深水S型管道鋪設(shè)力學(xué)問題的研究.pdf

1、海底管道是海洋油氣集輸過程的重要環(huán)節(jié),是海洋開發(fā)建設(shè)工程的重要組成展。但由于起步較晚,相關(guān)技術(shù)研究及工程應(yīng)用還較為薄弱,亟需對(duì)鋪管過程進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究,以適應(yīng)國內(nèi)鋪管市場的變化。
　　 作為對(duì)鋪管技術(shù)理論研究部分,本文開發(fā)了深水海底管道鋪設(shè)力學(xué)模型。該模型可綜合考慮海浪、海流及施工載荷影響,計(jì)算管道鋪設(shè)參數(shù)及托管架設(shè)計(jì)要素,具體研究內(nèi)容包括:
　　 1)海洋管道鋪設(shè)過程中的變形問題是管道鋪設(shè)的關(guān)鍵問題。鋪設(shè)中的海洋管道

2、一端置于海底,另一端依托于船體,中間存在一段很長的懸跨段,彎曲變形很大,并且受力情況復(fù)雜,在施工過程中必須隨著海洋環(huán)境因素的變化,改變施工參數(shù)以保證管道發(fā)生屈服現(xiàn)象。本文介紹了鋪管靜力特性的計(jì)算過程以及其中的一些基本假設(shè),并對(duì)S型鋪管工藝進(jìn)行了參數(shù)分析,總結(jié)了張緊器張力、管道極限鋪設(shè)水深和管道鋪設(shè)形態(tài)的規(guī)律,為鋪管設(shè)備參數(shù)的選取,包括張緊器拉力、托管架的結(jié)構(gòu)形式、AR絞車?yán)μ峁┝朔治鲆罁?jù)。
　　 2)托管架是S型管道鋪設(shè)的關(guān)鍵

3、設(shè)備之一,其主要作用是控制管道脫離船體的曲率,使其保證在安全的范圍內(nèi),進(jìn)而確保管道不會(huì)由于過度彎曲而產(chǎn)生屈服或者斷裂,這一點(diǎn)在深水以及超深水的情況下尤為重要。在管道鋪設(shè)工程中一般考慮四個(gè)方面的因素:即可鋪設(shè)管徑、可鋪設(shè)深度、作業(yè)速度以及可工作工期。針對(duì)鋪設(shè)能力的要求,本文對(duì)托管架在鋪設(shè)過程中的受力情況進(jìn)行了研究。綜合管道力學(xué)的分析,可完成鋪管系統(tǒng)的總體布置,包括船體和托管架鋪管設(shè)備的有效組合,確定托管架起升、固定形式、主要尺寸以及與船體

4、的連接。
　　 3)針對(duì)深水鋪管管道動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)張緊力系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的問題建立了力學(xué)分析模型,并利用有限元方法進(jìn)行了計(jì)算及分析。從分析結(jié)果得到以下結(jié)論:深水鋪設(shè)作業(yè)下,由于管道懸垂段較長,管道整體剛度降低,在波浪載荷作用下將產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)響應(yīng),對(duì)張緊器的恒張力控制系統(tǒng)提出較高要求。因此因作為鋪管設(shè)備設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)考慮的要素;改變張緊力大小可改變同等作業(yè)條件下管道的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,將張力的脈動(dòng)控制在張緊器的靜帶區(qū)間下,從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)