Thuyết minh đồ án Đường ốngDầu khí

Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
Thuyết minh 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….
Nhóm 1
Lớp 53cb2 1
Tuyến ống

Thiết kế
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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:

• Mô tả sơ qua về dàn nhẹ BK ở mỏ Bạch Hổ:
Nhóm 1
Lớp 53cb2 2
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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 lưu lượng và
tách nước sơ bộ. Sản phẩm từ BK sẽ được dẫn bằng đường ống về MSP hoặc dàn
công nghệ trung tâm để xử lý. Trên dàn không có người ở.
Về phần kết cấu phần chân đế dàn BK là kết cấu dàn tháp thép không gian có
mặt thẳng đứng, được cấu tạo từ thép ống có đường kính khác nhau. Chân đế có 4
ống chính. Hệ thống móng cọc gồm 4 cọc chính đường kính 720x20mm và 8 cọc
phụ.

Thượng tầng có sân bay trực thăng, các thiết bị công nghệ, máy phát điện.
Ngoài ra mỏ còn có:
+ Hệ thống nén khí áp lực cao:
Trạm nén khí gồm 5 chiếc (4 chiếc làm việc và 1 chiếc dự bị), là máy nén khí 2
cấp DRESE RAN được truyền động bởi tua bin nén khí MARS-100 của hãng
SOLAR.
+ Hệ thống nén khí áp suất thấp:
Trạm nén khí được trang bị máy nén khí pitton 2 cấp của hãng NUVO PIGNON
được truyền động bằng một động cơ điện.

Chương 2: Tính toán thiết kế
Nhóm 1
Lớp 53cb2 3
B mụn K Thut CTB & .ễ-BC
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 N NE E SE S SW W NW
100 năm HS (m) 5.6 8.6 5.2 3.2 4.5 6.9 4.9 5.2
TS (s) 7.4 10.4 8.4 7.8 9.0 9.1 8.7 8.9
10 năm HS (m)
2.8 7.0 3.4 1.9 3.1 4.9 3.6 5.2
TS (s)
6.6 9.9 7.8 6.6 7.5 8.6 8.2 8.9
(Chiều cao sóng ca nhúm khụng phi iu chnh)
Bảng 1.2 Vận tốc dòng chảy đáy (cách đáy 1m), m/s
Chu kỳ Hớng dòng chảy

lặp
N NE E SE S SW W NW
10 năm 0.78 0.63 0.71 1.08 0.79 0.75 0.80 0.85
100 năm 0.86 0.66 0.75 1.15 0.84 0.82 0.88 0.90
(Vn tc dũng chy ca nhúm c tng thờm 0,1m/s)
+ Mc nc, biờn triu, nc dõng, h bỏm, nhit cht vn chuyn:
Mó sõu 5
sõu nc(m) 44
Biờn triu(m) 1.67
Nc dõng(m) 1.42
H bỏm(cm) 3.0
Nhit ()
55
+ a cht cụng trỡnh:
Nhúm 1
Lp 53cb2 4
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
( Nhóm 1 có số liệu địa chất là A)
A : C¸t h¹t mÞn : cì h¹t d
50
= 0.135(mm)
+ 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)
Nhóm 1
Lớp 53cb2 5

điểm xét
điểm tham
chiếu
seabad
h
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
( 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).

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).
Nhóm 1
Lớp 53cb2 6
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
- 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):
Nhóm 1
Lớp 53cb2 7
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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 :
Nhóm 1
Lớp 53cb2 8
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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 ).
Nhóm 1
Lớp 53cb2 9
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
+ 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.
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.
Nhóm 1
Lớp 53cb2 10
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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.
Nhóm 1
Lớp 53cb2 11
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
Bảng 5.5: Bảng tra hệ số γ
sc
γ
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
2
1 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)

Nhóm 1
Lớp 53cb2 12
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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:
Nhóm 1
Lớp 53cb2 13
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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
Nhóm 1
Lớp 53cb2 14
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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%

Nhóm 1
Lớp 53cb2 15
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
(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
fab
: hÖ sè chÕ t¹o (b¶ng 5-3 DnV OS F101 - 2000, “Submarine pipeline
systems”).
Bảng 5-3
Ống Seamless UO&TRB UOE
Nhóm 1
Lớp 53cb2 16
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
α
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
11863434
9

93600305 -25034045 -21.1019
10611732
7
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
Nhóm 1
Lớp 53cb2 17
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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+0
9
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
11919013
4
96480614 -2.3E+07 -19.0532
Nhóm 1
Lớp 53cb2 18
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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

10273994
4
102699482 -40462.3 -0.03938
10271971
3
10270898
5
-10728 -0.01044
10271434
9
10271150
6
-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 kiểm tra: P
e
≤
Vùng/Trạng thái Vùng 1 Vùng 2 Kiểm tra
Thử áp 75680810.19Pa 75680810.19Pa TM
Vận hành 77624838.82Pa 71349368.54Pa TM
Vậy với chiều dày ống t=18,8mm thì đường ống không bị mất ổn định cục bộ.
Nhóm 1
Lớp 53cb2 19
SCm
c
P
γγ
1,1
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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 :
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
Nhóm 1
Lớp 53cb2 20
Trạng thái t2 (mm) Ppr (Pa)
Thử áp 18.8 8807085.522
Vận hành 16.8 6648302.852
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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 :
Nhóm 1
Lớp 53cb2 21
B mụn K Thut CTB & .ễ-BC
Sơ đồ tính ổn định vị trí đờng ống biển
Trong đó :
: Góc nghiêng bề mặt đáy biển
W : Trọng lợng trong nớc của ống, bao gồm : vỏ bọc bê tông ( nếu có ), vỏ
chống ăn mòn, ống thép, các sản phẩm bên trong ( Dầu , khí ), hà bám,
lực đẩy nổi, trong ỏn l nc ộp va.
N : phản lực ỏy bin tỏc dng lờn ng.
F
r
: Lực ma sát gia b mt ỏy bin v ng ng.
F
D
: Lực cản vận tốc.
F
I
: Lực quán tính.
F
L
: Lực nâng.
U :Vận tốc của phần tử chất lỏng trong lớp biên (từ 1 đến 3m tính từ đáy biển lên),
trong ỏn thỡ y
o
=1m.
Tớnh toỏn n nh v trớ ca ng ng di ỏy bin c xột trong hai trng
hp sau :
Giai on 1 : iu kin ng mi c lp t xong.

Nhúm 1
Lp 53cb2 22
Tuyến ống
thiết kế
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC
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.
Nhóm 1
Lớp 53cb2 23
B mụn K Thut CTB & .ễ-BC
a) Phng phỏp 1: Theo tài liệu DnV RPE - 305 - 1988, On bottom
stability design of submarine pipelines
Theo tài liệu DnV RPE - 305 - 1988, On bottom stability design of
submarine pipelines, để đờng ống ổn định dới tác động của môi trờng thì trọng l-
ợng ống dới nớc tính cho một đơn vị dài phải thoả mãn điều kiện:
IDL
W
S
st

FF.F
F
W
+







st
WLID
s

F
.

F)F(F
W






+

Trong đó:
W

S
: trọng lợng ống trong nớc gồm trọng lợng ống thép, lớp bê tông 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 Keulegan-Carpenter (K) và M
tỷ lệ giữa vận tốc dòng chảy và vận tốc sóng (M), xỏc nh theo th
hỡnh 5.12 DnV E305 1988.
à: hệ số ma sát giữa ống và đáy biển, xác định theo đồ thị hình 5.11 -
DnV E305 - 1988, i vi t cỏt thỡ à=0.7
Nhúm 1
Lp 53cb2 24
Bộ môn Kỹ Thuật CTB & Đ.Ô-BC

st
γ
: HÖ sè an toµn, kh«ng nhá h¬n 1,1. Trong đồ án lấy
1.2
st
γ
=
F
L
: lùc n©ng g©y ra bëi sãng vµ dßng ch¶y, (N/m)
Nhóm 1
Lớp 53cb2 25