1、深海钢悬链线立管设计 1 前前 言言 经济的高速发展必然带来能源的大量消耗，寻求廉价而供应充足的能源已经成为 各国经济发展的重大问题。科学技术的发展的现状表明：太阳能、地热能利用和开发 还处于初级阶段，在能源消耗总额中占的比重也很少；核能正在发展，所占的比重正 在逐渐提高，但也受到技术水平、铀矿资源的限制；在核聚变能量被工业大量实际应 用以前，石油天然气等燃料仍然是社会使用的主要资源；而石油由于比较容易开采、 运输和利用，就必然成为现代国民经济的重要支柱。世界上大量的政治、军事、经济 的运动都是围绕石油问题进行的。勘探表明，在大陆架的 39%地区含有油气构造，其 储量占全世界石油的30%40%
2、。而美国的墨西哥湾、欧洲的北海、西亚的波斯湾、北 非海域以及南中国海域、渤海海域都已成世界各国开发海洋石油资源的重要场所。目 前在各大洲大陆架的不同工作水域有各种类型的近海工程结构物，主要应用于海底油 气资源的勘探和开发。 海洋立管是浮式海洋平台与海底井口间的主要连接。作为海面与海底的一种连接 通道，它也可用于固定式平台及勘探船。下端通过万向节与海底井口连接，其上端与 平台或船舶底部的滑移节配合，这样，平台或船舶在波浪作用下发生任何可能的运动 时，立管有足够的运动自由度随之运动，并在平台或船舶发生垂直震荡是改变其长度。 立管本质上有两种，即刚性立管和柔性立管。海洋立管具有多种可能的结构，如顶张
3、 力立管（TTP） 、自由悬挂的钢悬链线立管（SCR） ，惰性 S 立管，陡峭型 S 立管，惰 性波浪立管、陡峭型波浪立管等。 立管的设计应该满足实际的海洋环境载荷，小直径的立管通常被固定在隔水套管 中，海洋环境在核对其影响较小。较大直径立管科直接由平台支持置于海洋环境载荷 中，此时，立管将同时承受内流体流动的作用和管外海洋环境载荷作用。立管所承受 的海洋环境载荷主要有风、浪、流、冰和地震载荷等，其中波浪和海流是最重要的海 洋荷载。并且受水流作用的工程结构都有可能发生涡激振动。 目前海中立管的动力设计计算并不考虑内流体的流动作用， 这样设计是不合理的， 深海钢悬链线立管设计 2 也是不安全的。
4、 但由于知识与数据的缺乏，本设计将不对内流体的流动作用进行设计。 第一章 立管设计的基本依据 该立管为南海某海域 1000m 水深的生活动力平台通过海底管道输送 产物的立管。 1.1 立管用途和功能 1、生活动力平台的产物经过此立管输送到 spar 平台上，最大输送量 7 1.010kg d ； 2、采用双层保温管结构； 3、内管内腐蚀裕量 3.2mm,外管外腐蚀裕量 6.0mm； 4、立管设计寿命按 20 年设计。 1.2 环境条件 1.风 设计风速 60m/s,强风向 NE 施工风速 20 m/s 2.波浪 50 年一遇波高 6.8m,平均周期 9.3s 3.海流 五十年重现期 0.923
5、3m/s(水面) 4.水深 最大水深 1000m; 5.温度 大气:最高 38,最低-20 海面:最高 30,最低-0.5 6.海生物厚度 按平均厚度 2cm 考虑。 1.3 液体性质 1 7 1 q =1.010kg d , 7 0 q =0.610kg d , 油气比 3 G = 4 0 mt 2 0=968.2kg/m3 0=742.38cp 3 g=0.9690 /m3 4 w=1025kg/ m3 w=1.7cp(水在 20) 深海钢悬链线立管设计 3 5 液体输送温度按 80，液体输送压按 14.7MPa。 1.4 立管的设计依据 1.参照中国船级社： 海底管道规范安全规则 （草稿
6、）1987 2.参照挪威船级社 DNV： 海底管道系统规范1981 深海钢悬链线立管设计 4 第二章 立管的工艺设计与计算 立管的工艺设计计算与普通管道的工艺设计计算大致相同。 根据油田总体规划中确定的工艺流程和分流规划，对管道系用进行一系列的工艺 计算与分析，例如，降压、降温计算，段塞流分析，允许停输时间计算，再启动计算。 其目的是选择合理的管道的管径和断面型式。其中最主要的工艺计算是压降、温 降所需要的水力计算和热力计算。 在输送易凝固原油时， 立管部位是咽喉薄弱环节， 除了做好对管道的隔热保温外， 还应考虑其他加热、放热、降粘措施。 2.1 立管的尺寸设计 2.1.1 主要设计参数计算 1.输送介质的密度及比重 已知： 7 1 q =1.010kg d , 7 0 q =0.610kg d ,0=968.2kg/m 3， w=1025kg/m 3 则 w q=4000kg d，可计算出液体（油与水）的密度： ww00 q qq = 10000
