大坡度海底管道悬跨及疲劳分析

针对大坡度海底管道的悬跨和疲劳问题,基于DNV规范和线性疲劳累积损伤理论,分析管道顺流向和横向涡激振动的特点,并根据实例计算了大坡度海底管道不同水深处的最大悬跨长度和管道的疲劳寿命。结果表明:悬跨长度越长,管道的涡激振动现象越明显,即跨长对VIV疲劳损伤的影响较大;该管道的设计参数满足疲劳要求,其中大坡度海底管道出现最大疲劳损伤的位置为管道与斜坡底端的触地点处。     

海底管道的疲劳失效分析

由于多种原因在役海底管道的某些管段往往会形成具有一定长度的悬跨,悬跨在波浪和海流的共同作用下会发生振动,最终可能导致管道的疲劳失效.从海底管道疲劳寿命计算和疲劳失效分析人手,重点介绍应用ANSYS有限元软件分析海底管道的疲劳问题的方法,可供类似工程借鉴与参考.     

海流引起海底管道悬空的数值模拟

海底管道悬跨将影响管道的安全运营.在海底管道稳定性设计中,需要合理分析具有初始嵌入深度的海底管道产生悬空的物理机制.本文对海流作用下铺设于砂质海床上的海底管道悬空进行了数值模拟.求解不可压缩流体N-S方程,分析了海流作用下管道周围的流场特性,研究了管道两侧的压力分布特性和海床表面剪应力的分布特点.在管道绕流流场分析的基础上,通过对土体渗流方程的求解,得到了管道周围砂质海床内的渗流场以及渗流水力梯度场的分布情况.与海床表面剪应力计算结果进行比较分析发现,管道下方渗流出口处土体的流土渗透破坏将诱导管道发生悬空.     

腐蚀条件下的海底悬跨管道振动分析

为有效预测腐蚀条件下海底悬跨管道的涡激振动响应,基于Euler-Bernoulli梁理论和改进范德波尔尾流振子方程,引入裂纹梁的等效抗弯刚度,建立考虑腐蚀作用的海底悬跨管道涡激振动模型。运用该模型对海底悬跨管道进行振动分析,并将计算所得结果与通过有限元建立的腐蚀管道模型所得结果相对比,验证该模型的准确性。通过分析不同腐蚀深度下海底悬跨管道的涡激振动特性发现：考虑腐蚀作用的管道在固有频率、位移响应和应力响应等方面与完整管道差异较大,且随着腐蚀深度的增加,变化率逐渐增大;考虑腐蚀作用的管道在发生涡激振动时的不稳定性比未考虑腐蚀作用的悬跨管道更强。     

考虑跨肩管土作用的悬跨管道涡激振动特性研究

海底悬跨管道涡激振动是一个复杂的流场-管道结构-跨肩土体耦合问题,其发生机理和振动特性十分复杂,特别是两端跨肩处管土作用对涡激振动的影响有待深入讨论。为此,文章引入了P-y曲线描绘跨肩处管土耦合作用,提出了基于管道位移和速度的新非线性土体弹簧模型,根据能量平衡原理计算土体阻尼,采用尾流振子模型模拟悬跨管段流固耦合作用,建立了考虑流—固—土多场耦合作用的海底悬跨管道涡激振动预报模型,并重点研究了考虑跨肩管土作用时,悬跨管道涡激振动的诸多特性。     

海底多段悬跨管道涡激振动特性分析

深海海底多跨管道相比于单跨,其涡激振动行为却更为复杂。文章考虑了两端跨肩和中间支撑处的管—土作用边界条件,提出了多跨管道涡激振动预报模型,标定了模型参数,并重点分析了跨肩边界条件、中间支撑条件和悬跨长度对管道涡激振动特性的影响。结果表明:较大的两端边界处扭转弹簧弹性系数、较大的中间支撑处扭转和拉伸弹簧弹性系数和较短的悬跨长度,会限制管道结构高阶模态的激发,同时还发现了振动能量会在相邻管跨之间传递的现象。     

海底管道悬空评估应用分析

海底管道在服役期间由于各种原因会在某些管段形成悬空段,悬空段的存在会影响管道的安全运行。文中以渤中海域某管道为例,基于DNV规范,对海底管道允许悬空长度和海底管道疲劳寿命的影响因素（工作内压、海流流速、沟槽深度）进行分析。     

海底管道不平整度分析

海底管道不平整度分析是根据海底管道悬跨分析的结论,研究海底管道铺设在不平整的海床后其自由悬跨长度、悬跨高度以及自由悬跨产生的应力、应变是否满足要求。本文首先分析海底管道不平整度分析涉及参数,然后结合工程实例,对我国南海深水区复杂地质情况下一条预建海底管道不平整度进行分析评估,并提出合理的优化方法。本文的研究成果对今后类似海底管道不平整度分析有参考意义。     

悬跨海底管道安全评估和风险分级

为确定不同程度悬跨海底管道的安全性,以避免涡激共振为控制条件对不同振动方向和不同边界条件下海底管道悬跨临界长度计算方法进行分析,发现悬跨海底管道的安全长度与约化速度和边界条件具有正相关性;提出以不同条件下得出的临界悬跨长度值作为分级依据的悬跨海底管道风险分级方法,案例分析结果表明,该方法可识别出亟需治理的悬跨段,使有限的资源得到最优的分配。     

海底管线在波流联合作用下疲劳寿命预测方法研究

海底管道悬跨管段在波流联合作用下非常容易发生疲劳破坏.文章在结合所做的一系列试验结果的基础上,建立了管跨在波流联合作用下的涡激振动力学模型.通过模态分析,求得振动方程的固有振型,并以此为基础,综合考虑垂向响应和流向响应对管跨截面处应力的影响以及平均应力存在时对疲劳寿命的影响,运用谱分析理论和疲劳分析理论建立更为合理可靠的海底管线疲劳寿命预测方法.最后通过实例计算,确定平均应力的存在对管跨疲劳寿命的影响程度.     

海底管道管跨的预防和治理

埋设于海底的输液管道,由于海床不平坦或海流对不稳定海床的长期冲蚀以及内外流引起的管道振动等复杂因素,不可避免地使海底管道出现悬空段。本文以海底输油管道为研究对象,分析了管跨形成的原因及危害,提出了管跨的预防及工程治理对策。     

海底管道悬空成因及防治

海底管道是海上油田生产系统中的一个重要组成部分,维护海底管道的安全是保证安全生产和保护海洋环境的重要环节。由于埕岛滩海油田地处黄河入海口滩海交界地带,地貌条件十分复杂,在强烈的水动力因素与不稳定的海底条件作用下,平台及海底管道附近海床遭到强烈冲蚀,使平台附近与立管连接的海底管道出现悬空现象。裸露悬空的海底管道在海流及海浪的冲刷下,产生涡激共振,一旦这种振动引起的动应力超过疲劳极限,管道就会在悬空最严重的部分(立管底部)产生应力集中以至产生疲劳裂纹。当海底管道局部位置超过一定的屈服极限,就极有可能断裂,引发原…     

深水海底管道水泥压块的安装过程及检验要点

结合对海管悬空的研究以及深水项目经验,重点描述了深水段海底管道悬跨段的水泥压块的陆地制作、运输和海上安装的施工过程及检验。以期通过介绍使相关方对深水悬跨段的水泥压块处理方式有所了解,并为今后类似项目提供参考和帮助。     

海底悬跨管道在内流影响下的动力响应研究

海底管道是海洋油气工程的重要组成部分.如何保障海底管道的安全是设计和研究人员十分关心的问题之一.本文结合工程实际情况,应用有限元数值模型的耦合计算探讨了内流对海底悬跨管道动力响应的影响.针对水平输油悬跨管道,采用三维弹性动力学方程模拟管道,内部流体采用层流模型.通过在流固边界上反复迭代,进行管道及其内部流体系统的三维流固全耦合计算,得到管流耦合系统的固有频率,并与其它频率计算方法的计算结果进行了比较.同时对冲击载荷和波浪载荷作用下,不同流速内流对海底管道动力响应的影响进行了计算和比较分析.     

海底多跨管道涡激振动疲劳简化分析

多跨管道由于其自振频率低且相邻模态频率临近,容易在低流速下产生多模态涡激振动.针对长期作业的海底多跨管道,考虑遭遇海流流速变化以及涡激振动响应本身的随机性,多模态响应采用单频响应的等效组合,利用 N-S曲线和Miner线性累积损伤准则进行悬跨涡激振动疲劳损伤简化预报,为深水悬跨管道初始设计提供参考.通过一输气多跨管道的疲劳累积损伤度的影响因素分析,结果表明:疲劳损伤对土壤刚度选取敏感;DNV RP-105规范中多模态响应缩减系数较振幅权重形式更保守;用Rayleigh分布描述涡激振动响应进程计算的疲劳损伤要高于恒幅稳态振动描述.     

海底管道悬空隐患成因及防治

海底管道是海上油田生产系统中心的一个重要组成部分,维护海底管道的安全是保证安全生产和保护海洋环境重要环节.本文对埕岛海区平台附近与立管连接的海底管道出现悬空的安全隐患进行了详细的调查,并对产生悬空原因进行了分析.对悬空管道的悬空控制进行了对策研究,形成了采用"水下支撑桩"方法进行管道悬空治理的施工方案,此对策实施后取得了显著效果,为保证海底管道安全,保护海洋环境提供了有利借鉴.     

埕岛油田海底管线悬跨段动力响应分析

以胜利埕岛油田CB11D-CB11E海底输油管道CB11D端悬空段极端海况为例,研究了该海底输油管道的在波浪、流、地震等外荷载作用下的动力响应,结果表明,在波浪、流及地震共同作用下悬空管道两端及弯管处应力很大,管跨中间位置位移最大,说明该两处最容易发生破坏和断裂.因此应密切检测悬空管道两端和管跨中间的刚度,及时采取防护措施.     

计算机技术在海底管道施工中的应用

在海洋工程领域中,计算机技术在众多方面所表现出来的优越性对于海底管道的施工颇具指导意义.本文从滩浅海油田开发的现状入手,从提高和完善海底管道施工技术的角度,提出了采用计算机技术辅助海底管道施工及防护的新思路,详细阐述了计算机技术在海底管道稳定性分析、海底管道凸起及悬跨应力分析、海底管道涡激振动分析、海底管道立管结构预制及起吊分析等方面所开发的软件的工作原理和对海底管道施工及防护的辅助作用,并进一步说明了这些软件的运行过程和应用效果.     

非线性管土耦合条件下悬跨管道涡激振动响应时域预报

海底悬跨管道与海床耦合呈现高度非线性,使得发展一种时域预报方法成为需要.文章运用有限元法对输液张紧悬跨管道进行空间离散,并应用Facchinetti等改进的尾流振子模型和切片假定模拟每个有限单元上的涡激振动水动力,发展了一种悬跨管道-海床-流场多场耦合的非线性时域预报方法.在合理选取尾流振子模型附加水动力阻尼参数的基础上,时域预报了线性、理想塑性和张力截断弹簧模型下悬跨管道的涡激振动响应.研究结果表明,基于尾流振子的时域预报方法能够合理地描述非线性管土耦合边界下VIV响应;非线性边界条件下,锁定产生的最大响应幅值低于线性结果.     

海底管道悬跨分析与不平整海床处理的推荐做法

针对不平整海床上悬跨对海底管道的影响进行了介绍,对静态悬跨和VIV悬跨的原理和计算方法做出了理论分析.对于超过管道临界跨长所对应的海床需要进行修整,给出了几种推荐的处理措施,同时考虑具体实施的安全与经济性,最终确定了一些工程中的设计原则.