Đề tài Tính toán thi công, lắp đặt tuyến ống dẫn dầu RP2 – UBN3

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay ở Việt Nam, Dầu khí là ngành kinh tế mũi nhọn, là chỗ dựa cho sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, làm đà thúc đẩy phát triển kinh tế quốc dân. Đây là lĩnh vực làm việc đòi hỏi kỹ thuật cao và điều kiện làm việc xa bờ. Một trong những lĩnh vực quan trọng của nền công nghiệp dầu khí là vận chuyển dầu khí. Do phần lớn các giếng khai thác dầu khí ở nước ta là các giếng khai thác ở xa ngoài biển. Việc thu gom, vận chuyển đó dầu đòi hỏi một hệ thống ống dẫn lớn và yêu cầu làm việc hiệu quả, độ tin cậy cao. Vì vậy mọi tuyến ống được xây dựng phải tính toán thi công và lắp đặt chính xác đảm bảo cho quá trình vận hành. Được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Thịnh Bộ môn Thiết bị Dầu khí và Công trình tác giả đã chọn đề tài “Tính toán thi công, lắp đặt tuyến ống dẫn dầu RP2 – UBN3”. Trong quá trình thực hiện đồ án này, tác giả nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Thịnh, sự giúp đỡ nhiệt tình của kỹ sư Bùi Uy Hùng - Xí nghiệp xây lắp Dầu khí Vietsovpetro, cùng các thầy cô giáo trong Bộ môn Thiết bị Dầu khí và Công trình. Tác giả xin chân thành cảm ơn! Trong quá trình xuất bản đồ án này khó tránh khỏi các sơ suất về kiến thức, in ấn, phương pháp trình bày… Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Hà Nội, tháng 05 năm 2010 Sinh viên Nguyễn Tiến Dũng Chương 1 GIỚI THIỆU TUYẾN ỐNG DẪN DẦU TỪ RP2 – UBN3 1.1. Giới thiệu công trình Đường ống ngầm dẫn dầu từ RP2 – UBN3 thuộc mỏ Rồng, là tuyến đường ống được thiết kế và xây dựng bằng ống thép Ø323.8 mm × 15.9 mm theo tiêu chuẩn API – 5LGr – X60 dùng để vận chuyển dầu giữa RP2 và UBN3 với lưu lượng đến 7500 T/ngày – đêm. Việc thi công tuyến ống ngầm dẫn dầu được thực hiện trên tàu Côn Sơn với chiều dài ống là 24m (đây là ống đôi được tổ hợp từ 2 ống đơn 12m đã được bọc compozit và được tổ hợp trước ở trên bờ). Chiều dài của tuyến ống ngầm được thi công là 8500 m. Hệ số không phụ thuộc vào thời tiết dành cho tàu Côn Sơn khi làm việc tương đương K = 2.4 theo quy chế của SP – 25.88. Thiết kế xây dựng hoàn toàn được thực hiện dựa theo yêu cầu kỹ thuật về đường ống ngầm. 1.2. Các đặc trưng khí hậu khu vực thi công tuyến ống Trong vùng biển Việt Nam nói chung hàng năm có hàng chục cơn bão lớn nhỏ thường tập trung từ tháng 6 đến tháng 10. Đối với những cơn bão lớn sóng có thể cao tới 9 ÷ 10m, vận tốc gió đạt tới 40 ÷ 50m/s. Vùng biển thi công tuyến ống vào mùa đông gió có hướng Đông Bắc, gió hơi lớn từ tháng 11 đến tháng 3. Từ tháng 4 đến tháng 5 gió thay đổi chiều nhiều hướng khác nhau. Căn cứ và dựa theo quy chế SP 25-88 (chất lượng các ngày làm việc của các tàu Trường Sa, Côn Sơn và Hoàng Sa đối với Gió – Sóng trong khu vực mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng), dựa vào đặc tính thời tiết của vùng mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng thì thuận lợi nhất cho các tàu thực hiện rải và lắp đặt ống từ tháng 4 đến tháng 5 và từ tháng 9 đến tháng 10. Bảng 1.1 Các thành phần sóng và dòng chảy ở khu vực xây dựng STT  Các đặc tính  Ký hiệu  Đơn vị  Kích thước   1  Chiều cao sóng trung bình  H  m  5.6   2  Chu kỳ  Tp  Giây  10.4   3  Chu kỳ trung bình của bước sóng  τ  Giây  9.8   4  Chiều dài trung bình của sóng  λ  m  147.7   5  Chiều cao sóng trung bình 13%  H13%  m  8.7   6  Chiều dài sóng đỗ  Η0,1%  m  9.6   7  Vận tốc sóng lớn nhất theo phương ngang  Vt  m/giây  1.37   8  Vận tốc dòng chảy lớn nhất trên bề mặt  Vn  m/giây  2.24   9  Góc giữa trục của tuyến ống và hướng sóng chính  φv  Độ  58   10  Góc giữa trục của tuyến ống và hướng dòng chảy  φt  Độ  58   11  Vận tốc gió lớn nhất được lập lại 1 lần với 25 năm trong 10 phút  ω  m/giây  45.8   1.3 Các đặc trưng thiết kế của tuyến ống Nhiệt độ và áp suất của tuyến ống ngầm dẫn dầu đến UBN3 được thực hiện tính toán bằng chương trình tính toán PICAL. Nhiệt độ ở đầu của tuyến ống ngầm tương đương 500C. Các áp lực tính toán được thực hiện dựa trên nhiệm vụ thiết kế và kế hoạch thi công. Các kết quả đặc trưng của tuyến ống dẫn dầu đã được lập thành bảng sau: Bảng 1.2 Kết quả đặc trưng của tuyến ống xây dựng STT  Các đặc trưng  Đơn vị  Kích thước   1  Đường kính ngoài và độ dầy của tuyến ống  mm  323.8×15.9   2  Tổng chiều dài của tuyến đường ống ngầm  m  8500   3  Lưu lượng vận chuyển  T/ ng.đêm  7500   4  Độ dầy bọc ống (compozit/ bọc tổng hợp)  mm  35/41   5  Nhiệt độ ở đầu tuyến ống (RP2)  0C  50   6  Nhiệt độ thấp nhất trên tuyến ống  0C  22   7  Tốc độ lớn nhất của dòng chảy trong ống  m/giây  1.37   8  Áp suất ở đầu tuyến ống  kG/cm2  40   9  Áp suất trung chuyển  kG/cm2  10.38   10  Áp suất ở cuối tuyến ống  kG/cm2  29.62   11  Nhiệt độ ở cuối tuyến ống  0C  47   Quá trình xây dựng và thiết kế tuyến ống ngầm trên biển phụ thuộc vào áp lực bơm đẩy của thiết bị và áp suất bên trong (áp suất làm việc). Từ đó mới tính toán được độ dầy của tuyến ống cần thiết kế. 1.4 Tìm hiểu vật liệu Compozit Vật liệu composite, còn gọi là Vật liệu compozit hay composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo lên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ. Những vật liệu compozit đơn giản đã có từ rất xa xưa. Khoảng 5000 năm trước công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để tránh bị cong vênh khi phơi nắng. Và điền hình về compozit chính là hợp chất được dùng để ướp xác của người Ai Cập. Chính thiên nhiên đã tạo ra cấu trúc composite trước tiên, đó là thân cây gỗ, có cấu trúc composite, gồm nhiều sợi xenlulo dài được kết nối với nhau bằng licnin. Kết quả của sự liên kết hài hoà ấy là thân cây vừa bền và dẻo- một cấu trúc composite lý tưởng. Người Hy Lạp cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng. Và ở Việt Nam, ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khi khô tạo ra lớp vật liệu cứng, mát về mùa hè và ấm vào mùa đông... Mặc dù composite là vật liệu đã có từ lâu, nhưng ngành khoa học về vật liệu composite chỉ mới hình thành gắn với sự xuất hiện trong công nghệ chế tạo tên lửa ở Mỹ từ những năm 1950. Từ đó đến nay, khoa học công nghệ vật liệu composite đã phát triển trên toàn thế giới và có khi thuật ngữ "vật liệu mới" đồng nghĩa với "vật liệu composite". 1.4.1 Thành phần và cấu tạo Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục duy nhất. (Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của vật liệu composite.) Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước ... * Thành phần cốt Nhóm sợi khoáng chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil. Các nhóm sợi khác ít phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa,...; sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic,...; sợi nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron, térylène, ..), sợi polyamit,...; sợi kim loại: thép, đồng, nhôm,... Sợi thuỷ tinh Sợi thủy tinh, được kéo ra từ các loại thủy tinh kéo sợi được (thủy tinh dệt), có đường kính nhỏ vài chục micro mét. Khi đó các sợi này sẽ mất những nhược điểm của thủy tinh khối, như: giòn, dễ nứt gẫy, mà trở nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn. Thành phần của thủy tinh dệt có thể chứa thêm những khoáng chất như: silic, nhôm, magiê, ... tạo ra các loại sợi thủy tinh khác nhau như: sợi thủy tinh E (dẫn điện tốt), sợi thủy tinh D (cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm lượng kiềm cao), sợi thủy tinh C (độ bền hóa cao), sợi thủy tinh R và sợi thủy tinh S (độ bền cơ học cao). Loại thủy tinh E là loại phổ biến, các loại khác thường ít (chiếm 1%) được sử dụng trong các ứng dụng riêng biệt. Sợi Bazan Sợi hữu cơ * Các loại sợi hữu cơ phổ biến: Sợi kenvlar cấu tạo từ hợp chất hữu cơ cao phân tử aramit, được gia công bằng phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ thấp (-10 °C), tiếp theo được kéo ra thành sợi trong dung dịch, cuối cùng được sử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi. Sợi kenvlar và tất cả các sợi làm từ aramit khác như: Twaron, Technora,... có giá thành thấp hơn sợi thủy tinh như cơ tính lại thấp hơn: các loại sợi aramit thường có độ bền nén, uốn thấp và dễ biến dạng cắt giữa các lớp. - Sợi Cacbon Sợi cacbon chính là sợi graphit (than chì), có cấu trúc tinh thể bề mặt, tạo thành các lớp liên kết với nhau, nhưng cách nhau khoảng 3,35 A°. Các nguyên tử cacbon liên kết với nhau, trong một mặt phẳng, thành mạng tinh thể hình lục lăng, với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mỗi lớp là 1,42 A°. Sợi cacbon có cơ tính tương đối cao, có loại gần tương đương với sợi thủy tinh, lại có khả năng chịu nhiệt cực tốt. - Sợi Bor Sợi Bor hay Bore (ký hiệu hóa học là B), là một dạng sợi gốm thu được nhờ phương pháp kết tủa. Sản phẩm thương mại của loại sợi này có thể ở các dạng: dây sợi dài gồm nhiều sợi nhỏ song song, băng đã tẩm thấm dùng để quấn ống, vải đồng phương. - Sợi Cacbua Silic Sợi Cacbua Silic (công thức hóa học là: SiC) cũng là một loại sợi gốm thu được nhờ kết tủa. - Sợi kim loại - Sợi ngắn và các hạt phân tán - Cốt vải Cốt vải là tổ hợp thành bề mặt (tấm), của vật liệu cốt sợi, được thực hiện bằng công nghệ dệt. Các kỹ thuật dệt vải chuyền thống thường hay dùng là: kiểu dệt lụa trơn, kiểu dệt xa tanh, kiểu dệt vân chéo, kiểu dệt vải mô đun cao, kiểu dệt đồng phương. Kiểu dệt là cách đan sợi, hay còn gọi là kiểu chéo sợi. Kỹ thuật dệt cao cấp còn có các kiểu dệt đa phương như: bện, tết, và kiểu dệt thể tích tạo nên vải đa phương. 1.4.2 Phân loại vật liệu composite Vật liệu composite polyme Vật liệu composite cacbon-cacbon Vật liệu composite gốm Vật liệu composite kim loại Vật liệu composite tạp lai * Theo bản chất vật liệu nền và cốt Composite nền hữu cơ: composite nền giấy (cáctông), composite nền nhựa, nền nhựa đường, nền cao su (tấm hạt, tấm sợi, vải bạt, vật liệu chống thấm, lốp ô tô xe máy),... Loại nền này thường có thể kết hợp với mọi dạng cốt liệu, như: sợi hữu cơ (polyamit, kevlar: đây là sợi aramit cơ tính cao), sợi khoáng (sợi thủy tinh, sợi cacbon,...), sợi kim loại (Bo, nhôm,...). Vật liệu composite nền hữu cơ chỉ chịu được nhiệt độ tối đa là khoảng 200 ÷ 300 °C. Composite nền khoáng chất: bê tông, bê tông cốt thép, composite nền gốm, composite cacbon - cacbon. Thường loại nền này kết hợp với cốt dạng: sợi kim loại (Bo, thép,...), hạt kim loại (chất gốm kim), hạt gốm (gốm cacbua, gốm Nitơ,...). Composite nền kim loại: nền hợp kim titan, nền hợp kim nhôm,... Thường kết hợp với cốt liệu dạng: sợi kim loại (Bo,...), sợi khoáng (cacbon, SiC,...). Composit nền kim loại hay nền khoáng chất có thể chịu nhiệt độ tối đa khoảng 600 ÷ 1.000 °C (nền gốm tới 1.000 °C). * Theo hình dạng cốt liệu - Vật liệu composite cốt sợi Sợi là loại vật liệu có một chiều kích thước (gọi là chiều dài) lớn hơn rất nhiều so với hai chiều kích thước không gian còn lại. Theo hai chiều kia chúng phân bố gián đoạn trong vật liệu composite, còn theo chiều dài thì chúng có thể ở dạng liên tục hay gián đoạn. Ta thường thấy các loại vật liệu cốt sợi này gắn liền với từ composite trong tên gọi. Các sản phẩm composite dân dụng thường là được chế tạo từ loại vật liệu composite cốt sợi, trên nền nhựa là chủ yếu. - Vật liệu composite cốt hạt Hạt là loại vật liệu gián đoạn, khác sợi là không có kích thước ưu tiên. Loại vật liệu composite cốt hạt phổ biến nhất chính là bê tông, thường lại được gọi ngắn gọn chỉ là bê tông, nên ta thường thấy cái được gọi là composite lại là vật liệu composite cốt sợi. - Vật liệu composite cốt hạt và sợi Bê tông là một loại composite (hay compozit) nền khoáng chất[2]. Khi bê tông kết hợp với cốt thép tạo nên bê tông cốt thép, thì đá nhân tạo tạo thành từ xi măng là vật liệu nền, các cốt liệu bê tông là cát vàng và đá dăm thì là cốt hạt, còn cốt thép trong bê tông là cốt sợi. 1.4.3 Công nghệ chế tạo + Công nghệ khuôn tiếp xúc Lát tay Phun Lát máy + Công nghệ khuôn với diaphragm đàn hồi Khuôn chân không Khuôn chân không- autoclave Khuôn ép diaphragm + Công nghệ tẩm áp lực Tẩm áp lực trong điều kiện thường Tẩm áp lực trong chân không + Công nghệ dập trong khuôn Dập trực tiếp Dập đúc Dập ép nóng + Công nghệ quấn Các phương pháp công nghệ Máy quấn + Công nghệ pulltrusion 1.4.4 Một số sản phẩm từ vật liệu composite Vỏ động cơ tên lửa Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ Bình chịu áp lực cao. Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp (Sử dụng công nghệ cuốn ướt của Nga và các tiêu chuẩn sản xuất ống dẫn xăng, dầu). Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh); Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất composite; Ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm phèn; Vỏ bọc các loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, tấm panell composite; Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng; Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ cilicon, sứ epoxy các loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các bộ thiết bị điện, chống sét, cầu chì; Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp; Vỏ tầu thuyền composite (vỏ lãi)..... Thùng rác công cộng Mô hình đồ chơi trẻ em 1.4.5 Ống dẫn xăng dầu bọc Compozit Công nghệ sản xuất ống dẫn xăng dầu thường có cấu tạo ba lớp thành phần: Lớp thứ nhất: Là lớp có độ bền lý, hóa cao, trơ với môi trường xăng dầu, hóa chất. Tuy nhiên trong thực tế, lớp này chịu tác động cơ học yếu, cũng như kém bền vững trong môi trường khí hậu khắc nghiệt tại Việt Nam. Lớp thứ hai: Là lớp kết dính trung gian, đây là lớp rất quan trọng để cho lớp thứ nhất kết hợp được với lớp composite bền ngoài. Lớp này được sấy, gia nhiệt bằng tia hồng ngoại ở nhiệt độ nhất định. Tạo nên sự gắn kết bền vững cho hai lớp vật liệu thứ nhất và thứ ba. Lớp thứ ba: là lớp ngoài cùng, được chế tạo bằng vật liệu composit cốt sợi thủy tinh nền epoxy, hóa rắn bằng andehit. Là một trong những công nghệ sản xuất composite cao cấp với phương pháp cuốn ướt, vớt keo trực tiếp từ máng chứa, cuốn theo nhiều chiều đan xen. Đảm bảo độ bên vững cơ, lý, hóa học trong mọi điều kiện môi trường. Đây là lớp ngoài cùng, khắc phục được tất cả các nhược điểm mà lớp trong cùng không có. Nó giúp cho đường ống được bảo vệ an toàn trước các tác động của các tác nhân cơ, lý, hóa và sự khắc ngiệt của môi trường. Ống dẫn xăng dầu được lắp ghép theo các phương pháp thông thường, với kỹ thuật đơn giản. Tuy nhiên, khi thi công phải tuân thủ nghiêm ngặt các hướng dẫn trong quy trình lắp đặt. Để đường ống hoạt động tốt, không bị sự cố trong khi vận chuyển xăng dầu vvv..... Sản phẩm được sản xuất dựa trên các tiêu chuẩn sản xuất ống dẫn xăng dầu trên thế giới. Chương 2 TÍNH TOÁN TRONG THI CÔNG TUYẾN ỐNG 2.1 Tính toán độ chịu lực của ống 2.1.1 Tính toán khả năng chịu lực của ống Đường kính ngoài của ống: D = 323.8 mm = 32.38 cm Tỷ khối của nước biển: γnb = 1025 kg/m3 = 0.001025 kg/cm3 Áp suất làm việc của ống: Plv = 40 at = 40 kG/cm2 Áp suất thử: Pt = Plv × 1,50 = 40 × 1,50 = 60 kG/cm2 Giới hạn bền của thép: δb = 5170 kG/cm2 Giới hạn chảy của thép:δc = 4130 kG/cm2 Độ sâu của nước ở vùng mỏ: h ≈ 50 m ≈ 5000 cm Độ dày của thép theo áp lực bên ngoài được tính theo công thức:
(2.1) Trong đó: δ: độ dầy của ống thép n: hệ số quá tải đối với ống ngầm (n = 1.2) r: bán kính ngoài của ống (r = 16.19 cm) E: hệ số mô đun đàn hồi dọc (E = 2.1×106 kG/cm2) Thay các giá trị vào công thức ta có:
Độ dày của ống theo suất bên trong được tính theo hai công thức sau: Theo giới hạn bền của thép:
(2.2) Trong đó: δ: độ dày của ống (cm) P: áp suất làm việc (P = 40 kG/cm2) n: hệ số tăng áp suất của ống
Dn: đường kính ngoài của ống (D = 32.38 cm) δb: giới hạn bền của thép (δb = 5170 kG/cm2) Thay các giá trị vào công thức ta có:
Với hệ số hao mòn K = 1.5 thì sẽ có: δ = 1.55 × 1.5 = 2.325 mm. Theo giới hạn chảy của thép thì độ dày của ống được tính theo công thức: (2.3) Trong đó: δc: là giới hạn chảy của thép (δc = 4130 kG/cm2) Thay các giá trị vào công thức ta có:
Với hệ số hao mòn K = 1.5 thì δ = 2.149 × 1.5 = 3.223 mm Kết luận: Từ các kết quả tính trên ta nhận thấy lấy độ dày của ống theo giới hạn chảy của thép là phù hợp với loại ống Ø323.8 mm × 15.9mm theo tiêu chuẩn API – 5LGr – X60. 2.1.2. Độ ổn định của ống dưới đáy biển Tính trọng lượng 1m ống trong không khí: P = π × l × δ × (Dn - δ) × γT ( 2.4) Trong đó: l: chiều dài ống (m) δ: độ dày ống (m) Dn: đường kính ngoài của ống (m) γT: tỷ trọng của thép (γT = 7850 kg/m3) Thay các giá trị vào công thức ta có: P = 3.14 ×1× 0.016 × (0.3238 – 0.016) × 7850 = 121.39 kg/m Tính lực đẩy của nước biển trên 1m ống thép trơn không bọc Compozit:
(2.5) Trong đó: γnb: tỷ trọng của nước biển (γnb = 1025 kg/m3) Thay các giá trị vào công thức ta có:
Như vậy trọng lượng của 1m ống thép trơn trong nước biển sẽ là: Pt.n = P – GT = 121.39 – 84.362 = 37.028 (kg/m) Tính trọng lượng của Compozit bọc trên 1m ống trong không khí: Gcopozit = π × l × δcopozit × (Dn – δcopozit) × γcopozit (2.6) Trong đó: l: chiều dài 1 m ống compozit (m). δcopozit: độ dày của compozit (m). Dn: đường kính ngoài của ống compozit (m). γcopozit: tỷ trọng của compozit tổng hợp = 1887 kg/m3 Thay các giá trị vào công thức ta có: Gcopozit = 3.14×1×0.038×(0.3998 – 0.038)×1887 = 81.462 (kg/m). Trọng lượng của 1m ống thép bọc Compozit trong không khí sẽ bằng: Trọng lượng của 1m ống thép trơn + trọng lượng của 1m compozit bọc ống ↔ Pcompozit = P + Gcompozit = 121.39 + 81.462 = 202.852 (kg/m). Tính lực đẩy của nước biển trên 1m ống thép bọc Compozit:
( 2.7) Trong đó: D: đường kính ngoài của compozit bọc ống. γnb : tỷ trọng của nước biển (γnb = 1025 kg/m3) l: chiều dài tính toán của đoạn ống thép bọc Compozit Thay các giá trị vào công thức ta có:
Như vậy trọng lượng 1m ống thép bọc compozit trong nước biển: Pcom.n = Pcompozit – G1m Pcom.n = 202.852 – 128.611 = 74.241 (kg/m). Và trọng lượng của compozit bọc trên 1m ống trơn khi nằm trong nước biển bằng (trọng lượng của 1m ống thép bọc compozit trong nước biển trừ trọng lượng của 1m ống thép trơn trong nước biển): Gcom.n = Pcon.n – Ptn Gcom.n = 74.241 – 37.028 = 37.213 (kg/m). Tính lực đẩy của dòng chảy trên 1m ống thép được bọc bêtông với góc φ = 580 và vận tốc trung bình V = 2.24 m/s (V = V. Sinφ) theo công thức:
(2.8) Trong đó: V: là vận tốc dòng chảy lớn nhất trên bề mặt. D: đường kính ngoài của lớp compozit bọc ống thép. g: gia tốc trọng trường (g = 10m/s2) Thay các giá trị vào công thức ta có:
Trong điều kiện ổn định thì dao động ngang được xác định bằng công thức: G2 × Kgđ < Kms × ( Pcompozit – G1m × Kn ) (2.9) Trong đó: Kgđ : hệ số ổn định với dao động ngang (Kgđ = 1.15). Kms: hệ số ma sát của ống đối với mặt đáy biển (Kms = tg 390). Kn: hệ số ổn định chống nổi (Kn = 1.2). Thay các giá trị vào công thức ta có: 59.88×1.15 < tg390 (202.852 – 128.611×1.2) 68.862 < 72.162 Để cho một tuyến ống ngầm bất kì được nằm ổn định dưới đáy biển thì cần phải thỏa mãn điều kiện sau:
(2.10) Trong đó: G: trọng lượng cần thiết nhỏ nhất cho 1m đơn vị chiều dài của ống bọc trong nước biển (G = 74.241 theo tính toán thiết kế). Gtn: trọng lượng của 1m ống trong nước biển. Gcom: trọng lượng của compozit được bọc trên 1m ống. Gn: hệ số ổn định chống nổi (Gn = 1.2). m3: hệ số ổn định khi ống nằm trên đáy biển (m3 = 0.95). m4: hệ số ổn định của ống với dao động ngang (m4 = 0.90). (Gn, m3, m4 là các hệ số trong tiêu chuẩn thiết kế thi công các tuyến đường ống dẫn dầu khí của viện NIPI). Thay các giá trị vào công thức ta có:
Kết luận: Qua các tính toán ổn định cho tuyến ống ngầm dẫn dầu RP2 – UBN3 cho thấy rằng, đã thỏa mãn các điều kiện về tính ổn định của tuyến ống khi dùng loại ống Ø323.8 mm × 15.9 mm bọc Compozit dầy 30 ÷ 38 mm để thi công lắp đặt mà không cần thay thế loại ống khác hay gia tăng thêm trọng lượng ống nhưng vẫn đảm bảo độ ổn định dưới tác dụng của môi trường và dòng chảy trong khu vực này. 2.2. Tính toán chọn cáp để cẩu ống Việc tính toán chọn cáp là công việc rất quan trọng, vì đây là công việc quyết định cho toàn bộ tải trọng khi di chuyển ống trong thi công. Do đó khi tính toán chọn cáp phải dựa trên các công thức tính toán cơ sở và phải đảm bảo chính xác và an toàn. 2.2.1. Tính sức căng của dây cáp khi treo hàng Để vận chuyển ống thép Ø323.8 mm(15.9 mm ta dùng 2 nhánh dây cáp móc trực tiếp vào đầu ống thông qua móc cẩu ống chuyên dùng: Tính lực căng quang treo theo công thức:
(2.11) Trong đó: Sp: lực căng trên mỗi nhánh dây. Q: trọng lượng vật cẩu (kg) = 4868.448 kg (ống bọc Compozit 24m). m: số nhánh dây = 2. (: góc hợp bởi nhánh dây và phương thẳng đứng (chọn trong trường hợp là góc lớn nhất để chọn cáp (= 450)
2.2.2 Chọn cáp Để đảm bảo an toàn tuyệt đối trong quá trình nâng hạ và vận chuyển ống trong khi thi công, dựa vào công thức sau để chọn cáp:
(2.12) Trong đó: R: là sức kéo cho phép trên mỗi nhánh dây.
: lực căng trên mỗi nhánh dây. K: hệ số an toàn của cáp được lấy theo tiêu chuẩn TCVN. Tiêu chuẩn này được tra trong qui phạm của Cục Đăng kiểm cho thiết bị máy trên công trường biển và hệ số này được lấy K = 4. R = K ( Sp = 4 ( 3442.513 = 13770.052 kg Theo bảng lực kéo cho phép của các loại thép, ta chọn được cáp Ø19.5 mm Loại cáp TK6(37 có Sb = 150 kg/mm2 có lực kéo cho phép là: R = 17300 kg > 13770.052 kg. 2.2.3 Chọn các thiết bị nâng hạ Để đẩy nhanh tiến độ thi công, đòi hỏi các phương tiện nâng hạ phải đảm bảo đúng và đủ các yêu cầu an toàn về tải trọng. Phải chọn các phương tiện vận tải để có thể nâng hạ các mã hàng ở tầm với và các độ cao cần thiết. Đối với việc nâng hạ và cẩu ống đôi có chiều dài 24m và mỗi lần nâng cẩu là 2 ống đôi, phải căn cứ trên các thông tin về máy móc thiết bị mà các nhà máy cung cấp, từ đó có thể tính toán và lựa chọn các thiết bị cho phù hợp với các loại ống và các loại tải trọng cần nâng hạ. Chương 3 NHỮNG YÊU CẦU KỸ THUẬT LẮP GHÉP ỐNG 3.1 Đặc tính và yêu cầu kỹ thuật của tuyến đường ống cần xây dựng Tuyến ống ngầm dẫn dầu cần xây dựng từ RP2 – UBN3 dài 7590 m, chiều dài tổng cộng kể cả ống đứng 7655 m. Toàn bộ chiều dài tuyến ống bao gồm: ống Compozit và 5% ống dự phòng theo thiết kế xây dựng tuyến ống là 8500 m.