TM đồ án ĐƯỜNG ỐNG NHÓM 1 30 5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU.............................................................................................................5
1.1. Công nghệ liên quan đến tuyến ống thiết kế....................................................................5
1.1.1. Giới thiệu về dàn nhẹ BK...............................................................................................5
1.1.2. Giới thiệu về chất vận chuyển - Oilgas ( Dầu khí )......................................................6
1.1.3. Giới thiệu về đường ống biển.........................................................................................6
1.2. Số liệu đầu vào....................................................................................................................8
1.2.1. Số liệu sóng......................................................................................................................8
1.2.2. Số liệ dòng chảy...............................................................................................................9
1.2.3. Các thông số về độ sâu nước, biên độ triều, nước dâng, chiều dày hà bám và nhiệt
độ chất vận chuyển....................................................................................................................9
1.2.4. Số liệu địa chất công trình..............................................................................................9
1.2.5. Các thông số khác.........................................................................................................10
1.2.6. Thông số về tuyến ống thiết kế.....................................................................................10
1.3. Tuyến ống thiết kế............................................................................................................11
1.3.1. Tuyến ống và hướng chủ đạo của công trình..............................................................11
1.3.2. Lựa chọn tuyến ống thiết kế.........................................................................................12
CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ...............................................................................13
2.1. Xác định lý thuyết sóng tính toán...................................................................................13
2.2. Xác định chiều dày ống....................................................................................................14
2.2.1. Lựa chọn vị trí, giai đoạn tính toán.............................................................................14
2.2.2. Tính toán chiều dày ống theo quy phạm DNV-OS-F101...........................................16
2.2.2.1. Tính toán áp lực trong cục bộ Plx.............................................................................17

2.2.2.2. Tính áp lực ngoài pe................................................................................................19
2.2.2.3. Tính toán áp lực tới hạn trong ống..........................................................................20
2.2.2.4. Xác định hệ số phụ thuộc vào cấp an toàn  sc........................................................23
2.2.2.5. Xác định hệ số độ bền của vật liệu m.....................................................................23
2.2.2.6. Kết quả tính toán

.....................................................................................................24

2.3. Kiểm tra khả năng đảm bảo ổn định đàn hồi của ống.................................................25
2.3.1. Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của đường ống....................................................25

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

2.3.1.1. Khái niệm................................................................................................................25
2.3.1.2. Lựa chọn vị trí và giai đoạn tính toán.....................................................................26
2.3.1.3. Tính toán ổn định cục bộ của đường ống................................................................26
2.3.2. Kiểm tra điều kiện mất ổn định lan truyền của đường ống

.....................................31

................................................................................................................31
2.3.2.1. Khái niệm
2.3.2.2. Lựa chọn vị trí và giai đoạn tính toán.....................................................................32
2.3.2.3. Tính toán kiểm tra điều kiên mất ổn định lan truyền..............................................32
2.3.3. Kết luận..........................................................................................................................33
2.4. Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống..........................................................................34
2.4.1. Khái niệm.......................................................................................................................34
2.4.2. Nguyên nhân..................................................................................................................34
2.4.3. Tác hại............................................................................................................................34
2.4.4. Các phươn pháp chống lại mất ổn định vị trí của đường ống Biển.........................34
2.4.5. Tính toán ổn định vị trí tuyến ống theo quy phạm DnV RP E305...........................35
2.4.5.1. Liệt kê các loại tải trọng..........................................................................................35
2.4.5.2. Tổ hợp tải trọng sóng và dòng chảy........................................................................36
2.4.6. Tính toán ổn định vị trí đường ống theo quy phạm DnV RP E305..........................36
2.4.6.1. Tính trọng lượng thực của ống dưới nước (Ws)......................................................37
2.4.6.2. Xác định trọng lượng ống cần thiết (Wyc) trong tổ hợp tải trọng thi công.............40
2.4.6.3. Xác định trọng lượng ống cần thiết (Wyc) trong tổ hợp tải trọng vận hành 1........40
2.4.6.4. Xác định trọng lượng ống cần thiết (Wyc) trong tổ hợp vận hành 2.....................51
2.4.6.5. Kết luận chung........................................................................................................55
2.5. Tính toán độ bền của đường ống đi qua các địa hình phức tạp

..................................55

.......................................................................................................................55
2.5.1. Khái niệm
2.5.2. Bài toán xác định chiều dài nhịp treo khi đường ống qua hố lõm

...........................56

2.5.3. Bài toán cộng hưởng dòng xoáy..................................................................................60
2.5.4. Xác định chiều dài nhịp phụ khi đường ống qua hố lõm.........................................63
2.5.5. Bài toán đường ống đi qua địa hình dạng đỉnh lồi....................................................64
2.5.5. Kết luận..........................................................................................................................64

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

2.6. Tính toán chống an mòn cho đường ống

........................................................................64

.....................................................................................................................64
2.6.1. Tổng quan
2.6.2. Tính toán bảo vệ chống ăn mòn theo tiêu chuẩn DnV – RP – B401........................66
2.6.2.1. Số liệu thiết kế........................................................................................................66
2.6.2.2. Tính toán số lượng Anode.......................................................................................67
2.6.2.3. Kiểm tra số lượng Anode.......................................................................................68
2.6.2.4. Kết luận...................................................................................................................72
CHƯƠNG 3: THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG............................................................................73

3.1. Tổng quan về thi công công trình biển...........................................................................73
3.2. Giai đoạn chế tạo ống......................................................................................................73
3.3.1. Phương pháp thi công bằng xà lan thả ống................................................................75
3.3.2. Phương pháp thi công kéo ống....................................................................................78
3.3.3. Tính toán độ bền ống trong thi công thả ống.............................................................82
a. Tính toán đoạn cong lồi ( Overbend )...............................................................................84
b. Tính toán đoạn cong lõm (Sagbend)...............................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................95

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

ĐỒ ÁN
CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG DẦU KHÍ

GVHD:

THS. ĐẶNG ĐÌNH TUẤN

SVTH:

ĐỒNG VĂN SƠN – 4784.59
SROUR SOPHAI – 7157.59
ĐÀO NGỌC ÁNH – 2445.59

NHÓM:

01

LỚP:

59CB2

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
NHÓM 1 - Lớp 59CB2

4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

1.1. Công nghệ liên quan đến tuyến ống thiết kế
 Tuyến ống: BK5 – BK2
 Điểm đầu, điểm cuối của đường ống: Nối từ giàn ống đứng BK5 đến giàn ống

đứng BK2.
 Vị trí tuyến ống:
BK2
OIL
GA
S- Ø
324
x16
L21
60m
P60
at.

BK5

BK4

Hình 1.1 : Tuyến ống thiết kế
1.1.1. Giới thiệu về dàn nhẹ BK
Là giàn nhỏ nhẹ không có tháp khoan. Công tác khoan sẽ do tàu tự nâng thực
hiện. Giàn BK có các thiết bị công nghệ ở mức tối thiểu để đo dung lượng và tách
nước sơ bộ. Sản phẩm từ BK sẽ được dẫn bằng đường ống về MSP hoặc giàn công
nghệ trung tâm để xử lý. Trên giàn không có người ở. Ống đứng được lắp đặt trên
các chân riêng biệt, có thể có thượng tầng với máy móc công nghệ với công dụng để
lắp đặt và kết nối các phần ống đứng của đường ống ngầm, các đường ống transit
giữa các giàn với nhau và giữa các giàn với các cầu dẫn.
Các block trung gian được lắp đặt trên các chân đế độc lập để đỡ các cầu dẫn,
các đường ống transit.

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

5


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

Hình 1.2 : Hình ảnh minh họa cho giàn BK
1.1.2. Giới thiệu về chất vận chuyển - Oilgas ( Dầu khí )
"Dầu khí" là hỗn hợp dầu thô, khí thiên nhiên và hydrocarbon ở thể khí, lỏng,
rắn hoặc nửa rắn trong trạng thái tự nhiên, kể cả sulphur và các chất tương tự khác
kèm theo hydrocarbon nhưng không kể than, đá phiến sét, bitum hoặc các khoáng
sản khác có thể chiết xuất được dầu.
1.1.3. Giới thiệu về đường ống biển
a. Cấu tạo ống ngầm
Ống thép : là bộ phận chính của đường ống. Ống thép được chế tạo sẵn thành
các modul dài 6 đến 12m. Đường kính của ống thường nhỏ hơn 36 inch (914mm),
chiều dày lớn hơn 6mm. Vật liệu thép là loại có khả năng chịu ăn mòn tốt, chủ yếu
là thép hợp kim Canxi-Mangan.
Lớp chống ăn mòn: Lớp chống ăn mòn ngoài ống theo nguyên tắc phải sơn phủ,
thường có chiều dày khoảng 5 mm, Các loại sơn phủ hay sử dụng là sơn có nguồn gốc
epoxi hay nhựa đường.

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

Hình 1.3 : Bọc chống ăn mòn đường ống dẫn biển
Lớp bê tông gia tải: Chiều dày từ 5 đến 10mm, có tác dụng tăng trọng lượng để
đảm bảo ổn định vị trí đường ống. Vật liệu sử dụng là bê tông hoặc bê tông đặc biệt
nặng. Ngoài ra , người ta có thể sử dụng khối gia tải cục bộ hoặc dùng vít xoắn để
cố định đường ống dưới dáy biển.
Mối nối: Các đoạn ống được nối với nhau bằng mối hàn. Chất lượng mối hàn là
vấn đề hết sức quan trọng khi thi công đường ống. Ngoài ra khi đấu nối đầu ống
ngầm với ống đứng hoặc sửa chữa đường ống thì một số loại mối nối được sử dụng
như mối nối sử dụng mặt bích hoặc mối nối cơ khí.

Hình 1.4: Mối nối đường ống ngầm

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

Protector: là thiết bị chống ăn mòn điện hóa, gắn cố định trên ống . Protector có
nhiều dạng khác nhau , phổ biến nhất là dạng bán khuyên, có chiều dày phù hợp
với lớp bê tông gia tải.
Cấu tạo ống đứng:
Ống đứng đặt trong vùng chịu tác động ăn mòn và tải trọng rất lớn do môi
trường biển gây ra. Vì vậy Cấu tạo ống đứng khác ống ngầm ở một số điểm như
sau:
-

Ống thép thường có chiều dày lớn hơn ống ngầm

-

Tăng cường chống ăn mòn bằng phương pháp đặt ống trong ống, bọc
chống ăn mòn bằng cao su

-

Do ống đứng được cố định vào khối chân đế nên không cần gia tải.

1.2. Số liệu đầu vào
Bảng 1.1: Đề bài nhóm 1

STT

Mã
Tuyến

Mã độ
sâu

Điều chỉnh
chiều cao
sóng(m)

Điều chỉnh
dòng chảy
(cm/s)

Mác vật
liệu

Địa
chất

1

1

1

-0.2

-5.0

A

C

1.2.1. Số liệu sóng
Bảng 1.2: Chiều cao sóng đáng kể với chu kỳ lặp N năm
Chu kỳ
Lặp
100 năm
10 năm
1 năm

Hướng sóng

Thông
số

N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

HS (m)

5.6

8.5

4.6

3.1

4.1

6.1

4.6

4.7

Tp (s)

8.7

10.6

8.9

7.4

8.1

8.9

8.5

8.6

HS (m)

2.7

7.2

3.1

1.9

2.5

4.5

3.5

2.8

Tp (s)

6.0

8.8

6.7

5.6

6.3

7.9

6.7

6.2

HS (m)

1.5

1.7

1.2

0.9

0.5

0.6

0.8

1.2

Tp (s)

5.8

6.2

5.5

4.9

4.0

4.2

4.7

5.4

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

1.2.2. Số liệ dòng chảy
Bảng 1.3: Vận tốc dòng chảy đáy (cm/s)
Hướng dòng chảy

Chu kỳ lặp

N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

100 năm

82

119

114

107

86

140

160

96

10 năm

48

74

70

67

52

87

80

67

1 năm

26

44

36

31

30

52

28

29

1.2.3. Các thông số về độ sâu nước, biên độ triều, nước dâng, chiều dày hà bám và
nhiệt độ chất vận chuyển
Bảng 1.4 Các thông số về độ sâu nước, biên độ triều, nước dâng, chiều dày hà bám và
nhiệt độ chất vận chuyển:
Mã độ sâu

1

Biên độ triều dâng d1 (m)

1.3

Biên độ triều hạ d2 (m)

1.1

Chiều cao nước dâng do bão H1 (m)

1.8

Chiều cao nước hạ do bão H2 (m)

1.0

Chiều dày hà bám (cm)

4.0

Độ sâu nước trung bình d0 (m)

65

1.2.4. Số liệu địa chất công trình
Bảng 1.5 Thông số của lớp đất đầu tiên của đáy biển
Ký hiệu

Loại đất

Sức kháng cắt

Su (kPa)

Cỡ hạt trung bình d50
(mm)

C

Cát hạt mịn

-

0.125

1.2.5. Các thông số khác

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

 Thông số về mật độ các chất:
 Mật độ của hỗn hợp dầu và khí (Oilgas) : 630 kg/m3

 Mật độ nước biển : 1025 kg/m3
 Mật độ của bê tông gia tải: 3044 kg/m3
 Mật độ của thép ống: 7850 kg/m3
 Mật độ lớp boc chống ăn mòn : 900 kg/m3
 Mật độ hà bám: 1400 kg/m3
 Nhiệt độ chất vận chuyển: Dầu thô - nhiệt độ : 90 (0C)
 Thông số về Mác vật liệu : Mác thép X52 – Tra bảng 13.4 (DNV-OS-F101)
Bảng 1.6 : Đặc tính kỹ thuật của Mác thép X52
Mô tả

Đơn vị

Giá trị

Mô- đun thép Young

MPa

207000

Hệ số Poisson

-

0.3

Mật độ của thép

kg/m3

7850

SMYS của thép

MPa

358

SMTS của thép

MPa

455

1.2.6. Thông số về tuyến ống thiết kế
Bảng 1.7: Thông số về tuyến ống thiết kế
Mô tả

Đơn vị

Thông số

Tên tuyến ống

-

BK5 – BK2

Loại chất vận chuyển

-

Oilgas

Đường kính ngoài ống

mm

324

Chiều dài tuyến

m

2160

Áp lực thiết kế

at

60

1.3. Tuyến ống thiết kế

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

10


TRNG I HC XY DNG

N MễN HC

B MễN KTCTB & NG NG B CHA

CễNG TRèNH NG NG V DU KH

1.3.1. Tuyn ng v hng ch o ca cụng trỡnh
Mt ct tuyn ng thit k:
mặ
t cắt dọc tuyến ống thiết kế
BK2

BK5

0.0

Hố LõM

Đỉ
NHLồI

đáY BIểN

ĐƯ ờNG ốNG
324x 14.27

65.0

CáTHạ TMị

NCỡ HạT
TRUNG Bì
NH

Hỡnh 1.5 : Hỡnh nh minh ha cho tuyn ng thit k
Hng ch o ca cụng trỡnh c xỏc nh sn nh sau:
BK2

N

E

W
247

BK5
S

Hỡnh 1.6 :Hng ch o ca ng ng

1.3.2. La chn tuyn ng thit k

NHểM 1 - Lp 59CB2

11


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

Tuyến ống được chọn đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật cần phải dựa vào các cơ
sở:
 Tuyến ống lựa chọn phải là ngắn nhất ở mức có thể để giảm chi phí đầu vào
cũng như hạn chế thời gian thi công.
 Tránh những chướng ngại vật dưới đáy biển như đá ngầm, các khu vực đáy biển
bị đứt gãy, tránh các điểm giao cắt ống, ống cắt đường dây cáp quang.
 Giảm tối thiểu chiều dài ống trong khu vực nền đất không ổn định.
 Nếu tuyến ống nằm trong dòng bùn, cần lái tuyên ống song song dòng bùn.
 Tránh khu vực thả neo, quân sự.
Ngoài các yêu cầu chung như trên ra còn dựa vào các yếu tố:
 Tuyến ống phải đảm bảo yêu cầu mở rộng khai thác của mỏ trong tương lai.
 Khả năng kết nối của tuyến ống với các thiết bị công nghệ trong hệ thống mỏ.
 Sự phát triển của san hô.
 Khả năng động đất.

 Trong trường hợp không tránh khỏi các bất lợi khi thiết kế phải chú ý bổ sung
các phương án bảo vệ tuyến ống.

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
NHÓM 1 - Lớp 59CB2

12


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

2.1. Xác định lý thuyết sóng tính toán
Theo (API RP-2A mục 2.3.1.b-2 và hình vẽ 2.3.1-3), lý thuyết sóng được lựa chọn
qua các biểu thức:
H
g .Tapp 2

,

d
g .Tapp 2

Trong đó:
+ H: chiều cao sóng (m);
+ g: gia tốc trọng trường (m/s2)
+ d: độ sâu nước biển (m); (độ sâu nước tính toán max)
+ Tp: chu kỳ sóng biểu kiến (s) dựa vào tỷ số Tapp/T tra dựa vào đồ
thị 2.3.1- 2 API RP 2A.
Bảng 2.1. Bảng xác định lý thuyết sóng tính toán.
Hướng sóng

N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

Tapp (s)

8.7

10.6

8.9

7.4

8.1

8.9

8.5

8.6

Chu kỳ sóng 100 năm
H (m)

5.6

8.5

4.6

3.1

4.1

6.1

4.6

4.7

H/(g.Tapp2)

0.008

0.008

0.006

0.006

0.006

0.008

0.006

0.006

d/(g.Tapp2)

0.092

0.062

0.088

0.127

0.106

0.088

0.096

0.094

Lý thuyết
sóng

Stocke

s

Stocke
s

Stocke
s

Stocke
s

Stocke
s

Stocke
s

Stocke
s

Stockes

áp dụng

bậc 5

bậc 5

bậc 5

bậc 5

bậc 5

bậc 5

bậc 5

bậc 5

Kết quả này có được nhờ việc tra đồ thị bên dưới:

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

13


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

Hình 2.1. Đồ thị phân vùng lý thuyết sóng theo hình 2.3.1-3 API RP 2A
2.2. Xác định chiều dày ống
2.2.1. Lựa chọn vị trí, giai đoạn tính toán
a. Vị trí tính toán chiều dày ống
Tiêu chí lựa chọn vị trí tính toán phụ thuộc vào vị trí tương đối so với giàn và giá

trị của tải trọng tác động
+ Vị trí tương đối so với giàn bao gồm:
-

Vùng 2 : bên trong bán kính 500 m với giàn

-

Vùng 1: bên ngoài bán kính 500m với giàn

Vùng 2 là vùng yêu cầu về cấp độ an toàn ( thiệt hại kinh tế, con người khi có
sự cố xảy ra) cao hơn so với vùng 1. Vì vậy, để thiên về an toàn, ta lựa chọn vùng
2 (trong bán kính 500m với giàn) để kiểm tra.

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

14


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

+ Giá trị của tải trọng tác động: Để đảm bảo an toàn thì ta chọn vị trí có tải trọng
bất lợi lớn nhất và tải trọng có lợi nhỏ nhất.
Các loại tải trọng gây ra ứng suất cho đường ống

-

Tải trọng có lợi: Áp lực ngoài (áp lực thủy tĩnh)
Tải trọng có hại : Áp lực trong (áp lực do chất chứa gây ra)

Vậy ta tính toán tại vị trí có áp lực chất vận chuyển là lớn nhất và áp lực thủy tĩnh
nhỏ nhất. Nếu vị trí nào có cả áp lực trong lớn nhất và áp lực ngoài nhỏ nhất thì đó
chính là vị trí cần tính toán.
Trong phạm vi đồ án, áp lực chất vận chuyển được xác định là hằng số. Vì vậy ta
lựa chọn vị trí mà tải trọng có lợi là nhỏ nhất. Hay chính là giá trị áp lực thủy tĩnh là
nhỏ nhất . Vậy giá trị áp lực thủy tĩnh nhỏ nhất khi mực nước là thấp nhất – (vị trí
đáy sóng khi triều kiệt và không có nước dâng do bão).
mncn
d1

mnt b
Hs

mnt n

d2

Hs
d0
hmin

®¸y biÓn

Hình 2.2: Vị trí có độ sâu nước nhỏ nhất

b. Giai đoạn tính toán chiều dày đường ống
Các giai đoạn làm việc của đường ống:
 Giai đoạn thi công, lắp đặt
 Giai đoạn thử áp lực

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

15


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

 Giai đoạn vận hành
 Giai đoạn tạm ngừng vận hành để sửa chữa, bảo dưỡng
 Giai đoạn dừng khai thác
Trong đó các giai đoạn này thì giai đoạn thử áp lực và giai đoạn vận hành là bất
lợi nhất.
Vì trong giai đoạn thử áp lực, ta thử vận hành đường ống với một áp lực lớn nên
cần phải tính toán, trong đời sống công trình thì đường ống sẽ không bao giờ chịu
áp lực lớn hơn giai đoạn này (khi đường ống nằm trong sự kiểm soát của con
người). Trong giai đoạn vận hành thì đây là giai đoạn mà công trình thực hiện chức
năng chính của nó, khi đó công trình được tính toán với các tác động của môi
trường: sóng và dòng chảy có tần suất 100 năm. Còn giai đoạn vận hành thì được
tính với sóng và dòng chảy có tần suất là 1 năm. Vì vậy ta tính toán chiều dày

đường ống cho hai giai đoạn này và tính với hướng sóng có chiều cao sóng lớn nhất
( hướng NE).
2.2.2. Tính toán chiều dày ống theo quy phạm DNV-OS-F101
Theo công thức (5.7) trang 46 – Sec 5, DnV-OS-F101_2010 chiều dày ống
chịu áp lực được xác định theo công thức sau:
p t 
plx  pe � b 1
 m . SC

(2.1)

Trong đó:
+ plx: Áp lực trong cục bộ tại điểm tính toán (N/m2);
+ pe : Áp lực ngoài (N/m2);
+ pb : Áp lực trong ống (N/m2);
+
+

sc

: Hệ số phụ thuộc vào cấp an toàn ;

 m Hệ số độ bền của vật liệu phụ thuộc vào trạng thái giới hạn tính

toán.

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

16

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

2.2.2.1. Tính toán áp lực trong cục bộ Plx
Tính toán cho 2 trường hợp: Vận hành và thử áp lực
Theo DnV-OS-F101 công thức (4.1) và (4.2) trang 35
Trạng thái vận hành: Plx  Pli
pli  pinc   cont .g .  hRef  hl   pd . inc   cont .g .  hRef  hl 

(2.2)

Trạng thái thử áp lực: Plx  Plt
plt  pt  t .g .  hRef  hl 

(2.3)

Trong đó
+ g : gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2)
+ cont : Mật độ của chất vận chuyển (kg/m 3). Chất vận chuyển là oilgas,
có cont = 630 (kg/m3).
+ t : Mật độ của chất thử áp lực (kg/m 3). Chất thử áp lực là nước biển
t = 1025 (kg/m3)

+ hl : Độ sâu tham chiếu của điểm tính toán so với 1 mặt tham chiếu đã

chọn (m).
+ href : Độ sâu tham chiếu của áp lực thiết kế so với 1 mặt tham chiếu đã
chọn (m) - chiều cao chênh áp lực.
Ta chọn điểm tính toán như sau:
-

Chọn điểm tính toán là tại đáy biển nên ta lấy hl = 0 (m)

-

Áp lực thiết kế được đo thượng tầng nên ta có href = HCT

Cao độ thượng tầng được tính bằng công thức:
HCT = do + d1 + H1 Hmax + Δ

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

17


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

Với:






do : Độ sâu nước trung bình do = 65 (m)
d1: Biên độ triều dâng d1 = 1.3 (m)
H1: Chiều cao nước dâng do bão b = 1.8 (m)
Hmax: Chiều cao sóng lớn nhất, ở đây lấy bằng chiều cao

sóng đáng kể của hướng sóng NE: Hs = 8.5 (m);
 : Hệ số lấy theo lý thuyết sóng, theo lý thuyết sóng
Stockes bậc 5,
 Δ: Khoảng cách dự trữ, Δ = 1,5 (m)
Suy ra: href = 65 + 1,3 + 1,8 + 0,7 . 8,5 + 1,5 = 75,55 (m)
+ Pd: Áp lực trong thiết kế (N/m2)
Theo bảng 1.6 ta có pd = 60 (at) = 5883990 (N/m2)
+  inc Là tỉ số giữa áp lực sự cố và áp lực thiết kế ( hệ số kể đến sự tăng
hoặc giảm 1 cách ngẫu nhiên của áp lực thiết kế)
Theo bảng 3-1 page 30 – Sec 3 DnV-OS-F101 inc= 1,00  1,10. Với hệ
thống đường ống biển trong giai đoạn vận hành, ta có inc = 1,1
+ pt: Áp lực trong giai đoạn thử áp lực, pt thông thường được quy định
bởi chủ đầu tư dự án.
Theo page 42 – Sec 5 DnV-OS-F101, ứng với độ an toàn trung bình hoặc
cao, ta lấy pt = 1,05 pinc.
Thay số vào 2 công thức 2.2 và 2.3 ta có:
Áp lực trong ống ở trạng thái vận hành:
pli  pd . inc   cont .g.  hRef  hl   5883990 �1,1  630 �9,81� 75,55  0   6939310.7 ( N / m 2 )

Áp lực trong ống ở trạng thái thử áp:

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

18


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

plt  1, 05 pinc  t .g .  hRef  hl   1.05 �pd . inc  t .g .  hRef  hl 
=1.05 �1.1 �5883990 + 1025 �9.81 �(75.55 - 0) = 7555682.6 (N/m 2 )

2.2.2.2

. Tính áp lực ngoài pe
Pe   .g .hmin

(2.4)

Trong đó:
+ : mật độ của nước biển = 1025 (kg/m3)
+ g: gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2)
+ hmin : Độ sâu nước thấp nhất ứng với vị trí tại đáy sóng, khi triều kiệt
và không có nước dâng do bão.
hmin  d 0  d 2  H 2   .H max

(2.5)

Trong đó
+ do: Độ sâu nước trung bình, do = 65 (m)
+ d2 : Biên độ triều hạ, d2 = 1,1 (m)
+ H2 : Chiều cao nước hạ do bão, H2 = 1,0 (m)
+  : Hệ số lấy theo lý thuyết sóng. Tính theo lý thuyết sóng Stockes bậc 5
lấy =0,7;
+ Hmax : Chiều cao sóng lớn nhất (m), ở đây lấy bằng chiều cao sóng đáng kể
theo hướng sóng NE:
 Giai đoạn vận hành: sử dụng thông số sóng 100 năm
 Giai đoạn thử áp lực: sử dụng thông số sóng 1 năm
Thay số vào công thức (2.5) ta có:
ăm
hm100 n
 65  1.1  1.0  0.7 �8.5  56.95(m)
in

1 năm
hmin
 65  1.1  1.0  0.7 �1.7  61.71( m)

Thay số vào công thức (2.4) ta có:

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

19


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

Trong trạng thái vận hành:
pe  1025 �9.81 �56.95  572646.5 (N/m2)

Trong trạng thái thử áp:
pe  1025 �9.81 �61.71  620509.5 (N/m2)

Bảng 2.2:Liệt kê kết quả tính toán áp lực ngoài pe
Giai đoạn

do (m)

d2 (m)

H2 (m)

Hsmax (m)

hmin (m)

pe (N/m2)

Vận hành

65

1.1

1.0

8.5

56.95

572646.5

Thử áp lực

65

1.1

1.0

1.7

61.71

620509.5

2.2.2.3. Tính toán áp lực tới hạn trong ống
Công thức tính toán:
pb (t1 ) 

2�
t1
2
�f cb �
D  t1
3

(2.6)

Trong đó:


D: Đường kính ngoài danh định của ống thép , D = 324 (mm) = 0.324
(m)



t1: Chiều dày tính toán của ống thép (m)
Điều kiện thử áp lực thì: t1 = t - tfab

(2.7)

Điều kiện vận hành thì:

(2.8)

t1 = t - tfab - tcorr

Với :


t: Chiều dày cần thiết để đường ống chịu được áp lực trong (m)



tfab: Chiều dày thép ống dự trữ kể đến sai số do quá trình chế tạo (m)
tfab phụ thuộc vào phương pháp chế tạo ống (đúc, hàn,..) và chiều

dày của ống.

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

20


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

Theo bảng 7-18 sec 7, DNV-OS-F101 2010, với ống thép đúc thì tfab
phụ thuộc vào chiều dày ống như sau:
Bảng 2.3: Chiều dày dự trữ của ống thép do chế tạo tfab
Phương pháp chế tạo

Đúc



Chiều dày ống (mm)

t

fab

(mm)

t < 4.0

+0.6mm – 0.5mm

4.0 < t < 10.0

+0.15t – 0.125t

10.0 < t < 25.0

+0.125t

t > 25.0

+0.1t or 3.7mm

tcorr : chiều dày dự trữ của ống thép do ăn mòn (mm), theo Sec 6
- D203 - page 61 – DnV OS 10, chiều dày ăn mòn tối thiểu cho
ống thép là tcorr = 3 mm.

tcorr

phụ thuộc vào khả năng đường ống bị ăn mòn: chất vận

chuyển, môi trường xung quanh,... Do chất vận chuyển trong ống là
Oilgas, là chất có chứa nhiều tạp chất, dễ xảy ra các phản ứng hóa học
gây ăn mòn, vì vậy khả năng bị ăn mòn đường ống cao nên ta thiên về an
toàn ta chọn chiều dày chống ăn mòn cho ống là tcorr = 5 (mm) = 0.005
(m).


fcb : Cường độ tính toán của thép (N/m2)
f �
�
f cb  Min �f y , u �
� 1,15 �

(2.9)

Với fy , fu : là ứng suất chảy và ứng suất kéo đứt của thép có kể đến yếu
tố giảm cường độ do nhiệt độ (N/m2)

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

21


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

fy = (SMYS –fy,temp).U

(2.10)

fu = (SMTS –fu,temp).U

(2.11)

Ta có :
-

SMYS của thép = 358 (Mpa) = 358 106 (N/m2)

-

SMTS của thép = 455 (Mpa) = 455 106 (N/m2)

-

fy,temp: Phần giảm ứng suất chảy dẻo đặc trưng do nhiệt (N/m2)

-

fu,temp: Phần giảm khả năng chịu kéo đặc trưng do nhiệt (N/m2)

Theo hình 2 , sec 5, DNV-OS-F101 2010, fy,temp , fu,temp được xác định như
sau :

Hình 2.3 : Biểu đồ xác định fy,temp, fu,temp
Ta lựa chọn thành phần vật liệu chính của ống thép là Mn - C, nhiệt độ
ống thép được lấy bằng nhiệt độ chất vận chuyển t = 90o từ biểu đồ ta có:
fy,temp , fu,temp = 25 (Mpa) = 25 106 (N/m2)
-

U : hệ số độ bền cường độ vật liệu:

Theo bảng 5.6 sec 5, DNV-OS-F101 2010, ta có
Bảng 2.4 : Hệ số độ bền cường độ vật liệu
Hệ số

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

Điều kiện bình thường

Khi có yêu cầu bổ sung

22


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

U

0,96

1,00

Với bài toán này, không nhắc đến yếu tố đảm bảo cam kết cường độ vật liệu, nên
thiên về an toàn ta chọn U = 0,96.
Thay số vào công thức (2.10), (2.11):
f y  ( SMYS  f y ,temp ) �U  (358 �106  25 �106 ) �0.96  319.68 �106 ( N / m 2 )
f u  ( SMYS  f u ,temp ) �U  (455 �106  25 �106 ) �0.96  412.8 �106 ( N / m 2 )
� f �
f cb  Min �f y ; u � Min(319.68 �106 ;358.95 �106 )  319.68 �106 ( N / m 2 )
� 1.15 �
Suy ra:

2.2.2.4. Xác định hệ số phụ thuộc vào cấp an toàn 

sc

Hệ số phụ thuộc vào độ bền của kết cấu hay cấp độ an toàn, đ ược xác định
theo : Table 5-5, Page 44-Sec.5 và Table 2-1~2-4, Page 28-Sec.2, DnV-OS-F101-2010.
Với chất vận chuyển là Oilgas thuộc loại chất B trong Table 2.1, chất cháy được
,hoặc có chứa thành phần độc hại ở dạng lỏng trong điều kiện nhiệt độ và áp suất khí
quyển: sản phẩm dầu khí ... Tiếp tục tra Table 2.4, trong trường hợp thử áp hệ số an
toàn trong 2 vùng 1 và 2 đều lấy với hệ số an toàn thấp. Còn trong trường hợp vận
hành thì đối với vùng 2 (500m gần dàn) lấy với hệ số an toàn cao còn vùng 1 (từ 500m
xa dàn) lấy với hệ số an toàn trung bình. Kết hợp với Table 5-5, Page 44-Sec.5 DnVOS-F101-2010. Ta có  SC được xác định như sau:

Bảng 2.5. Bảng xác định hệ số  SC
Giai đoạn
Thử áp lực
Vận hành

Vùng

Cấp an toàn

 sc

1

Thấp

1.046

2

Thấp

1.046

1

Trung bình

1.138

2

Cao

1.308

2.2.2.5. Xác định hệ số độ bền của vật liệu m
Trong đồ án này ta tính toán với TTGH cực hạn (ULS) được xác định theo :
Table 5-4, Page 44-Sec.5, DnV-OS-F101-2010.

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

23


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

+ SLS: trạng thái giới hạn vận hành
+ ULS: trạng thái giới hạn cực hạn
+ ALS: trạng thái giới hạn sự cố
+ FLS: trạng thái giới hạn mỏi
Bảng 2.6. Hệ số độ bền phụ thuộc vào trạng thái giới hạn
Trạng thái giới hạn

SLS/ULS/ALS

FLS

m

1.15

1.00

Từ đây ta xác định được  m = 1.15.
2.2.2.6. Kết quả tính toán
Ta có kết quả tính toán chiều dày của ống cho trong trường hợp chịu áp lực
trong với 2 trường hợp tính toán là vận hành và thử áp lực :
Bảng 2.7. Bảng tổng hợp kết quả tính chiều dày thành ống theo quy phạm DnV.

Trạng thái

VẬN
HÀNH

Vùng

Áp lực
trong Pi
(N/m2)

Áp lực
ngoài Pe
(N/m2)

fcb (N/m2)

sc

m

D (mm)

t1 (mm)

1

6939310.7

572646.5

3.2E+08

1.138

1.15

324

3.61

2

6939310.7

572646.5

3.2E+08

1.308

1.15

324

4.15

1

7555682.6

620509.5

3.2E+08

1.046

1.15

324

3.62

2

7555682.6

620509.5

3.2E+08

1.046

1.15

324

3.62

THỬ ÁP

Trong đó tmin được xác định theo mục 2.2.2.3:
Trong trạng thái vận hành: công thức (2.8)

Vùng 1: t1 = 3,61 (mm) = t – 0,125t – 5 =>

Vùng 2: t1 = 4,15 (mm) = t – 0,125t – 5 =>

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

t

3, 61  5
 9,84 (mm)
0,875

t

4,15  5
 10, 45 (mm)
0,875

24


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BỘ MÔN KTCTB & ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA

CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG VÀ DẦU KHÍ

Trong trạng thái thử áp: công thức (2.7)

Vùng 1: t1 = 3.62 (mm) = t – 0.125t =>

Vùng 2: t1 = 3.62 (mm) = t – 0.125t =>

t

3.62
 4.13 (mm)
0.875

t

3.62
 4.13 (mm)
0.875

� Chiều dày tối thiểu của đường ống thép là tmin = Max (ti) = 10.45 (mm)

Kết hợp với bảng quy cách ống thép theo API-5L-2004 ta tra được chiều dày ống như
sau:
Bảng 2.8: Bảng quy cách ống thép theo API-5L-2004

D = 324 (mm) = 12.75 (in) suy ra tmin = 0.438 (in) = 11.125 (mm) > 10.45 (mm)
=> Thỏa mãn điều kiện.
Kết luận: Vậy chiều dày ống thép tối thiểu tính theo DNV-OS-F101 2010 là 11.125
(mm)
2.3. Kiểm tra khả năng đảm bảo ổn định đàn hồi của ống
2.3.1. Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của đường ống

NHÓM 1 - Lớp 59CB2

25