đồ án đường ống dầu khí

ĐỒ ÁN
ĐƯỜNG ỐNG-DẦU KHÍ
Chương 1: Giới thiệu chung
I. Giới thiệu các công trình đường ống hiện có ở mỏ Bạch Hổ.
Mỏ Bạch Hổ là mỏ lớn nhất Việt Nam và cũng là mỏ Việt Nam trực tiếp tham
gia khai thác. Mỏ nằm ở phía Nam thềm lục địa Việt Nam nằm trong lô 09-1 thuộc
bể trầm tích Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120km, do xí nghiệp liên doanh
VietsoPetro khai thác.
Để phục vụ cho công tác thu gom vận chuyển dầu khí tại mỏ Bạch Hổ thì mỏ
có các hệ thống đường ống ngầm bao gồm:
+/ 20 tuyến ống dẫn dầu với tổng chiều dài 60,7km.
+/ 10 tuyến ống dẫn khí với tổng chiều dài 24,8km.
+/ 18 tuyến ống dẫn Gaslift với tổng chiều dài 28,8km.
+/ 11 tuyến ống dẫn hỗn hợp dầu, khí với tổng chiều dài 19,3km.
II. Các 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 VietsiPetro đã xây dựng ở đấy 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 UNB, các tuyến đường ống nội mỏ. Hiện nay mỏ Bạch Hổ có:
+ Một dàn công nghệ trung tâm CTP2 đã được sử dụng và dự định sẽ xây
dựng mới một số công nghệ trung tâm CTP3.
+ 10 dàn MSP( 1,3,4,5,6,7,8,9,10,11 ).
+ 09 dàn BK, trong đó có 07 dàn BK đã đưa vào sản xuất là dàn BK
(1,2,3,4,5,6,8), BK7 và BK9 đang trong quá trình thi công.
+ 04 trạm rót dầu không bến UNB1,UNB2, UNB3, UNB4.
+ Dàn nén khí lớn, dàn nén khí nhỏ, dàn bơm nước, dàn ép vỉa, dàn người ở,
các cầu dẫn….
III. Mô tả công nghệ liên quan đến tuyến đường ống thiết kế.
Theo đề bài ra thì tuyến ống mà nhóm thiết kế cụ thể ở bảng sau:
Mã Tuyến ống

Loại đường
ống
Chiều dài
(m)
Đường kính ngoài
(mm)
Áp suất P
d
(at)
1 BK1-BK5 Nước ép vỉa 1875 356 310
Sơ đồ tuyến ống cần thiết kế từ dàn BK1 đến BK5 trong mỏ Bạch Hổ có dạng
như sau:
Tuyến ống
Thiết kế
Mụ t s qua v dn nh BK m Bch H:
L dn nh nh khụng cú thỏp khoan. Cụng tỏc khoan s do tu khoan t nõng
thc hin. Dn BK cú cỏc thit b cụng ngh mc ti thiu o lu lng v
tỏch nc s b. Sn phm t BK s c dn bng ng ng v MSP hoc dn
cụng ngh trung tõm x lý. Trờn dn khụng cú ngi .
V phn kt cu phn chõn dn BK l kt cu dn thỏp thộp khụng gian cú
mt thng ng, c cu to t thộp ng cú ng kớnh khỏc nhau. Chõn cú 4
ng chớnh. H thng múng cc gm 4 cc chớnh ng kớnh 720x20mm v 8 cc
ph.
Thng tng cú sõn bay trc thng, cỏc thit b cụng ngh, mỏy phỏt in.
Ngoi ra m cũn cú:
+ H thng nộn khớ ỏp lc cao:
Trm nộn khớ gm 5 chic (4 chic lm vic v 1 chic d b), l mỏy nộn khớ 2
cp DRESE RAN c truyn ng bi tua bin nộn khớ MARS-100 ca hóng
SOLAR.
+ H thng nộn khớ ỏp sut thp:

Trm nộn khớ c trang b mỏy nộn khớ pitton 2 cp ca hóng NUVO PIGNON
c truyn ng bng mt ng c in.

Chng 2: Tớnh toỏn thit k
S liu u vo:
+ S liu súng dũng chy:
Bảng 1.1 Chiều cao sóng đáng kể H
S
với chu kỳ lặp N năm
Chu kỳ Thông Hng
lặp Số


 
       

       
(ChiÒu cao sãng của nhóm không phải điều chỉnh)
B¶ng 1.2 VËn tèc dßng ch¶y ®¸y (c¸ch ®¸y 1m), m/s
Chu kú Hưíng dßng ch¶y
lÆp
N NE E SE S SW W NW
        
        
(Vận tốc dòng chảy của nhóm được tăng thêm 0,1m/s)
+ Mực nước, biên độ triều, nước dâng, hà bám, nhiệt độ chất vận chuyển:
Mã độ sâu 5
Độ sâu nước(m) 44
Biên độ triều(m) 1.67
Nước dâng(m) 1.42

Hà bám(cm) 3.0
Nhiệt độ (℃) 55
+ Địa chất công trình:
( Nhóm 1 có số liệu địa chất là A)
 !"#

$
+ Các thông số khác:
- Khối lượng riêng của nước biển : 1025 kg/m
3
- Khối lượng riêng của bê tông : 3040 kg/m
3
- Khối lượng riêng của thép ống : 7850 kg/m
3
- Khối lượng riêng của hà bám : 1300 kg/m
3
- Sai số chiều dày do chế tạo: 5÷10%
+ Số liệu về vật liệu làm ống:
( Nhóm 1 có mã vật liệu là E)
E : X60
I. Xác định chiều dày ống theo 2 bài toán:(tính toán theo DnV2000)
1. Đường ống chịu áp lực trong 2 trạng thái:
a) Trạng thái thi công( thử áp lực) :
Theo DnV2000 áp lực trong phải thoả mãn điều kiện sau :

1
( )
.
b
lt e

SC m
P t
P P
γ γ
− ≤
Các đại lượng trong công thức được xác định theo DnV2000 như sau:
• P
lt
: Là áp lực thử áp lớn nhất ( p
thử áp
) được xác định theo công thức:
P
lt
= P
t
+ ρ
cont
.g.h = P
inc
.γ
int
+ ρ
cont
.g.h.
Trong đó:
+ P
t
: Là áp lực thử ( áp lực đo được ở trên dàn, sau van điều áp).
+ P
inc

: Là áp lực sự cố, P
inc
=P
d
γ
inc
=1.1x 310 at=1.1x310x1.03x10
5
=3.51x10
7
Pa
( 1at = 1.03x10
5
Pa)
( Trong đó
γ
inc
: Là tỉ số giữa áp lực sự cố và áp lực thiết kế. Theo DnV 2000
γ
inc
=
1.05
÷
1.10. Ở đồ án này ta lấy
γ
inc
=1.10 cho tất cả các trường hợp)
+ γ
int
: Là tỉ số giữa áp lực thử và áp lực sự cố. Theo DnV 2000 γ

int
=
1.05 ÷ 1.10. Ở đồ án này ta lấy γ
int
=1.05 .
+ h: Là độ chênh cao giữa các điểm đo áp lực (điểm trên sàn chịu lực
của dàn do tại đó mới có thiết bị để đo hay còn gọi là điểm tham chiếu) và điểm
tính toán trong đồ án này (tâm ống).
điểm xét
điểm tham
chiếu
seabad
h
Do P
lt
là áp lực lớn nhất nên giá trị “ h” ở đây phải là giá trị lớn nhất nên
h
max
= d
o
+ d
1
+ d
2
+ ηH
max
+∆ - D/2
Trong đó: - d
o
= độ sâu nước tại tuyến ống = 44m

- d
1
= biên độ triều = 1.67m
- d
2
= nước dâng do bão=1.42m
- η= hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng=0.7 ( trong đồ án coi là Lý
thuyết sóng Stockes bậc 5).
- H
max
=chiều cao sóng lớn nhất với chu kỳ lặp 10 năm, trong đồ án
là chiều cao sóng đáng kể H
s
=7m ( với hướng NE).
- ∆= độ tĩnh không=1.5÷2, ở đây chọn 1.7
- D= đường kính ngoài của ống=356mm=0.356m
=> h
max
= 44+1.67+1.42+0.7x7+1.7-0.356/2=53.512m
+ ρ
cont
: Là mật độ chất chứa trong ống( chất vận chuyển). Đường ống
vận chuyển nước ép vỉa ρ
cont
= 1025kg/m
3
+ g: là gia tốc trọng trường, g = 9.81(m/s
2
).
 P

lt
= 3.51x10
8
x1.05 + 1025x9.81x53.512=3.69x10
7
Pa
• P
e
:Là áp lực ngoài (Trong trường hợp này tính với P
min
)
P
e
= γ. h
+ γ: Là trọng lượng riêng của nước biển. γ =1025kG/m
3
+ h: Là độ chênh cao giữa các điểm tính áp lực với mặt nước, do P
e
được tính với áp lực nhỏ nhất nên giá trị “h” phải là nhỏ nhất:
h
min
= d
o
- ηH
max
- D/2 = 44-0.7x7-0.356/2=38.922m
 P
e
= 1025x38.922=39947.05 kG/m
2

=3.99x10
5
Pa
• P
b
(t
1
): Là áp lực trong giới hạn mà đường ống chịu, xác định theo
công thức 5.15 DnV 2000:
P
b
(x)=Min[P
b,s
(x);P
b,u
(x)].
Trong đó:
+ P
b,s
(x): Khả năng chịu lực trong của đường ống theo trạng thái giới hạn
chảy dẻo (Công thức 5.16 DnV 2000):
P
b,s
(x)=
3
2
.
.2
y
f

xD
x
−
.
+ P
b,u
(x): Khả năng chịu lực trong của đường ống theo trạng thái giới hạn phá
vỡ do ứng suất vòng (Công thức 5.17 DnV 2000):
P
b,u
(x)=
3
2
.
15.1
.
.2 fu
xD
x
−
.
Trong đó:
+ f
y
: Là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất sử dụng trong thiết kế.
+ f
u
: Là ứng suất kéo nhỏ nhất .
( Tra bảng tương ứng với thép API X60).
Được xác định theo công thức:

f
y
=(SMYS –f
y,temp
).α
U
f
u
=(SMTS –f
u,temp
).α
U
.α
A
+ f
y,temp
, f
u,temp
: Là các giá trị giảm ứng suất chảy dẻo và giá trị giảm ứng suất
kéo do nhiệt độ. Tra theo đồ thị 5.1 DnV2000.
+ SMYS : Là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất đặc trưng thép ống.
+ SMTS: Là khả năng chịu kéo nhỏ nhất của thép ống.
(Tra bảng 12-4 tương ứng với thép API X60).
+/ Nhận xét về thép API X60: - Thành phần hợp kim trong thép chủ yếu là C và
Mn. Từ đó tra đồ thị 5.1 DnV2000 với nhiệt độ = 55℃, ta được :
f
y,temp
=5 Mpa =5x10
3
kN/m

2
, f
u temp
=0 kN/m
2
Tra bảng 3B trang 38 tài liệu “ Specification for Line Pipe” ta tính được các giá trị
f
y
và f
u
như trong bảng sau:
Thép API 5X60
SMYS (kN/m
2
). SMTS (kN/m
2
). f
y
(kN/m
2
). f
u
(kN/m
2
).
414x10
3
517x10
3
392.64x10

3
496.32x10
3
Với : + α
U
= Là hệ số cường độ vật liệu lấy trong điều kiện thông thường, tra
bảng 5.1 ta có α
U
= 0.96
+ α
A
= Là hệ số kể đến sự làm việc không đẳng hướng của vật liệu,
α
A
= 1( coi như vật liệu làm việc đẳng hướng ).
+ x: Chiều dày tính toán t
1
hoặc t
2
(Tuỳ vào các trường hợp làm việc cụ
thể của tuyến ống), ở đây đang tính cho trường hợp thử áp nên: x=t
1
=t-t
fab
Để so sánh P
b,s
(x) và P
b,u
(x) ta so sánh f
y

và f
u
/1.15, ta có:
f
u
/1.15 = 496.32x10
3
/ 1.15 = 431.58x10
3
> f
y
=392.64x10
3
 P
b,s
(x) < P
b,u
(x)
Do vậy ta lấy P
b
(t
1
) = P
b,s
(x) để tính toán.
• γ
SC
: Là hệ số độ bền theo cấp an toàn được lấy theo 5 bảng (bảng
2.1,2.2,2.3,2.4,5.5)
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.
Đối với đồ án đang thiết kế, chất vận chuyển là nước ép vỉa => A
Bảng 2.1 :Phân loại chất vận chuyển.
Loạ
i
Định nghĩa
A Các chất không cháy có nguồn gốc từ nước ( ví dụ : Nước…)
B Các chất cháy được hoặc chất độc ở dạng chất lỏng trong điều kiện nhiệt độ
và áp suất khí quyển. Ví dụ như các sản phẩm của dầu mỏ, methanol
C Các chất không cháy được hoặc không độc ở dạng khí trong điều kiện nhiệt
độ và áp suất khí quyển. Ví dụ như : CO
2
, không khí …
D Các chất không độc, 1 pha ở dạng khí tự nhiên
E Các chất lỏng cháy được 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 …
Mặt khác tuyến ống nằm ở cả vùng 1 và vùng 2. Ta phải tính cho cả 2 vùng
riêng rẽ:
Bảng 2.2 : Phân loại vùng.
Vùng Định nghĩa
1 Vùng dọc tuyến ống không có hoạt động của con người.
2 Vùng gần ống đứng hoặc gần dàn, có hoạt động của cong người. Phạm vi
của vùng 2 xác định dựa trên sự phân tích rủi ro của đường ống, nhỏ nhất
là cách dàn 500 m.
Bảng 2.3: Phân loại cấp an toàn.
Cấp an toàn Định nghĩa.
Thấp
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
Vừa
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.
Cao
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.
Bảng 2.4: Phân loại cấp an toàn.
Giai đoạn
Loại chất A,C 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 Vừa Vừa Cao.
Bảng 5.5: Bảng tra hệ số γ
sc

sc
Cấp an toàn Thấp Vừa Cao
Áp lực trong 1.046 1.138 1.308
Trường hợp khác 1.04 1.14 1.26
Như vậy trong đồ án này hệ số γ
sc
được lấy theo 4 trường hợp:
γ
SC
Vùng/Trạng thái Vùng1 Vùng2

Thi công 1.046 1.046
Vận hành 1.046 1.138
• γ
m
: Là hệ số độ bền vật liệu được lấy theo bảng 5-4.
Từ bảng 5.4 DnV2000 ta có γ
m
= 1.15 cho các trạng thái SLS, ULS, ALS
(Trạng thái giới hạn vận hành, cực hạn và khi xảy ra sự cố). Trong trường hợp thi
công thì sử dụng ở trạng thái SLS( trạng thái vận hành bình thường).
Thay các giá trị trên vào điều kiện kiểm tra ta được:
356.72x10
5
– 387470.5=
6
1
1
21 2
392.64 10
1.046 1.15 0.356
3
t
x x
x t
 
 ÷
−
 
( Trong điều kiện thử áp thì vùng 1 và vùng 2 như nhau, nên
γ

SC
sẽ được lấy với
hệ số thấp)
 t
1
≥ 0.0166(m)
Ta có chiều dày thực tế trạng thái thử áp lực: t
1
= t - t
fab
=t-0.05t=0.95t
=> t = t
1
+ t
fab
≥ 0.0166/0.95 = 0.0175(m)
Trong đó t
fab
là sai số do chế tạo, theo đề bài ra thì t
fab
=5%t
Vậy chiều dày ống thiết kế tính cho trường hợp thử áp là : t =17.5(mm).
b) Trạng thái vận hành( khai thác) :
Theo DnV2000 áp lực trong phải thoả mãn điều kiện sau :

2
( )
.
b
li e

SC m
P t
P P
γ γ
− ≤
Các đại lượng trong công thức được xác định theo DnV2000 như sau:
• P
li
: Là áp lực sự cố lớn nhất, được tính theo công thức sau:
P
li
= P
i
+ ρ
cont
.g.h = P
d
.γ
inc
+ ρ
cont
.g.h.
Trong đó:
+ P
d
: Là áp lực thiết kế.
• Các giá trị P
e
,

2
( )
b
P t
,

m
γ
,

SC
γ
cũng như trường hợp thử áp, nhưng bề
dày ống còn phải cộng thêm thành phần ăn mòn nữa.
x = t
2
=t- ( t
corr
+ t
fab
)
Trong đó:
t : chiều dày thiết kế của tuyến ống
t
fab
: Chiều dày do sai số trong chế tạo: t
fab

t
corr

: Chiều dày do ăn mòn, t
corr
= 3 mm do chất vận chuyển là nước ít ăn mòn.
Ngoài ra thành phần P
e
=γ. h, với h= d
o
- ηH
max
- D/2
Trong đó H
max
=H
s
=8.6m( với chu kỳ lặp 100 năm cho trường hợp vận hành)
 P
e
= 3.87x10
5
Pa và P
li
= 3.57x10
7
Pa
Thay các giá trị vào biểu thức kiểm tra ta được :
• Vùng 1:
SC
γ
=1,046 ,
m

γ
= 1,15 => t
2
≥ 0.01429(m)
=> t = t
2
+ t
fab
+ t
corr
≥ 0.01429+0.05t+0.002 => t≥ 0.01715(m).
• Vùng 2 :
SC
γ
=1,138 ,
m
γ
= 1,15 => t
2
≥ 0.0155(m)
=> t = t
2
+ t
fab
+ t
corr
≥ 0.0155+0.05t+0.002 => t≥ 0.0184(m).
Vậy với chiều dày t=18.5mm sẽ thỏa mãn điều kiện chịu áp lực trong
Dựa vào bảng 6C-API 5L(trang 48) ta chọn được chiều dày đường ống thiết
kế : 18.8(mm).

2. Điều kiện ổn định đàn hồi của đường ống:
a) Ổn định cục bộ :
• Hiện tượng mất ổn định:
Khi áp lực bên ngoài cao hơn áp lực bên trong ống, ứng suất vòng có dấu
âm và gây nén vỏ ống theo phương chu vi. Tới một gới hạn nhất định, ứng suất này
gây oằn ống trên tiết diện ngang, thường xảy ra dưới dạng vết lõm. Về bản chất thì
hiện tượng này tương tự như hiện tượng mất ổn định của thanh Ơle nhưng xảy ra
trên chu vi ống tại một tiết diện cục bộ. Cần phân biệt hiện tượng này với hiện
tượng mất ổn định tổng thể xảy ra trên đoạn ống chịu nén dọc trục.
Tác động gây ra mất ổn định cục bộ là áp lực ngoài, thượng xét là áp lực thủy
tĩnh.
• Công thực tính toán : (Theo DnV2000)
Điều kiện gây mất ổn định cục bộ của tuyến ống theo DnV_2000 là:

SCm
c
e
P
P
γγ
1,1
≤

Trong đó:
- P
e
: Là áp lực ngoài lớn nhất. Trong trường hợp này phải tính với h là độ sâu
nước lớn nhất:
P
e

= γ. h
max
, với h
max
= d
o
+ d
1
+ d
2
+ ηH
max
- D/2
( H
max
=chiều cao sóng lớn nhất với chu kỳ lặp 100 năm, trong đồ án là chiều cao
sóng đáng kể H
s
=8.6m ( với hướng NE))
 h
max
= 44+1.67+1.42+0.7x8.6-0.356/2=52.932m
Từ đó ta tính được P
e
=5.43x10
5
Pa
Nhận xét : Đúng ra là P
e
phải tính cho 2 trường hợp là vận hành và thử áp,

tương ứng với chiều cao sóng với chu kỳ lặp là 100 năm và 10 năm, nhưng thiên
về an toàn ta tính P
e
với chu kỳ lặp 100 năm.
- P
c
: Là áp lực giới hạn gây mất ổn định cục bộ được xác định như sau:

2 2
2
( ).( ) . . .
c el c p c el p o
D
P P P P P P P f
t
− − =

Trong đó:
- f
o
: hệ số ô van của ống. Theo DnV2000 thì:
D
DD
fo
minmax
−
=
< 0.5%
(Trong đồ án này ta lấy f
o

= 0.005).
- t
2
:Chiều dày tính toán của ống
+/ Đối với trường hợp thi công thử áp lực: t
2
= t = 18.8 mm
+/ Đối với trường hợp vận hành : t
2
= t – t
corr
= 18.8 – 2 = 16.8 mm (do
trong quá trình vận hành thì thiên về an toàn ta tính toán với trường hợp ống bị ăn
mòn)
- D = 356(mm) là đường kính ống.
- P
el
: xác định theo công thức 5.19 tiêu chuẩn DnV_2000
P
el
=
2
3
2
1
)(2
ν
−
D
t

E
.
+/ E=2.1x10
6
kG/cm2 = 2.1x10
11
Pa

là môdun biến dạng đàn hồi của vật
liệu.
+/
ν
=0.3 là hệ số possion của vật liệu làm ống.
- P
p
: xác định theo công thức 5.20 tiêu chuẩn DnV_2000

D
t
fP
fabyp
2
2
α
=
.
+/ α
%&'
()!*+',-./012.345'&6789798:78
;8<

Bảng 5-3
Ống Seamless UO&TRB UOE

fab
1.00 0.93 0.85
(ở đây ta đang kiểm tra cho các đoạn ống liền.
α
fab
= 1.00)
+/ f
y
: Là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất sử dụng trong thiết kế: f
y
=392.64x10
6
Pa
Để tìm được P
c
ta phải tính lặp theo công thức sau:

2 2
2 2
* * * 0*( / 2) ( )Pc Pel Pp f D t Pel Pc Pp
Pc
Pc Pp
+ −
=
−

Kết quả tính toán:

Trạng thái t2 (mm) Pel (Pa) Pp (Pa)
Thử áp 18.8 67972219.62 41469842.7
Vận hành 16.8 48504915.16 37058157.3
Ta có kết quả tính lặp để tìm P
c
: Lấy P
c
ban đầu =(P
el
+P
p
)/2
Trường hợp thử áp lực:
Pc(Pa) Vế phải Hiệu số Sai số
54721031
18254766
8
12782663
7
233.5969
118634349 93600305 -25034045 -21.1019
106117327 97655511 -8461816 -7.97402
10188641
9
99367872 -2518547 -2.47192
10062714
6
99920531 -706614.7 -0.70221
10027383
8

10007946
8
-194370.2 -0.19384
10017665
3
10012349
4
-53159.32 -0.05307
10015007
4
10013555
8
-14515.61 -0.01449
10014281
6
10013885
4
-3961.874 -0.00396
10014083
5
10013975
4
-1081.22 -0.00108
10014029
4
100139999 -295.062 -0.00029
10014014
7
10014006
6

-80.5209 -8E-05
10014010
6
10014008
4
-21.97369 -2.2E-05
10014009
5
10014008
9
-5.996487 -6E-06
10014009
2
10014009
1
-1.636405 -1.6E-06
10014009
2
10014009
1
-0.446565 -4.5E-07
10014009
1
10014009
1
-0.121865 -1.2E-07
Vậy : P
c
= 1x10
8

Pa
Trường hợp thử vận hành:
Pc(Pa) Vế phải Hiệu số Sai số
42781536 1.224E+09 1.18E+09 2761.379
63346167
0
72707214 -5.6E+08 -88.5222
35308444
2
76549085 -2.8E+08 -78.3199
21481676
3
82413333 -1.3E+08 -61.6355
14861504
8
89765219 -5.9E+07 -39.5988
119190134 96480614 -2.3E+07 -19.0532
10783537
4
10047483
1
-7360543 -6.82572
10415510
2
10204863
5
-2106467 -2.02243
10310186
9
10253043

7
-571432 -0.55424
10281615
3
10266373
6
-152417 -0.14824
102739944 102699482 -40462.3 -0.03938
102719713
10270898
5
-10728 -0.01044
102714349 102711506 -2843.4 -0.00277
10271292
8
10271217
4
-753.561 -0.00073
10271255
1
10271235
1
-199.705 -0.00019
10271245
1
10271239
8
-52.9245 -5.2E-05
10271242
4

10271241
0
-14.0257 -1.4E-05
Vậy : P
c
= 1.027x10
8
Pa
Điều kiện P
e
≤
SCm
c
P
γγ
1,1
kiểm tra:
Vùng/Trạng
thái
Vùng 1 Vùng 2
Kiểm tra
Thử áp
75680810.1
9Pa
75680810.1
9Pa
TM
Vận hành
77624838.8
2Pa

71349368.5
4Pa
TM
Vậy với chiều dày ống t=18,8mm thì đường ống không bị mất ổn định cục bộ.
b) Ổn định lan truyền :
• Hiện tượng mất ổn định:
Hiện tượng này được mô tả là dưới áp suất ngoài cao nhất định, nếu trên ống
có một điểm đã bị mất ổn định cục bộ, thì vết lõm đó sẽ lan truyền sang các điểm
lân cận dọc theo tuyến ống. Khi xảy ra hiện tượng này, đường ống bị phá hỏng trên
chiều dài lớn, gây tổn thất đáng kể và khó khăn trong việc khắc phục công trình.
• Công thực tính toán : (Theo DnV2000)
Điều kiện để tuyến ống không bị mất ổn định lan truyền được kiểm tra theo
công thức ở mục 510 quy phạm DnV_2000 :

SCm
pr
e
P
P
γγ
.
≤
Trong đó : - P
pr
: Là áp lực giới hạn gây mất ổn định lan truyền, được xác định như
sau:
P
pr
= 35.f
y

.α
fab
.
5,2
2
)(
D
t

Tính toán cụ thể như sau :
Trạng thái t2 (mm) Ppr (Pa)
Thử áp 18.8 8807085.522
Vận hành 16.8 6648302.852
Kiểm tra :
Vùng/Trạng
thái
Vùng 1 Vùng 2 Kiểm tra
Thử áp 7321544.203 7321544.203 TM
Vận hành 5526895.712 5080081.648 TM
Vậy với bề dày ống là t=18.8mm thì đường ống không bị mất ổn định lan
truyền.
II. Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống:
1. Hiện tượng mất ổn định của đường ống :
Trong quá trình vận hành, đường ống luôn chịu tác động của điều kiện môi
trường như sóng, dòng chảy, sự vận chuyển của dòng cát hay dòng bùn, đặc biệt là
lực đẩy nổi. Những tác động này làm cho đường ống có xu hướng bị dịch chuyển
dưới đáy biển, trôi dạt đường ống và có thể phá hủy đường ống do gây quá ứng
suất. Để đường ống vận hành an toàn cần thiết kế sao cho đường ống không bị dịch
chuyển khỏi vị trí là nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế đường ống, công việc tính
toán nhằm tìm ra được trọng lượng yêu cầu của đường ống để ống ổn định dưới

đáy biển trong suốt thời gian vận hành.
2. Tính toán :
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 trường. Do đó, khi tính toán cần xét trạng thái thi công
và trạng thái khai thác với những tổ hợp bất lợi nhất của sóng và dòng chảy. Đối
với đường ống dài đi qua các vùng có số liệu môi trường khác nhau hoặc đường
ống có đổi hướng thì bài toán ổn định vị trí cần được thực hiện ở tất cả các vị trí
đại diện.
Xét một đoạn ống dài 1m chịu tác động của sóng, dòng chảy như sau :
S¬ ®å tÝnh æn ®Þnh vÞ trÝ ®êng èng biÓn
Trong ®ã :
− β=>!-7?-'@AB;'7C
− 6D-:E-6+-F!!G&)-3'&+-HIJ'D!'?K-*5!>3IJ
!)-L3)-M93!!,9N'?6+-/O53PQ…3R'3:S!BN;
T73 trong đồ án là nước ép vỉa.
− 9,:S!đáy biển tác dụng lên ống.
− 2
6
US!&giữa bề mặt đáy biển và đường ống.
− 2
/
US!!,IV)!
− 2
W
US!X5Q
− 2
U
US!Y-
Z0V)!!G&9O[!\:J-6+-:F9'7?]B*Q]B;'7C:?3
trong đồ án thì y

o
=1m.
Tính toán ổn định vị trí của đường ống dưới đáy biển được xét trong hai trường
hợp sau :
• Giai đoạn 1 : Điều kiện ống mới được lắp đặt xong.
Trong điều kiện này, ống ổn định được thường tính trong điều kiện sóng-dòng
chảy 1 năm, đường ống chưa có hà bám, chất trong ống là không khí hoặc nước
biển. Trong đồ án không có số liệu sóng 1 năm nên ta lấy số liệu sóng 10 năm để
tính toán.
• Giai đoạn 2 : Điều kiện vận hành.
Trong điều kiện này, ổn định vị trí của đường ống thường được tính trong điều
kiện sóng-dòng chảy tần suất xuất hiện là 100 năm. Lưu ý tổ hợp giữa sóng và
dòng chảy có hai lựa chọn :
+/ TH 1 = Sóng max(100 năm) + dòng chảy vuông góc(10 năm).
+/ TH2 = Sóng vuông góc(10 năm) + dòng chảy max(100 năm).
Do hướng sóng và hướng dòng chảy hợp với nhau 1 góc không quá 45 độ, nên ta
sẽ lấy hướng sóng, dòng chảy là trội để làm mốc và chọn hướng dòng chảy, sóng
còn lại hợp với hướng sóng, dòng chảy trội gần nhất 1 góc nhỏ hơn 45 độ.
Tuyến ống
thiết kế
a) Phương pháp 1 : 8+R7:7(5/0^_..34On bottom
stability design of submarine pipelines<
8+  R7  :7(5  /0  ^_  .    .  3  4On bottom stability design of
submarine pipelines<3BCB`-)-TB #F7!Ba-!G&K76`-b6D-:.
E-)-#F7F!Q!+aBcI #R79,7+,dB7@5P7(
IDL
W
S
st
FF.μF

F
W
γ
+≥






−
st
WLID
s
γ
F
.
μ
μF)F(F
W






+−
≥⇒
Trong ®ã:
W

S
: 6D-:E-)-6+-F!-H6D-:E-)-M93:F9'?K--7&
,73:F9'D!!)-LIR6D-:E-!\IV!5;C6+-)-
F
W
()7(5!e9f5a!IR+()g85:8-&.&69886gIRh
i:(-7j&IV)!#L-!,;IRIV)!>-h3xác định theo đồ thị
hình 5.12 – DnV E305 – 1988.
µ()&-7j&)-IRB;'7C3k!B 8+BH b.
/0.3đối với đất cát thì µ=0.7


st
γ
()&+R3PK-Jc3Trong đồ án lấy
1.2
st
γ
=
F
L
:S!Y--Y;6&'l7>-IR#L-!,;3m
2
U
$
2
1
ρ



U
/Z

!+θnZ
/


F
D
:S!!,IV)!3m
2
/
$
2
1
ρ


/
/Z

!+θnZ
/

S
U . cos( ) U
D
θ
+
F

I
:S!X5Q3m
2
W
$
4
D
2
π
ρ


h


7θ
ρ

VBanước '7C3ρ

$P-m


/B`-PQ-+R7!G&)-'&+-H!,:F9c9G3:F9'D!'?K-33 ở
đây ta chọn bằng đường kính ngoài của ống.

U
():S!Y-$3

/

():S!!,$3

h
()P)7:E-F!Po$3
θ->!9&
Trong đồ thị trên thì :
.
s u
D
S
U T
K
D
U
M
U
=
=
+ U
S
: Vận tốc sóng đáng kể
+ U
D
: Vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc với trục ống .
+ T
u
: Tra theo đồ thị 2.2 DnV E305 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 nước tại vị trí xây dựng công trình và gia tốc
trọng trường .

Trình tự tính toán bài toán ổn định vị trí – phương pháp đơn giản hóa
( simplified method – DnV RPE – 305)
 Bước1 : Xác định vận tốc, gia tốc sóng đáng kể theo hướng sóng tính toán.
− Xác định các thông số T
n
.
− Xác định U
S
*
: Vận tốc sóng tác dụng vuông góc với trục ống không kể đến yếu
tố giảm của hướng truyền sóng, 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 đường γ = 1 .
− Xác định được vận tốc sóng đáng kể tác động vuông góc với trục ống U
S
và gia
tốc sóng ứng với chiều cao sóng đáng kể A
S
.

U
S
= U*.R
A
S
=
2
S
U
U
T
π
Trong tính toán, U
S
và A
S
là theo hướng sóng tính toán. Để tính toán ổn
định vị trí cần chiếu các đại lượng này lên phương vuông góc với trục ống :

.sin
.sin
St S
St S
U U
A A
α
α
=
=
(với

α
là góc giữa hướng sóng và trục ống).
Khi đó hệ số giảm hướng lan truyền R = 1 ( coi là không giảm ).
 Bước 2 : Xác định vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc với trục
ống.
Công thức xác định :
0
0
* 1 .ln 1 1
ln 1
r r
D
r
U z
D
U
D z
z
z
 
 
 
 
 
= + + −
 
 
 ÷
 ÷
 

 
 
 
 
 
+
 ÷
 
Trong đó :
− U
r
: Vận tốc dòng chảy ở độ sâu z
r
kể từ đáy biển, đó chiếu lên phương vuông
góc với trục ống .
− z
r
: Độ sâu tham chiếu , kể đến ảnh hướng của lớp biên, z
r
= 1 m.
− 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 thước hạt trung bình của lớp địa chất đáy, được tra bảng A1_trang
32 DnV RP E305. Theo đề bài đồ án, ta có d
50
= 0,135 mm.
 Bước3 : Tính lặp với các góc pha khác nhau để tìm trọng lượng yêu cầu lớn
nhất ( ở đây tính với 20 góc pha, mỗi góc pha chênh nhau 18 độ)
 Bước4 : Xác định hệ số điều chỉnh F
W
.
 Bước5 : Nhận xét kết quả .
Tính toán cụ thể được trình bày trong bảng tính Excel và ta được kết quả tính
như sau :
+ Trường hợp vận hành :
Tổ hợp 1: Sóng max(100 năm), hướng N+ Dòng chảy (10 năm), hướng NW.
dDo không chọn tổ hợp có hướng sóng trùng với trục ống nên ta chọn hướng sóng
lớn thứ hai để tổ hợp với hướng dòng chảy để tính toán.
Hướn
g
Các thông số
α

Tp Tn Tn/Tp
U*s.Tn/H
s
U*s Us Tu/Tp Tu
N
0.78
5
7.4 2.1909 0.296 0.06 0.2355157
0.235515
7
1.175 8.695
NW