海底高温管道的设计方法与应用

综述了海底高温高压(HPHT)输油管道上浮屈曲和侧向屈曲行为特点,比较了不同的HPHT管道设计方法,分析了深海石油开发高温高压管道采用受控制的侧向屈曲的设计趋势和应用该方法存在的困难.提出了应根据具体项目的特点选择最佳的海底高温高压管道设计方法,其中施加预拉应力方法经济实用,条件允许时应优先采用.埋地的管中管结构已被广泛采用,输送介质温度可达120℃,如与其它方法(如预冷或与拉应力)结合,可用于开发更高温度的油田.     

海底管道临时管跨允许最大跨长的计算

海底管道悬跨管段在波流联合作用下极易发生共振破坏和局部屈曲破坏,而悬跨管段跨长是其重要影响因素之一。针对海底管道临时管跨的极限强度问题,分别从管道屈曲强度、屈服强度及共振强度等方面,给出计算允许最大跨长的方法和流程,采用VBA语言开发了海底管道悬跨许用跨长计算分析软件,并进行实例计算,得到不同阶段海底管道允许最大跨长。相关方法和软件可以为现场工程人员解决临时管跨评估问题提供有效的支持,从而加快总体工程进度。     

安装铺设的点荷载对大口径海底管道局部屈曲影响北大核心

大口径海底管道在安装过程中受到点荷载作用,比常规口径管道更易发生局部屈曲失稳。DNVGL-ST-F101-2017规范虽然给出了海底管道局部屈曲校核中对于点荷载的修正方法,但未考虑混凝土配重层对管道的保护作用,不符合真实的大口径管道结构形式,而且计算结果偏于保守。应用有限元分析方法,对大口径海底管道安装过程中点荷载引起的局部屈曲进行系统研究,分析过程考虑了工程中真实的管道结构形式,并结合工程算例将有限元方法的计算结果与依据DNV规范的计算结果进行对比,从分析方法上实现了对DNV规范的补充,对于大口径海底管道的局部屈曲设计具有较好的推广价值。(图3,表1,参16)     

安装铺设的点荷载对大口径海底管道局部屈曲影响

大口径海底管道在安装过程中受到点荷载作用,比常规口径管道更易发生局部屈曲失稳。DNVGL-ST-F101-2017规范虽然给出了海底管道局部屈曲校核中对于点荷载的修正方法,但未考虑混凝土配重层对管道的保护作用,不符合真实的大口径管道结构形式,而且计算结果偏于保守。应用有限元分析方法,对大口径海底管道安装过程中点荷载引起的局部屈曲进行系统研究,分析过程考虑了工程中真实的管道结构形式,并结合工程算例将有限元方法的计算结果与依据DNV规范的计算结果进行对比,从分析方法上实现了对DNV规范的补充,对于大口径海底管道的局部屈曲设计具有较好的推广价值。(图3,表1,参16)     

棘轮效应对海底管道工程设计影响的有限元评估

棘轮效应广泛存在于服役期启动、关停操作频繁的海底管道中，严重影响其在位状态及结构安全。为此，结合海底管道流动保障要求及管土作用影响分析海底管道棘轮效应的诱发机理，形成海底管道棘轮效应筛选判别方法，并提出海底管道工程设计中针对棘轮效应影响的有限元评估方法。以某单点系泊系统中外输海底管道工程为例，开展管道棘轮效应影响的有限元评估，结果表明：该管道稳定循环下恒定摩擦力与土壤摩擦力的比值为1.91，棘轮效应相对明显；相比于常规热膨胀计算，在工程设计中应额外考虑0.09 m棘轮效应位移的影响。研究成果可为海底管道、膨胀弯及水下管汇的工程设计提供理论支撑，使工程设计结果更符合海底管道真实的服役状态。（图3，参27）     

埋地管道的上浮屈曲分析

使用材料力学方法研究了埋地管道产生上浮屈曲的条件。上浮屈曲常见于海底和液化土中的埋地管道,在上浮屈曲过程中产生过量的垂直位移和塑性变形被认为是一种失效情形,根据分析结果提出了管道温升问题。     

海底管道检测信息管理系统的设计与实现

为实现海底管道检测数据的信息化管理和三维表达，有效解决海底管道与海床面空间关系显示不够直观，以及数据处理中地图与表格分离难以维护数据一致性的问题，通过分析海底管道检测内容与数据处理流程，探讨了基于GIS技术的海底管道检测信息管理系统的体系结构、数据组织、总体功能与关键技术，并在．NET环境下采用ArcEngine完成了系统的开发，实现了海底管道检测信息的统一管理、查询、三维显示和分析，满足了海底管道日常维护管理工作需求。该系统在杭州湾海底管道检测数据的管理中发挥了技术支撑作用，可为其他海底管道检测数据的信息化建设提供示范与借鉴。     

河流穿越管道的抗弯刚度及弯曲应力

河流穿越管道和海底管道一般采用组合结构，以保证其安全运行。前者常采用组装式混凝土加重块成套管，后者常采用混凝土连续覆盖层，与管道一起构成复合结构。然而在设计阶段，对于这种组合结构的强度设计，由于其复杂性和出于技术、经济方面的考虑，工程上大多不考虑混凝土（水泥）与管道的相互作用。为此，将穿越管道结构看成由不同材料构成的组合梁，并认为混凝土（水泥）与钢管之间没有相对运动，也不计防腐绝缘层的影响，分别导     

高强度管道钢氢致开裂门槛应力测定

采用恒载荷和慢应变速率动态拉实验方法。测定了X80管道钢在不同充氢条件下的氢致开裂门槛应力和断裂应力，测试结果表明，X80管道钢在0．5mol/L H2SO4 0.25g/L As2O3溶液中充氢时，试样中可扩散氢浓度（C0）和充气电流的方根（√i）呈线性关系，不同充氢条件下慢应变速率拉伸时断裂应力均随氢浓度升高而下降，恒载荷下氢致滞后断裂门槛应力随氢浓度的对数而呈线性下降。     

双管径检测

通过各类管道试验方法的研究，得出以下结论：（１０智能清管器能检测出管壁变薄和与管道密切相关的潜在腐蚀危险；（２）应力试验只检测裂缝和漏点，提供当前管道状况；（３）Ｒｕｈｒｇａｓ经验指出，大多数壁厚减少都源于伤痕和腐蚀；（４）ｕｈｒｇａｓ建议，可以排除新管道管壁减薄情况，管道初始运行时应力试验视为最终测试。根据Ｒｕｈｒｇａｓ公司经营的双径和道特点，制定了检测方案，并且所有试验已完成。     

西气东输二线穿越处管道位移分析及解决方案

西气东输三线与西气东输二线管道采用并行敷设方式,在西气东输三线管道施工时,在精伊霍铁路穿越处开挖了西气东输二线管道一侧覆土,西气东输二线管道发生明显的弯曲变形。利用ANSYS软件,模拟计算暴露段管道在内压、温度、土壤压力等综合作用下产生的应力、位移,并对管道进行应力校核。结果表明:施工开挖导致暴露段管道土壤约束不平衡,侧向土压力是导致管道发生位移的主要原因。因而提出了减少位移的解决方案:采用分段开挖、回填暴露段管道另一侧土,释放管道由侧向土压力产生的应力。通过落实该解决方案,消除了管道位移风险,提高了管道安全平稳运行的可靠性。     

海底长输管道修复RTP管穿插牵引力计算模型

针对海底长输油气管道走向曲折多变,弯头多且曲率大,同时受平台作业空间和动力供应等限制,修复工程成本和技术风险迅速攀升的问题,研制了抗拉型RTP管,其是在具有高柔特性的芳纶增强热塑料复合管（RTP管）的基础上,增设了芳纶抗拉复合层,从而具有弯曲刚度小、径向刚度大、抗拉能力强、质量轻、耐磨损、承压高、安全可靠等优点。以抗拉型RTP管穿插海底长输油气管道为研究对象,通过理论推导和试验验证,提出了RTP管穿插海底长输油气管道牵引力计算模型,该模型运用于马来西亚石油公司海洋油气田17km长输管道穿插修复工程,获得了令人满意的效果。（图6,表2,参6）     

CO2长输管道设计的相关问题

CO2在管道输送工况的温度、压力范围内会呈现出不同的相态，使得CO2输送管道不同于油气输送管道。为此，从CO2管道设计的角度出发，分析了CO2管道工艺系统的相关技术，包括CO2流的物理性质及相态、管道水力热力计算、站场工艺系统以及设备选取等。研究指出：相态控制是CO2管道设计的重要内容之一；CO2管道站场工艺系统设计应根据CO2的含水量考虑脱水工艺，而脱水工艺与CO2的压缩工艺相结合形成一个系统；CO2管道输送设备具有其特殊性，如压缩机、输送用泵、脱水装置、放空系统等，需要根据CO2管道的特点选取和设计。相关结论可为CO2长输管道的设计与建设提供参考。（图6，表1，参7）     

基于美标体系的海底管道在位强度工程分析

为了满足东南亚及北美地区海洋油气田开发工程中必须使用美标体系进行工程设计的要求,便于海洋工程设计单位准确合理地使用美标规范对海底管道强度进行工程分析,根据最新版的ASME B31.8-2012和API RP 1111-2009等美标规范,系统地研究了海底管道在位强度的计算方法和应力校核准则,并详细阐述了海管壁厚计算、地震分析和海管路由弯曲等条件下的海底管道在位强度工程分析方法,明确了各种条件的设计系数选择情况。在印度尼西亚地区的实际工程项目中,依据美标规范完成了海底管道的在位强度校核分析,获得了合理的计算结果并通过了海外业主的认可,为东南亚等地区的海底管道工程设计校核工作提供了参考。     

深水管道涡激振动控制方法

海底管道涡激振动控制是管道设计中的重要问题。根据深水环境下,海底表面流速通常很低,并且基本不受波浪影响的特点,指出深水涡激振动控制应主要考虑疲劳失效,用管道的疲劳寿命作为深水悬跨管道涡激振动的控制条件。建立了深水环境下涡激振动的非线性微分方程,给出疲劳计算公式,并对比了浅水控制方法与深水控制方法计算的临界跨长。     

海底管道开沟犁及其设计分析

用海底犁进行海底管道开沟是一项趋于成熟的施工技术。本文评价了海底管道开沟犁技术的发展与动态,分析了海底犁的结构类型及特点,讨论了海底犁犁总体设计时所应考虑的问题和技术关键。指出海底犁技术集是现代科技之大成,应把海底犁作为海底管道施工技术的重要部分,我们应在吸收和消化国外现有技术成果的基础上发展适合于我国海况的海底犁机型。     

用非线性分析方法改进管道设计

分析管道应力标准的非线性工程方法应用于管道设计，能更准确地确定管道的实际应力一应变，提高管道的运行可靠性。叙述和比较了部分管道应力规范，指出在管道应力分析和管道设计中，应考虑管材的非线性特性。给出了通过壁厚与温差变化关系体现出的管道经性和非线性分布图。从纵向应力线性和非线分布图得出的结论是：最大压缩性弯曲应力的非线性解析比线性解析结果低１８％，当量应力则低３％，推导出了计算应变的迭代公式，其迭代结     

海底管道溢油防控措施

从设计、防腐、人为和自然因素等方面分析了海底管道的溢油原因,指出应加强在役海底管道的承压能力及管体与海底相对位置的定期检测,采取有效的机械损伤预防措施,必须考虑管道的路由、埋深、壁厚、防护覆盖层、水动力条件及泄漏检测系统的合理配置等因素,优化新建和预建海底管道的设计和施工.提出了建立HsE管理体系和溢油应急组织、加强区域协作等海底管道溢油的防控管理和技术措施.介绍了水上焊接修复法及水下不同方式的管道修复方法.     

我国海洋石油油气储运回顾与展望

从海上油气储运的基本模式、海底管道施工技术、浮式生产储油装置的广泛应用等方面论述了海洋石油工业的发展状况及存在的问题，在海上油气田开发建设中，从最初的油气田内部短距离海底管道发展到各类长距离平台至陆地海底管道，其设计和施工技术在我国油气管道建设中都有一定的参考价值。     

洪水载荷下悬跨管道安全性的数值模拟研究

阐述了因洪水冲刷而暴露于河水中的管道的安全性对整条管道的安全运行有着十分重要的影响。利用数值方法分析了洪水载荷作用下的漂浮管道的安全性，以有限元软件ABAQUS计算了不同的管道漂移量与流速引起的管道的环向与轴向应力，同时分析了管道在此类载荷作用下的屈曲模态以及不同的河水流向与管道应力状态之间的关系。对管道自重对管道应力状态的影响进行了分析，分析结果可为管道现场抢修工作提供参考。