qua các địa hình phức tạp ................................ 46 2.4.1 Khái niệm ...........................................................................................................46 2.4.2 Bài toán xác định chiều dài nhịp treo khi đường ống qua hố lõm .....................47 2.4.3 Bài toán cộng hưởng dòng xoáy ........................................................................51 2.4.4 Xác định chiều dài nhịp phụ khi đường ống qua hố lõm ...................................54 2.4.5 Bài toán đường ố ng đi qua địa hình dạng đỉnh lồi .............................................55 1 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG 2.4.6 Kết luận chung ...................................................................................................56 CHƯƠNG 3. CHỐNG ĂN MÒN CHO ĐƯỜNG ỐNG ...................................................57 3.1 Bài toán chống ăn mòn chủ động cho đường ông bằng Anode hi sinh ....................57 3.1.1 Thông số đầu vào ............................................................................................... 57 3.1.2 Chọn loại Anode ................................................................................................ 57 3.1.3 Tính toán số lượng anode ...................................................................................58 3.1.4 Kiểm tra số lượng anode ....................................................................................60 3.1.5 Kết luận chung ...................................................................................................64 CHƯƠNG 4. THI CÔNG TUYẾN ỐNG ..........................................................................65 4.1 Tổng quan về thi công tuyến ống biển .....................................................................65 4.1.1 Mục đích thi công đường ống biển. ...................................................................65 4.1.2 Các phương pháp thi công đường ống biển. ......................................................65 4.1.3 Lựa chọn phương án thi công tuyến ống............................................................ 71 4.1.4 Tính toán độ bền ống khi thi công .....................................................................72 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 85 2 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG Danh Mục Hình Ảnh Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 1: Vị trí tuyến ống ......................................................................................................6 2: Bọc chống ăn mòn đường ống dẫn biển ................................................................ 8 3: Mối nối đường ống ................................................................................................ 9 4: Hướng chủ đạo của đường ống ............................................................................12 5: Sơ đồ tính toán href ............................................................................................... 14 6: Đồ thị tra độ giảm khả năng chịu kéo đặc trưng do nhiệt ...................................18 7: Lựa chọn chiều dày ống theo Catalog nhà sản xuất ............................................22 8: Độ sâu nước lớn nhất Hmax...................................................................................23 9: Đồ thị xác định hệ số FW – đồ thị 5.12 DnV RP E305 .......................................35 10: Trục ống hợp góc với các hướng sóng .............................................................. 36 11: Đồ thị xác định vận tốc sóng – đồ thị 2.1 DnV RP E305 ..................................36 12 :Đồ thị xác định gia tốc sóng - đồ thi ̣2.2 DnV RP E305 ...................................39 13: Đồ thị xác định hệ số FW – đồ thị 5.12 DnV RP E305 ....................................40 14: Đồ thị xác định chiều dài nhịp treo ống ............................................................. 49 15: Đồ thị xác định chiều dài nhịp treo ống ............................................................. 50 16: Đường ống chịu ảnh hưởng của dòng xoáy .......................................................51 17 :Đồ thị xác định chiều dài nhịp phụ đoạn ống qua hố lõm .................................54 18 :Đồ thị xác định chiều cao đỉnh lồi .....................................................................55 19 :Đồ thị xác định chiều dài nhịp vượt đỉnh lồi .....................................................56 20 :Hình ảnh Anode .................................................................................................57 21 :Thi công thả ống bằng xà lan .............................................................................66 22 :Thi công thả ống bằng kéo ống trên mặt nước ..................................................69 23 :Thi công thả ống bằng kéo ống trên sát đáy biển ..............................................70 24 :Sơ đồ tính toán kiểm tra ứng suất của ống khi thi công ....................................76 3 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG Danh Mục Bảng Biểu Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng 1: Chiều cao sóng đáng kể với các chu kỳ lặp(HS-1m) ...................................................... 10 2 :Vận tốc dòng chảy đáy (cm/s)(V-10cm) ........................................................................ 10 3 :Các thông số về độ sâu nước, biên độ triều, nước dâng, chiều dày hà bám ................... 10 4 :Thông số của lớp đất đầu tiên của đáy biển .................................................................... 11 5 :Đặc tính kỹ thuật của mác thép X52 ............................................................................... 11 6 :Thông số về tuyến ống thiết kế ....................................................................................... 12 7 :Hệ số độ bền phụ thuộc vào công nghệ chế tạo .............................................................. 25 8 :Bảng tính vận tốc sóng cho từng hướng giai đoạn VH1................................................. 37 9 :Bảng tính vận tốc dòng chảy cho từng hướng giai đoạn VH1........................................ 38 10: Bảng tính As cho từng hướng sóng gai đoạn VH2 ....................................................... 40 11 :Bảng tính hệ số K, M, FW cho từng hướng sóng giai đoạn VH1 .................................. 41 12 :Bảng tính vận tốc sóng cho từng hướng giai đoạn VH2............................................... 43 13 :Bảng tính vận tốc dòng chảy cho từng hướng giai đoạn VH2 ...................................... 43 14 :Bảng tính As cho từng hướng giai đoạn VH2 ............................................................... 44 15 :Bảng tính hệ số K, M, FW cho từng hướng sóng giai đoạn VH2 .................................. 44 16 :Bảng xác định trọng lượng yêu cầu giai đoạn VH2 ..................................................... 45 17 Bảng tính lực căng, áp lực ngoài, mômen uốn các phân đoạn ống trong đoạn cong lồi 78 18 :Bảng kiểm tra ứng suất trên các phân đoạn ống trên đoạn cong lồi ............................. 79 19 :Bảng tính lặp chiều dài L .............................................................................................. 81 20 :Bảng tính chiều dài ống đoạn lõm và chiều dài ống từ điểm đang xét đến Tensioner82 21 Bảng tính lực căng, áp lực ngoài, mô men uốn của các phân đoạn ống đoạn cong lõm 83 22 :Bảng kiểm tra ứng suất trên các phâ đoạn ống đường cong lõm .................................. 84 4 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG Đồ án môn học ĐƯỜNG ỐNG Nhóm thực hiện Lớp Giáo viên hướng dẫn : Nhóm 5 : 59CB2 : Th.S ĐẶNG ĐÌNH TUẤN Danh sách sinh viên nhóm 5: STT Họ và tên MSSV Lớp 1. Hồ Sỹ Đồng 36022.59 59CB2 2. Trần Quang Cường 5554.59 59CB2 3. Nguyễn Kim Hưng 36235.59 59CB2 5 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.1 Công nghê ̣ liên quan đế n tuyế n ố ng thiế t kế Điểm đầu, điểm cuối của đường ống: Nối từ giàn đầu giếng BK5 đến giàn đầu giếng BK1 Hình 1 Vị trí tuyến ống 6 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG 1.1.1 Giới thiêụ về giàn BK Giàn nhe ̣ BK là giàn nhỏ nhe ̣ không có tháp khoan, không có người ở, công tác khoan sẽ do tàu khoan tự nâng thực hiê ̣n. Giàn BK có các thiế t bi ̣công nghê ̣ ở mức tố i thiể u để đo lưu lươ ̣ng và tách nước sơ bô ̣. Sản phẩ m từ giàn BK sẽ đươ ̣c dẫn bằ ng đường ố ng về giàn MSP hoă ̣c giàn công nghê ̣ trung tâm CPP để xử lý. - Về mă ̣t kế t cấ u, phầ n chân đế giàn BK là kế t cấ u giàn khung thép không gian có mô ̣t mă ̣t thẳ ng đứng, đươ ̣c cấ u ta ̣o từ thép ố ng có đường kin ́ h khác nhau. Chân đế có bố n ố ng chiń h. Hê ̣ thố ng móng co ̣c gồ m bố n co ̣c chin ́ h, đường kiń h 720x20mm và tám co ̣c phu ̣, thươ ̣ng tầ ng có sân bay trực thăng, các thiế t bi ̣công nghê ̣, máy phát điê ̣n. - Giàn đầu giếng BK1 là giàn đầu giếng thế hệ thứ 1, BK5 là giàn đầu giếng thế hệ thứ 2. Các giàn BK chỉ có nhiệm vụ quản lý các đầu giếng với chức năng tương đương như đầu giếng dưới ngầm. - Về mặt kết cấu phần chân đế giàn BK là kết cấu giàn khung thép không giandạng hình trụ, chúng được cấu tạo từ thép ống có đường kính khác nhau, thường có 4panel, phần móng dùng cọc đóng sâu vào trong đất trong trường hợp khác có thể có cọc phụ, trong trường hợp này phần dưới của chân đế các cọc chính và cọc phụ đượcluồn bên trong bằng vòng cao su. - Phần thượng tầng bao gồm hệ thống các Block và Modul riêng rẽ, giàn BKchủ yếu phục vụ cho công tác khoan khai thác. Trên phần thượng tầng gồm các Blocknhà ở, và công nghệ phục vụ công tác khoan. 7 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG 1.1.2 Giới thiệu về đường ống tiếp giàn - Khái niệm Đường ống tiếp giàn: là phần nối ống ngầm đã có với ống đứng, đường ống tiếp giàn phụ thuộc vào hướng giàn - Đặc điểm: Chỉ lắp được ở mặt bên của giàn Giàn có các mặt bên có các chức năng khác thì không đặt được riser 1.1.3 Giới thiêụ về đường ố ng biể n 1.1.3.1 Cấu ta ̣o ố ng ngầ m Ống thép : là bộ phận chính của đường ống. Ống thép được chế tạo sẵn thành các modul dài 6 hoặc 12m. Đường kính của ống thường nhỏ hơn 36 inch, chiều dày nhỏ hơn 6mm. Vật liệu thép là loại có khả băng chịu ăn mòn tốt, chủ yếu là théo hợp kim Canxi-Mangan. Lớp chống ăn mòn: Lớp chống ăn mòn ngoài ống theo nguyên tăc phải sơn phủ, thường có chiều dày khoảng 5 mm, Các loại sơn phủ hay sử dụng là sơn có nguồn gốc epoxi hay nhựa đường. Hình 2Bọc chống ăn mòn đường ống dẫn biển 8 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG Lớp bê tông gia tải: Chiều dày từ 5 đến 10mm, có tác dụng tăng trọng lượng đẻ đảm bảo ổn định vị trí đường ống. Vật liệu sử dụng là bê tông hoặc bê tông đậc biệt nặng. Ngoài ra người ta có thể sử dụng khối gia tải cục bộ hoặc dùng vít xoắn để cố đinh đường ống dưới dáy biển. Mối nối: Các đoạn ống được nối với nhau bằng mối hàn. Chất lượng mối hàn là vấn đề hết sức quan trọng khi thi công đường ống. Ngoài ra khi đấu nối đầu ống ngầm với ống đứng hoặc sửa chữa đường ống thì một số loại mối nối được sử dụng như mối nối sử dụng mặt bích hoặc mối nối cơ khí. Hình 3Mối nối đường ống Protector: là thiết bị chống ăn mòn điện hóa, gắn cố định trên ống . Protector có nhiều dạng khác nhau , phổ biến nhất là dạng bán khuyên, có chiều dày phù hợp với lớp bê tông gia tải. 1.1.3.2 Cấu ta ̣o ố ng đứng Ống đứng đặt trong vùng chịu tác động ăn mòn và tải trọng rất lớn do môi trường biển gây ra. Vì vậy Cấu tạo ống đứng khác ống ngầm ở một số điểm như sau: - Ống thép thường có chiều dày lớn hơn ống ngầm - Tăng cường chống ăn mòn bằng phương pháp đặt ống trong ống, bọc chống ăn mòn bằng cao su - Do ống đứng được cố định vào khối chân đế nên không cần gia tải. 9 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG 1.2 Số liêụ đầ u vào 1.2.1 Số liêụ sóng Bảng 1 Chiều cao sóng đáng kể với các chu kỳ lặp(HS-1m) HS (m) N 4.8 NE 7.7 E 3.8 Hướng sóng SE S 2.3 3.3 Tp (s) 8.7 10.6 8.9 7.4 8.1 8.9 8.5 8.6 HS (m) 1.9 6.4 2.3 1.1 1.7 3.7 2.7 2 Tp (s) 6 8.8 6.7 5.6 6.3 7.9 6.7 6.2 HS (m) -1.3 0.9 0.4 0.1 -0.3 -0.2 0 0.4 Tp (s) 5.8 6.2 5.5 4.9 4 4.2 4.7 5.4 Chu kỳ lặp Thông số 100 năm 10 năm 1 năm SW 5.3 W 3.8 NW 3.9 1.2.2 Số liêụ dòng chảy Bảng 2 Vận tốc dòng chảy đáy (cm/s)(V-10cm) Chu kỳ lặp 100 năm 10 năm 1 năm N NE E 77 43 21 114 69 39 109 65 31 Hướng dòng chảy SE S SW 102 62 26 81 47 25 135 82 47 W NW 155 75 23 91 62 24 1.2.3 Số liêụ về đô ̣ sâu nước, biên đô ̣ triề u, nước dâng, chiề u dày hà Bảng 3 Các thông số về độ sâu nước, biên độ triều, nước dâng, chiều dày hà bám Mã độ sâu Biên độ triều dâng(m) 5 1.7 Biên đô ̣ triề u ha ̣ (m) 1.5 Nước dâng do bão(m) Nước ha ̣ do baõ (m) Chiề u dày hà bám(cm) Độ sâu nước trung bình(m) 1.6 1.4 3.5 85 10 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG 1.2.4 Số liêụ điạ chấ t công trin ̀ h Bảng 4 Thông số của lớp đất đầu tiên của đáy biển Ký hiệu Loại đất C Cát hạt mịn Sức kháng cắt Su (kPa) Cỡ hạt trung bình d50 (mm) 0.125 1.2.5 Các thông số khác 1.2.5.1 Thông số về mật độ các chất: - Mật độ nước ép vỉa (Watter Ịnection-WI): 1025 (kg/m3) - Mật độ nước biển : 1025 kg/m3 - Mật độ của bê tông gia tải: 3044 kg/m3 - Mật độ của thép ống: 7850 kg/m3 - Mật độ lớp boc chống ăn mòn : 900 kg/m3 - Mật độ hà bám: 1400 kg/m3 - Nhiệt độ nước ép vỉa: t=50 C 1.2.5.2 Thông số về Mác vật liệu : Bảng 5 Đặc tính kỹ thuật của mác thép X52 Mô tả Mô- đun thép Young Hệ số Poisson Giá trị 207000 0,3 Mật độ của thép SMYS của thép Đơn vị MPa kg/m3 MPa SMTS của thép MPa 455 7850 358 11 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG 1.2.5.3 Thông số ki ̃ thuâ ̣t tuyế n ố ng thiế t kế Bảng 6 Thông số về tuyến ống thiết kế Mô tả Tên tuyến ống Loại chất vận chuyển Đường kính ngoài ống Chiều dài tuyến Áp lực thiết kế Đơn vị mm m at Thông số BK5-BK1 Watter Ịnection-WI 219 1900 207 1.3 Lựa cho ̣n tuyế n ố ng thiế t kế Hướng chủ đạo của công trình được xác định sẵn như sau: Hình 4 Hướng chủ đạo của đường ống 12 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ỐNG 2.1 Tính toán chiều dày ống theo quy phạm DNV-OS-F101. Tính toán chiều dày ống theo 2 bài toán đường ống chịu áp lực trong và đường ống đảm bảo điều kiện ổn định đàn hồi: 2.1.1 Xác định chiều dày ống chịu áp lực trong: Ta tính toán theo 2 trạng thái: Thử áp lực và Vận hành. Chiều dày ống chịu áp lực trong được xác định theo công thức: plx − pe  pb ( t1 ) (2.1)  sc . m Trong đó: + Plx: Áp lực cục bộ trong điều kiện có sự cố tại điểm đang xét. Đây là áp suất bên trong lớn nhất tại cùng một chiều cao tham chiếu như của áp suất thiết kế, kN/m2; + Pe: Áp lực ngoài nhỏ nhất (không lớn hơn áp lực ngoài trong điều kiện mực nước triều thấp nhất), kN/m2; Pe = n.g.hmin • n = 1,025 kg/m3: khối lượng riêng nước biển. • h: độ sâu nước ứng với mực nước triều thấp nhất. + Pb(t1): Áp lực trong tới hạn mà đường ống có thể chịu, kN/m2. + sc: Hệ số theo cấp an toàn của công trình. Phụ thuộc cấp an toàn của công trình. + m: Hệ số độ bền phụ thuộc trạng thái giới hạn. + Áp lực cục bộ trong điều kiện có sự cố tại điểm đang xét. 2.1.1.1 Tính áp lực trong cục bộ Plx Tính toán áp lực trong cục bộ trong 2 giai đoạn là vận hành và thử áp lực Theo DNV-OS-F101, công thức (4.1) và (4.2) trang 35 • Plx = Pli tại thời điểm vận hành, kN/m2 pli = pinc + cont .g. ( hRef − hl ) = pd . inc + cont .g. ( hRef − hl ) (2.2) 13 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN • Plx = Plt ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG tại thời điểm thử áp lực, kN/m2 plt = pt + t .g. ( hRef − hl ) (2.3) Trong đó: - Pinc: Áp lực sự cố: Pinc=Pd. inc - Pd: - inc: Hệ số áp lực sự cố lấy theo bảng 3-1 page30 DNV-OS-F101 inc=1,00 đến 1,10.Với hệ thống đường ống trong giai đoạn vận hành, ta có inc=1,10 - Pt: Áp lực trong giai đoạn thử áp lực, thông thường được quy định bởi chủ đầu tư. Áp lực thiết kế: Pd =207 (at) =20306,7 (kN/m2) Theo DNV-OS-F101, page 42, ứng với cấp an toàn trung bình và cao, có: Pt=1,05xpinc - cont: Khối lượng riêng của chất vận chuyển: cont = 1,025 (t/𝑚3 ) - t: - href: Chiều cao tham chiếu của điểm đo áp lực Pd ( chiều cao chênh áp lực), Khối lượng riêng của chất thử áp lực ( nước biển); t = 1,025 (t/𝑚3 ) Áp lực thiết kế đo tại điểm van trên giàn: href =hTT Hình 5 Sơ đồ tính toán href 14 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG HTT= d0 + d1+ d2 + Hmax +  Với: ▪ d0 : Độ sâu nước trung bình, d0=85m ▪ d1 : Biên độ triều dâng, d1=1,7m ▪ d2 : Chiều cao nước dâng do bão, d2=1,6m ▪ Hmax : Chiều cao sóng lớn nhất, là chiều cao sóng đáng kể của hướng sóng NE, Hmax=7,7m ▪ η : Hệ số lấy theo lý thuyết sóng tính toán, theo lý thuyết sóng Airy η=0,5 ▪ Δ : Khoảng cách dự trữ, Δ=1,5m  href= 85+1,7+1,6+0,5x7,7+1,5= 93,65 (m) - hl: chiều cao tham chiếu của áp lực trong cục bộ Điểm tính toán tại đáy biển nên h1= 0m - g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2; Thay số vào hai công thức (2.2) và (2.3) ta có: Áp lực trong ống ở trạng thái vân hành: pli = pd . inc + cont .g. ( hRef − hl ) = 20300,08 1,1 + 1,025  9,81 (93,65 − 0) = 23271,8( kN / m2 ) Áp lực trong ống ở trạng thái thử áp lực: plt = 1,05  pinc + t .g. ( hRef − hl ) = 1,05  pd   inc + t .g. ( hRef − hl ) = 1,05  20300,08 1,1 + 1,025  9,81 (93,65 − 0) = 24388,3(kN / m2 ) 2.1.1.2 Áp lực ngoài pe Công thức tính áp lực ngoài: Pe = ρn.g.hmin (2.4) Trong đó: • ρn : Mật độ của của nước biển, ρn=1,025 (t/m3) 15 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG • g : Là gia tốc trọng trường, g=9,81 (m/s2) • hmin : Độ sâu nước thấp nhất khi triều kiệt và nước hạ do bão có nước dâng và bụng sóng: hmin= d0 – d’1-d’2– ηHmax (2.5) Với: + d’1 : Biên độ triều hạ, d’1=1,5m + d’2 : Nước hạ do bão, d’2=1,4m + Hmax: Chiều cao sóng lớn nhất, bằng chiêu cao sóng đáng kể hướng NE * Giai đoạn vận hành: Sử dụng sóng có chu kỳ lặp 100 năm Hmax(100 năm) = 7,7 m * Giai đoạn thử áp lực: Sử dụng sóng có chu kỳ lặp 1 năm Hmax(100 năm) = 0,9 m Thay số vào công thức (2.5) ta được: nam h100 = 85 − 1,5 − 1, 4 − 0,5  7,7 = 78, 25(m) min nam h1min = 85 − 1,5 − 1, 4 − 0,5  0,9 = 81,65(m) Thay số vào công thức (2.4) ta có: Áp lực ngoài trong trạng thái vân hành: Pe=1,025x9,81x78,25 = 786,8 (kN/m2) Áp lực ngoài trong trạng thái thử áp lực: Pe=1,025x9,81x81,65 = 821,0 (kN/m2) 2.1.1.3 Tính toán áp lực tới hạn của đường ống: Công thức tính toán: pb (t1 ) = 2  t1 2  f cb  D − t1 3 16 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG Trong đó: • D : Đường kính ngoài danh định của ống thép, D=0,219m • t1 : Chiều dày tính toán của ống thép, lấy theo bảng 5-2 page 43 DNV-OSF101 - Điều kiện thử áp lực: t1=t-tfab (2.6) - Điều kiện vận hành: t1=t-tfab-tcorr (2.7) Với: * t : là chiều dày danh định của ống chịu áp lực trong * tfab : là chiều dày dự trữ của ống thép kể đến sai số do chế tạo, tfab phu thuộc vào phương pháp chế tạo và chiều dày danh định của ống lấy théo bảng 7-18 page 83 DNV-OS-F101. Phương pháp chế tạo Chiều dày ống ,t (mm) tfab (mm) Đúc t < 4.0 4.0 < t < 10.0 10.0 < t < 25.0 t > 25.0 +0.6mm - 0.5mm +0.15t - 0.125t ±0.125t +0.1t hoặc +3.7t * tcorr: Chiều dày dự trữ do ăn mòn, theo mục 203 page 61 DNVOS-F101, chiều dày dự trữ ăn mòn bên trong tối thiểu là 3mm với chất vận chuyển là chất lỏng. tcorr phụ thuộc vào khả năng ăn mòn của chất vận chuyển, chất vận chuyển của ta là nước biển nên có tính ăn mòn, nên ta lấy tcorr=3mm. • fcb : Cường độ tính toán của thép f   f cb = Min  f y , u  1.15   (2.9) 17 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG Với fy, fu : Là ứng suất kéo đứt của thép có kể đến yếu tố giảm cường độ do nhiệt độ fy = (SMYS-fy,temp).αu (2.10) fu = (SMTS-fu,temp). αu.αA (2.11) Ta có : + SMYS = 358(Mpa)=358x103(kN/m2) + SMTS = 455(Mpa)=455x103(kN/m2) + fy,temp: Phần giảm ứng suất chảy dẻo đặc trưng do nhiệt; + fu,temp: Phần giảm khả năng chịu kéo đặc trưng do nhiệt; Theo hình 2 page 45 DNV-OS-F101, fy,temp và fu,temp được xác định như sau: Hình 6 Đồ thị tra độ giảm khả năng chịu kéo đặc trưng do nhiệt Với thành phần chính của ống thép là Mn-C, nhiệt độ ống thép bằng nhiệt độ chât vận chuyển t=50oc . Từ hình vẽ ta thấy: fy,temp = fu,temp= 0 + αu : Hệ số cường độ vật liệu, theo bảng 5-6 page 45 DNV-OS-F101 18 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG Khi không có các yêu cầu bổ sung thì lấy, αu=0,96 + αA : Hệ số kể đến sự làm việc không đẳng hướng của vật liệu, lấy αA =1; Thay số vào công thức (2.10) và (2.11) ta có: fy = (SMYS-fy,temp).αu = (358x103 - 0) x 0,96 = 343,68 x103 (kN/m2) fu = (SMTS-fu,temp). αu.αA= (455x103 - 0) x 0,96 x 1 = 436,80 x103 (kN/m2) fu/1,15=379,8 (kN/m2) f   3 2 Suy ra: f cb = Min  f y , u  = 343,68 10 (kN / m ) 1.15   2.1.1.4 Xác định hệ số γSC γSC là hệ số phụ thộc vào độ bền hay cấp an toàn của công trình 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, page 28 DNV-OS-F101 Đối với đồ án đang thiết kế tuyến ống nằm ở cả vùng 1 và vùng 2. Ta phải tính cho cả 2 vùng riêng rẽ. o Vùng 1: Là vùng không có sự hoạt động thường xuyên của con người. o Vùng 2: Là vùng Riser, vùng gần dàn, có sự hoạt động thường xuyên của con người. Căn cứ vào mức độ phân tích về rủi ro có thể xẩy ra mà vùng 2 được tính kéo dài ra khỏi dàn đoạn bao nhiêu. Trong đồ án đang thiết kế vùng 2 được xác định là vùng Riser và vùng ống ngầm từ dàn trở ra 500m. ✓ Định nghĩa cấp an toàn: Cấp an toàn Thấp Trung Bình Cao Định nghĩa. Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người ít, ảnh hưởng môi trường không nghiêm trọng, ảnh hưởng thấp đối với kinh tế. Thường phân loại cho trạng thái lắp đặt Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người lớn, ảnh hưởng tới môi trường nghiêm trọng, rất ảnh hưởng đối với kinh tế hoặc hậu quả chính trị. Thường phân loại cho trạng thái vận hành đối với vùng bên ngoài dàn. Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người lớn, ảnh hưởng tới môi trường nghiêm trọng, hậu quả to lớn đối với kinh tế hoặc chính trị. Thường phân loại cho trạng thái vận hành đối với vùng 2. 19 NHÓM 5 – 59CB2 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG ✓ Phân loại cấp an toàn: Loại chất A,C Giai đoạn Loại chất B,D và E Loại vị trí Loại vị trí 1 2 1 2 Tạm thời Thấp Thấp Thấp Thấp Vận hành Thấp Trung Bình Trung Bình Cao Đối với đồ án đang thiết kế, chất vận chuyển là nước biển. Thuộc loại chất không cháy. Nó thuộc nhóm A trong bảng 2-1. Suy ra trong đồ án này hệ số γsc được lấy theo 4 trường hợp: Thử áp lực Vận hành Vùng 1 Thấp Thấp Vùng 2 Thấp Trung bình Vùng 1 1.046 1.046 Vùng 2 1.046 1.138 Hệ số SC Thử áp lực Vận hành 2.1.1.5 Xác đinh hệ số γm Trong phạm vi đồ án ta tính toán với trạng thái giới hạn cực hạn: Suy ra hệ số độ bền của vật liệu γm được lấy theo bảng 5-4 page 44 DNV-OS-F101 Suy ra ta có: γm=1,15 20 NHÓM 5 – 59CB2