Đồ án Hệ thống thu gom dầu và khí mỏ Bạch Hổ

định bởi vận tốc theo phương ngang VO tại lớp biên. đối với đường ống có đường kính nhỏ hơn 1 m ta lấy lớp biên bằng 1 m. V0 là vận tốc sóng tại điểm cách đáy 1 m. Các hệ số CD, CL, CI được tra theo bảng sau và phụ thuộc vào hệ số Reynol. Hệ sè Raynol được xác định theo công thức: Re = g là hệ số nhớt (cm2/s), g = 1,0x10-5ft2/s = 9,3x10-3cm2/s Bảng 19: Các hệ số thuỷ động CD, CL, CI Re CD CL Cm Re < 5,0x104 1,8 1,5 2,0 5,0x104 < Re <1,0x105 1,2 1,0 2,0 1,0x105 < Re <2.0x105 (1,53-Re)/3x105 (1,2-Re)/5x105 2,0 2,0x105 <Re <5,0x105 0,7 0,7 (1,2-Re)/5x105 Re >5,0x105 0,7 0,7 1,5 Xác định vận tốc sóng tác dụng lên đường ống Theo lý thuyết sóng stockes bậc 5 ta có: Vận tốc sóng theo phương ngang: Gia tốc sóng theo phương ngang : Trong đó: k: số sóng trong mét chu kỳ k = L: chiều dài sóng (m). w: Tần số sóng được xác định theo công thức: w = g.k.(1 + a2.C1 + a4 .C2).th(k.d) d: Độ sâu nước (m). g: Gia tốc trọng trường (g = 9,8 m/s2). a: Hệ số được xác định theo phương trình: k.H = 2.[a + a3.F33 + a5.(F35+F55)] H: Chiều cao sóng (m). C1, C2 là các hệ số được tra bảng phụ thuộc vào tỷ số giữa độ sâu nước và chiều dài sóng Gn (n= 1¸5): là các hệ số được xác định theo công thức: G1 = a.G11+a3.G13+a5.G15 G2 = 2.(a2.G22+a4.G24) G3 = 3.(a3.G33+a5.G35) G4 = 4.a4.G44 G5 = 5.a5.G55 G11, G13, G15, G24, G33, G35, G44, G55 là các hệ số phụ thuộc vào tỷ số giữa độ sâu nước và chiều dài sóng tính toán (d/L). Chọn thời điểm tính toán tại t = 0 và x = 0 lóc này vận tốc sóng đạt giá trị cực đại Toàn bộ kết quả tính toán được ghi trong các bảng sau: Bảng 20: Giá trị các thông số profill sóng stokes D (m) d/L F22 F24 F33 F35 50 0,28 0,639 0,962 0,549 1,908 38 0,22 0,836 1,264 0,849 3,105 28 0,18 1,172 1,376 1,552 4,982 22 0,16 1,417 1,355 2,104 6,284 17,5 0,13 2,481 -10,637 6,665 -51,28 12 0,114 3,233 -20,22 10,09 -97,85 Bảng 21: Giá trị các thông số profill và thông số tần số sóng stokes d (m) d/L F44 F55 C1 C2 50 0,28 0,561 0,634 1,156 2,127 38 0,22 1,026 1,359 1,421 4,054 28 0,18 2,414 4,214 1,988 10,95 22 0,16 3,569 6,695 2,427 16,87 17,5 0,13 20,48 70,281 5,109 165,37 12 0,114 33,55 125,15 7,071 281,8 Bảng 22: Giá trị các thông số vận tốc sóng stokes D (m) d/L G11 G13 G15 G22 50 0,28 1 -0,823 0,081 0,107 38 0,22 1 -1,122 -1,925 0,257 28 0,18 1 -1,686 -3,305 0,539 22 0,16 1 -2,108 -4,345 0,753 17,5 0,13 1 -4,349 -8,010 1,714 12 0,114 1 -5,973 -10,527 2,398 Bảng 23: Giá trị các thông số vận tốc sóng stokes d (m) d/L G24 G33 G35 G44 G55 50 0,28 0,629 -0,024 0,315 -0,0008 0,0026 38 0,22 0,677 -0,022 0,832 -0,0284 0,0056 28 0,18 0,045 0,114 1,793 -0,0932 -0,0992 22 0,16 -0,589 0,245 2,493 -0,1424 -0,2044 17,5 0,13 -19,80 7,563 -46,97 2,968 0,2026 12 0,114 -34,915 4,365 -86,83 5,476 0,571 Bảng 24: Kết quả tính các hệ số Gn d (m) d/L G1 G2 G3 G4 G5 50 0,28 0,18826 0,00987 -0,0003 -4,56E-6 3,59E-6 38 0,22 0,9239 0,0233 0,0003 -0,0002 9,49E-6 28 0,18 0,1888 0,0452 0,0048 -0,00065 -0,00177 22 0,16 0,1884 0,0638 0,0098 -0,00109 -0,00041 17,5 0,13 0,1556 0,0708 0,0182 0,01383 0,00022 12 0,114 0,1442 0,082 0,0268 0,0245 0,00058 Bảng 25: Các thông số sóng d(m) Chiều cao sóng Chiều dài sóng Số sóng Tần số sóng Vận tốc dòng chảy 50 12,0 178,57 0,0332 0,5628 1,1889 38 11,6 172,7 0,0364 0,5786 1,172 28 10,95 155,6 0,0404 0,5950 1,229 22 10,25 137,5 0,0457 0,6242 1,251 17,5 9,9 134,6 0,0467 0,6489 1,442 12 8,36 105,3 0,0597 0,6964 1,647 Bảng 26: Kết quả tính toán ổn định vị trí STT Tên gọi Ký hiệu Độ sâu 12 17,5 22 1 Chiều cao sóng đáng kể (m) HS 8,36 9,9 10,25 2 Chiều dài sóng (m) L 105,3 134,6 137,5 3 Chu kỳ sóng (s) TS 11,5 11,5 11,5 4 Số sóng K 0,0596 0,0466 0,0457 5 Đường kính ống (m) D 0,4064 0,4064 0,4064 6 Tỷ trọng nước biển (kg/m3) r 1025 1025 1025 7 Hệ sè raynol Re 10.105 9,6.105 8,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,7 0,7 0,7 9 Hệ số lực nâng CL 0,7 0,7 0,7 10 Hệ số lực quán tính Cm 1,5 1,5 1,5 11 Vận tốc sóng (m/s) Vmax 2,967 2,843 2,431 12 Vận tốc dòng chảy (m/s) Vdc 1,647 1,442 1,251 13 Vận tốc hiệu quả (m/s) Ve 2,301 2,204 1,885 14 Khối lượng 1m ống trong không khí (kg/m) Mk 123,24 123,24 123,24 15 Khối lượng 1m ống trong nước (kg/m) Mn 5,315 5,315 5,315 16 Lực nâng Fl 2272,,8 1938,4 1434,2 17 Lực cản vận tốc Fd 2272,8 1938,4 1434,2 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 551,98 470,76 348,27 20 Khối lượng gia tải m 632,6 465,44 342,95 21 Chiều dày lớp bê tông bọc (m) t 0,173 0,136 0,106 Bảng 27: Kết quả tính toán ổn định vị trí STT Tên gọi Ký hiệu Độ sâu 28 38 50 1 Chiều cao sóng đáng kể (m) HS 10,95 11,6 12,0 2 Chiều dài sóng (m) L 155,6 172,7 178,6 3 Chu kỳ sóng (s) TS 11,5 11,5 11,5 4 Số sóng K 0,0404 0,0364 0,0332 5 Đường kính ống (m) D 0,4064 0,4064 0,4064 6 Tỷ trọng nước biển (kg/m3) r 1025 1025 1025 7 Hệ sè raynol Re 7,3.105 5,7.105 4,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,7 0,7 0,7 9 Hệ số lực nâng CL 0,7 0,7 0,7 10 Hệ số lực quán tính Cm 1,5 1,5 1,5 11 Vận tốc sóng (m/s) Vmax 2,154 1,689 1,275 12 Vận tốc dòng chảy (m/s) Vdc 1,229 1,172 1,189 13 Vận tốc hiệu quả (m/s) Ve 1,671 1,310 0,988 14 Khối lượng 1m ống trong không khí (kg/m) Mk 138,207 138,207 138,207 15 Khối lượng 1m ống trong nước (kg/m) Mn 20,152 20,152 20,152 16 Lực nâng Fl 1226,1 898,34 691,46 17 Lực cản vận tốc Fd 1226,1 898,34 691,46 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 297,77 218,17 168,93 20 Khối lượng gia tải m 277,62 198,02 147,78 21 Chiều dày lớp bê tông bọc (m) t 0,088 0,066 0,051 Từ các kết quả tính toán trên ta có nhận xét: Để đảm bảo cho đường ống không bị dịch chuyển vị trí dưới các tác động của môi trường trong suốt quá trình thi công cũng như sử dụng thì chiều dày lớp bê tông bọc gia tải là rất lớn do vậy trọng lượng của đường ống sẽ rất lớn khi thi công thả ống ứng suất trong đường ống sẽ vượt quá giới hạn cho phép làm cho đường ống bị đứt gãy. vì vậy để giảm chiều dày lớp bê tông bọc đảm bảo cho đường ống dủ khả năng chịu lực trong trạng thái thi công ta đưa đường ống xuống hào để giảm tác động của các lực thuỷ động lên đường ống. Chọn độ sâu hào là 1D khi đó các hệ số thuỷ động sẽ là: Cd = 0,18; CL = 0,2; Ci = 1,5 Căn cứ vào chiều dày lớp gia tải đã tính toán ta chọn chiều dày lớp gia tải dự kiến là x do đường kính ngoài của ống tăng lên các lực thuỷ động tác dụng lên đường ống thay đổi trọng lượng ống để đảm bảo điều kiện ổn định cũng tăng lên do đó ta phải tính toán kiểm tra lại cho đến khi đảm bảo điều kiện ổn địnhcho đường ống Trình tự kiểm tra được tiến hành như sau: Lực nâng FL = .r.CL.(D+2.x).(VE+Vdc)2 Lực cản vận tốc: FD = .r.CD.(D+2.x).(VE+Vdc)2 Lực quán tính: FI = r.Cm. Trọng lượng ống tối thiểu để đảm bảo điều kiện ổn định vị trí là: W = So sánh trọng lượng ống tối thiểu với trọng lượng thực của ống trong nước. Điều kiện để đường ống đảm bảo ổn định vị trí theo tiêu chuẩn lloyd là:P ³ 1,1.W Tính toán lại bài toán ổn định vị trí trong trường hợp đưa đường ống xuống hào ta có kết quả tính toán ghi trong các bảng sau: Bảng 28: Kết quả tính toán ổn định vị trí STT Tên gọi Ký hiệu Độ sâu 12 17,5 22 1 Chiều cao sóng đáng kể (m) HS 8,36 9,9 10,25 2 Chiều dài sóng (m) L 105,3 134,6 137,5 3 Chu kỳ sóng (s) TS 11,5 11,5 11,5 4 Số sóng K 0,0596 0,0466 0,0457 5 Đường kính ống (m) D 0,4064 0,4064 0,4064 6 Tỷ trọng nước biển (kg/m3) r 1025 1025 1025 7 Hệ sè raynol Re 10.105 9,6.105 8,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,18 0,18 0,18 9 Hệ số lực nâng CL 0,2 0,2 0,2 10 Hệ số lực quán tính Cm 1,5 1,5 1,5 11 Vận tốc sóng (m/s) Vmax 2,967 2,843 2,431 12 Vận tốc dòng chảy (m/s) Vdc 1,647 1,442 1,251 13 Vận tốc hiệu quả (m/s) Ve 2,301 2,204 1,885 14 Khối lượng 1m ống trong không khí (kg/m) Mk 123,24 123,24 123,24 15 Khối lượng 1m ống trong nước (kg/m) Mn 5,315 5,315 5,315 16 Lực nâng Fl 649,38 553,89 350,32 17 Lực cản vận tốc Fd 584,45 498,45 368,75 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 148,43 126,59 93,65 20 Khối lượng gia tải m 143,1 121,27 88,34 21 Chiều dày lớp bê tông bọc tối thiểu (m) t 0,049 0,043 0,032 22 Chiều dày lớp bê tông bọc dự kiến (m) x 0,07 0,06 0,05 Bảng 29: Kết quả tính toán ổn định vị trí STT Tên gọi Ký hiệu Độ sâu 28 38 50 1 Chiều cao sóng đáng kể (m) HS 10,95 11,6 12,0 2 Chiều dài sóng (m) L 155,6 172,7 178,6 3 Chu kỳ sóng (s) TS 11,5 11,5 11,5 4 Số sóng K 0,0404 0,0364 0,0332 5 Đường kính ống (m) D 0,4064 0,4064 0,4064 6 Tỷ trọng nước biển (kg/m3) r 1025 1025 1025 7 Hệ sè raynol Re 7,3.105 5,7.105 4,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,18 0,18 0,18 9 Hệ số lực nâng CL 0,2 0,2 0,2 10 Hệ số lực quán tính Cm 1,5 1,5 1,5 11 Vận tốc sóng (m/s) Vmax 2,154 1,689 1,275 12 Vận tốc dòng chảy (m/s) Vdc 1,229 1,172 1,189 13 Vận tốc hiệu quả (m/s) Ve 1,671 1,310 0,988 14 Khối lượng 1m ống trong không khí (kg/m) Mk 138,207 138,207 138,207 15 Khối lượng 1m ống trong nước (kg/m) Mn 20,152 20,152 20,152 16 Lực nâng Fl 350,32 256,67 197,56 17 Lực cản vận tốc Fd 315,28 231,1 177,8 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 80,07 58,67 45,16 20 Khối lượng gia tải m 59,92 38,52 25.01 21 Chiều dày lớp bê tông bọc (m) t 0,022 0,014 0,009 22 Chiều dày lớp bê tông bọc dự kiến (m) x 0,04 0,03 0,03 Bảng 30: Kết quả kiểm tra bài toán ổn định vị trí STT Tên gọi Ký hiệu Độ sâu 12 17,5 22 1 Chiều cao sóng đáng kể (m) HS 8,36 9,9 10,25 2 Chiều dài sóng (m) L 105,3 134,6 137,5 3 Chu kỳ sóng (s) TS 11,5 11,5 11,5 4 Số sóng K 0,0596 0,0466 0,0457 5 Đường kính ống (m) D 0,4064 0,4064 0,4064 6 Tỷ trọng nước biển (kg/m3) r 1025 1025 1025 7 Hệ sè raynol Re 10.105 9,6.105 8,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,18 0,18 0,18 9 Hệ số lực nâng CL 0,2 0,2 0,2 10 Hệ số lực quán tính Cm 1,5 1,5 1,5 11 Vận tốc sóng (m/s) Vmax 2,967 2,843 2,431 12 Vận tốc dòng chảy (m/s) Vdc 1,647 1,442 1,251 13 Vận tốc hiệu quả (m/s) Ve 2,301 2,204 1,885 14 Khối lượng 1m ống trong không khí (kg/m) Mk 456,53 405,33 356,04 15 Khối lượng 1m ống trong nước (kg/m) Mn 216,31 182,37 149,69 16 Lực nâng Fl 873,09 717,38 510,54 17 Lực cản vận tốc Fd 785,78 645,64 459,49 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 199,56 163,97 116,69 20 Chiều dày lớp bê tông bọc (m) t 0.07 0,06 0,05 21 So sánh tỉ số Mn /W 1,104 1,112 1,282 Bảng 31: Kết quả kiểm tra bài toán ổn định vị trÝ STT Tên gọi Ký hiệu Độ sâu 28 38 50 1 Chiều cao sóng đáng kể (m) HS 10,95 11,6 12,0 2 Chiều dài sóng (m) L 155,6 172,7 178,6 3 Chu kỳ sóng (s) TS 11,5 11,5 11,5 4 Số sóng K 0,0404 0,0364 0,0332 5 đường kính ống (m) D 0,4064 0,4064 0,4064 6 Tỷ trọng nước biển (kg/m3) r 1025 1025 1025 7 Hệ sè raynol Re 7,3.105 5,7.105 4,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,18 0,18 0,18 9 Hệ số lực nâng CL 0,2 0,2 0,2 10 Hệ số lực quán tính Cm 1,5 1,5 1,5 11 Vận tốc sóng (m/s) Vmax 2,154 1,689 1,275 12 Vận tốc dòng chảy (m/s) Vdc 1,229 1,172 1,189 13 Vận tốc hiệu quả (m/s) Ve 1,671 1,310 0,988 14 Khối lượng 1m ống trong không khí (kg/m) Mk 323,49 278,02 278,02 15 Khối lượng 1m ống trong nước (kg/m) Mn 133,13 102,98 102,98 16 Lực nâng Fl 419,28 294,56 226,73 17 Lực cản vận tốc Fd 377,35 265,1 209,05 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 95,83 67,326 51,82 20 Chiều dày lớp bê tông bọc (m) t 0,04 0,03 0,03 21 So sánh tỉ số Mn /W 1,389 1,529 1,98 Qua kết quả này ta thấy để đảm bảo ổn định vị trí cho đường ống biển thì bề dày lớp bê tông gia tải được đề nghị là: Đoạn ống từ độ sâu 12m đến 17,5m chiều dày gia tải chọn là 7 cm. Đoạn ống từ độ sâu 17,5m đến độ sâu 22m chiều dày gia tải chọn là 6cm. Đoạn ống từ độ sâu 22m đến độ sâu 28m chiÒu dày gia tải chọn là 5cm. Đoạn ống từ độ sâu 28m đến độ sâu 38m chiều dày gia tải chọn là 4cm. Đoạn ống từ độ sâu 38m đến độ sâu 50m chiều dày gia tải chọn là 3cm. Từ độ sâu 12m vào bờ là vùng sóng vỡ tải trọng sóng rất lớn, độ dốc địa hình tăng đột ngột nên đường ống được đặt vào đường khoan vào bờ nên không phải gia tải. CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG VƯỢT QUA ĐỊA HÌNH PHỨC TẠP 3.1 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀI CHO PHÉP CỦA HỐ LÕM KHI ĐƯỜNG ỐNG VƯỢT QUA Trạng thái ống qua hố lõm được mô tả như hình vẽ Chiều dài nhịp ống cho phép trong hố lõm được xác định bằng cách tra đồ thị 3.19 (Giáo trình Offshore Pipeline Design Analysis and Method) phụ thuộc vào các đại lượng vô hướng như: Lực kéo vô hướng b = Chiều dài đặc trưng LC = Ứng suất đặc trưng dC = Trong đó: T là lực kéo ống khi thi công, T = 12 tấn. W là trọng lượng đơn vị dưới nước của ống, T/m. E là mô đun đàn hồi của vật liệu ống, E = 2,1.107 T/m2. J là mô men quán tÝnh của tiết diện ống, m4. C là bán kính ngoài của ống, m Kết quả tính toán chiều dài nhịp cho phép được ghi trong bảng: Bảng 32: Kết quả tính toán chiều dài nhịp cho phép STT Đại lượng Ký hiệu Chiều dày lớp bê tông bọc 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1 Mô đun đàn hồi E (T/m2) 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2 Mô men quán tính J (m4) 3,05.10-4 3,05.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3 Trọng lượng ống trong nước W (T/m) 0,051 0,073 0,111 0,135 0,159 4 Chiều dài đặc trưng LC (m) 50,05 44,40 40,02 37,49 35,44 5 Ứng suất đặc trưng dC (T/m2) 85250 96106 106628 113794 120388 6 Lực kéo vô hướng b 4,70 3,69 2,71 2,37 2,12 7 Chiều dài nhịp cho phép L(m) 140,2 119,8 102,8 89,8 81,35 3.2 XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO CHO PHÉP CỦA ĐỈNH LỒI KHI ĐƯỜNG ỐNG VƯỢT QUA Trạng thái đường ống qua đỉnh lồi được mô tả như hình vẽ Chiều cao đỉnh lồi cho phép cũng được xác định bằng cách tra đồ thị 3.19 (Giáo trình Offshore Pipeline Design Analysis and Method) phụ thuộc vào các đại lượng vô hướng như trong trường hợp xác định chiều dài nhịp ống cho phép khi ống qua hố lõm. Kết quả tính toán được ghi trong bảng: Bảng 34: Kết quả tính chiều cao đỉnh lồi cho phép STT Đại lượng Ký hiệu Chiều dày lớp bê tông bọc 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1 Mô đun đàn hồi E (T/m2) 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2 Mô men quán tính J (m4) 3,05.10-4 3,05.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3 Trọng lượng ống trong nước W (t/m) 0,051 0,073 0,111 0,135 0,159 4 Chiều dài đặc trưng LC (m) 50,05 44,40 40,02 37,49 35,44 5 Ứng suất đặc trưng dC (T/m2) 85250 96106 106628 113794 120388 6 Lực kéo vô hướng b 4,70 3,69 2,71 2,37 2,12 7 Chiều cao đỉnh lồi cho phép d(m) 2,05 1,68 1,28 0,89 0,78 3.3 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀI NHỊP TĨNH CHO PHÉP CỦA ĐƯỜNG ỐNG NGẦM Chiều dài nhịp tĩnh cho phép đối với đường ống ngầm được tính toán theo giới hạn ứng suất tương đương để đảm bảo điều kiện làm việc của đường ống sb £ [s] (1) trong đó: [s] là ứng suất cho phép, [s] = 36560kg/cm2 sb là ứng suất uốn trong ống. sb = (2) trong đó: L là chiều dài nhịp tính toán, (m). W là tải trọng phân bố trên 1m dài, (T/m). I là mô men quán tính của ống thép, (m4). Dn là đường kính ngoài của ốngthép, (m). Từ (1) và (2) ta có: L = Kết quả tính toán được ghi trong bảng: Bảng 34: Kết quả tính chiều dài nhịp tĩnh cho phép STT Đại lượng Ký hiệu Chiều dày lớp bê tông bọc 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1 Mô đun đàn hồi E (T/m2) 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2 Mô men quán tính Dn (m) 3,05.10-4 3,05.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3 Trọng lượng ống trong nước W (t/m) 0,051 0,073 0,111 0,135 0,159 4 Ứng suất giới hạn [s] 36560 36560 36560 36560 36560 5 Chiều dài nhịp tĩnh cho phép L 96,76 79,16 66,38 59,06 53,27 3.4 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀI NHỊP ĐỘNG CHO PHÉP CỦA ĐƯỜNG ỐNG Khi dòng chảy vượt qua ống sẽ xuất hiện các chuyển động xoáy phía sau ống làm cho ống bị dao động tần số giao động của dòng xoáy có thể chùng với tần số dao động riêng của đường ống và gây ra hiện tượng cộng hưởng. Dựa vào sự so sánh giữa tần số dao động của dòng xoáy và tần số dao động riêng của đường ống ta xác định được chiều dài cho phép lớn nhất của nhịp ống. Theo quy phạm DNV tần số dòng xoáy được xác định theo công thức: (1) Trong đó: fv là tần số dao động của dòng xoáy. D là đường kính ngoài của ống thép. V là vận tốc dòng chảy đáy vuông góc với trục ống St là hệ số Strouhal được tính bởi công thức: St = CD là hệ số lực cản vận tốc. Tần sè giao động riêng của ống phụ thuộc vào độ cứng của ống, chiều dài nhịp và khối lượng ống (bao gồm cả khối lượng bản thân và khối lượng nước kèm). Hiện tượng xoáy được minh hoạ bằng hình vẽ sau: Tần sè dao động riêng của ống được xác định theo công thức: (2) Trong đó: EJ là độ cứng của ống. L là chiều dài nhịp ống. m là khối lượng tổng cộng trên một đơn vị dài m = mP + ma mP là khối lượng vật liệu thép ống trên 1m dài. mP = p/4.(Dn2-Dt2).gt ma là khối lượng nước kèm. ma = p/4.Dn2.gn C hệ số phụ thuộc điều kiện biên của nhịp ống. Trong thực tế việc xác định chính xác điều kiện biên rất phức tạp, vì vậy thông thường giả thiết liên kết hai đầu là gối tự do. Đây cũng là trường hợp nguy hiểm nhất được giả thiết để thiên về an toàn. Để tránh hiện tượng cộng hưởng dòng xoáy thì đường ống phải thoả mãn điều kiện: fv£ 0,7.fn.D (3) Kết hợp các công thức (1), (2), (3) ta có chiều dài nhịp động lớn nhất là: l = Kết quả tính toán được ghi trong bảng: Bảng 35: Kết quả tính toán chiều dài nhịp động STT Đại lượng Ký hiệu Chiều dày lớp bê tông bọc 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1 Mô đun đàn hồi E (T/m2) 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2 Mô men quán tính J (m4) 3,05.10-4 3,05.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3 Hệ sè Stroulal St 0,2744 0,2744 0,2744 0,2744 0,2744 4 Vận tốc dòng chảy V (m/s) 1,189 1,229 1,251 1,442 1,648 5 Khối lượng ống MP (kg) 0,226 0,263 0,317 0,358 0,399 6 Khối lượng nước kèm Ma (kg) 0,175 0,190 0,206 0,223 0,240 7 Chiều dài nhịp động L (m) 14,08 13,72 13,75 12,72 11,83 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CHỐNG ĂN MÒN CHO ĐƯỜNG ỐNG BIỂN 4.1 KHÁI QUÁT CHUNG Nước ta nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới nên hiện tượng ăn mòn đường ống biển nhất là đối với các loại đường ống dẫn dầu, khí thì thường xảy ra nhất nhiều. Do đặc thù của đường ống biển được đặt trong môi trường khác biệt. Đường ống phải nằm trong môi trường nước mặn cùng với sự tác động rất mạnh và phức tạp của môi trường biển như sóng, dòng chảy, hải lưu... Vì vậy việc chống ăn mòn cho đường ống biển là một việc vô cùng quan trọng và chính vì thế việc phân tích các yếu tố ăn mòn cho đường ống phải được đặc biệt quan tâm để từ đó đÒ ra các biện pháp hợp lí nhằm chống lại sự ăn mòn đối với đường ống biển trong suốt quá trình sử dụng . 4.2 CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG GÂY ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG BIỂN Môi trường nước biển Nước biển là một chất điện ly, có khả năng gây ăn mòn kim loại nhanh. Tính chất của nước biển cũng như khả năng gây ăn mòn kim loại của nó phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hoá học của nước biển nhất là hàm lượng muối hoà tan trong nước biển. Ngoài hàm lượng muối hoà tan lớn trong nước biển còn chứa các chất khí hoà tan gây ăn mòn như: O2,CO2,O3,H2S... Môi trường đất Đường ống được đặt trực tiếp trên bề mặt đáy biển lên khi tính ăn mòn cho đường ống ta còn phải xét đến ảnh hưởng của đất gây ăn mòn cho đường ống biển. Các thành phần trong đất có thể gây ăn mòn cho đường ống biển bao gồm: Không khí trong đất . Độ Èm . Lượng ion hoà tan . Vi khuẩn . Việc phân tích ảnh hưởng của từng yếu tố gây ăn mòn cho đường ống trong đất rất khó khăn. Tuy nhiên người ta có thể dựa vào một số chỉ tiêu quan trọng nhất làm cơ sở cho hiện tượng ăn mòn kim loại là tốc độ trao đổi ion được thể hiện bằng điện trở suất của đất. Nếu suất điện trở của đÊt càng cao thì hiện tượng ăn mòn trong kim loại xảy ra càng Ýt và ngược lại nếu suất điện trở của đất thấp, hiện tượng ăn mòn trong kim loại xảy ra mạnh 4.3 CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG ĂN MÒN 4.3.1 Phương pháp sử dụng các lớp phủ bảo vệ Phương này còn được gọi là phương pháp bảo vệ thụ động bằng cách sử dụng các loại vật liệu khác nhau bọc bên ngoài ống nhằm ngăn cách không cho đường ống tiếp xúc với môi trường bên ngoài. Vật liệu sử dụng để bọc phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Sự bám dính và khả năng chống lại các tác động của môi trường. + Độ bền và khả năng chống lại những phá hoại hoá học, vật lý, sinh học. + Khả năng phục vụ trong phạm vi nhiệt độ đã biết. + Tính linh hoạt và khả năng chống lại các va chạm. + Tính thích hợp với các lớp bọc bên ngoài khác. Các vật liệu sơn bọc bên ngoài ống thường được sử dụng là: +Nhựa than đá và các loại men nhựa đường hay Mastic nhựa đường, loại này thường được kết hợp sử dụng với lớp bọc bê tông đối với ống chìm . +Epoxy và những điều kiện tương thích với những lớp bọc loại nặng khác như bê tông. +Epoxy nhựa dẻo và Epoxy nhựa than đá với phần nằm ngoài không khí của ống đứng. + Mastic nhựa đường hoặc Epoxy đối với lớp bọc mối nối. + Lớp bọc mỏng bằng cao su cho ống đứng. Chiều dày lớp vỏ bọc được chọn theo bảng 19, 20 trang 67/10 TCVN 4090 85 Loại lớp bọc Kết cấu lớp bọc Chiều dày lớp bọc Bình thường Sơn lót,mastic 3mm, giấy thuỷ tinh hay giấy bridon 3mm Tăng cường Sơn lót , mastich 3mm , giấy thuỷ tinh hay giấy bridon 6mm Tăng cường đặc biệt Sơn lót , Mastichs 3mm ,vải thuỷ tinh hay giấy bridon 9mm Lớp bọc băng dính polyme được cho theo bảng sau(TCVN 409085) Lớp loại bọc Kết cấu lớp bọc Chiều dầy lớp bọc Bình thường Sơn lót , băng dính ,polyme một lớp 0.35 mm Tăng cường và tăng cường đặc biệt Sơn lót , băng dính polyme(2¸3) líp (0.7 ¸ 1) mm 4.3.2 Biện pháp bảo vệ chống ăn mòn cho đường ống biển bằng phương pháp điện hoá. Hiện nay để bảo vệ chống ăn mòn cho hệ thống đường ống dÉn dầu, khí người ta thường sử dụng các phương pháp điện hoá sau: + Phương pháp bảo vệ không dùng dòng điện ( phương pháp bảo vệ bằng Anodes hy sinh ). + Phương pháp bảo vệ bằng dòng điện. Căn cứ vào chiều dài tuyến ống, vị trí tuyến ống khả năng cung cấp nguồn điện cho hệ thống bảo vệ và tính kinh tế của từng phương án để đưa ra phương án hợp lý nhất . Đối với phương án bảo vệ bằng dòng điện ta thấy không khả thi bởi các yếu tố sau : + Tuyến ống quá dài . + Khả năng cung cấp điện liên tục cho tuyến ống là khó khắn tốn kém, không kinh tế . Qua thực tế các công trình đã được xây dựng ở xí nghiệp liệp liên doanh dầu khí Việt Xô thì phương pháp bảo vệ dùng Anodes hy sinh là khả thi hơn cả. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là tốc độ ăn mòn của đường ống rất Ýt, vận hành đơn giản. Cơ sở tính toán của phương pháp bảo vệ chống ăn mòn cho đường ống biển bằng Anodes hy sinh dựa trên tài liệu “ Rules of Submarin Pipeline System “ và tiêu chuẩn DNV . 4.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHỐNG ĂN MÒN Căn cứ vào kết quả phân tích dựa trên những kinh nghiệm của xí nghiệp liên doanh dầu khí Việt Xô trong công trình này tôi chọn phương án chống ăn mòn cho tuyến ống là: Sử dụng lớp phủ chống ăn mòn và kết hợp với bảo vệ điện hoá dùng Anodeshy sinh . 4.4.1 Lựa chọn lớp bọc chống ăn mòn. Do tính ăn mòn của môi trường là mạnh đặc biệt là tầm quan trọng của công trình nên ta chọn lớp bọc tăng cườngvới các tính chất như sau . Loại lớp bọc Kết cấu lớp bọc Chiều dầy lớp bọc Tăng cường Sơn lót , mastic 3mm , vải thuỷ tinh mastic 3mm 6 mm Các bước tiến hành bọc chống ăn mòn : + Làm sạch bề mặt : Trước khi bọc cần phải làm sạch bề mặt theo trình tự sau: * Rửa bằng nước ngọt cao áp kết hợp với bàn chải sắt. *Phun hạt mài mòn khô : bao gồm việc phun xoáy cao tốc các hạt mài mòn như cát , hạt sỏi . Việc làm sạch phải được kiểm tra kỹ càng theo đúng tiêu chuẩn thiết kế . + Sơn ống ; lớp sơn phải được tiến hành ngay sau khi đánh bóng , sơn được phun bằng súng phun theo đúng tiêu chuẩn các lớp sơn phải đồng đều , không bị lõm , lồi không chảy giọt . + Bọc mastic và vải thuỷ tinh : việc bọc mastic và vải thuỷ tinh phải được bọck hai lần có tổng chiều dài 6mm . Lớp bọc vải thuỷ tinh được thực hiên ngay sau khi bọc mastic , lớp bọc vải thuỷ tinh này phải tạo ra thành lớp bọc ngoài cùng . 4.4.2 ThiÕt kế hệ thống bảo vệ điện hoá Các điều kiện môi trường cần quan tâm khi thiết kế là + Nhiệt độ của hệ thống đường ống . + Nhiệt độ của nước biển và dưới đáy biển . + Nồng độ ôxi trong nước và dưới đáy biển . + Thành bần hoá học của nước biển . + Điện trở kháng của nước biển dưới đáy . + Vận tốc của dòng chảy dưới đá