深水S型铺管作业中管线受力计算研究
发布时间：2020-12-11 14:15
目前，海底管道的铺设主要依靠铺管船完成。为了避免铺管作业过程中管道悬跨段发生屈服或断裂，保证作业安全及提高作业效率，开展管道变形及受力分析是十分必要的。本文以S型铺管为研究对象，主要开展了以下几方面的工作：首先，本文对国内外的相关现状特别是S型铺管方面的研究现状进行了详细的分析和论述，将管道模型细分为上弯段、中间段及下弯段；然后分别采用梁的弯曲理论及刚悬链线理论作为计算中间段及下弯段内力分布的基本理论，同时将管道上弯段简化为一条理想圆弧；在此基础上应用Matlab对静力分析过程进行了数值模拟，开发了计算分析程序，并将开发程序的计算结果与前人利用OFFPIPE专业软件所计算的结果进行了对比分析，证实了编制程序的可用性；在算例的对比分析之后对深水S型铺管中关键性的参数做了一些参数敏感性分析，找出了深水S型铺管的受力特点和变化规律。本文在静力计算的基础上，利用Morison公式计算海流和波浪对海底管道的作用力，进而计算分析流速大小及波浪作用对海底管道铺设形态和内力分布的影响；在此基础上，计入船舶运动对铺管作业的影响，将铺管船运动简化为一维垂荡运动，并利用Newmark-β法对海底管道的动力响...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拖曳式铺管法
根据全球铺管的工程经验，铺管船法铺设海底管道时，主要有三种，即卷管式铺管、J 型铺管法以及 S 型铺管法[8]。 卷管式铺管法卷管式铺管法是 20 世纪开始发展起来的一种新型的铺管法，这种铺管法是将管道陆地预制场上接长，然后卷在专用滚筒上，送到海上进行铺设施工的方法。该方法的点是 99.5％的焊接工作可以在陆地完成，海上铺设时间短，成本低，每段管道可连续设，作业风险小。每个专用的卷管滚筒都和特定的铺管船一起搭配使用，普通卷管的径可以从 2 英寸到 12 英寸不等，单层管的最大铺设管径可以达到 16 英寸，最大作业深可以达到 1800m。这种铺管法需要的主要设备包括：陆地接长预制场地、卷管滚筒、道矫直器、铺管船和其他常规施工机具设备等。目前卷管式铺管船有水平式和垂直式两种。水平式卷管铺管船，如图 1.2（a）所示，转动轴垂直于铺管船甲板，适用于浅水或中等水深作业；垂直式卷管铺管船，如图 1.2b）所示，其转动轴与铺管船甲板保持水平，适用于中等水深或深水作业。
法一般在铺管船尾部会增加一个圆弧形托管架，管道将在托管架支撑作用下自然地弯成 S 型曲线而得名。根据受力特点的不同通常被划分为三个部分：（1）上弯段：从张器出发至管道与托管架分离点之间的管线部分；（2）下弯段：从反弯点至与海床接触之间悬起的部分；（3）中间段：上弯段与下弯段之间的趋于直线部分。另外，有些情下也可能的将其分成两个部分，即拱弯段和垂弯段。拱弯段一般是指从铺管船上的张器出发到反弯点的一段称为拱弯段；垂弯区是从反弯点出发至海床接触点之间的一段在拱弯段内，管道一般是依靠调节滑道支撑和托管架的曲率来控制拱弯段的曲率和弯应力，而在垂弯段则是通过沿生产线放置的张紧器产生后拖力来控制管道曲率。S 型铺管法的主要特点在于管道在铺管船上是水平焊接的，可以通过调整焊接站数量来控制铺管速度；在铺管过程中不但需要托管架来控制管道脱离铺管船时的曲率况以及通过张紧器提供巨大的水平张力，而且随着铺设水深的增加可能需要使托管架长度增大以保证船体稳定性要求。然而对于铺管作业来说不仅需要安全稳定而且效率要高所以这种铺管船法一般需要安排一艘或者多艘起重抛锚拖轮来支持铺管作业。
【参考文献】：
期刊论文
[1]对海底管线的铺设方法的探讨[J]. 佟玉军. 硅谷. 2011(04)
[2]海底管道铺设技术研究进展[J]. 党学博,龚顺风,金伟良,李志刚,赵冬岩,何宁. 中国海洋平台. 2010(05)
[3]深水海底管道S型铺设参数敏感性分析[J]. 龚顺风,何勇,周俊,金伟良,李志刚,赵冬岩,何宁. 海洋工程. 2009(04)
[4]悬空输油管道的地震动力反应分析[J]. 许萍,李著信,高松竹. 管道技术与设备. 2006(04)
[5]能源系统可持续发展动力学分析[J]. 孙文秀,赵媛. 能源研究与利用. 2004(01)
[6]海底悬跨管道动力响应的试验研究和数值模拟[J]. 李昕,刘亚坤,周晶,马恒春. 工程力学. 2003(02)
[7]文昌油田深水管道安装技术[J]. 朱绍华. 中国海上油气.工程. 2003(01)
[8]海底管道铺设的力学分析[J]. 曾晓辉,柳春图,邢静忠. 力学与实践. 2002(02)
[9]大直径薄壁管道浅海铺设时的空间形态和应力分布[J]. 何炎平,邓德衡,谭家华. 中国海上油气.工程. 2001(04)
[10]三维随机海浪的数值模拟[J]. 白连平,陈秀真. 海洋工程. 2000(04)
博士论文
[1]海底管线管跨结构涡致耦合振动的数值模拟与实验研究[D]. 王国兴.中国海洋大学 2006
硕士论文
[1]超深水顶端张紧式钻井隔水管结构与VIV疲劳分析[D]. 高峰.哈尔滨工程大学 2010
[2]深水S型托管架设计中的力学问题研究[D]. 吕伟.大连理工大学 2009
[3]深水铺管船管道力学特性研究[D]. 黄孝强.大连理工大学 2008
[4]深水海底管道S型铺管形态及施工工艺研究[D]. 周俊.浙江大学 2008
[5]锚索动力学分析[D]. 胡学军.华中科技大学 2007
[6]非线性有限元法在海底管道铺设中的应用[D]. 马锐.大连理工大学 2006
本文编号：2910676
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拖曳式铺管法
根据全球铺管的工程经验，铺管船法铺设海底管道时，主要有三种，即卷管式铺管、J 型铺管法以及 S 型铺管法[8]。 卷管式铺管法卷管式铺管法是 20 世纪开始发展起来的一种新型的铺管法，这种铺管法是将管道陆地预制场上接长，然后卷在专用滚筒上，送到海上进行铺设施工的方法。该方法的点是 99.5％的焊接工作可以在陆地完成，海上铺设时间短，成本低，每段管道可连续设，作业风险小。每个专用的卷管滚筒都和特定的铺管船一起搭配使用，普通卷管的径可以从 2 英寸到 12 英寸不等，单层管的最大铺设管径可以达到 16 英寸，最大作业深可以达到 1800m。这种铺管法需要的主要设备包括：陆地接长预制场地、卷管滚筒、道矫直器、铺管船和其他常规施工机具设备等。目前卷管式铺管船有水平式和垂直式两种。水平式卷管铺管船，如图 1.2（a）所示，转动轴垂直于铺管船甲板，适用于浅水或中等水深作业；垂直式卷管铺管船，如图 1.2b）所示，其转动轴与铺管船甲板保持水平，适用于中等水深或深水作业。
法一般在铺管船尾部会增加一个圆弧形托管架，管道将在托管架支撑作用下自然地弯成 S 型曲线而得名。根据受力特点的不同通常被划分为三个部分：（1）上弯段：从张器出发至管道与托管架分离点之间的管线部分；（2）下弯段：从反弯点至与海床接触之间悬起的部分；（3）中间段：上弯段与下弯段之间的趋于直线部分。另外，有些情下也可能的将其分成两个部分，即拱弯段和垂弯段。拱弯段一般是指从铺管船上的张器出发到反弯点的一段称为拱弯段；垂弯区是从反弯点出发至海床接触点之间的一段在拱弯段内，管道一般是依靠调节滑道支撑和托管架的曲率来控制拱弯段的曲率和弯应力，而在垂弯段则是通过沿生产线放置的张紧器产生后拖力来控制管道曲率。S 型铺管法的主要特点在于管道在铺管船上是水平焊接的，可以通过调整焊接站数量来控制铺管速度；在铺管过程中不但需要托管架来控制管道脱离铺管船时的曲率况以及通过张紧器提供巨大的水平张力，而且随着铺设水深的增加可能需要使托管架长度增大以保证船体稳定性要求。然而对于铺管作业来说不仅需要安全稳定而且效率要高所以这种铺管船法一般需要安排一艘或者多艘起重抛锚拖轮来支持铺管作业。
【参考文献】：
期刊论文
[1]对海底管线的铺设方法的探讨[J]. 佟玉军. 硅谷. 2011(04)
[2]海底管道铺设技术研究进展[J]. 党学博,龚顺风,金伟良,李志刚,赵冬岩,何宁. 中国海洋平台. 2010(05)
[3]深水海底管道S型铺设参数敏感性分析[J]. 龚顺风,何勇,周俊,金伟良,李志刚,赵冬岩,何宁. 海洋工程. 2009(04)
[4]悬空输油管道的地震动力反应分析[J]. 许萍,李著信,高松竹. 管道技术与设备. 2006(04)
[5]能源系统可持续发展动力学分析[J]. 孙文秀,赵媛. 能源研究与利用. 2004(01)
[6]海底悬跨管道动力响应的试验研究和数值模拟[J]. 李昕,刘亚坤,周晶,马恒春. 工程力学. 2003(02)
[7]文昌油田深水管道安装技术[J]. 朱绍华. 中国海上油气.工程. 2003(01)
[8]海底管道铺设的力学分析[J]. 曾晓辉,柳春图,邢静忠. 力学与实践. 2002(02)
[9]大直径薄壁管道浅海铺设时的空间形态和应力分布[J]. 何炎平,邓德衡,谭家华. 中国海上油气.工程. 2001(04)
[10]三维随机海浪的数值模拟[J]. 白连平,陈秀真. 海洋工程. 2000(04)
博士论文
[1]海底管线管跨结构涡致耦合振动的数值模拟与实验研究[D]. 王国兴.中国海洋大学 2006
硕士论文
[1]超深水顶端张紧式钻井隔水管结构与VIV疲劳分析[D]. 高峰.哈尔滨工程大学 2010
[2]深水S型托管架设计中的力学问题研究[D]. 吕伟.大连理工大学 2009
[3]深水铺管船管道力学特性研究[D]. 黄孝强.大连理工大学 2008
[4]深水海底管道S型铺管形态及施工工艺研究[D]. 周俊.浙江大学 2008
[5]锚索动力学分析[D]. 胡学军.华中科技大学 2007
[6]非线性有限元法在海底管道铺设中的应用[D]. 马锐.大连理工大学 2006
本文编号：2910676
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