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。     

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.     

海底管道悬跨段的近壁圆柱绕流分析

海底管道靠近海床表面处受海流冲刷,管道与海床表面产生一定间隙,该间隙与管道直径的比值定义为间隙比。通过数值模拟和物理模型试验,研究间隙比对管道绕流的水动力特性的影响。物理模型试验中,六分力天平测得管道的阻力和升力,数值模拟研究管道尾流流态和旋涡发放频率。结果表明:间隙比低于某临界值时,海床的存在阻碍了剪切层与层外流动间的相互作用,抑制层内涡量的传递,下游旋涡得不到充分发展,发放频率有所降低;海床壁面加剧管道两侧压力分布不均匀,压力差增加,因而管道阻力和升力增大;间隙比高于某临界值时,海床的抑制作用逐渐削弱,旋涡脱落趋于规则,海床未对绕流产生较大影响,管道受力随之趋于稳定。该研究可为海流冲刷引起的海底管道悬跨现象的安全设计提供理论指导。     

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.     

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.     

海流作用下海底管道疲劳寿命分析

本文建立海底管道振动微分方程,采用Fluent软件求解涡激振动升力系数,由时程分析法获得海底管道动力响应,并运用线性累积损伤理论和S-N曲线法分析海底管道疲劳寿命。     

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。     

跨航道海底管道的深挖沟保护

深挖沟填埋是对跨航道海底管道保护最常用也是最经济有效的方法。在制定深挖沟施工方案时需要重点考虑几个关键参数,包括土壤剪切强度、海底管道抗弯曲强度、挖沟机械设备的能力、挖沟回填的工程量等。挖沟后调查能够检测并及时反馈挖沟效果,是保证挖沟质量的关键。深挖沟后的沟槽回填是一项必不可少的工作。通过具体工程案例,分析了跨航道海底管道4 m深挖沟的影响因素,根据施工现场的实际情况制定了合理的挖沟方案,顺利完成跨航道海底管道的深挖沟掩埋工作。     

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.     

海底管跨涡激振动疲劳可靠性研究

本文考虑波浪水质点与管线振动间的相对运动速度以及波浪和海流的联合作用,对传统的波浪载荷计算方法进行了改进,引入了波浪激励载荷中的二阶平方阻尼项,从而建立了管跨段的非线性涡激振动方程.通过较为合理的化简,将非线性随机振动方程化为相应的线性随机振动方程.利用谱分析解法,由波浪谱推得海底管线的波浪力谱,作为振动方程的输入谱,计算得到相应的输出谱,进而确定位移和应变等各种响应随机过程的概率分布,最后结合可靠性分析理论确定管线的疲劳失效概率.     

海底管道稳定性分析

海底管道稳定性设计是海底管道整体设计的起始部分,也是海底管道设计的重要部分,该部分直接决定海管的选择形式。对海底管道稳定性分析的合理性直接影响着海管在整个运营周期内的安全和经济效益。结合现行主流设计规范,讨论海底管道稳定性分析涉及参数,研究海底管道分析设计方法,并为今后海底管道稳定性设计提供合理化建议。     

图解法预报悬跨管道涡激振动响应

利用水动力经验模型,用简易的图解法预报不同功能载荷和边界条件下的深水悬跨管道涡激振动响应频率和振幅.分析内流流速、阻尼和管土耦合作用等因素对涡激振动响应及锁定范围的影响.指出对于低流速内流,特别是有效张力比较大的时候,内流流速对结构固有频率影响很小;管土耦合边界对悬跨振动响应的主要作用在于减小结构固有频率和提高阻尼,有利于减少疲劳累积损伤预报值.     

海底管道泄漏及扩散特性分析

随着我国海底输油管道的不断发展,海底管道由于其独特的输送特性成为了应用最广泛的海上运输工具。但海底管道投资大、风险高,一旦输油管道出现石油泄漏,造成输油作业中断。泄漏的油品浮到海面后在海流的作用下,对海面上来往的船只和附近的生态带来严重的影响,更对海洋和周边的生态造成严重的破坏。因此需要对海底输油管道泄漏进行数值模拟,找出其扩散特性的规律,从而最大程度预测溢油对海洋造成的影响。本文运用FLUENT软件在不同孔径、不同海流、不同泄漏速度情况下模拟了海底输油管道柴油泄漏的扩散特性,模拟了海上油膜在不同海流情况下的运动特性,并作出相应分析和结论。     

稳定流作用下海底悬跨管线涡激振动研究

讨论了目前用于海底悬跨管线涡激振动预报的主要数值模型,针对海底管线悬跨段涡激振动问题编制了有限元分析程序,程序采用梁单元模拟管跨结构,动力响应计算方法采用VIVANA模型,模型控制方程采用Newton-Raphson迭代算法求解。采用Larsen,Koushan等人(2002)和Larsen,Baarholm等人(2004)给出的两组不同的用于确定升力曲线的参数曲线进行计算,将计算结果与Tsahalis(1984,1987)的模型实验结果进行了比较。结果表明本文的涡激振动模型能够预报间隙比e/D=∞时海底悬跨管线的涡激振动响应;采用Larsen,Koushan等人(2002)参数曲线得到的计算结果与间隙比e/D=∞时的实验结果符合较好,Larsen,Koushan等人(2002)参数曲线较Larsen,Baarholm等人(2004)参数曲线更适合于海底悬跨管线的涡激振动预报。     

海底管道侧向屈曲分析

侧向屈曲是非埋设海底高温高压管道运行期间常见的失效形式.由高温和高压造成的管道轴向应力是导致管道侧向屈曲的主要原因.本文对管道侧向屈曲进行了数学解析分析,并给出了管道在实际运行状态下发生侧向屈曲时常出现的四种模态的力学分析结果.对某工程项目的海底管道进行了侧向屈曲的数值计算以验证其工程可靠性.从理论和工程实践两方面分析比较了控制侧向屈曲的各种方法.初步探讨了深水高温高压管道的侧向屈曲控制方法.