深水S型管道鋪設力學問題的研究.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)建設工程的重要組成展。但由于起步較晚,相關技術研究及工程應用還較為薄弱,亟需對鋪管過程進行系統(tǒng)深入的研究,以適應國內鋪管市場的變化。
　　 作為對鋪管技術理論研究部分,本文開發(fā)了深水海底管道鋪設力學模型。該模型可綜合考慮海浪、海流及施工載荷影響,計算管道鋪設參數及托管架設計要素,具體研究內容包括:
　　 1)海洋管道鋪設過程中的變形問題是管道鋪設的關鍵問題。鋪設中的海洋管道

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,改變施工參數以保證管道發(fā)生屈服現象。本文介紹了鋪管靜力特性的計算過程以及其中的一些基本假設,并對S型鋪管工藝進行了參數分析,總結了張緊器張力、管道極限鋪設水深和管道鋪設形態(tài)的規(guī)律,為鋪管設備參數的選取,包括張緊器拉力、托管架的結構形式、AR絞車拉力提供了分析依據。
　　 2)托管架是S型管道鋪設的關鍵

3、設備之一,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,進而確保管道不會由于過度彎曲而產生屈服或者斷裂,這一點在深水以及超深水的情況下尤為重要。在管道鋪設工程中一般考慮四個方面的因素:即可鋪設管徑、可鋪設深度、作業(yè)速度以及可工作工期。針對鋪設能力的要求,本文對托管架在鋪設過程中的受力情況進行了研究。綜合管道力學的分析,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)針對深水鋪管管道動態(tài)響應對張緊力系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的問題建立了力學分析模型,并利用有限元方法進行了計算及分析。從分析結果得到以下結論:深水鋪設作業(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生較大的動態(tài)響應,對張緊器的恒張力控制系統(tǒng)提出較高要求。因此因作為鋪管設備設計過程中重點考慮的要素;改變張緊力大小可改變同等作業(yè)條件下管道的動態(tài)響應特性,將張力的脈動控制在張緊器的靜帶區(qū)間下,從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)