Đồ án môn học đường ống – bể chứa – trạm bơm

đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
đồ án môn học đờng ống bể chứa trạm bơm
Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 3 lớp 50CB1
1. Hà Sĩ Hải
2. Trịnh Vinh Hiếu
3. Nguyễn Đức Dũng
4. Bùi Văn Hùng
5. Bùi Khắc Phú
6. Bùi Chí Hùng
7. Đào Trọng Bằng
Phần một : các số liệu thiết kế
1. Số liệu về sóng
Bảng 1.5a Chiều cao sóng đáng kể H
S
với chu kỳ lặp N năm
Chu
kỳ lặp
Thông
số
Hớng
N NE E SE S SW W NW
100
năm
H
S
(m) 8.6 5.6 7.2 4.5 6.6 7.0 6.0 7.7
T
Z
(s) 9.8 9.3 9.7 9.1 8.9 9.2 9.0 9.4
10
năm

H
S
(m) 6.5 4.4 5.5 4.8 4.1 5.0 6.1 4.9
T
Z
(s) 8.7 8.1 8.4 8.0 7.6 8.6 8.5 8.0
2. Số liệu về dòng chảy
Bảng 1.5b Vận tốc dòng chảy đáy ( cách đáy 1 m ) , m/s
Chu kỳ
lặp
Hớng dòng chảy
N NE E SE S SW W NW
10 năm 0.51 0.75 0.73 0.93 0.89 0.65 0.70 0.85
100 năm 0.76 0.86 0.65 0.99 0.84 0.72 0.58 0.60
3. Thông số độ sâu nớc,biên độ triều, hà bám, nhiệt độ chất vận chuyển
Bảng B2.1.
Nhóm Độ sâu nớc
( m)
Biên độ triều
( m )
Nớc dâng
( m )
Hà bám
( cm )
Nhiệt độ
(
o
C )
3 40 1.42 2.15 5.5 75
4. Địa chất công trình

Địa chất B : Sét cứng + Kháng cắt 8.00 kPa
+ Hệ số ma sát 0.22
5. Số liệu về tuyến ống
nhóm 3 lớp 50cb1
1
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
Mã Tên tuyến
ống
Loại đờng ống Chiều dài
(m)
Đờng kính (mm) áp suất P
d
(at)
3 BK5 BK4 Nớc ép vỉa 2150 356 310
6. Các thông số khác
Trọng lợng riêng của khí : 148 kG/m
3
Trọng lợng riêng của dầu : 890 kG/m
3
Trọng lợng riêng của nớc biển : 1025 kG/m
3
Trọng lợng riêng của bêtông : 3040 kG/m
3
Trọng lợng riêng của thép ống : 7850 kG/m
3
Trọng lợng riêng của hà bám : 1600 kG/m
3
Sai số chiều dày do chế tạo -5% 10%
Vật liệu : X52
Hiệu chỉnh số liệu sóng , dòng chảy :

Hiệu chỉnh chiều cao sóng ( m ) : + 0.85
Hiệu chỉnh vận tốc dòng chảy ( m/s ) : -0.2
7. Tiêu chuẩn sử dụng
DnV Rulers for Submarine pipeline systems , 1981
DnV OS F101 Submarine pipeline systems , 2000
DnV RP E305 On-bottom Stability Design of submarine pipelines
DnV RP B401 Recommended Practice for Cathodic Protection Design .
Phần hai : nội dung đồ án
Chơng 1 : Giới thiệu chung
nhóm 3 lớp 50cb1
2
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
1. Tổng quan mỏ Bạch Hổ
Mỏ Bạch Hổ là mỏ lớn nhất Việt Nam và cũng là mỏ Việt Nam trực tiếp
khai thác. Mỏ nằm ở phía nam thềm lục địaViệt Nam trong lô 09 1 thuộc bể trầm
tích Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120 km do Xí nghiệp liên doanh dầu khí
VietsovPetro khai thác. Tháng 6 1986 dòng dầu khí đầu tiên đợc khai thác trong
tầng trầm tích Mioxen của mỏ Bạch Hổ . Năm 1987 phát hiện dầu khí trong tầng
trần tích Oligoxen và đặc biệt vào năm 1988 phát hiện dầu khí trong tầng đá móng
Granit nứt nẻ. Tổng trữ lợng dầu khí thu đớc do khai thác cùng với dầu của toàn mỏ
khoảng 31.8 tỷ m
3
khí đồng hành của mỏ Bạch Hổ đợc đa vào sử dụng cho các nhà
máy Bà Rịa từ tháng 5 -1995 , cho nhà máy Phú Mỹ từ tháng 2-1997 và tơng lai là
cho các khu công nghiệp của Vũng Tàu nh Vedan, Kidwell ..v.v.
2. Các công trình đờng ống hiện có ở mỏ Bạc Hổ
Hệ thống đờng ống hiện có của mỏ Bạch Hổ đợc hình thành theo từng giai
đoạn theo mức độ thăm dò và tơng ứng với việc phát triển xây dung mỏ.
Đến nay mỏ Bach Hổ đã có 257 km đờng ống . Các ống chính đợc sử dụng
để xây dựng là những ống có đờng kính ngoài D253x16 mm và D219x12

mm. Đợc xác định theo GOST 9731-74 và đợc luyện theo GOST 1050-74.
Hệ thống đờng ống ngầm ở mỏ Bạch Hổ bao gồm :
+ 20 tuyến ống dẫn dầu với tổng chiều dài 60,7 km
+ 10 tuyến ống dẫn khí với tổng chiều dài 24,8 km
+ 18 tuyến ống dẫn Gaslift với tổng chiều dài 28,8 km
+ 11 tuyến ống dẫn hỗn hợp dầu, khí với tổng chiều dài 19,3 km.
3. Các loại 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 dầu khí VietsovPetro đã xây dựng ở đây 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 UBN, các tuyến đờng ống nội bộ mỏ. Hiện nay mỏ
Bach Hổ có :
Hai dàn công nghệ trung tâm CTP2 , CTP3.
12 dàn MSP
10 dàn BK ,
4 trạm rót dầu không bến UBN1, UBN2, UBN3, UBN4 .
Dàn nén khí trung tâm CCP bao gồm : Dàn nén khí lớn, dàn nén khí nhỏ
Các dàn bơm nớc, dàn ép vỉa, dàn ngời ở, các cầu dẫn
nhóm 3 lớp 50cb1
3
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
Ngoài ra còn có hệ thống các đờng ống ngầm đã giới thiệu ở trên.
3.1.Dàn khoan cố định MSP
MSP là dàn khoan cố định .Trên dàn bố trí tháp khoan di động có khả năng
khoan ở nhiều giếng khoan.
Về mặt công nghệ : MSP có thể khoan, khai thác và xử lý. Hệ thống công
nghệ trên dàn đảm bảo nhiều công tác từ xử lý sơ bộ sản phẩm dầu khí cho đến
tách lọc sản phẩm dầu thơng phẩm, xử lý sơ bộ khí đồng hành. Mức độ xử lý
tùy thuộc hệ thống thiết bị trên từng dàn. Sản phẩm dầu khí đợc xử lý trên
MSP có thể là từ các dàn khoan của nó hoặc là từ các dàn nhẹ BK.

Về mặt cấu tạo : Khối chân đế của dàn là kết cấu thép không gian làm từ thép
ống. Mỗi chân đế có 8 ống chính ( đờng kính 812.8 x 20.6 mm ).
3.2.Dàn nhẹ BK
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 lu lợng
và tách nớc sơ bộ. Sản phẩm từ BK sẽ đợc dẫn bằng đờng ống về MSP hoặc
dàn công nghệ trung tâm để xử lý. Trên dàn không có ngời ở.
Về mặt cấu tạo : Chân đế dàn BK là kết cấu dàn thép không gian có 1 mặt
thẳng đứng , đợc cấu tạo từ thép ống. Chân đế có 4 ống chính.
3.3.Dàn công nghệ trung tâm CTP
Chức năng chính của dàn công nghệ trung tâm CTP là :
Thu gom tách lọc các sản phẩm từ các giếng ở các dàn BK, MSP
Xử lý dầu thô thành dầu thơng phẩm và bơm đến các trạm rót dầu không bến
UBN .
Xử lý nớc thải theo tiêu chuẩn quốc tế và thải chúng xuống biển .
Xử lý sơ bộ khí đồng hành và đa chúng vào các trạm nén khí.
3.4.Trạm rót dầu không bến ( UBN )
Dầu thô đợc thu gom từ các dàn BK, MSP về các dàn CTP để xử lý thành dầu
thơng phẩm sau đó chúng đợc bơm đến các tàu chở dầu nhờ các trạm rót dầu
không bến UBN .
Các thiết bị chủ yếu để tiếp nhận dầu :
+ Bể trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng ( dầu dầu ).
+ Bể trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng ( dầu nớc ).
+ Hệ thống khử nớc bằng điện có khối đốt nóng và phân li.
+ Hệ thống phân li kiểu tháp .
nhóm 3 lớp 50cb1
4
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
+ Khối chứa và chuyển hóa sản phẩm ( khử chất nhũ và kìm hãm ăn mòn ).
3.5.Hệ thống đờng ống ngầm : Đã trình bày ở trên

4.Các khâu trong quá trình khai thác dầu khí
Công nghệ khai thác dầu khí trên thế giới nói chung, ở Việt Nam và ở mỏ Bạch
Hổ nói riêng đều phải trai qua ba công đoạn sau đây:
Giai đoạn1:Thợng nguồn.
Là giai đoạn khảo sát và thăm dò dầu khí, bằng các phơng pháp kỹ thuật ngời
ta có thể xác định đợc chính xác nơi nào có dầu và trữ lợng là bao nhiêu. Từ đó
ngời ta đi đến quyết định có khai thác hay không, nếu trữ lợng đủ lớn để khai
thác thì tai đó các công trình khai thác dầu khí nh các hệ thống dàn khoan và hệ
thống đờng ống sẽ đợc xây dựng.
Giai đoạn 2:Trung nguồn.
giai đoạn này các sản phẩm sẽ đợc khai thác và vận chuyển đến những nơi
sử lý nh các dàn trung tâm, các dàn công nghệ,hoặc chúng đợc đa đến các bể
chứa thông qua hệ thống đờng ống. ở giai đoạn khai thác nó sẽ đợc phân thành
hai thời kỳ khai thác khác nhau đó là:
Thời kỳ khai thác sơ cấp là thời kỳ đầu khi mà áp lực ở giếng là đủ lớn để đẩy
sản phẩm dầu khí lên đến nơi chế biến.
Thời kỳ khai thác thứ cấp là thời kỳ mà giếng không còn đủ áp lực để đẩy sản
phẩm dầu khí đến nơi chế biến. Nhng trữ lợng của nó vẫn còn khá lớn có thể
vẫn tiếp tục khai thác đợc. Khi đó ngời ta sử dụng công nghệ bơm nớc ép vỉa
với áp lực đủ mạnh xuống giếng để tiếp tục khai thác.
Giai đoạn 3: Hạ nguồn.
giai đoạn này các sản phẩm dầu mỏ sau khi đã đợc chế biến nó sẽ đợc đa
đến nhng trung tâm tiêu thụ nh những trạm dót dầu không bến hoặc là nhứng
cảng dầu nhờ hệ thống đờng ống.
5.Các giai đoạn khai thác dầu khí
Thiết kế xây dựng khu khai thác dầu khí cần đợc xem nh một tổ hợp công nghệ
đồng nhất, đảm bảo thu đợc sản phẩm có chất lợng đạt yêu cầu với chi phí cho
khai thác, thu gom xử lý và vận chuyển sản phẩm tối thiểu. Hệ thống này bao
gồm các quy trình công nghệ:
+Thu gom, vận chuyển và đo các sản phẩm các giếng khai thác trên mỏ.

+Tách sơ bộ các sản phẩm từ các giếng.
nhóm 3 lớp 50cb1
5
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
+Xử lý dầu.
+Xử lý nớc thải và các loại khác cho hệ thống duy trì áp suất vỉa.
+Tiếp nhận và đo lờng dầu.
+Xử lý khí.
Các công trình công nghệ thu gom và vận chuyển sản phẩm của các giếng cần
phải đảm bảo:
+Đo đợc sản phẩm khai thác.
+Phân bố các dòng dầu theo các tính chất lý hoá và theo công nghệ vận
chuyển.
+Độ kín của công tác thu gom và vận chuyển dầu khí.
6.Mô tả công nghệ liên quan tới tuyến đờng ống thiết kế
Tuyến đờng ống thiết kế là tuyến đờng ống bơm nớc ép vỉa nối hai dàn nhẹ
BK5 BK4 có chiều dài 2150 m,
Đờng kính danh định của ống là 356 mm, chiều dày ống 24 mm
áp suất trong ống là P
d
= 310 at .
Nhiệt độ chất vận chuyển trong ống là 75
o
C
Hớng của công trình là hớng NE
nhóm 3 lớp 50cb1
6
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
Chơng 2 : tính toán kiểm tra
1. Xác định chiều dày ống

1.1.Chiều dày ống theo bài toán đờng ống chịu áp lực trong
Trong đồ án này, bài toán đờng ống chịu áp lực trong đợc tính toán cho 2
trạng thái là : Trạng thái thi công ( thử áp lực) và trạng thái khai thác.
Công thức xác định : Theo tiêu chuẩn DnV 2000 ( công thức 5.14 )
áp lực trong phải thỏa mãn điều kiện sau :

1
( )
.
b
li e
SC m
p t
p p


Trong đó :
p
li
: áp lực trong cục bộ đợc xác định tùy thuộc vào từng giai đoạn :
Trong giai đoạn vận hành : p
li
đợc xác định theo công thức :

. . . . .
li inc cont inc d cont
p p g h p g h

= + = +
+ p

inc
: áp lực sự cố
+ p
d
: áp lực thiết kế
+
inc

: Hệ số áp lực sự cố cục bộ, theo quy phạm DnV,
inc

=1,05 ữ1,1 .
Thiên về an toàn , trong đồ án này ta lấy
inc

=1,1 cho tất cả các trờng
hợp.
+
cont

: Khối lợng riêng của chất vận chuyển trong ống, trong đồ án này chất
vận chuyển là nớc ép vỉa, do đó
cont

= 1,025 t/m
3

+ g : gia tốc trọng trờng, lấy g = 9,81 m/s
2
+ h : Độ chênh cao giữa điểm đo áp lực P

d
và điểm tính toán, trong đồ án
này quy ớc điểm đo áp lực tại cốt 0 hải đồ, thiên về an toàn ta lấy h =
d
0

Trong giai đoạn thi công : Sử dụng p
lt
= 1,05 p
li
để kiểm tra .
p
e
: áp lực ngoài, trong trờng hợp này, áp lực ngoài làm tăng khả năng chịu
lực của ống nên lấy với giá trị nhỏ nhất, nó không vợt quá áp lực nớc đợc tính
toán tơng ứng khi thủy triều thấp nhất :

. '
e
p h

=
+ Trong giai đoạn thi công : h = d
0
- .
10
max
nam
H
+ Trong giai đoạn vận hành : h = d

0
- .
100
max
nam
H
= 1,025 T/m
3
: trọng lợng riêng của nớc biển .
p
b
là áp lực trong giới hạn mà đờng ống có thể chịu đợc
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
P
b
= min{p
b,s
(x), p
b,u
(x)}
Với: p
b,s
(x) là khả năng chịu lực trong của đờng ống theo TTGH chảy dẻo.
p
b,u
(x) là khả năng chịu lực trong của đờng ống theo TTGH phá vỡ (nổ) do ứng suất
vòng. Chúng đợc tính toán theo công thức :

,
,

,
,
2 2
( ) . .
3
2 2
( ) . .
1.15
3
( ).
( ). .
b s y
u
b u
y y temp u
u u temp u A
x
p x f
D x
f
x
p x
D x
f SMYS f
f SMTS f


=

=

=
=

+ D : là đờng kính danh định của ống, D = 356 mm
+ x là chiều dày tính toán của đờng ống.
Trong trạng thái thi công thử áp lực tại nhà máy:
t
1
= t - t
fab

Trong điều kiện vận hành:
t
1
= t - t
fab
- t
corr
t : là chiều dày danh định của ống ;
t
fab
: dung sai chiều dày do chế tạo , t
fab
= 5% .t
t
corr
: chiều dày do ăn mòn, t
corr
= 3 mm do chất vận chuyển là nớc ít gây

ăn mòn
+ f
y
: ứng suất chảy dùng để thiết kế
+ SMYS là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất đặc trng của thép ống.
+ f
u
: ứng suất kéo dùng để thiết kế
+ SMTS là độ bền chịu kéo nhỏ nhất của thép ống.
(SMYS, SMTS : tra theo DnV_OS_F101 page 115)
Đối với thép API 5L X52 có các đặc trng :
SMYS = 358 Mpa = 3580 kG/cm
2

SMTS = 455 Mpa = 4550 kG/cm
2

+ f
y,temp
là phần giảm ứng suất chảy dẻo đặc trng do nhiệt( tra theo đồ thị 5.1
DnV2000). Coi thép đợc cấu tạo chủ yếu từ hai thành phần là Cácbon
và Mangan , khi tra đồ thị ứng với đờng C-Mn. Với nhiệt độ trong ống là
75
0
C , tra đồ thị ta đợc f
y,temp
= 15 Mpa = 150 kG/cm
2
+ f
u,temp

là phần giảm khả năng chịu kéo đặc trng do nhiệt. Do không có số
liệu nên thiên về an toàn ta lấy f
u,temp
= 0.
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
+
U
: Hệ số cờng độ vật liệu, lấy theo bảng 5.1 tiêu chuẩn DnV,
U
= 0,96
đối với điều kiện thông thờng (vận hành ) và bằng 1 trong điều kiện thử áp
lực.
+
A
:Hệ số không đẳng hớng của vật liệu,
A
=0,95.
+ Các hệ số
m
,
SC
đợc tra theo các bảng 5.4 và 5.5 tiêu chuẩn DnV
Table 5-4 Material resistance factor
m
Limit state catelogy SLS/ULS/ALS FLS

m
1,15 1,00
SLS : Serviceability Limit State : Trạng thái giới hạn về khả năng phục vụ
ULS: Ultimate Limit State : Trạng thái giới hạn cực hạn

ALS : Accidental Limit State : trạng thái giới hạn ngẫu nhiên.
FLS : Fatigue Limit State : Trạng thái giới hạn về mỏi
Thiên về an toàn ta chọn
m
= 1,15 cho cả 2 trạng thái thi công và vận hành.
Table 5-5 Safety class resistance factors ,
SC

SC
Safety class Low Normal High
Pressure containment 1,046 1,138 1,038
Other 1,04 1,14 1,26
Để tính đợc
SC
, ta cần phải xác định đợc cấp an toàn của đoạn đờng ống
đang thiết kế.Dựa vào các bảng 2.1 , 2.2 , 2.3 , 2.4 tiêu chuẩn DnV, ta xác định đ-
ợc cấp an toàn của đoạn đờng ống .
Các bảng phục tính toán :
Bảng 2-1 Phân loại chất vận chuyển
Loại Định nghĩa
A Các chất không cháy có nguồn gốc từ nớc ( ví dụ : Nớc)
B Các chất cháy đợc hoặc chất độc ở dạng chất lỏng trong điều kiện nhiệt
độ và áp suất khí quyển. Ví dụ nh các sản phẩm của dầu mỏ, methanol
C Các chất không cháy đợc hoặc không độc ở dạng khí trong điều kiện
nhiệt độ và áp suất khí quyển. Ví dụ nh : CO
2
, không khí
D Các chất không độc, 1 pha ở dạng khí tự nhiên
E Các chất lỏng cháy đợc 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
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
Bảng 2-2 Phân loại vùng
Vùng Định nghĩa
1 Vùng dọc tuyến ống không có hoạt động của con ngời
2 Vùng gần ống đứng hoặc gần dàn, có hoạt động của cong ngời. Phạm vi
của vùng 2 xác định dựa trên sự phân tích rủi ro của đờng ống, nhỏ nhất
là cách dàn 500 m.
Bảng 2-3 Phân loại cấp an toàn
Cấp an toàn Định nghĩa
Thấp
Khi có h hỏng xảy ra không gây nguy hại đến tính mạng con ngời
và không gây hậu quả đáng kể đến môi trờng và kinh tế.Cấp an
toàn đợc áp dụng trong giai đoạn thi công.
Trung bình
Khi có sự cố xảy ra trong điều kiện nhất thời gây nguy hiểm đến
tính mạng con ngời, ô nhiễm môi trờng đáng kể hoặc gây hậu quả
lớn tới kinh tế , chính trị.
Cao
Cấp an toàn áp dụng trong điều kiện vận hành công trình, khi sự
cố xảy ran guy hiểm rất lớn đối với tính mạng con ngời, gây hậu
quả rất nghiêm trọng tới môi trờng, kinh tế, chính trị. Cấp an toàn
này áp dụng trong quá trình vận hành ở vùng 2.
Bảng 2-4 Phạm vi ứng dụng cấp an toàn
Giai đoạn
Chất vận chuyển A, C Chất vận chuyển B, D, E
Vùng Vùng
1 2 1 2
Tạm thời Thấp Thấp Thấp Thấp
Vận hành Thấp Trung bình Trung bình Cao

Trong đồ án này chất vận chuyển là nớc ép vỉa thuộc loại chất A , tuyến ống
thuộc cả vùng 1 và vùng 2 nên ta tính
SC
cho 4 trờng hợp cụ thể sau :
Thi công Vận hành
Vùng 1 Vùng 2 Vùng 1 Vùng 2
Cấp an toàn Thấp Thấp Thấp Trung bình

SC
1,046 1,046 1,046 1,138
Thực hiện tính toán trong excel ta đợc kết quả nh bảng dới đây :
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
Thi cụng Vn hnh
Vựng 1 Vựng 2 Vựng 1 Vựng 2
p
li
(N/m
2
) 35547025.5 35547025.5 33854310 33854310
p
e
409996.325 409996.325 409995.275 409995.275
f
y
340000000 340000000 326400000 326400000
f
u
432250000 432250000 414960000 414960000
t
1

0.0228 0.0228 0.0198 0.0198
p
b,s
(x) 53728923.01 53728923.01 44393255.58 44393255.58
p
b,u
(x) 59397255.68 59397255.68 49076687.28 49076687.28
p
b
53728923.01 53728923.01 44393255.58 44393255.58
p
li
- p
e
35137029.18 35137029.18 33444314.73 33444314.73
p
b
/g
SC
.g
m
44666159.29 44666159.29 36905192.1 33921644.06
Kt lun
Thoả mãn Thoả mãn Thoả mãn Thoả mãn
Kết luận : Chiều dày ống là 24 mm thỏa mãn bài toán ống chịu áp lực trong.
1.2.Điều kiện ổn định đàn hồi của đờng ống
1.2.1.ổn định cục bộ
a. Hiện tợng mất ổn định cục bộ đờng ống biển
Khi áp lực bên ngoài cao hơn áp lực bên trong ống, ứng suất vòng có dấu
âm và gây nén vỏ ống theo phơng chu vi ống. Tới 1 giới hạn nhất định, ứng

suất này gây oằn ống ( bóp méo ống ) trên tiết diện ngang, thờng xảy ra dới
dạng vết lõm. Về bản chất , hiện tợng này tơng tự nh hiện tợng mất ổn định
trên thanh Ơ le nhng xảy ra trên chu vi ống tại 1 tiết diện cục bộ.
Tác động gây ra mất ổn định cục bộ là áp lực ngoài, thờng xét là áp lực thủy
tĩnh.
b. Tính toán kiểm tra
Theo quy phạm DnV 2000 ( công thức 5.22 ) điều kiện để không mất ổn
định cục bộ đờng ống là :

1,1. .
c
e
m SC
p
p


Trong đó :
p
e
: áp lực bên ngoài ống, trong trờng hợp này là áp lực thủy tĩnh làm
giảm khả năng chịu lực của ống nên tính toán với mực nớc cao nhất có kể
đến nớc dâng, chiều cao sóng, thủy triều.

max
.
e
p h

=

Với : = 1,025 T/m
3
: Trọng lợng riêng của nớc biển
h
max
=d + .H
max
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
d = d
0
+ d
1
+ d
2
: mực nớc tính toán
d
0
: độ sâu nớc , d
0
= 40 m
d
1
: biên độ triều , d
1
= 1,42 m
d
2
: Chiều cao nớc dâng , d
2
= 2,15 m

H
max
: chiều cao sóng lớn nhất, trong giai đoạn thi công lấy sóng có chu
kỳ lặp 10 năm. trong giai đoạn vận hành lấy sóng có chu kỳ 100 năm.
p
c
: áp lực tới hạn đợc tính bằng cách giải phơng trình bậc 3 sau ( công
thức 5.18 quy phạm DnV 2000 ) :

2 2
0
2
( ).( ) . . . .
c el c p c el p
D
p p p p p p p f
t
=
Với :
+ p
el
:áp lực đàn hồi tới hạn ( elastic collapse pressure ) đợc xác định theo
công thức 5.19 DnV 2000

3
2
2
2. .( )
1
el

t
E
D
p

=

E = 2,1.10
6
kG/cm
2
: Mô đun đàn hồi của vật liệu
= 0,3 : Hệ số poisson
t
2
: chiều dày tính toán của đờng ống, xác định theo các công thức 5.7 và 5.8
DnV- 2000 .
Trong giai đoạn thi công và thử áp lực : t
2
= t :chiều dày danh định
Trong giai đoạn vận hành : t
2
= t - t
corr
+ p
p
: áp lực phá hoại dẻo ( plastic collapse pressuare ) đợc xác định theo
công thức 5.20 DnV 2000.

2

2. . .
p y fab
t
p f
D

=
f
y
: đặc trng ứng suất chảy dẻo của vật liệu ống , xác định nh trong phần tính
toán đờng ống chịu áp lực trong .

fab
: Hệ số chế tạo, xác định theo bảng 5.3 DnV 2000
Table 5.3 Maximum fabrication factor ,
fab
Pipe Seamless UO & TRB UOE

fab
1,0 0,93 0,85

Seamless : ống liền ( không hàn )
UO : ống đợc chế tạo bằng các đoạn ống hàn với nhau
TRB : 3 điểm uốn cong
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
UOE : ống hàn nối mở rộng
Dựa vào cấu tạo của ống ta chọn
fab
= 0,93 .
+ f

0
: Hệ số ovan, xác định theo công thức 5.21 DnV 2000

max min
0
0,005(0,5%)
D D
f
D

= <
D
max
, D
min
: đờng kính lớn nhất và nhỏ nhất của tiết diện ôvan
Ta chọn f
0
= 0,005 .
+
m
,
SC
: Hệ số vật liệu và hệ số cấp an toàn, cách lấy tơng tự nh trong tr-
ơng hợp đờng ống chịu áp lực trong đã trình bày ở trên.
Thi công Vận hành
Vùng 1 Vùng 2 Vùng 1 Vùng 2
Cấp an toàn Thấp Thấp Thấp Trung bình

SC

1,04 1,04 1,04 1,14
Thực hiện tính toán trong bảng tính excel ta đợc kết quả nh sau :
Tính toán các thông số t
2
, f
y
, p
el
, p
p
:
Thi cụng Vn hnh
t
2
( m ) 0.024 0.021
f
y
( N/m
2
) 340000000 326400000
p
el
( N/m
2
)141413746.894736162.43
p
p
( N/m
2
) 42633707.8735812314.61

Giải lặp tìm p
c
theo công thức
0
2 2
2
. . . .
( ).
c el p
c el
c p
p p p f D
p p
p p t
= +

Kết quả :
Trong giai đoạn thi công : p
c
= 144794900,7 ( N/m
2
)
Trong giai đoạn vận hành : p
c
= 98117399,94 ( N/m
2
)
Kết quả kiểm tra ổn định cục bộ của đờng ống :
Thi cụng Vn hnh
Vùng1 Vùng 2 Vùng1 Vùng 2

p
e
( N/m
2
) 484261.25 484261.25 495023.75 495023.75
p
c
( N/m
2
) 144794900.7 144794900.7 98117399.94 98117399.94
p
c
/
m

SC
110059973.2 110059973.2 74579963.47 68037861.41
Kt lun Tho món Tho món Tho món Tho món
Vậy với chiều dày t = 24 mm , đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
1.2.2.Kiểm tra ổn định lan truyền
a.Hiện tợng mất ổn định lan truyền
Hiện tợng này đợc mô tả là dới áp suất ngoài cao nhất định , nếu trên đờng
ống đã có 1 điểm mất ổn định cục bộ, thì vết lõm sẽ lan truyền sang các
điểm lân cận dọc theo tuyên ống . Khi xảy ra hiện tợng này, đờng ống bị
phá hủy trên chiều dài lớn, gây tổn thất đáng kể và khó khắc phục cho công
trình.
Với đờng ống cho trớc cần tính toán xác định áp lực ngoài gây ra mất ổn
định lan truyền . So sánh với áp lực ngoài thực tế tại địa điểm xây dựng, nếu
áp lực ngoài nhỏ hơn áp lực gây mất ổn định lan truyền là an toàn .

b.Tính toán kiểm tra
Theo quy phạm DnV 2000, điều kiện để không mất ổn định lan truyền đ-
ờng ống là :

.
pr
e
m SC
p
p


Trong đó :
p
e
: áp lực bên ngoài xác định nh trong phần kiểm tra ổn định cục bộ
p
pr
: áp lực tới hạn khi mất ổn định lan truyền

2,5
2
35. . .( )
pr y fab
t
p f
D

=
Các thông số f

y
,
fab
, t
2
, D,
m
,
SC
đợc xác định nh trong phần tính toán
kiểm tra ổn định đàn hồi của đờn ống .
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
Thực hiện tính toán trong excel đợc kết quả nh sau :
Thi công Vận hành
Vùng 1 Vùng 2 Vùng 1 Vùng 2
p
pr
( N/m
2
)13059694.5 13059694.55 8978925.846 8978925.846
p
e
( N/m
2
) 484261.25 484261.25 495023.75 495023.75
p
pr
/
m
.

SC
9926797.319926797.313 6824966.438 6226285.172
Kết luận
Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn
Vậy đờng ống không bị mất ổn định lan truyền .
2. Kiểm tra ổn định vị trí của đờng ống
2.1. Hiện tợng
Trong quá trình vận hành đờng ống luôn chịu tác động của điều kiện môi tr-
ờng nh sóng , dòng chảy, sự vận chuyển của các dòng cát hay dòng bùn, đặc
biệt là lực đẩy nổi. Những tác động này làm cho đờng ống có xu hớng bị dịch
chuyển dới đáy biển, trôi dạt đờng ống và có thể bị phá hủy đờng ống do quá
ứng suất.
Để đờng ống vận hành an toàn cần thiết kế sao cho đờng ống không dịch
chuyển khỏi vị trí của nó, hoặc nếu có thì nằm trong giới hạn cho phép. Do
đó việc tính toán ổn định vị trí là nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế đờng
ống, công việc tính toán nhằm tìm ra trọng lợng yêu cầu của đờng ống để
ống ổn định dới đáy biển trong suốt thời gian vận hành.
2.2. Tính toán kiểm tra ổn định vị trí ( theo DnV RP E305 - 1988 )
Việc tính toán ổn định vị trí cần đảm bảo ống ổn định tại mọi vị trí, trong
mọi điều kiện hoạt động và môi trờng tác động. Do đó khi tính toán ổn định vị trí
của đờng ống dới đáy biển đợc xét trong hai trờng hợp với những tổ hợp bất lợi
nhất của sóng và dòng chảy.
Giai đoạn 1 : Điều kiện ống mới lắp đặt xong
Trong điều kiện này, ổn định thờng đợc tính trong điều kiện song dòng
chảy 1 năm, đờng ống cha có hà bám, ăn mòn, chất trong ống là không khí
hoặc nớc biển .
Giai đoạn 2 : điều kiện vận hành
Trong điều kiện này, ổn định vị trí của đờng ống thơng đợc tính toán trong
điều kiện sóng dòng chảy tần suất xuất hiện là 100 năm và xét đờng ống có hà
bám , ăn mòn tơng ứng với đời sống của công trình, trong ống chứa chất vận

chuyển. Tổ hợp sóng dòng chảy đợc chọn :
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
o Nếu sóng là trội : Sóng 100 năm + dòng chảy 10 năm .
o Nếu dòng chảy là trội : Dòng chảy 100 năm + sóng 10 năm .
Tính toán vận tốc sóng và dòng chảy với chu kỳ lặp 100 năm, so sánh vận tốc
sóng và dòng chảy ,ta nhận thấy dòng chảy là trội ( vận tốc dòng chảy lớn hơn )
nên ta tính với tổ hợp sóng 10 năm + dòng chảy 100 năm .
Theo tài liệu DnV RP E305 1988 , để đờng ống ổn định dới tác động của
môi trờng thì trọng lợng ống dới nớc tính cho 1 đơn vị dài phải thỏa mãn điều kiện
sau :

( ) .
.
W
D I L
s
st
F
F F F
W
à
à

+ +



Trong đó :
W
S

: Trọng lợng ống trong nớc gồm trọng lợng ống thép, lớp bêtông 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 K ( hệ số Keulegan Carpenter )
và M ( tỷ số giữa vận tốc dòng chảy và vận tốc sóng ), tra đồ thị 5.12 DnV
E305

.
s u
C
S
U T
K
D
U
M
U
=
=
+ U
S
: Vận tốc sóng đáng kể
+ U
C
: Vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc với trục ống .
+ T
u
: Tra theo đồ thị 2.2 DnV E305 ( trang 7) thông qua tỷ số T
n

/T
p
; T
p
là
chu kỳ sóng,
n
d
T
g
=
, ở đây d , g là độ sâu nớc tại vị trí xây dựng công trình
và gia tốc trọng trờng .
à : Hệ số ma sát giữa ống và đáy biển, xác định theo đồ thị hình 5.11 DnV
E305 1988 , trong đồ án này, theo địa chất đề bài ra, lấy à = 0,22 .

st
: Hệ số an toàn , lấy
st
= 1,2 ( không nhỏ hơn 1,1 ).
F
L
: Lực nâng gây ra bởi sóng và dòng chảy, ( N/m )

2
1
. . . .( .cos( ) )
2
L w L S C
F C D U U

= +
F
D
: Lực cản vận tốc, ( N/m )
1
. . . .( .cos ). .cos
2
D w D s C s C
F C D U U U U

= + +
F
I
: Lực quán tính, ( N/m )
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
2
.
. . . .sin
4
I w M S
D
F C A


=
ở đây :
+
w
: mật độ nớc biển,

w
= 1025 kg/m
3

+ D : đờng kính ngoài của ống ( bao gồm cả lớp sơn phủ, lớp bọc ống )
+ C
L
: hệ số lực nâng, C
L
= 0,9
+ C
D
: Hệ số lực cản, C
D
= 0,7
+ C
M
: Hệ số nớc kèm, C
M
= 3,29 .
+ : Góc pha
+ A
S
: Gia tốc chuyển động ứng với chiều cao sóng đáng kể.
Trình tự tính toán bài toán ổn định vị trí theo DnV RP E305 - 1988
B1 : Xác định vận tốc, gia tốc sóng đáng kể theo hớng sóng tính
toán
Xác định các thông số T
n

Xác định U
S
*
, 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 đờng = 1 .
Xác định đợc vận tốc sóng đáng kể U
S
và gia tốc sóng A
S

U
S
= U*.R
Trong tính toán, U
S
và A
S
là theo hớng sóng tính toán. Để tính toán ổn định
vị trí cần chiếu các đại lợng này lên phơng vuông góc với trục ống :

.sin
.sin
St S
St S
U U
A A


=

=
với là góc giữa hớng sóng và trục ống .
Khi đó hệ số giảm hớng lan truyền R = 1 ( coi là không giảm ).
B2 : Xác định vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc
với trục ống.
Công thức xác định :

0
0
0
* 1 .ln 1 1
ln 1
r
C
r
z
U D
U
D z
z
z





= + +

+


Trong đó :
U
r
: Vận tốc dòng chảy ở độ sâu z
r
kể từ đáy biển, đã chiếu lên phơng vuông
góc với trục ống .
z
r
: Độ sâu tham chiếu , kể đến ảnh hớng của lớp biên, z
r
= 1 m .
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
z
0
: Hệ số phụ thuộc vào độ nhám của đáy hay tính chất nhám của đất bề
mặt đáy biển .
0
30
b
k

z =
, trong đó k
b
= 2,5.d
50

k
b
: Hệ số Mikurade
d
50
: Kích thớc hạt trung bình của lớp địa chất đáy, đợc tra bảng A1_trang 32
DnV RP E305. Với đất sét : d
0
= 0,0625 mm .
B3 : Tính lặp với các góc pha khác nhau để tìm trọng lợng yêu
cầu lớn nhất .
B4 : Xác định hệ số điều chỉnh F
W
.
B5 : Nhận xét kết quả .
Tiến hành tính toán , sử dụng bảng tính excel , ta tính cho trờng hợp ống không
bọc bê tông chiều dày ống là 24 mm trong 2 giai đoạn : giai đoạn vừa thi công
xong và giai đoạn vận hành .
Do đờng ống trong thực tế không nằn trên đờng thẳng nên ta chia thành các vùng
khác nhau.Trong phạm vi đồ án này ta chia thành 3 vùng, xét ổn định vị trí của 3
điểm đặc trng :
Điểm 1 : Trục của đoạn ống hợp với hớng N góc 55
0
ngợc chiều kim đồng

hồ
Điểm 2 : Trục của đoạn ống hợp với hớng N góc 38
0
ngợc chiều kim đồng
hồ
Điểm 3 : Trục của đoạn ống hợp với hớng N góc 27
0
ngợc chiều kim đồng
hồ
Xét ổn định vị trí tại điểm 1 :
Giai đoạn vừa thi công xong :
Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )

Hng súng
N NE E SE S SW W NW
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
Hng dũng chy Hng dũng chy
N 380.22 60.19 209.15 275.30 193.83 75.47 238.16 280.98
NE 351.84 44.70 187.58 251.83 174.87 58.63 215.23 257.26
E 333.15 29.08 170.95 235.94 159.67 42.12 198.39 241.25
SE 283.13 -30.25 115.72 186.63 108.82 -20.18 144.17 191.95
S 307.50 -2.45 142.35 210.54 133.17 9.08 170.46 215.87
SW 346.82 41.44 184.14 248.53 171.73 55.18 211.75 253.89
W 390.04 65.12 215.45 281.80 199.51 55.18 244.72 287.54
NW 544.45 155.40 332.61 405.93 303.88 178.32 367.47 413.18
Trọng lợng yêu cầu của ống là W
s
yc
= 544,45 ( N/m )
Trọng lợng của ống và chất trong ống trong nớc là :

W
S
= W
thep
W
đn
= 944,762 ( N/m )
Đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí trong điều kiện vừa thi công
xong.
Trong giai đoạn vận hành :
Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )
Hng súng

N NE E SE S SW W
NW
Hng dũng chy
N 761.89 199.22 456.45 572.34 440.10 227.94 517.91 582.23
NE 564.29 76.34 302.67 410.68 296.59 97.33 354.18 419.13
E 527.61 46.42 271.19 379.56 266.67 66.03 321.41 387.82
SE 367.12 -127.72 104.19 225.49 105.55 -114.72 152.56 233.72
S 468.57 -20.33 208.70 322.22 205.94 -3.05 258.47 330.49
SW 548.97 65.83 291.48 399.07 286.08 86.34 342.26 407.39
W 600.76 98.09 331.39 441.06 323.30 86.34 384.78 449.77
NW 708.82 164.91 413.21 527.41 399.05 191.29 472.15 536.96
Trọng lợng yêu cầu là : W
s
yc
=761,89 ( N/m )
Trọng lợng của ống + nớc + hà bám - đẩy nổi :
W

s
= W
thep
+ W
cvc
+ W
ha
W
đn
= 1903,74 ( N/m )
Vậy đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí trong giai đoạn vận hành.
Xét ổn định vị trí tại điểm 2 :
Giai đoạn vừa thi công xong :
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )
Hng súng

N NE E SE S SW W NW
Hng dũng chy
N 277.50 39.50 270.12 266.41 140.61 49.92 309.59 272.03
NE 260.68 29.06 253.58 250.73 129.08 38.69 291.52 256.13
E 237.13 4.95 230.84 228.99 107.08 13.30 268.85 234.33
SE 191.95 -44.75 187.13 187.66 62.94 -39.10 226.30 193.03
S 236.42 4.10 230.15 228.34 106.35 12.40 268.19 233.68
SW 262.24 30.49 255.09 252.17 130.46 40.21 293.05 257.58
W 328.14 71.73 319.91 313.60 176.08 40.21 363.75 319.84
NW 432.79 142.45 422.54 410.93 254.75 160.55 473.69 418.27
Trọng lợng yêu cầu của ống là W
s
yc

= 473,69 ( N/m )
Trọng lợng của ống trong nớc là :
W
S
= W
thep
W
đn
= 944,762 ( N/m )
Đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí trong điều kiện vừa thi công xong.
Trong giai đoạn vận hành :
Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )
Hng súng

N NE E SE S SW W NW
Hng dũng chy
N 519.62 121.06 503.78 500.14 298.30 139.65 582.85 509.51
NE 412.47 45.95 402.09 402.79 214.90 60.33 471.90 411.18
E 372.75 6.95 364.21 366.08 177.12 19.75 433.17 374.38
SE 218.60 -152.68 218.09 225.98 26.59 -146.43 286.48 234.27
S 364.22 -2.59 356.14 358.36 168.41 9.84 425.19 366.67
SW 417.46 50.48 406.83 407.34 219.43 65.08 476.77 415.75
W 493.77 103.20 479.47 477.33 278.72 65.08 555.03 486.35
NW 555.23 144.68 537.74 532.98 323.90 164.53 619.22 542.62
Trọng lợng yêu cầu là : W
s
yc
=619,22 ( N/m )
Trọng lợng của ống + nớc + hà bám - đẩy nổi:
W

s
= W
thep
+ W
cvc
+ W
ha
W
đn
= 1903,7 ( N/m )
Vậy đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí trong giai đoạn vận hành.
Xét ổn định vị trí tại điểm 3 :
Giai đoạn vừa thi công xong :
Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )
Hng súng
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa

N NE E SE S SW W NW
Hng dũng chy
N 199.78 80.63 296.66 248.46 100.72 105.71 340.89 253.76
NE 188.17 71.14 283.06 236.66 91.61 95.42 325.94 241.82
E 161.62 44.81 258.83 213.01 66.49 68.03 302.01 218.14
SE 126.12 9.37 227.34 182.03 32.88 31.05 271.50 187.16
S 177.45 61.39 272.42 226.55 82.09 85.18 315.22 231.68
SW 199.58 80.48 296.42 248.24 100.57 105.54 340.63 253.54
W 267.87 132.74 376.47 318.47 152.09 105.54 427.66 324.59
NW 334.72 186.19 452.02 384.74 204.99 221.55 510.06 391.44
Trọng lợng yêu cầu của ống là W
s
yc

= 510.06( N/m )
Trọng lợng của ống trong nớc là :
W
S
= W
thep
W
đn
= 944,762 ( N/m )
Đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí trong điều kiện vừa thi công xong.
Trong giai đoạn vận hành :
Trọng lợng yêu cầu của ống theo các tổ hợp sóng và dòng chảy ( N/m )
Hng súng

N NE E SE S SW W NW
Hng dũng chy
N 358.97 163.94 514.89 440.36 202.80 203.87 599.00 448.87
NE 290.71 108.15 442.75 374.14 146.24 144.24 521.36 382.14
E 252.40 70.75 407.93 339.82 109.07 105.78 486.11 347.78
SE 119.67 -57.61 289.58 223.15 -17.84 -26.85 367.71 231.08
S 275.64 94.30 427.89 359.85 132.17 129.91 506.09 367.81
SW 326.58 138.17 480.42 408.57 176.34 176.14 562.03 416.83
W 397.98 196.09 558.17 477.99 235.57 176.14 647.74 486.93
NW 422.76 215.17 585.81 503.40 254.96 258.51 677.47 512.54
Trọng lợng yêu cầu là : W
s
yc
=677,47 ( N/m )
Trọng lợng của ống + nớc + hà bám - đẩy nổi:
W

s
= W
thep
+ W
cvc
+ W
ha
W
đn
= 1903,7 ( N/m )
Vậy đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí trong giai đoạn vận hành.
Kết luận :Với kích thớc ống 356 x24 mm, đờng ống đảm bảo điều kiện ổn định
vị trí , không cần phải bọc bê tông gia tải .
3. Kiểm tra nhịp treo cho phép đối với đờng ống .
3.1. Hiện tợng
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
Thông thờng đờng ống nằm tiếp xúc liên tục với đáy biển và do đó không chịu
momen uốn. Tuy nhiên trong một số trờng hợp ống buộc phải vợt qua những địa
hình phức tạp làm phát sinh nhịp treo trên tuyến. Các dạng địa hình thờng gặp là:
Chớng ngại vật dạng lõm xuống: hào, rãnh, địa hình có sóng cát
Chớng ngại vật có dạng đỉnh lồi: mỏm san hô, đờng ống đã có trớc..
Khi đờng ống có nhịp treo thì bài toán độ bền của đờng ống trở lên rất phức
tạp. Cần phải xét các bài toán sau :
Bài toán nhịp ống chịu tải trọng tĩnh, thờng xét các tải trọng nh trọng lợng
bản thân, lực căng d trong ống khi thi công
Bài toán nhịp ống chịu tải trọng động là lực thuỷ động của sóng và dòng
chảy.
Bài toán cộng hởng dòng xoáy của nhịp ống.
Bài toán ổn định tổng thể.
Bài toán mỏi.

Các bài toán trên là tơng đối quen thuộc. Tuy nhiên với công trình đờng ống thì
khá phức tạp do nhiều lý do nh sau:
Tính đa dạng của biên liên kết.
Tính phi tuyến của đất nền.
ảnh hởng của phi tuyến hình học.
ảnh hởng của nhiệt độ, ma sát và lực căng d trong ống.
Trong phạm vi đồ án này ta chỉ xét nhịp treo của đờng ống với hai bài toán sau:
Bài toán tĩnh ( kiểm tra độ bền của đờng ống khi qua hố lõm)
Bài toán động ( bài toán cộng hởng dòng xoáy)
3.2. Bài toán tĩnh
Có hai dạng địa hình đặc biệt thờng gặp là hố lõm và đỉnh lồi , tải trọng là
trọng lợng bản thân của ống trong nớc và lực căng còn d trong ống. Vấn đề khó
khăn nhất là xây dựng đợc mô hình đợc liên kết giữa ống và đất nền tại hai đầu
nhịp. Trong thực tế liên kết giữa hai đầu nhịp rất đa dạng nh ống dựa hoàn toàn
trên nền, ống vùi một phần trong nền hoặc vùi hoàn toàn trong nền v.v., mặt
khác sự làm việc của đất nền dới ống thực chất là đàn dẻo hay dàn hồi phi tuyến.
Rất khó có thể đa ra công thức tính toán chung cho một trờng hợp. Các nghiên
cứu trớc đây dựa theo mô hình hóa sự làm việc của nền đất bằng các lò xo, sử
dụng máy tính điện tử đã xây dựng đợc các đồ thị cho phép nhanh chóng xác định
đợc các đặc trng của nhịp, ứng suất lớn nhất trên ống và biến dạng tơng ứng.
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
Các đồ thị này có thể dùng để tính toán sơ bộ bài toán tĩnh của đờng ống vợt qua
địa hình phức đặc biệt.
Trạng thái ống qua hố lõm đợc mô tả nh hình vẽ :

m

c
Xét hình dáng của ống khi đi qua hào nh hình vẽ trên. Ta nhận thấy có 2 vùng
cách biệt dùng để định rõ hình dạng của ống :

Vùng 1 : Đoạn nhịp ống ở chỗ trũng , chiều dài L
Vùng 2 : Đoạn nhịp ống ngoài chỗ trũng , chiều dài l
Sơ đồ trên là sơ đồ đối xứng, ứng suất lớn nhất xẩy ra ở mép hào (
m
)
Tra đồ thị 3.19 trong tài liệu Offshore pipeline Design Analysis and Methods theo
các đại lợng vô hớng xác định đợc ứng suất lớn nhất trong nhịp
m
.
Các đại lợng vô hớng đợc sử dụng :
Lực kéo vô hớng :
c
LW
T
.
=

Chiều dài đặc trng :
3
W
EJ
L
c
=
ứng suất đặc trng :
c
c
L
CE.
=

Trong đó :
- W: trọng lợng của ống dới nớc trên một đơn vị chiều dài
- E: môđun đàn hồi của vật liệu làm ống
- J: mômen quán tính của tiết diện ống,
( )
44
64
io
DDJ =

- C: bán kính ngoài của ống (không kể đến hà bám, bê tông bọc)
- T: lực căng ống do thi công, ở đây T = 12(T).(Đối với tầu Côn Sơn).
Để ống không bị phá hoại khi đi qua hố lõm thì ứng suất trong ống không lớn hơn
ứng suất cho phép.ứng suất lớn nhất trong ống xác định theo công thức sau :

[ ]
m
k


=
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
k : Hệ số an toàn, chọn k = 1,3

[ ]

: ứng suất cho phép ,
[ ]
.

y
m SC
f


=
f
y
: Đặc trng ứng suất chảy dẻo của vật liệu ống

sc
,
m
: Hệ số cấp an toàn của công trình và hệ số sử dụng vật liệu
Các thông số f
y
,
sc
,
m
đợc tính toán nh trong phần ổn định đàn hồi .
Kết quả tính toán cho 2 trờng hợp thi công và vạn hành nh sau :
đồ áN môn học: đờng ống bể chứa
Tr ờng hợp thi công
Tính toán các thông số :
D (m) t (m) A (m
2
) J (m
4
) W (N/m)

0.356 0.024 0.02503 0.000347 944.7617
L
C
T (N) C (m)

C
(N/m
2
)

42.55481014 120000 0.178 8.78E+08 2.9848
Vùng [] (N/m
2
)

m
(N/m
2
)

m
/
C
Vùng 1 2.84E+08 2.19E+08 0.249
Vùng 2 2.84E+08 2.19E+08 0.249
Tra đồ thị hình 3.19 trang 63 tài liệu Offshore Pipeline Design Analysis and
Methods , ta đợc giá trị L/L
C
, từ đó tính đợc L:

m
/
C
L/L
C
L (m)
Vùng 1 Vùng 2 Vùng 1 Vùng 2 Vùng 1 Vùng 2
0 0.249 0.249 1.6 1.6
2.9848 0.249 0.249 1.898 1.898 80.789 80.789
5 0.249 0.249 2.1 2.1
Vậy chiều dài nhịp treo cho phép là : 80.789 (m).
Tr ờng hợp vận hành:
Tính các thông số
D (m) t (m) A (m
2
) J (m
4
) W (N/m)
0.356 0.024 0.02503 0.00035 1903.7
L
C
T (N) C (m)

C
(N/m
2
)

33.69148038 120000 0.178 1.11E+09 1.8709

Vùng [] (N/m
2
)

m
(N/m
2
)

m
/
C
Vùng 1 2.73E+08 2.10E+08 0.239
Vùng 2 2.49E+08 1.92E+08 0.218
Tra đồ thị hình 3.19 trang 63 tài liệu Offshore Pipeline Design Analysis and
Methods , ta đợc giá trị L/L
C
, từ đó tính đợc L: