07第四章章海洋管道结构设计与计算01
海洋管道结构强度设计
4.6屈曲
整体屈曲：管道像压杆一样屈曲，符合经典欧拉屈 曲方程。
整体屈曲的诱因：
拖网的撞击； 拉引和挂钩； 管道不直。
整体屈曲的形式：
侧向屈曲； 向下屈曲； 垂直屈曲。
4.6屈曲
侧向屈曲——管道暴露在平坦的海床上
4.7船舶抛锚和拖网
船舶抛锚可能对海底管道造成损伤，可根据 DNV-RP-F107规范对风险进行评估：
4.7船舶抛锚和拖网
破坏级别分类
4.7船舶抛锚和拖网
可根据DNV-RP-F111规范对拖网进行分析： 拖网分析基本数据要求 在计算力以及管道的影响之前，要确定关于预期的沿着
管道线路的拖网作业的基本参数，这些沿着管道线路的 参数包括（但不仅限于此）：
埋置管道的设计通常分成两个阶段：
预安装阶段：目的是预测费用和用石量； 安装阶段：目的是保证管道的完整性。
4.6屈曲
局部屈曲：表现为整体横截面的变形，大的累 积塑性应变可能会导致局部屈曲，应加以考虑。 管道的局部屈曲一般满足如下的标准：
在只有过度的外压情况下的系统压溃； 在只有过度的外压情况下的屈曲扩展； 联合载荷标准，例如，外压或者内压的相互作用、
起的屈曲； 3、局部屈曲扩张：由于管道局部屈曲或类似损伤后，
在外压作用下引起的。
4.6屈曲
整体屈曲：并不是失效模式，但是可能引起其他的 失效模式，如局部屈曲，断裂和疲劳。因此，整体 屈曲校核之后，应该对管道进行不同失效模式的校 核，称为管道完整性校核。
整体屈曲是对管道受有效轴向压力的响应，且降低 轴向承载能力。有发生整体屈曲倾向的管道可能是 受到高的轴向力或者是管道有低的屈曲能力。
海底管道
第一节
海底管道
概 述
海底输油（气）管道是海上油（气）田开发生产系统的主要组成部分。它是连续地输送 大量油（气）最快捷、最安全和经济可靠的运输方式。通过海底管道能把海上油（气）田的 生产集输和储运系统联系起来，也使海上油（气）田和陆上石油工业系统联系起来。近几十 年来，随着海上油（气）田的不断开发，海底输油（气）管道实际上已经成为广泛应用于海 洋石油工业的一种有效运输手段。 据资料介绍，经过几十年的不断建设，美国墨西哥湾已经建成长达约 ! " # # # $ % 的海底 管道，将该海域! & # #多座大小平台和沿岸的油气处理设施连成一张四通八达的海底管网， 为经济有效地开发墨西哥湾的石油资源，发挥了巨大作用。这些管道直径由 ’ ） ( % %（) * + 到( ）之间。铺设在几米到数百米深的海底。在欧洲的北海，近! ! ) ( % %（ ’ ) * + #多年来，由 于许多大型天然气田的发现和开发，使远距离输送并销售天然气至西欧各国的海底管道建设 发展迅速，现已建成上万公里的国际输气管网。 我国海洋石油经过近) #年的开发，据统计到目前为止，已经建成的海底管道约) # # # $ % （详见表( ） ，其中渤海&个油（气）田建成的海底管道累计约 ( ( , ( , ( & $ %。南海 ( ! 个油 （气）田铺设的海底管道累计超过 ( # # # $ %，其中从海南岛近海某气田至香港的一条直径 ）的海底输气管道长达& " ( ( % %（ ) & * + # # $ % 左右，是我国目前最长的一条海底管道。另外， 东海某气田到上海附近铺设的一条输油、一条输气海底管道共 " ’ ( $ %，也于 ( . . . 年投入运 行。
海洋工程管道
第一章1.海带管道系统包括哪些内容？用于输送油气的管道系统工程设施的所有组成部分，包括海洋管道、立管、水面上的栈桥管道、支撑构件、管道附件、防腐系统、加重层及稳定系统、泄漏监测系统、报警系统、应急关闭系统和与其相关的全部海底装置。
2.确定海底管道线路的原则是什么？1)要满足生产工艺和总体规划的要求；2)使线路和起点至终点的距离最短最合理；3)线路力求平直，尽量避免深沟、礁石区、活动断层、软弱滑动土层和严重冲刷或淤积。
4)尽量避开繁忙航道、水产捕捞和船舶抛锚区。
5)长输管道与海底障碍物的水平距离不小于500m,距其它管道或电缆不小于30m，交叉时垂直距离不小于30cm。
6)管道的登陆点极为重要，它与岸坡地质地貌、风浪袭击方位、陆地占地面积和施工条件等因素有关。
3.海洋管道工程设计的主要内容。
1)论证并确定管道设计基础数据和线路和选择。
2)管道工艺设计计算。
选择管径与附属材料，考虑压降和温降。
3)管道的稳定性设计。
4)立管设计。
立管和膨胀弯管的结构形式、布置、保护结构和连接方式，立管系统的整体与局部强度计算，安装方法与施工中的强度分析。
5)管道的施工设计。
设计管道的加工、焊接、开沟、铺设、管段的连接和就位、埋置等。
6)管道的防腐设计。
4.相关术语。
1)海底（洋）管道(submarine pipeline )：最大潮汐期间，全部或部分位于水面以下的管道。
2)立管（riser）：连接海洋管道与平台生产设备之间的管段（包括底部的膨胀弯管）。
3)管道附件(accessories)：与管道或立管组装成一个整体系统和零部件，如弯头、法兰、三通、阀门和固定卡等。
4)海洋管道系统：用于输送油气的管道系统工程设施的所有组成部分，包括海洋管道、立管、水面上的栈桥管道、支撑构件、管道附件、防腐系统、加重层及稳定系统、泄漏监测系统、报警系统、应急关闭系统等。
5)一区：距生产平台500m以外的海床地段6)二区：距生产平台500m以内的海床地段7)设计高/低水位：历史累积频率1%/98%的潮位（或高潮累积频率10%/低潮累积频率90% ）8)校核高/低水位：重现期为50年一遇的高/低潮位。
海洋工程中海底管道的设计与优化
海洋工程中海底管道的设计与优化一、引言随着全球化和经济发展的需求，深海油气开发愈发重要。
为了将石油、天然气等海洋资源利用率最大化，需要建设海底管道将这些能源从海底运输至陆地。
海底管道的设计与优化是深海油气开发中至关重要的环节。
本文将从海底管道的基本构造、材料选择、水动力学和防腐蚀等方面分析海底管道的设计与优化。
二、海底管道的基本构造海底管道的基本构造主要有三种，分别是单层管、双层管和多层管。
单层管由一层钢管构成，适用于较浅的海域，优点是结构简单、成本低廉，但抵御外部压力和耐久性较差。
双层管由内层钢管和外层混凝土管构成，适用于中等深度海域，具有较好的抵御外部压力和耐久性。
多层管则由多个层次构成，适用于深海区域，具有较强的耐压性和抗腐蚀能力。
三、海底管道的材料选择由于受深海环境的影响，海底管道的材料选择对管道的性能影响较大。
常用的材料有钢管、混凝土管、玻璃纤维管等。
钢管是目前最常用的材料，因其强度高、韧性好、重量轻、施工方便等优点，但其对海水的腐蚀性较强，需要进行防腐措施。
混凝土管具有较好的耐腐蚀性能，但其重量大、施工难度大、维护成本高等缺点。
玻璃纤维管轻便而且不容易腐烂，因此其在海洋环境中应用越来越广泛。
四、海底管道的水动力学海水在运动时会产生流场，对管道的稳定性和速度有很大影响。
设计优化海底管道时需要考虑流体力学和结构力学的影响。
流体力学是研究流体运动的学科，其原理包括牛顿第二定律和伯努利定理。
根据研究结果，优化管道的直径和材料，减少水动阻力和材料疲劳程度。
结构力学是研究物体变形和破坏的学科，其原理包括胡克定律和材料力学。
根据研究结果，优化管道的结构，减少疲劳程度和外部损伤。
五、海底管道的防腐蚀海洋水环境对管道腐蚀性较强，因此管道的防腐蚀工作非常重要。
防腐蚀技术主要包括涂层、阴极保护、防水化学和复合材料等。
涂层是目前最常用的防腐方法，优点是施工方便、成本低廉，但其使用寿命较短。
阴极保护是利用某些金属阳极形成一个附着在管道表面的保护膜来抵抗管道腐蚀的方法，优点是效果稳定、使用寿命长。
第四篇 第四章 海底管道
第四章海底管道第一节海底管道的设计要求和技术规范随着海上油田开采方式和技术的发展，海底管道已广泛应用于海上油田的开发。
正是钢制管道材料的大量使用，带动了各钢铁厂的发展，但恶劣的海上施工环境和激烈的国内外市场竞争，也对钢管的质量、规格、材质、价格、供货周期和配套的售后服务等，提出了越来越高的要求。
海上油田按油气集输外运方式可以划分为码头式、单点系泊式、登陆式等。
因此，就海底管道而言，主要有：海上油田内部的油／气集输管道和注水管道；海上油田到陆地（陆地处理厂、炼厂和储油装置）的输油／气管道；陆地到装卸油品的系泊装置间的海底管道及岛屿或与岸联结的海底管道等。
从结构上看可分为双重保温管道和单层管道。
从输送介质可分为海底输油管道、海底输气管道、海底油气混输管道和海底输水管道等。
海底管道的设计通常按照国际通用规范进行。
一般考虑的主要因素有：选用的设计条件、规范和规定，管道路由、海底状况、坐标及接口，管道设计寿命，操作数据及条件，管道尺寸，环境数据，钢管材料特性与外防腐和涂层等。
海底管道设计主要包括：管道尺寸和壁厚设计，工艺流程分析，管道稳定性计算，膨胀位移设计，铺设应力计算，弃管与回收计算，立管设计，管道自由跨度分析及管道防腐设计等。
一、海底管道的技术规范海底管道的铺设方法有浮游法、悬浮拖法、底拖法、离底拖法、铺管船法等，其中使用铺管船法铺设海底管道是最常用的铺管方式之一。
其主要优点表现在流水线作业效率高、管子变形及强度控制较好、适应较深水域、能弃管避风等。
目前国内拥有的第２代铺管船的主要原理是：依靠船的锚泊系统沿定位方向移船，利用滚轮传送系统和作业线形成运管、清洁除锈、对管、焊接、检验、接头防腐处理等流水作业，使用张紧器和托管架控制管道变形等。
据统计，我国近海用铺管船法铺设的海底管道约占铺管数量的97％以上。
通过上述数据可以看出，海底管道主要依靠铺管船铺设，工程所用管材必须满足设计和海上铺管的藏工要求才能使用。
海洋工程管道
海洋工程管道第一章1.海带管道系统包括哪些内容？用于输送油气的管道系统工程设施的所有组成部分，包括海洋管道、立管、水面上的栈桥管道、支撑构件、管道附件、防腐系统、加重层及稳定系统、泄漏监测系统、报警系统、应急关闭系统和与其相关的全部海底装置。
2.确定海底管道线路的原则是什么？1)要满足生产工艺和总体规划的要求；2)使线路和起点至终点的距离最短最合理；3)线路力求平直，尽量避免深沟、礁石区、活动断层、软弱滑动土层和严重冲刷或淤积。
4)尽量避开繁忙航道、水产捕捞和船舶抛锚区。
5)长输管道与海底障碍物的水平距离不小于500m,距其它管道或电缆不小于30m，交叉时垂直距离不小于30cm。
6)管道的登陆点极为重要，它与岸坡地质地貌、风浪袭击方位、陆地占地面积和施工条件等因素有关。
3.海洋管道工程设计的主要内容。
1)论证并确定管道设计基础数据和线路和选择。
2)管道工艺设计计算。
选择管径与附属材料，考虑压降和温降。
3)管道的稳定性设计。
4)立管设计。
立管和膨胀弯管的结构形式、布置、保护结构和连接方式，立管系统的整体与局部强度计算，安装方法与施工中的强度分析。
5)管道的施工设计。
设计管道的加工、焊接、开沟、铺设、管段的连接和就位、埋置等。
6)管道的防腐设计。
4.相关术语。
1)海底（洋）管道(submarine pipeline )：最大潮汐期间，全部或部分位于水面以下的管道。
2)立管（riser）：连接海洋管道与平台生产设备之间的管段（包括底部的膨胀弯管）。
3)管道附件(accessories)：与管道或立管组装成一个整体系统和零部件，如弯头、法兰、三通、阀门和固定卡等。
4)海洋管道系统：用于输送油气的管道系统工程设施的所有组成部分，包括海洋管道、立管、水面上的栈桥管道、支撑构件、管道附件、防腐系统、加重层及稳定系统、泄漏监测系统、报警系统、应急关闭系统等。
5)一区：距生产平台500m以外的海床地段6)二区：距生产平台500m以内的海床地段7)设计高/低水位：历史累积频率1%/98%的潮位（或高潮累积频率10%/低潮累积频率90% ）8)校核高/低水位：重现期为50年一遇的高/低潮位。
海洋结构设计-海洋立管设计与分析
海洋结构设计海洋立管设计与分析中国海洋大学2017年6月海洋立管设计与分析摘要：海洋立管是现代海洋工程结构系统中的重要组成部分之一，同时也是薄弱易损的构件之一。
作为海面与海底的主要联系通道，海洋立管下端一般与万向节相连，上端与平台的滑移节或钻探船舶等相连。
海洋立管内部有高温高压的石油、天然气通过，外部承受波浪、海流荷载的作用。
立管在内部流体及外部环境荷载的作用下会发生弯曲和振动，当结构的固有频率和外荷载的频率相近时,极有可能引起结构的共振，从而造成立管结构的破坏。
而立管一旦遭到破坏，不仅致使工程本身遭受破坏，而且可能造成油气的泄漏、爆炸等严重的次生灾害。
因此掌握海洋立管设计知识及规范、研究复杂的风、浪、流深水环境条件下海洋立管的静力响应、动力响应、疲劳分析及损伤检测研究具有十分现实的意义。
正文：近些年来，海洋深水开发领域中的油气勘探及开发活动频率大幅增加，勘探及开发水深与前些年相比增加了近一倍。
海洋工业正在研究试图在更深的海域中建造更加便捷的生产系统，这当然需要更多的采用新技术、新方法及新设备。
同时这也符合世界海洋石油天然气工业发展的总趋势。
随着水深的不断增加，深水开发的技术装备将不断面临新的挑战，海洋平台及立管系统在这一次次的挑战中得到了巨大发展，从张力腿平台、平台、半潜式平台发展到今天的浮式生产系统和浮式生产储运系统。
海洋立管是连接水面浮式装置和海底设备如井口、总管的导管，是海洋油气田资源开发的重要结构，一般来说要满足以下功能：（1）外输、输入或循环流体；（2）钻井或修井机工具到井口的导向；（3）支撑辅助线；作为生产构件的立管系统（钻井和采油阶段）的功能包括：（4）生产和回注；（5）输出/输入或循环流体；（6）钻井；（7）完井、修井；海洋立管的分类比较复杂，类型多种多样，如下表1所示。
表1 海洋立管分类一、海洋立管分类简介1.1钢悬链线式立管（Steel Catenary Riser）1.1.1钢悬链线式立管的结构特点随着海洋油气资源开发活动不断向深水海域发展，立管系统在油气开发生产成本中所占的比重越来越大，传统的立管系统在技术上和经济上已经不适应深水发展的需要。
海洋工程中的海底管道设计与施工
海洋工程中的海底管道设计与施工随着人类对能源的需求日益增长，海洋工程已经成为人们解决能源供应问题的重要手段之一。
海底管道作为海洋工程的重要组成部分，其设计与施工的质量关系着整个海洋工程的成功与否。
本文将就海底管道的设计与施工两个方面进行介绍。
一、海底管道设计1、设计要点海底管道的设计需要考虑多方面的因素，如水深、海底地形、海洋气象、海水质量等。
具体来说，有以下几个方面的要点：（1）管径与壁厚管径与壁厚是影响海底管道技术经济指标的主要参数，也是管道工程的关键技术。
其主要考虑的因素有要输送的介质、输送量、输送的距离、输送管道的形式等，同时还要考虑管道的水深与海底地形情况等因素。
（2）材料选择海底管道的材料选择需要考虑多方面的因素，如强度、耐腐性、耐磨性、焊接性、耐温性等。
根据输送的介质不同，材质的选择也不同，如输送石油和液化天然气时，需要选择高强度、耐腐蚀、耐高压的管道材料。
（3）管道布置管道布置是根据管径、水深、海底地形和输送要求等多方面考虑，最终确定管道的方案和路线。
为了保证管道的安全、牢固和长期稳定，需要进行合理的管道支撑和固定。
2、设计方法海底管道的设计方法目前主要有两种，一种是全计算方法，即通过大量的数学模型计算，确定合理的方案；另一种是实验方法，即通过对海底管道进行试验和实际检验，确定其强度和稳定性。
两种方法各有特点，需要根据具体情况选择。
二、海底管道施工1、施工条件海底管道施工需要考虑多种因素，如气象条件、海洋水文条件、海底地形条件、设备条件等。
针对不同条件的影响，需要采取不同的防范措施。
2、施工方法海底管道施工的方法主要有两种，一种是采用陆上钢管的连焊方法，另一种是采用下沉的方法。
前者通常适用于浅水区，后者则适用于深水区。
下沉法施工的过程主要包括：先完成管线铺设和拼装，然后将管道通过浮船等设备运输到指定位置，然后通过局部浸水或负气压吸力，使管道沉入海底。
根据浸水量或负气压的大小，可以实现管道的定位、安装和测量等操作。
海底管道工程讲座课件
海底管道工程的历史与发展
总结词
海底管道工程经历了从简单到复杂、从低级到高级的发展历程，未来将向更长距离、更 大直径和更深水域发展。
资源利用
合理利用资源，减少浪费，采用可再 生和可回收材料，促进资源的可持续 利用。
社会参与
加强与当地社区和相关利益方的沟通 与合作，促进社会参与和共建，实现 管道工程的可持续发展。
06 海底管道工程案例分析
国内某海底管道工程案例
工程规模
全长100公里，直径40英寸， 投资额达5亿人民币。
施工难点
海底地形复杂，水深流急，需 要克服地震、台风等自然灾害 影响。
案例名称
中国南海某海底输油管道工程
建设背景
为满足南海地区石油开发和运 输需求，提高国家能源安全保 障能力。
解决方案
采用先进的地质勘测技术、深 海施工装备和环保材料，确保 工程质量和安全。
国际某海底管道工程案例
案例名称
中东某国海底输气管道工程
规划阶段
明确工程目标
在规划阶段，首先要明确海底 管道工程的目标，包括输送介
质、输送量、输送距离等。
现场勘察
对海底地形、地质、水深、流 速、潮汐等条件进行详细勘察 ，以便了解工程环境，评估施 工难度。
路由设计
根据勘察结果，设计合理的海 底管道路由，避开不良地质区 域和障碍物。
工程经济评估
对工程投资、施工周期、经济 效益等进行初步评估，确保工
海洋立管课程概述
海洋立管的设计和 制造需要考虑到各 种复杂的环境因素 ，如水深、海流、 波浪、冰层等
海洋立管分类
按材料分类：碳钢、不锈钢、铜镍合金等 按功能分类：排放立管、泥浆立管、电缆立管等 按连接方式分类：法兰连接、焊接连接、承插连接等 按用途分类：深海立管、浅海立管等
海洋立管材料
钢管：强度高，耐腐蚀，但重量较 大
维护保养
定期检查：确 保立管系统的
正常运行
清洁保养：保 持立管的清洁
和防腐蚀
维修更换：及 时修复损坏的
立管部件
培训与资质： 确保维护人员 具备专业知识
和技能
常见问题及解决方案
安装过程中出现 的问题：立管安 装不牢固、连接 处漏水等
维护过程中出现 的问题：立管腐 蚀、管道堵塞等
解决方案：加强安 装前的检查工作， 选择合适的防腐材 料，定期进行管道 清洗等
设计流程
确定设计参数： 根据海洋环境、 管道性能要求等 确定设计参数， 如管道直径、壁 厚、材料等。
建立数学模型： 根据设计参数建 立数学模型，进 行力学分析、流 体力学分析等。
优化设计：根据 分析结果，对设 计进行优化，提 高管道性能、降 低成本等。
审核与验证：对 设计进行审核与 验证，确保设计 符合规范要求， 并进行必要的修 改和完善。
钛管：强度高，耐腐蚀，重量轻， 但价格昂贵
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
玻璃钢管：轻便，耐腐蚀，但强度 较低
塑料管：轻便，价格低廉，但耐腐 蚀性较差
海洋立管应用场景
海洋石油和天然气开 采
海洋观测和探测
海洋工程设施
海洋科学研究
海洋立管设计原理
第三章
设计原则
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设计方法: 按设计内压进行计算; 按设计外压校核.
15
4.2.2A 按设计内压进行计算
设计内压:最大工作内压与最小外压之差. A1内压作用下,产生环向应力
pD σh = 2δ
16
A2轴向应力
内压作用在管段 时,轴向应力
σx =
p
π
4
2 O
Di2 D
2 i
π
(D 4
) (D
=
i
+ 2δ ) Di2
4.2.1作用于管道上的载荷
3 偶然载荷
船舶碰撞 拖网渔具的撞击 坠落物的撞击
4 载荷组合
1)管道正常运行状态下工作载荷+相应的环境 载荷; 2)管道施工安装,铺设时的工作载荷+相应的 环境载荷; 3)管道正常运行状态的工作载荷+地震载荷
14
4.2.2 管壁的校核
工艺计算 强度计算 管道内径 管道外径 管道壁厚
5
6
A支撑板
支撑板结构
7
B固定支撑环
固定支撑环结构
8
C固定支撑板
9
D加肋板的固定支撑板
10
4.1.3 内管变形假定
1)两固定支撑杆间内管在外管中的变形受支撑件约束; 2)内管呈正弦曲线形; 3)限制内管的最大挠度,不使保温层损伤.
11
4.2 海底管道的结构强度设计与计算
4.2.1作用于管道上的载荷 1工作载荷
w
q
s
临界 2E δ 2 Pcr = ( n 1) 2 1 D 应力 压屈条件 P0 ≤ Pcr
3
hs
E
管中心线以上的土层厚度
管道钢材的弹性模量 泊淞比,取0.3 n 屈曲波数,取2
21
则管壁
P0 (1 ) δ ≥ D 2 2 E ( n 1)
2
1 3
4.2.3 强度计算
29
4.2.5管线设计的极限状态
极限状态 说明 1)环向压力-屈服断裂 2)轴向载荷-塑性垮塌 管道不能容纳其所运 输的流体 3)挠曲载荷-局部屈曲 4)在超载或热力作用下载荷组合 1)横截面呈椭圆形 管道还能容纳其所运 2)轴线弯曲 输的流体,但不能达 3)共振 到安全要求 1)波动的内压引起的疲劳断裂 2)外部压力引起的疲劳断裂 管道结构运行寿命期 3)腐蚀疲劳引起的断裂 间出现缓慢衰变形成 4)裂缝扩展引起的断裂 的极限状态 30 5)腐蚀引起的损坏(泄漏)
4.2.3.1 温度应力 温度变化时,管道发生伸缩.受约束管道产 生温度应力 σ t = α E t α 为管道材料的线胀系数
管道自由时的伸长量
NL L = EA 单位长度管上的摩擦阻力
D0
Pp
F = π D0 Pp
直径 土层压力 摩擦系数
22
4.2.3.2 弯曲应力
A管道允许的最小曲率 半径计算 l1 = ρβ
D l2 = ρ + 0 β 2
D l = l2 l1 = 0 β 2
ρ
l D0 ε= = l123
ρ min =
ED0 2σ
B管道弯曲中的应力
设计内压P,在不同角度
D sin θ PD0 2 σl = D 2δ 2 ρ + sin θ 2 2ρ + D 2ρ + 2 PD0 σl = D 2δ 2 ρ + 2 D 2ρ 2 PD0 σl = D 2δ 2 ρ 2
900 2700
24
4.2.3.3考虑弯曲后截面扁平时的应 力
在外力作用下管道弯曲后,断面会变成扁 平,此时, 环向应力 σ = γ M δ M 弯矩
管壁厚度 I 管截面惯性矩 γ 环向应力集中系数 β 轴向应力集中系数 轴向应力 σ 2' = β Mr I r 弯曲管本身的管半径 为避免弯曲产生应力集中,要求 ρ ≥ 40D
2
pDi2
=
pDi2 = 2 4δ Di + 4δ pDi 4δ
pDi 4δ 2 4δ + Di
17
≈
A3径向应力
径向应力:为管壁受内压产生的剪切应 力
σr = p
18
A4应力比较
环向应力 轴向应力 径向应力
pD σh = 2δ
pDi σx ≈ 4δ
δ
D
< 0.1
σr = p
19
A5长距离管道的管壁厚度计算
壁厚
pD δ =k + c1 + c2 2σ h
c1为钢管壁厚制造公差,0.3~0.5mm c2为腐蚀余量,取1~3mm k为超载系数,取1.1~1.15
20
4.2.2B 按设计外压校核
设计外压:最大工作外压与最小内压之差. 设计外压的计算公式: γ 海水重度 裸置管道 P0 = γ w d + Pq d 水深,设计高潮位加2/3波高 埋放管道 P 稳定压块对管道的压力 P0 = γ s hs + γ w ( d + hs ) γ 海底土壤的重度
第4章海洋管道结构设计与计算
4.1海洋管道的结构设计 4.2海洋管道的结构强度设计与计算
4.3海洋管道的结构稳定设计与计算 4.4特殊载荷作用下管壁强度校核
1
4.1 海底管道的结构设计
4.1.1管道的断面结构形式 单层管 双层管
2
从结构上看可划分为 单层管道 双重保温管道 三重保温管道
3
4
4.1.2内外管的连接
I
' 1
δ
25
内压产生管壁应力 温度变化引起温度应力 管线弯曲产生的应力 则按第四强度理论:
2
4.2.3.4复杂应力状态下的应力
σ eq 4 = 0.707 (σ 1 σ 3 ) + (σ 2 σ 1 ) + (σ 3 σ 2 )
2
2
σ1
σ2
总的环向应力,考虑压力超载可加大10%-15% 总的轴向应力,考虑温度影响可加大5%-10% 总的径向应力
26
σ3
4.2.3.5第五强度理论
通常径向应力不大,可忽略,则
σ eq 4 = 0.707 (σ 1 σ 3 ) + (σ 2 σ 1 ) + (σ 3 σ 2 )
2 2 2 = 0.707 σ 12 + σ 2 + (σ 2 σ 1 ) 2 2
2 = 0.707 2σ 12 + 2σ 2 + 2σ 2σ 1 2 = σ 12 + σ 2 + σ 2σ 1
危险情况出现在当轴向应力为压力时,则
2 σ eq 5 = σ 12 + σ 2 + +σ 2σ 1
27
4.2.3.6强度条件
管道的强度要求
σ eq 5 ≤ [σ ]
k k为材料的安全系数,取1.39-2.0
28
[σ ] =
σs
4.2.4双层管的强度设计
对双层管结构,内管与外管应分别设计. 在运行期间: 外管主要承受外压产生的应力和管道弯 曲时产生的弯曲应力. 内管主要承受内压产生的应力和温度应 力,以及管道自重引起的弯曲应力. 对于某些施工,铺设时的载荷,在校核 时从设计安全角度出发,应该考虑内管 和外管共同承受载荷.
A在位状态 重力:管道,涂层,加重层,附件,介质 压力:内部流体,外部静水或土壤压力 胀缩力:管内介质温度与周围温度变化产生 预应力:因永久性弯曲或伸长变形引起 B安装状态 重力 压力 安装作用力
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4.2.1作用于管道上的载荷 2环境载荷 风,浪,流,冰,地震等因素引起的载 荷 计算方法:概率统计的方法进行计算 设计标准: 在位状态下,重现期不小于50年; 安装状态下,取作业期的3倍为设计周 期,但不小于3个月; 对连续5天以内的短期作业,可根据天 气预报情况确定. 13
1.强度极限状态
2.变形极限状态
3.运行极限状态
作 业
1,长距离管道的管壁厚度设计 要考虑那些因素? 2,双层管结构的内管与外管分 别承受哪些力?
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