基于船舶抛锚动态仿真的海底管道损伤研究

发布时间：2020-05-03 21:09

【摘要】：海底铺设的油气管道在油气资源输送的过程中发挥着非常重要的作用。海底管道具有运输量大、安全、快速等特点,使得海底管道广泛应用在世界各国的油气运输工程中。近年来,随着我国对石油、天然气等资源的需求量越来越大,海底管道的铺设里程也在逐渐增长。作为海洋油气生产系统的“生命线”,海底管道一旦发生破损、泄漏等事故,不但会让油气公司付出巨大的经济代价,还会对管道水域周围的生态环境造成严重的污染,带来恶劣的社会影响。由于埋设海底管道的成本较高,而且海底管道极易受到船舶意外抛锚破坏。在这种背景下,研究船舶抛锚的动态过程,从而确定海底管道的最小安全埋深,既能使管道免受锚击损害又可以大大节约铺设成本,具有十分重要的现实意义。本文通过设计投锚入水的物理模型试验以及建立锚由空气入水直至贯入海床的有限元仿真试验,通过理论计算和数值模拟相结合的方式来研究当海底管道受到抛锚撞击载荷时,海底管道损伤程度的大小。具体工作如下:首先,设计并开展霍尔锚自由落体入水的物理模型试验。研究投锚高度及锚的质量对霍尔锚在水中运动速度变化的影响,利用物模试验测得的霍尔锚在水中的运动速度,计算出霍尔锚的流体阻力系数。基于相同形状物体的流体阻力系数相同,用此系数推算出不同重量的霍尔锚在水中匀速运动的速度,进而对数值模拟试验仿真出的速度进行验证。其次,建立霍尔锚以初速度为0的状态从空气自由落体入水的有限元仿真模型。基于ANSYS/LS-DYNA软件分析霍尔锚在水中的运动情况,通过改变锚重、抛锚高度以及水深条件,探究以上因素对锚触底速度的影响,并计算出霍尔锚的触底速度。将仿真试验得出的速度与通过物模试验得出的速度进行对比,当两者差别较小时,则证明仿真试验的建模以及计算是可靠的,从而为下一步仿真试验的开展奠定基础。最后,建立霍尔锚贯入海床的有限元仿真模型。基于ANSYS/LS-DYNA软件建立锚-海水-海床-管道的有限元模型,模拟锚贯入海床的整个动态过程,分析该过程中管道所受的应力变化情况。并且设计仿真试验,探究不同因素对管道损伤的影响程度,从而确定特定工况下海底管道免受锚击破坏的最小安全埋深。本文的研究结果可以为实际工程中管道的铺设及确定管道的最小安全埋深提供理论依据。
【图文】：

霍尔锚模型

投锚物模试验装置
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U675.922;P756.2

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 高雷;;探讨海底管道防护技术及安全措施[J];建设监理;2018年11期

2 陈鹏;;运营期海底管道检测方法分析与探讨[J];山西建筑;2019年11期

3 王豪巍;;海底管道路由勘察及状态评估技术分析[J];石化技术;2018年10期

4 骆寒冰;季红叶;刘鑫;边大勇;贾璐瑾;;基于半定量方法的深水海底管道应急维修风险评估研究[J];中国海洋平台;2016年05期

5 阳连丰;张晓健;;湿式回收技术在海底管道修复过程中的应用[J];海洋工程装备与技术;2016年04期

6 黄必桂;雷方辉;李家钢;石新刚;王俊勤;李强;;海洋石油平台附近已建海底管道探测方法概述[J];中国海洋平台;2016年03期

7 崔少敏;;海底管道悬跨分析中部分计算参数对结果的敏感性分析[J];化学工程与装备;2017年03期

8 崔少敏;;海底管道悬空处理措施研究[J];化学工程与装备;2017年04期

9 黄宇立;杨东全;路平;李学勋;;组合载荷下单缺陷腐蚀海底管道的安全分析[J];腐蚀与防护;2017年04期

10 孟宪阔;严天赦;;常用海底管道探测技术比较分析[J];港工技术;2017年02期

相关会议论文 前10条

1 文潇;白莉;李晓东;王继鹏;;海底管道的冲蚀机理分析及试验研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

2 汪宁;高福平;;多向荷载联合作用下的海底管道与黏性海床土体相互作用模型[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

3 陈海龙;;海底管道广义横向稳定性分析方法的应用[A];中国航海科技优秀论文集（2013）[C];2014年

4 霍文星;戚焕彬;耿立国;丛岩;;斜拉跨越技术在海底管道交叉铺设中的应用[A];2014年第三届中国海洋工程技术年会论文集[C];2014年

5 陈海龙;;有限元分析方法在双层海底管道的热膨胀分析中的应用[A];海洋工程论文集[C];2014年

6 吴佩珍;张玉;段梦兰;;拖网板对海底管道的撞击损伤评估分析[A];第十七届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（上）[C];2015年

7 来向华;马建林;潘国富;傅晓明;陆晓鸣;;多波束测深系统波束角对海底管道探测影响[A];第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（上册）[C];2009年

8 夏日长;潘晓东;;海底管道高温高压屈曲分析[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年

9 黄钰;王伟;;动态分析在深水海底管道S型铺设中的研究与应用[A];中国海洋石油总公司第三届海洋工程技术年会论文集[C];2012年

10 杨凤香;王东宝;;东海平湖油气田海底管道抢修应急预案[A];2008年度海洋工程学术会议论文集[C];2008年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 陈佳南 通讯员 夏小健;数千公里海底管道迎来专业“医生”[N];中国船舶报;2018年

2 吴倩;首套海底管道超声波内检测器研制成功[N];中国能源报;2019年

3 记者 吴莉;我国首艘海底管道巡检船交付[N];中国能源报;2018年

4 本报记者 楚海虹;千里“福气”润香江[N];中国石油报;2016年

5 夏小健 陈小瑜;我国首艘海底管道巡线船开建[N];中国船舶报;2017年

6 记者 黄晓芳;我国海底管道结束“洋检测”[N];经济日报;2015年

7 通讯员 解微 蓝海洋 孙婷;松戈松戈岛至索曼加海底管道投产[N];石油管道报;2016年

8 本报记者 郭俊国 张鹰;在高要求下发展海底管道用管[N];中国冶金报;2016年

9 王若影 熊鑫;海底管道“洋体检”时代将被终结[N];中国航天报;2015年

10 记者 吴莉;中国结束海底管道“洋检测”时代[N];中国能源报;2015年

相关博士学位论文 前10条

1 刘怀增;海底管道锚击损伤后果评价与预警研究[D];中国地质大学;2017年

2 郭士清;深水管道多功能机具切割与作业稳定性研究[D];哈尔滨工程大学;2016年

3 魏宗亮;卡压式海底管道连接器临界密封条件力学分析及密封性能优化[D];哈尔滨工程大学;2017年

4 刘宇涛;海底管道完整性管理中偶然荷载的风险评估和决策研究[D];上海交通大学;2015年

5 张恩勇;海底管道分布式光纤传感技术的基础研究[D];浙江大学;2004年

6 邵剑文;海底管道的健康监测系统与评估研究[D];浙江大学;2006年

7 吴钰骅;海底管道—流体—海床相互作用机理和监测技术研究[D];浙江大学;2007年

8 张宗峰;海底管道在位稳定性研究[D];天津大学;2015年

9 王雷;海底管道悬空检测及治理技术研究[D];中国石油大学(华东);2014年

10 张琦;大容量高保真海底管道超声检测数据处理技术研究[D];上海交通大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 徐风;海底管道（桩）局部冲刷数值模拟研究[D];上海交通大学;2017年

2 蒋岚岚;单点系泊输油终端海底管道结构设计[D];上海交通大学;2016年

3 欧阳颖;基于船舶抛锚动态仿真的海底管道损伤研究[D];武汉理工大学;2018年

4 段安琪;腐蚀海底管道安全评价方法的研究[D];中国石油大学(华东);2017年

5 闫志强;海底管道波流耦合分析及软件开发[D];天津大学;2018年

6 陈志诚;基于磁阵列的海底管道探测技术研究[D];杭州电子科技大学;2018年

7 赵旭;深海海底输油管道热—结构耦合级地震响应分析[D];东北石油大学;2018年

8 李贵修;分布浮力式海底管道的体系可靠度分析与优化[D];大连理工大学;2018年

9 刘厚法;点腐蚀海底管道夹具维修的适用性研究[D];中国石油大学（北京）;2017年

10 陈达兴;缺陷海底管道结构失效及风险评估研究[D];天津大学;2018年

，

本文编号：2648129