Thuyết kế tuyến ống

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

PVU
BÁO CÁO

THIẾT KẾ TUYẾN ỐNG

HD: K.S Lê Trung Dũng

Nhóm 2:


NỘI DUNG

II

TỔNG
TỔNGQUAN
QUAN

IIII

NỘI
NỘIDUNG
DUNG

IIIIII

KẾT
KẾTLUẬN

LUẬN

2


I.TỔNG QUAN

1. CÁC GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ

2. TUYẾN ỐNG NGOÀI KHƠI

3. TUYẾN ỐNG TRÊN BỜ

3


1.CÁC GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ

Thiết kế tuyến ống ngoài khơi được tiến hành theo 3
giai đoạn

Thiết kế ý tưởng

•

Xem xét tính khả thi về mặt kỹ

Thiết kế sơ bộ

•

Các thông tin cần thiết cho việc

•

chủng loại tuyến ống.

thuật

•

Lập hồ sơ xác định kích thước và

Thiết kế chi tiết

•

Chuẩn mực áp dụng.

mặt kỹ thuật.

•

Xác định các khó khăn tiềm tàng

Lựa chọn phương pháp lắp đặt
tuyến ống.

thiết kế và xây lắp được xác định.

•

Hoàn chỉnh với đầy đủ chi tiết về

•

Chuẩn bị quá trình tiền chạy thử,

và loại bỏ các phương án không

sổ tay vận hành, bảo dưỡng và

khả thi.

kiểm tra.

17/11/2017

4


2.TUYẾN ỐNG NGOÀI KHƠI

Tuyến ống sơ bộ

Định vị

Tiếp bờ

Các kết cấu hiện

hữu

17/11/2017

•
•
•

•
•

•
•

•
•
•

Bản đồ thủy văn (tỉ lệ 1:10.000): cho biết kết cấu tuyến ống và các đặc điểm khác.
Bản đồ định hướng hay tiếp giàn: cho biết thông tin về vị trí ống đứng
Độ cong tối thiểu theo phương ngang: phụ thuôc vào nhiều yếu tố như phương pháp lắp đặt, đường kính, độ dày thành ống…

Giao thông trên biển gây nguy hiểm trong và sau khi xây lắp công trình.
Vị trí buộc neo hay thả neo phải tránh nơi tuyến ống đi qua.

Ảnh hưởng bởi các công trình công nghiệp, thương mại, dân cư hiện hữu trên bờ.
Hạn chế bởi các mặt bằng thi công trên bờ biển.

Chọn tuyến ống ít điểm giao cắt với các tuyến ống hiện hữu sẽ kinh tế hơn.
Chọn lộ trình tuyến ống cách xa các công trình hiện có (khoảng 100 m)

Các tuyến ống nằm gần giàn được bố trí càng xa càng tốt để thuận tiện cho việc neo tàu, xây lắp trên giàn trong tương lai.

5


2.TUYẾN ỐNG NGOÀI KHƠI


Các yếu tố cần quan tâm: vị trí nối thiết bị trên giàn với tuyến ống, vị trí có thể kẹp ống đứng, các tuyến ống hiện hữu và tuyến ống trong tương lai, vị trí
của bến tàu đã có, các rủi ro hư hại do vật rơi hay dây neo kéo rê.

Vị trí tiếp giàn và ống



Thiết kế cụm phức hợp đối với ống đứng.

đứng

Khảo sát địa hình,





Dùng sonar quét sườn để phát hiện các tuyến ống hiện hữu, xác tàu…
Khảo sát bằng máy siêu âm đối với mặt cắt tầng sâu.
Khảo sát độ sâu để đo chiều sâu nước.

thủy văn




Thể hiện yêu cầu và khó khăn trong việc đào xới, ổn định đất nền móng.
Nếu đáy biển không ổn định thì tuyến ống có thể đi vòng qua các khu vực này .

Dữ liệu thổ dưỡng

Tuyến ống ngoài khơi
được chọn

17/11/2017





Dựa trên các thông tin thu thập => chọn ra tuyến ống
Dùng bản vẽ định tuyến có tỷ lệ ngang 1:5.000, dọc 1:100 : thể hiện chi tiết trên tuyến ống
Dùng bản vẽ tiếp giàn: tỉ lệ 1:100

6


3.TUYẾN ỐNG TRÊN BỜ

Cần tránh các vùng sau: tòa nhà, vùng đất cứng, vùng rừng
rậm, các tuyến ống khác, vùng đầm lầy,sông ngòi (nếu có
thể)

Tuyến ống phải:





CÁC VẤN ĐỀ CẦN XEM XÉT

Càng thẳng càng tốt

Sử dụng thêm van đóng khẩn cấp, đầu nối mở

Đi theo tuyến tự nhiên

Sử dụng hành lang tuyến ống

Ống nằm trên mặt đất thì sử dụng các giá đỡ.

rộng tại chỗ đổi hướng.
hiện hữu

Tư vấn chính phủ để đề ra
kế hoạch phát triến và sự phê chuẩn tuyến ống.
Đánh giá tác động môi trường & đánh giá rủi ro định lượng.

17/11/2017

7

3.TUYẾN ỐNG TRÊN BỜ

17/11/2017

8


II. NỘI DUNG

17/11/2017

9


1.CÁC YÊU CẦU VỀ DUNG SAI

•

Ở những nơi tuyến ống nằm dọc theo các hành lang hiện hữu thì
khoảng cách nhỏ nhất (xa nhất) của tuyến ống mới đến điểm gần
nhất của tuyến ống hiện hữu: 15m (50m)

•

Tại nơi tiếp giàn:

•
•

Phạm vi 450m-150m: giảm từ 15m-3m
Từ đoạn 150m cách ống đứng đến điểm đầu nối ống đứng là 3m

Nơi tuyến ống lắp đặt liền kề/ song song tuyến ống hiện hữu
cần duy trì khoảng cách 15m, trừ nơi tiếp giàn.

17/11/2017

10


2.VẬT LIỆU

Bảng 1: Các cấp vật liệu tuyến ống thép carbon theo một số tiêu chuẩn

API Spec.5L

SMYS

Các vật liệu có độ bền tương đương

Cấp ống

(Mpa)

Các mối nối hàn đối đầu

Mặt bích

B

241

ASTM A234 WPB

ASTM A105

X42

289

MSS-SP-75 WPHY 42

ASTM A694 F42

X52

358

MSS-SP-75 WPHY 52

ASTM A694 F52

X60

413

MSS-SP-75 WPHY 60

ASTM A694 F60

X65

448

MSS-SP-75 WPHY 65

ASTM A694 F65

X70

482

MSS-SP-75 WPHY 70

ASTM A694 F70

Các tuyến ống ngoài khơi: vật liệu cấp X42 và X52
Tuyến ống trên bờ: vật liệu cấp B
Tuyến ống DN300 và nhỏ hơn là ống không có mối nối

17/11/2017

11


2.VẬT LIỆU

Cácvật
vật liệu

liệulàm
làmtuyến
tuyếnống
ốngkhác
khác
Các

Chất dẻo cốt thủy tinh

17/11/2017

Hợp kim chống ăn mòn

Ống bằng chất dẻo

Ống mềm

12


3.LỰA CHỌN ĐƯỜNG KÍNH ỐNG

Các vấn đề chung cần cân nhắc khi lựa chọn đường kính ống

Cân nhắc đầu tiến

Tạo được độ giảm áp chấp
nhận đối với lưu lượng dự đoán
lớn nhất.

Cân nhắc thứ hai

Lưu lượng

Đặc tính của chất lưu

Sự cân bằng giữa bơm mới,
máy nén mới và các tuyến ống
mới.

- Dự báo chính xác lưu lượng
trong suốt vòng đời ống.
- Trong trường hợp lưu lượng
tăng dần nên xem xét lắp đặt
thêm tuyến ống

- Đặc tính chính về khối lượng
riêng, độ nhớt, nhiệt độ & áp suất
vận hành, thành phần chất lưu.
- Cân nhắc nguồn và chi phi năng
lượng cho bơm và máy nén

17/11/2017

13


3.LỰA CHỌN ĐƯỜNG KÍNH ỐNG

Bảng 2: Áp suất làm việc chuẩn khuyến cáo

Cấp áp suất

Dải áp suất làm việc (kPa)

o
Áp suất tối đa (dưới 38 C (kPa)

Cấp ANSI

UHP (Ultra High Pressure)

12,500 to 17,000

25,500

#1500

HHP (High High Pressure)

5,500 to 7000

10,200

#600

IP (Intermediate Pressure)

4,000 to 4,200

5,100

#300

HP (High Pressure)

1,400 to 2,100

5,100

#300

LP (Low Pressure)

300 to 650

1,965

#150

17/11/2017

14


3.LỰA CHỌN ĐƯỜNG KÍNH ỐNG

 

Các tiêu chuẩn kích cỡ các tuyến

Các tiêu chuẩn kích cỡ các tuyến ống

ống vận chuyển chất lỏng

vận chuyển chất khí

 
Sử dụng phương trình AGA để định cỡ ban
đầu

Đặc tính của chất lỏng giữ nguyên trên toàn bộ
chiều dài tuyến ống trừ khi nhiệt độ thay đổi.
Sự giảm áp xác định bằng cách:

-10
C= 5,7x 10
[MPa/K]
z: hệ số nén
3
: tỉ trọng [kg/m ]

: sự mất áp [Pa]
: sự thay đổi cao độ [m]

17/11/2017

: áp suất đầu vào [Mpa]
: áp suất đầu ra [MPa]

15


4. LỰA CHỌN CHIỀU DÀY ỐNG

Lựa chọn thành ống chủ yếu dựa trên các tiêu chuẩn ứng suất
tiếp tuyến như:
- ASME B31.4 áp dụng cho tuyến ống vận chuyển chất lỏng
- ASME B31.8 áp dụng cho tuyến ống khí và 2 pha

- Nếu môi trường có tính ăn mòn, phải cộng thêm sai số cho
phép ăn mòn vào độ dày thành ống nhỏ nhất.
- Áp suất thiết kế bên trong không được thấp hơn áp suất làm
việc ổn định thấp nhất.

Tăng chiều dày thành ống trong trường hợp:
+ Chịu được ứng suất lắp đặt.
+ Đảm bảo độ ổn định đáy biển.
+ Đảm bảo an toàn .
+ Dễ hàn.
+ Tăng sức chống đỡ.

17/11/2017

16


4. LỰA CHỌN CHIỀU DÀY ỐNG

Bảng 3: Độ dày thành ống danh nghĩa nhỏ nhất

17/11/2017

Đường kính ống

Độ dày ống nhỏ nhất

DN100 to DN200

4.0 mm

DN250 to DN300

4.8 mm

DN400 and larger

6.4 mm

17


5.DỮ LIỆU VỀ MÔI TRƯỜNG


Để tính vận tốc dòng chảy

Dữ liệu dòng chảy ổn định



Độ sâu vùng nước tối thiểu :

Nhiệt
độ của biển khi không có các
 
dữ liệu khác:

gây ra sóng: sử dụng chiều

dạng định hướng đưa ra với

phân tích độ ổn định đáy

cao sóng có ý nghĩa, tần suất

chu kỳ 1 năm và 100 năm.

tuyến ống và ứng suất tại chỗ.
Độ sâu vùng nước tối đa:

 Ttb trên bề mặt = 22oC
 Ttb dưới đáy = 15oC

phân tích độ mất ổn định

Nhiệt độ sản phẩm tối đa từ giếng

khẩu độ ống, ống vượt: sử

tuyến ống, ứng suất phá hoại

dầu

dụng chiều cao sóng lớn nhất

kết cấu và lắp đặt

o
50 C

đỉnh phổ.





Các tuyến ống cục bộ như



Tối thiểu cung cấp được vận
tốc bề mặt và gần đáy



và tần suất kết hợp

T môi trường xung quanh và T
Sóng

17/11/2017

Dòng chảy

Độ sâu vùng nước

làm việc

18


II. NỘI DUNG

17/11/2017

19


1.ỨNG SUẤT VÀ TẢI

Tải trọng do chức năng

Áp suất ( bao gồm áp lực ngầm)

Trọng lượng bản thân (hay tính nổi trong nước)

Tải nhiệt

Tải trọng do môi trường

Gió

Dòng chảy

Sóng

Tải trọng ngẫu nhiên (bao gồm neo)

20


1.ỨNG SUẤT VÀ TẢI

Thiết
Thiếtkế
kếdựa
dựatrên
trênứng
ứngsuất
suất

 Ứng
Ứngsuất
suấttiếp
tiếptuyến:
tuyến:độ
độdày
dàythành
thànhống

ốngvà
vàáp
ápsuất
suấtthiết
thiếtkế
kếtrong
trongống
ống
 Ứng
Ứngsuất
suấttiếp
tiếptuyến
tuyếnvà
vàdọc:
dọc:tiêu
tiêuchí
chíVon
VonMises
Mises(tương
(tươngđương,
đương,tiếp
tiếptuyến,
tuyến,
dọc,
dọc,trượt
trượtkết
kếthợp)
hợp)

 Ứng

Ứngsuất
suấttương
tươngđương:
đương:cực
cựcđại
đạikhi
khigồm
gồmứng
ứngsuất
suấtnén
nén(ứng
(ứngsuất
suấtdọc,
dọc,âm)
âm)và
và
ứng
ứngsuất
suấtkéo
kéo(ứng
(ứngsuất
suấttiếp
tiếptuyến,
tuyến,dương)
dương)

 Ứng
Ứngsuất
suấtdọc
dọcdo

dosự
sựgiãn
giãnnở
nởáp
ápsuất,
suất,nhiệt
nhiệthoặc
hoặcuốn
uốncong
cong
 Ứng
Ứngsuất
suấtchảy
chảytiêu
tiêuchuẩn
chuẩnnhỏ
nhỏnhất:
nhất:mức
mứcứng
ứngsuất
suấttại
tại0,5%
0,5%độ
độbiến
biếndạng
dạng

Thiết
Thiếtkế
kếdựa

dựatrên
trênbiến
biếndạng
dạng

 Lắp
Lắpđặt
đặttuyến
tuyếnống
ốngngoài
ngoàikhơi
khơibằng
bằngphương
phươngpháp
phápcuộn
cuộnống,
ống,lắp
lắpđặt
đặtống
ống
đứng
đứngkiểu
kiểuJJhay
haybằng
bằngđế
đếuốn
uốncong
cong

 Biế

Biếdạng
dạnguốn
uốncong
congvĩnh
vĩnhviễn
viễntối
tốiđa
đado
doquá
quátrình
trìnhlắp
lắpđặt
đặtlàlà2%
2%
 ĐểĐểuốn
uốnnguội
nguộituyến
tuyếnống,
ống,biế
biếdạng
dạnguốn
uốncong
congkhông
khôngvượt
vượtquá
quá2%
2%và
vàkiểm
kiểmtra
tra

các
cáctiêu
tiêuchí
chíđộ
độuốn
uốndọc
dọcthuần
thuầntúy
túy(độ
(độcong
congđàn
đànhồi
hồicho
chophép
phéptối
tốiđa)
đa)
oo
 Tuyến
Tuyếnống
ốnglàm
làmviệc
việctrên
trên100
100 C,
C,tính
tínhđến
đếnhệ
hệsố
sốgiảm

giảmtải
tải(sử
(sửdụng
dụngvật
vậtliệu
liệulàlà
hợp
hợpkim
kimchống
chốngăn
ănmòn
mònCRA)
CRA)

trong
trongthử
thửnghiệm
nghiệmsức
sứckéo
kéo

 Giai
Giaiđoạn
đoạnhoạt
hoạtđộng:
động:tính
tínhứng
ứngsuất
suấtvới
vớiđộ

độdày
dàythành
thànhống
ốngdanh
danhnghĩa,
nghĩa,ngoại
ngoại
trừ
trừdung
dungsai
saido
doăn
ănmòn
mòn

21


1.ỨNG SUẤT VÀ TẢI
Áp suất thủy tĩnh

1
•
•
•
•

Phá hoại kết cấu tuyến ống

•

•

Mất ổn định cục bộ

•

Mất ổn định “dọc” 

5

Tải sóng và dòng chảy

•

vững (lực kéo, lực nâng, lực quán tính)

Do sự biến đổi nhiệt độ môi trường xung quanh thấp và do những khác biệt nhỏ

Sự giãn nở nhiệt phụ thuộc sự ma sát của đất dọc trục và tải trọng nhiệt  

Sức gió

6

Sức gió tĩnh trên 1 đơn vị độ dài
2
Fw = 0,613.Cw.vw .Dt

•

Tải trọng nhiệt

của nhiệt độ vận hành cũng như nhiệt độ xung quanh

•

•

 Ứng suất uốn do đất phủ và bánh xe kết hợp với ứng suất tiếp tuyến phải
dưới giới hạn ứng suất cho phép

Tuyến ống dưới biển chịu các lực tạo ra từ dòng chảy và sóng bền

3

Tải trọng tập trung: trên tuyêń ống bởi con lăn trên xà lan rải ống và gối đỡ
ống

Mất ổn định lan truyền

2

Tải trọng tập trung và tải phân bố

4

Cw : hệ số lực cản phụ thuộc vào tốc độ gió, đường kính ống và độ

•

Khẩu độ không giá đỡ

Xảy ra ở khu vực có xói lở và rạng san hô  

nhám bề mặt

22


2.ĐỘ ỔN ĐỊNH DƯỚI ĐÁY BIỂN



Giới hạn ổn định dưới đáy biển đạt đến khi các lực tạo ra hạt nước trên tuyến ống cân bằng với lực cản (ma sát) theo phương ngang của ống:
Fd +Fi = µ( W – FL)



Tuyến ống vận chuyển khí: điều kiện chu kỳ sóng và dòng chảy chu kỳ 100 năm



Tuyến ống vận chuyển dầu: Thêm cả ổn định trong quá trình lắp đặt



Bọc ống bằng bê tông: Phụ thuộc vào kích thước, độ sâu nước, điều kiện môi trường



Độ dày và mật độ lớp bê tông:

•

Độ dày nhỏ nhất: 25mm

•

Có anode hy sinh, sử dụng lớp bọc ống bằng bê tông

•

Lắp đặt bằng xà lan rải ống, nên tạo sự bảo vệ cơ học cho lớp chống ăn mòn bằng
cách phủ bê tông

23


2.ĐỘ ỔN ĐỊNH DƯỚI ĐÁY BIỂN



Tiếp bờ: Độ sâu dưới biển, các đặc điểm của đáy biển sâu, dữ liệu sóng và dòng chảy, vị trí các máy mọc thiết bị khác, sự ràng buộc các tuyến ống trên
bờ…

24


3. THIẾT KẾ ỐNG ĐỨNG

Vị trí kẹp ống đứng

Thẳng đứng hay gần thẳng đứng
kẹp: nằm trên mựa nước biển => ngăn ngừa sự ăn mòn
- Ngăn ngừa sự cháy lan và cho phép -di tảnBộ
an toàn khi xảy ra sự cố cháy
Nối tuyến ống trên đáy biển với trang thiết bị trên giàn
Chiều cao đử để đảm bảo hạn chế các ứng suất tạo ra trong suốt chu kỳ bão 100 năm
- Chống cháy thụ động: hầu như mọi -ống đứng
vận chuyển khí
Các cấu phần

-

Thường đấu với hệ giằng ngang của giàn đỡ
Chống cháy thụ động

Ống dày hơn và cấp vật liệu cao hơn tuyến ống
Gắn ngoài giàn đỡ, cố định bằng kẹp ống

Bọc ống đứng

-

D nhỏ: PE
D lớn: men nhựa đường và bê tông

Góc tiếp cận tuyến ống và khuỷu ống đứng

-

Góc uốn dưới đáy ống đứng: độ dốc của giàn đỡ và góc tiếp cận giàn đỡ tuyến ống
Các đoạn uốn tuần theo thông số kỹ thuật uốn cong với dung sai góc uốn là ±1

Vùng nước bắn tóe: khớp nối ống đứng được phủ bằng PE và mạ monel
Đoạn ống trên vùng này: men atphan

25