海洋管道介绍
海洋管道的立管设计
5.2 立管的设计与受力分析-结构分析
利用有限元进行结构整体分析 交变载荷下涡激振动分析 疲劳分析
5.2 立管的设计与受力分析-疲劳分析
疲劳分析的目的是确保结构有足够的安全性，防止结构在计划 寿命期内疲劳损坏。 当结构的实际板厚超过参考板厚 tref 22mm时修正的S-N曲线：
log N
➢ 软管：一般由橡胶管， 压固层， 铠装层 ， 尼龙外 套组成
➢ 快速联轴节：挠性立管与浮式结构上相连的部件 ➢ 水中支撑拱架和浮筒 ➢ 立管底盘：是立管在海底的重力基座，承受立管传
来的载荷并保持在海底的稳定性。
柔性立管内部结构
柔性立管内部结构
柔性立管的铠装层
挠曲形状
自由悬链线 双悬链
挠性立管
第五章 海洋管道的立管设计
5.1 立管的型式与组成 5.2 立管的设计与受力分析 5.3 立管的安装
5.1 立管的型式与组成
立管的型式
上下平台立管型式
上下平台的立管型式
人工岛的立管型式
登陆立管的型式
登陆立管的型式
登陆立管的型式
深水立管系统
挠性立管
挠性立管: 挠性立管系统又叫动力管系统， 有四 部组成
二、海上钢平台的立管安装
1。平台装有预装构件 （J 形安装） 两种方法： 直接牵引安装立管 铺管船辅助安装立管
5.3 立管的安装
➢直接牵引安装立管：正 向牵引和反向牵引； 用J形管安装立管可一次 成型， 不需再将立管与海 底管道连接，即使管道需 接长， 也可以在水面以上 焊接， 焊接质量易于保证。 但用J形管安装立管时， 要求J形管弯头部分弯曲 半径较大， 所以只适用于 较深水域和较小的管径
5.3 立管的安装
2。平台没有预装构件: 采用L形立管安装构件
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。
海洋管道的施工-讲义
3、管道的铺设-Reel Lay
根据卷筒 铺管船的设计和 水深 ，卷管可以 用 S-lay or J-lay 方法 来 安装 .卷筒铺管船可以有垂直或者 水平 的 卷筒 。
水平的卷筒铺管船在浅水到中等水深使用托管架和S-lay铺设管 道.
3、管道的铺设 -顶管法
4、管道的试压和试运转
管道的试压包括：
在加工制作现场对组装的管段进行试压，检验焊口 的质量；
在管道铺设后，管沟回填前的全管道试压。
试验压力一般为管道最大工作压力的1.25~1.5 倍。 海底管道的试运转:按使用要求和设计标准逐项测 试， 以便制定管道工艺操作规程。
1、对防腐层的基本要求
• S-lay • J-lay • Reel lay
3、管道的铺设-S-lay
S-lay的发展经历了四个阶段： 第一代 S-lay 铺管船主要是平底驳船，应用于浅水和内
陆水域 第二代 S-lay 铺管船主要是平底驳船，但具有4-14个的
锚链来定位。 第三代 S-lay 铺管船是半潜式的，应用锚链定位。 第四代 S-lay 铺管船是半潜式的，应用动力定位。
2、保温层、加重层
保温层 • 对于双层管结构的海底管道，内外间设置保温层， 泡沫塑料是较好的隔热保温材料。 • 有喷涂和浇注两种施工方法。
加重层 • 为满足设计负浮力的配置和防止施工工程中对绝缘防 护层的损伤，常在防腐绝缘层外包加重层。 • 加重层一般是含钢筋的混凝土或水泥砂浆。 • 制作方法：人工涂抹；立模浇筑；表面喷漆；离心旋 制；预制安装。 • 海底管道加重层的质量控制，主要指混凝土的强度、 密实度、吸水率和加重层的尺寸等。
海洋管道工程发展现状
海洋管道工程发展现状海洋管道工程是指将管道敷设在海底，用于输送油气、水、电力等资源的工程项目。
随着能源需求的不断增长和资源开发的深入推进，海洋管道工程也越来越重要。
目前，海洋管道工程在全球范围内发展迅速，成为国家经济发展和能源战略的重要组成部分。
海洋管道工程的发展可分为三个阶段。
第一阶段是传统海洋管道工程，主要用于油气输送。
这些管道大多采用焊接钢管，敷设在浅海区域，输送能力有限。
第二阶段是远程海洋管道工程，主要用于长距离油气输送。
这些管道大多采用高强度钢管、复合材料管或钢塑复合管，敷设在深海区域，输送能力更大。
第三阶段是综合海洋管道工程，主要用于多种资源的综合输送。
这些管道可以同时输送油气、水、电力等多种资源，有利于资源的共享利用和综合开发。
随着科技进步和工程技术的不断创新，海洋管道工程也在不断完善和发展。
一方面，管道材料和敷设技术不断改进，使得海洋管道的耐腐蚀性、抗压性和耐环境影响能力得到提升。
另一方面，监测和维护技术的进步，使得海洋管道的安全性和可靠性得到提高。
例如，声学监测和机器视觉技术可以实时监测管道的运行状态，红外热成像技术可以快速检测管道的温度变化，无人机和水下机器人可以进行巡检和维护工作。
近年来，全球范围内的海洋管道工程规模不断扩大。
我国作为世界第二大经济体，也在积极发展海洋管道工程。
例如，中国海油集团投资建设的中国俄罗斯东线天然气管道项目，是全球最长的陆上和海底管道项目之一，将输送大量俄罗斯天然气到中国。
此外，中国还拥有世界上最大的液化天然气运输船队，进一步促进了海洋管道工程的发展。
尽管海洋管道工程的发展前景广阔，但也面临着一些挑战。
首先，海洋管道工程涉及到复杂的海洋环境和地质条件，风浪、海底地形和地震等因素都会对管道的安全性和可靠性产生影响。
其次，海洋管道工程需要大量的投资和专业人才，技术和资金实力相对较弱的国家往往面临着困难。
另外，海洋管道工程还面临着环境保护和生态保护的压力，需要在经济发展和生态环境之间寻找平衡。
海洋立管课程概述
安装过程
定位与锚定
根据技术要求，对立管进 行精确定位和锚定，确保
其稳定性和安全性。
连接与固定
将立管分段连接，并进 行必要的固定，确保立 管的稳定性和可靠性。
防腐处理
对立管进行防腐处理， 延长其使用寿命。
检测与调试
安装完成后，对立管进 行检测和调试，确保其
性能符合设计要求。
维护与保养
日常检查
定期对立管进行检查，发现异 常及时处理。
监督，确保项目的安全和可靠性。同时，应建立完善的事故应对机制，
及时处理和解决问题。
05 未来海洋立管发展趋势
高强度材料的应用
高强度材料如碳纤维增强塑料（CFRP）和玻璃纤维增强塑料 （GFRP）等，具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，能够有效减轻 立管重量，提高其承载能力和使用寿命。
高强度材料的研发和应用将进一步推动海洋立管技术的进步 ，降低建设和维护成本，为深海油气资源的开发提供更可靠 的支撑。
海洋立管制造工艺
焊接工艺
01
焊接是制造海洋立管的关键工艺之一，要求焊接质量高、强度
高、气密性好。
热处理工艺
02
热处理工艺可以提高海洋立管的机械性能和耐腐蚀性能。
无损检测
03
无损检测是确保海洋立管质量的重要手段，可以通过超声波检
测、射线检测等方法检测立管内部和表面的缺陷。
海洋立管标准与规范
1 2
API标准
海洋立管课程概述
目录
• 海洋立管简介 • 海洋立管基础知识 • 海洋立管安装与维护 • 海洋立管案例分析 • 未来海洋立管发展趋势 • 结论与建议
01 海洋立管简介
定义与功能
定义
海洋立管是用于连接海底井口和 海面设施的管道系统，通常由钢 制材料制成，用于输送石油、天 然气等流体。
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。
海底管道结构设计与稳定性分析
海底管道结构设计与稳定性分析随着海洋经济的不断发展和深入，海底管道的重要性不断凸显。
海底管道是指安装在海底的管道系统，主要使用于输送油气、深海采矿等领域。
其结构设计和稳定性分析是海底管道运营的关键，直接影响其安全性和可靠性，具有非常重要的意义。
一、海底管道结构设计海底管道结构设计是海底管道工程中的核心内容，主要包括管道材料选择、管径大小、壁厚、断面形状等各方面。
在设计过程中，需要充分考虑海洋环境因素，如海底地形、流体运动条件等，以保证管道在复杂海洋环境下的持续安全运行。
1.管道材料选择管道材料是影响海底管道结构设计的主要因素之一。
常见的管道材料有钢材、聚氨酯、复合材料等。
其中，钢材是传统的管道材料，具有良好的韧性和抗压性能，但是存在较大的腐蚀和疲劳问题。
聚氨酯材料具有轻质、耐腐蚀、维护简单等优势，但是其耐压性能较差，容易受到外力影响。
复合材料具有优异的力学性能和耐腐蚀特性，但是其制造成本较高，需要进行定制制造，因此使用较少。
2.管径大小管道的直径大小是影响其输送能力的重要因素。
一般来说，管径越大，输送能力也就越大。
但是，海底管道的设计需要根据实际需求和海洋环境因素进行综合考虑，避免管道直径过大或过小，影响其稳定性和经济性。
3.壁厚管道壁厚是影响其抗压性能和耐腐蚀性能的重要因素。
海水中的氯离子、海藻、贝壳等都会对管道产生腐蚀作用，因此需要使用耐腐蚀的材料，并且设置合适的壁厚，以确保管道的使用寿命。
4.断面形状断面形状是影响管道稳定性和流场分布的因素之一。
常见的管道形状有圆形、方形、D形等。
在海底管道结构设计中，需要根据海洋环境的特点和设计要求，选择合适的断面形状，以保证油气输送的安全稳定。
二、海底管道稳定性分析海底管道的稳定性分析是海底管道工程中的重要内容，主要包括静力学和动力学两个方面。
静力学分析主要针对管道自身重力和海水浮力作用下的稳定性问题，动力学分析则是在考虑海浪、洋流等外力作用下的管道动态响应，以保证管道的安全运行。
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。
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• 封闭式集束管 将多根输油管、输气管、注水管、加热管和电 缆等汇集在一根大口径的运送管（承载管）内,形 成保护。 优点：有效避免输油管的泄露，减轻对海域的污染。 缺点：工艺复杂，需要综合考虑油气田的产能和集 输要求。
• 海底集束管道设计要点
1）海底集束管道输油设计 2）海底集束管道整体结构设计 3）保温和加热设计 4）垫块设计 5）隔舱壁设计 6）拖头设计 7）脐带缆设计 8）海底集束管道跨越设计
• 国外海底集束管道的应用现状
国际上应用最多的是北海、墨西哥湾和西非海域。 目前世界上最大尺度的集束管道是在2000年设计安装的。外套管外径达到127mm，总长度 达到14km。
1998年挪威设计、铺设的一个集束管系统
工作不到位之处敬请指点！
在内外管之间填充绝热材料,而有些新型的管中管结构会在内管与绝热材料之间 设置主动加热线,以满足内管油气资源能够保持良好的流动性； 内外管之间一定距离间安装扶正器。
• 深水PIP管道的关键技术
1、保温材料选择
深水：保温性能要求高、材料厚度大，多选气凝胶；
浅水：聚氨酯泡沫，减小成本； 2、热膨胀设计 约束条件下由于温度与压力作用，PIP易发生膨胀屈曲，其分析需要综合考虑内外管与 管土的相
已铺设总长（2000）
二、海底管道的特点
优点：
可以连续输送，受环境制约小，输油效率高，运油能力大；
海洋管道铺设工期短，投产快，管理方便，操作费用成本低。
缺点：
由于处于海底，检查与维修困难； 受潮流的影响较大，对于处于潮差或波浪碎带的管段（立 管），可能遭受海中漂浮物和船舶撞击或抛锚遭受破坏。
单壁管
单壁管一般都为用于长距离输送的单层保温钢管。 海洋管道的钢管一般为以下三种： 无缝钢管（S）、电阻焊直缝钢管（ERW）、直缝焊接钢管（UOE) 对于所用钢材的物理、化学等特性，都有规范参考，目前API为的管道材料规范被
广泛应用，下表为规范中一些海洋管道常用钢材的材料特性。
管道案例
• 坐落于挪威与英国之间的北海海域
三、海底管道的分类
按管道横截面的结构分类：
单壁管
管中管（PIP)
集束管
按管道输送介质分类：
海底输油管道
海底输气管道 海底输水管道
油气混输管道
按管道工作范围分类：
出油管道——连结井口与平台 油（气）集输管道——用于输送、汇集 油气外输管道——用于平台与陆上处理终端之间 装卸管道——平台与装油设施之间
集束管（Bundle system）
结构形式：
海底集束管系统由承载管、护套管、输油气管道、注水管道、以及电缆等组
成。一般分为两类，开放式与封闭式。
• 开放式集束管
是将单独的管（含电缆）用卡（夹）具或绳索固定成一体， 防止相互窜动。 优点：工艺简单，成本低廉。 缺点：输油输气管直接暴露与海水中，易遭破坏，易污染环境。
• PIP海底管道应用现状
目前，PIP管道应用水深最深达到了2682米，分别安装于墨西哥湾美国Petrobras公司的 Chinook油田和Helix ERT公司的danny油田，管径分别为14”×9”和12”×8”，长度分别为20公里和 60公里。两个项目中PIP保温材料都采用了保温性能更好的纳米气凝胶保温层。 国内在南海的番禹4-2/5-1油田，中海油与2009年铺设了20km的管中管，管径为12”/16”， 保温材料为聚氨酯泡沫材料（PUF），水深100m。
一、海底管道现状
管道作为五大运输方式之一，有着 安全性高、连续性好、运输量大的
优点，在海洋Βιβλιοθήκη 气的运输中得到了广泛的应用。发达国家的管道输送量已 经接近80％。
海洋不同运输的效益
海洋管道工程的分布
美国墨西哥湾已经建成长达约 37000km 的海底管 道，将该海域3800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 , 这 些 管 道 直 径 由 51mm到1321mm之间,铺设在几米到数百米深的海底。 在欧洲的北海，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。已 经建成的海底管道约2000km，与国外差距较大。
互作用。
3、侧向屈曲 由于受较大的轴向力作用，PIP在位会发生测向屈曲失效，深水环境下还需注意崩裂、 断裂、疲 劳、部弯曲这几种失效的耦合。
4、管道的铺设
在铺设过程中会发生过大的纵向屈曲。
• 内部填充保温材料
浅水和中等水深使用聚氨酯泡沫材料（PUF）。 优点：成本低，便于成型。 缺点：导热系数相对较高，深水中不满足使用要求。 深水使用纳米气凝胶材料。 优点：密度最低的固体材料，保温性能优异。 缺点：成本较高。
• 世界上最长的海底管道 • 可供应全英国20%的天然气40年 • 2007年9月完工投产
A段: Ormen Lange 天然气管道
— Ormen Lange气田至挪威Nyhamna，120公里，管径30英寸
Ormen Lange —— Langeled 天然气管道
A
B
C
B、C段: Langeled 天然气管道
设计压强：
前10年的设计压强为25.5MPa 后40年的设计压强为20MPa
设计温度： 海流：
管内流体温度一般为50℃，管外海水温度为-1℃。
不同重现期的海流流速（m/s） 水深
一年一遇
750m 0.65
十年一遇
0.70
百年一遇
0.75
管中管（PIP）
管中管结构：
•
• •
外管为整个系统提供有效的机械保护,而其内管作为油气等流体的通道；
9）压载链设计
10）海底集束管道附属物设计
• 海底集束管道的关键技术
1、路由的选择
选择合理的铺设路由，经济性、安全性； 2、材料选择 范围很广，从低碳钢到特种钢（双向不锈钢，如铬13）；
3、管束壁厚的确定
需综合考虑环向压力、外部静水压力、局部屈曲、海地稳定性、安装应力、制造公差等因素； 4、管束热绝缘设计 5、管束的构型设计
— B段：挪威Nyhamna至Sleipner平台，613公里，管径42英寸 — C段：Sleipner平台至英国Easington，560公里，管径44英寸
Ormen Lange 气田开采
Nyhamna 陆地处理
Sleipner平台海上监控
Easington终端接收
管道几何截面
外径 380.5mm 混凝土厚 65mm 内径345mm