單重保溫海底管道理論分析及試驗研究.pdf

1、海底管道作為海洋油氣資源開發(fā)和運輸?shù)纳€，起著連接海上油氣開采和陸上加工處理的樞紐作用。海底管道的投資往往在整個油氣田項目中占有舉足輕重的地位，如何合理地降低管道的造價并且保證其安全運行，是個長久以來具有挑戰(zhàn)性的課題。我國海上原油大多含蠟量較高，具有較高的傾點和粘度，在管道輸送時經常需要保溫措施。傳統(tǒng)使用的雙重管道能夠滿足保溫以及工程力學要求，但其缺點是鋼材有近三分之二浪費在僅起保溫和保護作用的外層鋼管上。此外，焊接雙重管道的速度慢，

2、大大增加了施工船機設備的臺班費用，而且維護修理難度較大。單重保溫管道則省去外層鋼管，代之以保溫層和防護層，可以節(jié)約大量昂貴的鋼材。此外，單重管道在鋪設時只需焊接一層鋼管，大大提高了施工速度。本文以兩個實際工程項目為依托，參考國外已有的實際經驗和研究成果，進行了大量的試驗研究和理論分析，并將所得到的試驗結論和研究成果用于指導實際工程，旨在加快單重保溫管道在我國的應用。 ㈠在參考國內外已有的經驗和成果的基礎上，對保溫材料進行了抗壓和

3、抗剪能力的物理性能試驗，測定出其主要的力學指標。采用全比尺試件進行室內試驗，測定出單重管層間的抗剪強度指標以及管道抗壓性能指標。在鋪管船上進行的現(xiàn)場全比尺試驗是對單重管道鋪設的模擬和演練，對試驗過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象進行了理論分析和數(shù)值計算，以達到改善設計和優(yōu)化施工的目的。 ㈡對管道鋪設進行了理論分析，參考已有的成果得出奇異攝動解，并采用牛頓割線迭代法將其實現(xiàn)為計算程序代碼，計算出管道在鋪設時的變形和內力。對單重保溫管道在施工以及運行

4、期間的層間剪切力進行了校核，提出了一套簡化的計算模型和計算方法，并將此成果成功用于指導工程實踐。采用有限元軟件，對管道在進行鋪設時受張緊器的壓夾作用進行了仿真模擬，計算出其安全儲備情況。從彈性理論出發(fā)對管道在靜水壓力作用下進行了壓潰分析，并采用有限元軟件對管道進行了線性和非線性屈曲分析。管道膨脹彎的吊裝方案采用有限元軟件對三種方案進行比較而達到優(yōu)化的目的。對管土相互作用這一專項進行了研究，并將UWAPIPE模型進行了改進，并將其作為宏單