基于ABAQUS的拖锚对海底管线的损害研究

发布时间：2017-09-01 19:12

  本文关键词：基于ABAQUS的拖锚对海底管线的损害研究

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【摘要】：渤海是我国海洋油气的主要产区,随着我国经济的快速发展,能源稀缺的问题日益显现,而石油天然气资源的开发和利用是我国现代化建设中不可或缺的一部分。海底管道是海上石油和天然气资源开发的重要组成部分,是海洋油气工程的生命线。近些年海底管线损害的事件越来越多,海底管线一旦发生泄漏,后果十分严重,而这些有大多数都是因为抛锚作业引起的。为了防止海底管道发生泄漏确保安全的进行油气输送,有必要对海底管线损坏概率和抛锚作业对海底管线的损害程度以及保护措施进行研究。首先,本文是基于挪威船级社的海底管线保护风险评估规范对渤海进行研究,抛锚作业对海底管线的损害有两种:撞击损害和拖曳损害。影响海底管线破损程度的因素很多,先对渤海海域的大气水文以及土壤地质进行介绍,为后文计算提供依据,在对直接撞击海底管线的锚进行详细介绍和选取,同时介绍了ABAQUS中接触问题的相关知识。其次,本文对撞击损害进行了研究。首先是撞击概率,运用概率论假设漂移服从正态分布,建立相应的数学模型,得出撞击概率;再者是撞击能量,运用动能定理对锚坠入海底的速度和能量进行了计算;最后,采用土壤吸收能量公式,得出锚在保护层中的入土深度。并利用ABAQUS对其进行数值模拟,撞击分析中,利用数值模拟分析了管壁厚度、管线长度对最终凹痕深度的影响,并与其他撞击形式、DNV规范计算值进行对比,得出规范的可靠性。然后,本文对拖曳损害进行了研究。先对锚的拖曳行为和规范中的管线拖曳进行了介绍,其次对抛锚作业中拖曳力的大小进行了计算,并建立了拖曳载荷分析模型,利用ABAQUS模拟出不同土壤条件下拖曳力的大小。拖曳力包括锚的抓力和锚链的抓力,并根据得出的结果对管线进行安全校核。同时还对船舶的淌航距离进行了计算,得出禁锚区的设置依据。最后,在已有研究的基础上,得出管线的设计掩埋深度,提出禁锚区距离的设置方法,并详细介绍了堆石保护层的理论方法,对堆石保护层的设计有一定的指导意义,同时还提出一些其他海底管线和海底电缆的保护措施,对指导施工具有积极意义。
【关键词】：抛锚 拖锚 海底管线 撞击 拖曳 保护措施
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973.92;P756.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-23
• 1.1 研究背景15-17
• 1.1.1 海底管线的广范应用15
• 1.1.2 海底管线面临的危险15-16
• 1.1.3 海底管线工程的现状和发展16-17
• 1.2 研究意义17
• 1.3 国内外研究现状17-19
• 1.4 本文主要工作19-21
• 1.5 本章小结21-23
• 第2章 抛锚作业分类及海域和锚设备的选取23-39
• 2.1 抛锚作业对海底管线的损害形式23
• 2.1.1 事故性抛锚作业的种类23
• 2.1.2 海底管线的损害形式23
• 2.2 应急抛锚作业和普通抛锚作业23-26
• 2.2.1 普通抛锚作业23-24
• 2.2.2 应急抛锚作业24
• 2.2.3 应急抛锚作业对海底管道的损害形式24-26
• 2.3 典型海域的选取26-28
• 2.3.1 渤海海底地质情况26-27
• 2.3.2 渤海大气状况27
• 2.3.3 渤海水文状况27-28
• 2.4 锚和锚链的组成和选取28-31
• 2.4.1 锚28-29
• 2.4.2 锚链29-30
• 2.4.3 锚与锚链的选取30-31
• 2.5 锚与锚链选取的实例计算31-33
• 2.5.1 船舶舾装数的计算31
• 2.5.2 船舶的主要参数31
• 2.5.3 规范船长的选取和侧投影面积的计算31
• 2.5.4 型排水量的确定31-32
• 2.5.5 确定有效高度32
• 2.5.6 确定侧投影面积32-33
• 2.5.7 舾装数的计算33
• 2.6 ABAQUS中的接触问题33-38
• 2.6.1 非线性问题分类33-34
• 2.6.2 接触34-35
• 2.6.3 主面和从面35-36
• 2.6.4 接触类型36-38
• 2.7 本章小结38-39
• 第3章 锚与海底管道的碰撞分析39-61
• 3.1 抛锚作业对海底管线的撞击概率39-44
• 3.1.1 锚泊作业分类39
• 3.1.2 撞击概率的计算39-44
• 3.2 锚对海底管线的碰撞损害研究44-52
• 3.2.1 海底管道损坏分级划分44-45
• 3.2.2 锚正面撞击海底管道的能量计算45-48
• 3.2.3 工程实例48-52
• 3.3 基于ABAQUS的拖锚碰撞分析模型52-57
• 3.3.1 拖锚碰撞分析模型的建立52-54
• 3.3.2 管道壁厚对拖锚碰撞损伤的影响54-56
• 3.3.3 管道长细比对拖锚碰撞损伤的影响56-57
• 3.4 基于ABAQUS的落锚碰撞分析模型57-59
• 3.4.1 基于ABAQUS的落锚与拖锚碰撞作用的比较57-59
• 3.4.2 ABAQUS数值模拟与DNV-RP-F107规范估算方法比较59
• 3.5 本章小结59-61
• 第4章 锚与海底管道的拖曳分析61-77
• 4.1 锚的拖曳行为61
• 4.2 DNV规范关于管线拖曳的阐述61-63
• 4.2.1 DNV规范的载荷控制法61-62
• 4.2.2 无埋深管线的管土作用力估算62-63
• 4.3 船舶锚泊作业对海底管线的拖曳损害63-75
• 4.3.1 抛锚作业拖曳力分析63-69
• 4.3.2 基于ABAQUS的拖曳载荷分析模型69-72
• 4.3.3 基于ABAQUS的拖曳载荷在不同土壤条件下的结果72
• 4.3.4 拖锚淌航距离72-73
• 4.3.5 锚泊作业对海底管线的拖曳损害73-75
• 4.4 本章小结75-77
• 第5章 海底管道保护措施与方法77-85
• 5.1 海底管线的掩埋深度77-78
• 5.2 禁锚区的设置78
• 5.3 堆石保护层78-81
• 5.3.1 海底管道堆石保护设计79
• 5.3.2 堆石层尺寸设计79-81
• 5.3.3 管沟边坡稳定性81
• 5.3.4 回填石块粒径级配设计81
• 5.3.5 混凝土对石块冲击能量的吸收能力评估81
• 5.3.6 堆石保护层的沉降量评估81
• 5.4 其他海底管线的保护措施81-84
• 5.4.1 混凝土防护层82-83
• 5.4.2 聚合物防护层83-84
• 5.4.3 管中管抵抗撞击能量计算84
• 5.4.4 其他防护措施84
• 5.5 本章小结84-85
• 第6章 结论与展望85-87
• 6.1 研究结论85
• 6.2 研究展望85-87
• 参考文献87-91
• 附录91-97
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文97-99
• 致谢99-100
• 详细摘要100-104

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