Đồ án Tính toán thiết kế, thi công đường ống dẫn nước ép vỉa đoạn ống BK1-BK5

n định cục bộ được xác định theo công thức [5.18 T38] DNV 2 22 ...)).(( t DfPPPPPPP opelcpcelc =−− Trong đó: - fo: là độ ô van của ống. Theo DnV_2000 thì: fo= D DD minmax − <0.5% Trong đồ án này ta lấy f0 = 0.005 - t2:Chiều dày tính toán của ống, không tính đến sai số do chế tạo -Đối với trường hợp thi công thử áp lực: t2 = t -Đối với các trường khác : t2 = t - tcorr t=24(mm) Trường hợp thi công Trường hợp vận hành t2 = 24(mm) t2 = 22 (mm) - D = 356 (mm) là đường kính ống. - Pel : xác định theo công thức 5.19 tiêu chuẩn DnV_2000 Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 27 Pel = 2 32 1 )(2 ν− D tE . + E=2.1x106kG/cm2: Là môdun biến dạng đàn hồi của vật liệu. + ν=0.3 Là hệ số possion của vật liệu làm ống. Trường hợp thi công Trường hợp vận hành Pel =1414.14 (kG/cm2) Pel = 1089.2 (kG/cm2) - Pp: xác định theo công thức 5.20 tiêu chuẩn DnV_2000 DtfP fabyp 2...2 α= . - αfab: là hệ số kể đến công nghệ chế tạo ống.Tra bảng 5-3. Bảng 5-3: Ống Đoạn liền Đoạn hàn nối Hàn nối mở rộng. αfab 1.00 0.93 0.85. ở đây ta đang kiểm tra cho các đoạn ống liền. αfab = 1,00. Trường hợp thi công Trường hợp vận hành Pp = 410.32 (kG/cm2) Pp = 376.13 (kG/cm2) Sau khi tính toán được kết quả của Pel, Pp trong các trường hợp ta dùng tính Pc và so sánh điều kiện ở công thức (5-22) Kết quả tính toán Pc theo công thức (5-18) bài toán giải phương trình bậc ba ta lấy ngiệm sau dùng để kiểm tra: Pc3 – Pel*Pc2 –(Pp2 +Pel*Pp*f0*D/t2)*Pc+Pel*Pp2 = 0 Trường hợp thi công Trường hợp vận hành Pc= 389.85 (kG/cm2) Pc=354.25(kG/cm2) Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 28 Cùng với các hệ số được lấy ở bài toán kiểm tra áp lực trong ta dùng kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ theo công thức (5-22) Kết quả kiểm tra Pe =6,07 kG/cm2. SCm cP γγ ..1.1 Trạng thái Vùng 1 Vùng 2 Thi công 308,02 kG/cm2. 308,02 kG/cm2. Vận hành 279.89 kG/cm2 257.27 kG/cm2 1.3.Kết luận. Với chiều dày ống t = 24 (mm) ống không bị mất ổn định cục bộ 2. Kiểm tra điều kiện mất ổn định lan truyền của tuyến ống 2.1.Hiện tượng. Là hiện tượng xảy ra khi áp lực ngoài lớn hơn áp lực trong ống.Khi đó ,trong ống sẽ xuất hiện ứng suất vòng mang dấu âm.Nếu ứng suất vòng đủ lớn làm cho ống bị bóp méo , dẫn đến mất ổn định cục bộ của tuyến ống. 2.2.Tính toán kiểm tra. Điều kiện để tuyến ống không bị mất ổn định lan truyền được kiểm tra theo công thức ở mục 510 quy phạm DnV_2000 . pr e m SC P P γ γ≤ - Ppr: Là áp lực giới hạn gây mất ổn định lan truyền, được xác định như sau: Ppr = 35.fy.αfab. 5.22 )( D t và fy=3043.2 (kG/cm2) Các đại lượng còn lại giải thích như mục 1 ở trên. Trường hợp thi công Trường hợp vận hành Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 29 Ppr=125.69 (kG/cm2) Ppr=101.12 (kG/cm2) Cùng với các hệ số được lấy ở bài toán kiểm tra áp lực trong ta dùng kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ theo công thức (trang39 TCDnV_2000) . pr m SC P γ γ Trạng thái Vùng 1 Vùng 2 Thi công 109.24 kG/cm2. 109.24 kG/cm2. Vận hành 87.88 kG/cm2 80.78 kG/cm2 Pe Trạng thái Vùng 1 Vùng 2 Thi công 6.06 kG/cm2. 6.06 kG/cm2. Vận hành 6.21 kG/cm2 6.21 kG/cm2 Từ bảng trên ta thấy Pe luôn luôn nhỏ hơn Ppr tức là ống không bị mất ổn định cục bộ lan truyền. 2.3.Kết luận. Với chiều dày ống t=24 mm ống không bị mất ổn định lan truyền 3. Kết luận. Bề dày đường ống được chọn thiết kế cho tuyến ống là t=24 mm, đều thỏa mãn các bài toán về ổn định cục bộ cũng như bài toán ổn định cục bộ lan truyền. IV. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA ĐƯỜNG ỐNG DƯỚI DÁY BIỂN. 1. Hiện tượng. Ống sau khi được dải xuống biển theo tuyến thiết kế có thể bị dịch chuyển dưới tác động của sóng, dòng chảy,...Gây mất ổn định vị trí và có thể dẫn đến bị hư hỏng, do đó phải kiểm tra điều kiện ổn định của ống trong cả trạng thái lắp đặt và trong trạng thái khai thác. Ống bị mất ổn định là do các lực thuỷ động - FD- Là lực cản vận tốc. Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 30 - FI- Là lực cản gia tốc. - FL- Là lực nâng. -FD; FI; FL được xác định như sau: .....5.0 2eUCDF DD ρ= )./)(4/..(.. 2 dtduDCDF MI πρ= .....5.0 2eLL UCDF ρ= Trong đó: - ρ: trọng lượng riêng của nước. - D: đường kính ống. - CL: là hệ số cản lực nâng . - CD: là hệ số cản vận tốc - CM: là hệ số cản gia tốc. Thực hiện tính toán lực thuỷ động đôi với hướng sóng ta được: Trọng lượng yêu cầu của đường ống được xác định theo công thức sau: . . os sin L D I s F F FW c μ μ β β + += + 2. Trình tự tính toán. 2.1 Lựa chọn lý thuyết sóng tính toán. Căn cứ vào các tỷ số: d/gT2 và H/ gT2. Chu kỳ Thông số Hướng Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 31 lặp N NE E SE S SW W NW Hs(m) 7.5 4.5 6.1 3.4 5.5 5.9 4.9 6.6 100 năm Tz(m) 9.8 9.3 9.7 9.1 8.9 9.2 9 9.4 Hs(m) 5.4 3.3 4.4 3.7 3 3.9 5 3.8 10 năm Tz(m) 8.7 8.1 8.4 8 7.6 8.6 8.5 8 0.059 0.065 0.060 0.068 0.071 0.067 0.070 0.064100 năm Tỷ số d/ g.T2 0.008 0.005 0.007 0.004 0.007 0.007 0.006 0.008 0.074 0.086 0.080 0.088 0.098 0.076 0.078 0.08810 năm Tỷ số H/ g.T2 0.007 0.005 0.006 0.006 0.005 0.005 0.007 0.006 Theo kết quả tra theo đồ thị 3.5 trang 36 (Offshore Pipeline Design, Analysis, and Methods). Tất cả các hướng sóng đều phải tính theo lý thuyết sóng Stock 2. Theo yêu cầu đồ án ta tính theo lý thuyết sóng Stock 5. 2.2 Tính toán các đặc trưng sóng. 2 2 4 1 2 . (1 ). tanh(2. . / ). 2. g TL a C a C d Lππ= + + 2.3 Tính toán vận tốc và gia tốc sóng. +Profil: .)..(..1 1 ∑ = −= n i n txkCosnFk ωη F1 = a. F2 = a2.F22 + a4.F24 . F3 = a3.F33 + a5.F35 . F4 = a4.F44 F5 = a5.F55. k.H = 2.[a+ a3.F33 + a5.(F35 + F55)]. Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 32 +Vận tốc: [ ] .)..(. .. )(... 1 ∑ = −+= n i nx txkCosndkShn dzknChG k V ωω +Gia tốc: 2 1 . . . ( . . ). 2 n x n i k Ca R Sinh k x tω = = −∑ F22, F24, F33, F35, F44, F55, gọi là các thông số hình dáng của sóng phụ thuộc d/L, tra trong bảng 3.3 trang 73 (Môi trường biển). Gn ( n= 1 ÷ 5) xác định như sau: G1 = a.G11 + a3.G13 + a5.G15 . G2 = 2(a2.G22 + a4.G24 ). G3 = 3(a3.G33 + a5.G35 ). G4 = 4a4.G44. G5 = 5a5.G55. Rn ( n= 1 ÷ 5) xác định theo biểu thức: R1 = 2.U1 - U1. U2 – U2. U3 – V1.V2 – V2.V3. R2 = 4.U2 – U21 + V21 – 2.U1. U3 – 2.V1.V3. R3 = 6.U3 – 3.U1. U2 + 3.V1.V2 – – 3.U1. U4 - 3.V1.V4. R4 = 8.U4 – 2.U22 + 2.V22– 4.U1. U3+ 4.V1.V3. R5 = 10.U5– 5.U1. U4 – 5.U2. U3 + 5.V1.V4 + 5.V2.V3 . Các giá trị Un ( n=1 ÷ 5) và Vn ( n=1 ÷ 5) tính theo biểu thức: . )..( )](.[ dknSh dzknChGU nn += . )..( )](.[ dknSh dzknShGV nn += Vận tốc truyền sóng C: C=[(g/k).(1+a2.C1 + a4.C2 )th(k.d)]1/2. Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 33 Tần số vòng ω: ω = C.k 2.4 Tính toán vận tốc sóng và dòng chảy. Vận tốc sóng và dòng chảy được chiếu lên phương vuông góc trục ống (thực hiện trong chương trình Excel). Sau tính toán ta được vận tố sóng và dòng chảy là Uo. 2.5 Tính toán vận tốc sóng và dòng chảy hiệu quả. .)/).(.(778,0 286,00022 yDUU e = Ue- Vận tốc hiệu quả. D-Đường kính ống. yo-Độ cao tại vị trí tính toán vận tốc, trong đồ án tính với yo = 1 m. 2.6 Tính toán hệ số Reynolds. ..ν DUeRe = υ = 0,929.10-6. 2.7 Tính toán các hệ số CD, CL, CM. Căn cứ vào giá trị Reynolds, theo bảng 3.2 trang 43 (Offshore Pipeline Design, Analysis, and Methods). 3. Kết quả tính toán, kiểm tra. Do đường ống có 2 trạng thái làm việc là khi thi công và lúc khai thác do đó.Do đó ta cũng phải tính ổn định cho đường ống theo 2 trường hợp riêng. Với chú ý: do vận tốc hiệu quả và hệ số Reynolds phụ thuộc vào D do đó ở mỗi trường hợp phải tính riêng các đặc trưng. 3.1 Các thông số đầu vào. * Số liệu về tuyến ống : -Chiều dài tuyến ống L = 1875 m Dống(m). tống(m). tbêtông(m). thà(m). 0,356 0,024 0 0,105 Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 34 -Ở trạng thái lắp đặt ống chưa có hà bám và ăn mòn. -Ở trạng thái vận hành ống có hà bám và ăn mòn. Đường kính ống Thi công 0,356 (m) Vận hành 0,566 (m) * Các số liệu về môi trường : -Số liệu về dòng chảy : Vận tốc dòng chảy đáy (cách đáy 1 m),m/s Chu kỳ lặp Hướng dòng chảy N NE E SE S SW W NW 10 năm 0.81 1.05 1.03 1.23 1.19 0.95 1 1.15 100 năm 1.06 1.16 0.95 1.29 1.14 1.02 0.88 0.9 -Số liệu về sóng : Chu kỳ lặp Hướng N NE E SE S SW W NW Hs(m) 7.5 4.5 6.1 3.4 5.5 5.9 4.9 6.6 100 năm Ts(s) 9.8 9.3 9.7 9.1 8.9 9.2 9 9.4 Hs(m) 5.4 3.3 4.4 3.7 3 3.9 5 3.8 10 năm Ts(s) 8.7 8.1 8.4 8 7.6 8.6 8.5 8 3.2 Kết quả tính toán. -Khi tuyến ống được xây dựng tuyến ống sẽ không là một đường thẳng mà có dạng đường cong không đều do vậy trong giới hạn của đồ án này ta chia ra làm 3 vùng để tính toán và kiểm tra ổn định vị rtí của tuyến ống. 3.2.1 Khi vùng 1 của tuyến ống hợp với hướng bắc môt góc α =1800 . -Kết quả tính toán kiểm tra bài toán ổn định vị trí theo các hướng sóng và dòng chảy tương ứng với trường hợp tuyến ống hợp với hướng bắc môt góc α =1800 Trường hợp thi công Trường hợp vận hành Wđô1=94.48 (kG/m) 212.66(kG/m) Hướng Wyc1(kG/m) Wyc2(kG/m) N 10.35 26.15 NE 25.33 44.27 E 48.38 88.91 SE 25.66 45.00 S 2.94 7.43 Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 35 SW 28.01 50.59 W 51.09 94.12 NW 25.81 45.36 Theo kết quả tính toán thì ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí mà ta không phải bọc bê tông . * Nhận xét : Hướng W là hướng có áp lực sóng và dòng chảy lên tuyến ống là lớn nhất 3.2.2 Khi vùng 2 tuyến ống hợp với hướng bắc môt góc α =1350 . -Kết quả tính toán kiểm tra bài toán ổn định vị trí theo các hướng sóng và dòng chảy tương ứng với trường hợp tuyến ống hợp với hướng bắc môt góc α =1350 Trường hợp thi công Trường hợp vận hành Wđô1=94.48 (kG/m) 212.66(kG/m) Hướng Wyc1(kG/m) Wyc2(kG/m) N 31.64 59.10 NE 4.61 11.65 E 20.89 35.30 SE 43.99 80.53 S 23.53 40.04 SW 7.03 17.77 W 29.88 54.93 NW 44.23 80.99 Theo kết quả tính toán thì ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí mà ta không phải bọc bê tông . * Nhận xét : Hướng NW là hướng có áp lực sóng và dòng chảy lên tuyến ống là lớn nhất 3.2.3 Khi vùng 3 tuyến ống hợp với hướng bắc môt góc α =2700 . Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 36 -Kết quả tính toán kiểm tra bài toán ổn định vị trí theo các hướng sóng và dòng chảy tương ứng với trường hợp tuyến ống hợp với hướng bắc môt góc α =2700 Trường hợp thi công Trường hợp vận hành Wđô1=94.48 (kG/m) 212.66(kG/m) Hướng Wyc1(kG/m) Wyc2(kG/m) N 54.34 100.20 NE 25.33 44.27 E 7.29 18.43 SE 25.66 45.00 S 40.63 74.12 SW 28.01 50.59 W 8.75 22.12 NW 25.81 45.36 Theo kết quả tính toán thì ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí mà ta không phải bọc bê tông . * Nhận xét : Hướng N là hướng có áp lực sóng và dòng chảy lên tuyến ống là lớn nhất 4. Kết luận. -Tuyến ống thoả mãn bài toán ổn định vị trí mà ta không cần bọc thêm bê tông cho tuyến ống. -Trong tính toán ta thấy hướng N là hướng có áp lực sóng và dòng chảy lên tuyến ống là lớn nhất. V. XÁC ĐỊNH NHỊP TREO CHO PHÉP ĐỐI VỚI TUYẾN ỐNG. 1. Hiện tượng. Nhịp treo là hiện tượng đoạn đường ống không còn tiếp xúc với mặt đất do các nguyên nhân khác nhau, như do hiện tượng địa hình lồi lõm, hiện tượng ống đi qua các chướng ngại vật, hoặc sự biến đổi địa hình do sóng cát, xói ngầm … Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 37 Nhịp treo cho phép là chiều dài nhịp tối đa mà đường ống có thể đảm bảo độ bền, độ ổn định. 2.Các bài toán tính nhịp treo cho phép. -Bài toán tĩnh. -Bài toán động. Trong khuôn khổ môn học cũng như đồ án này ta xét bài toán nhịp treo chịu tải trọng tĩnh và bài toán nhịp treo chịu cộng hưởng dòng xoáy. 2.1 Bài toán động:( Bài toán cộng hưởng dòng xoáy). Khi dòng chảy chảy vuông góc với ống thì dòng chảy bị rối và mất ổn định, tạo ra dòng xoáy phía sau thành ống. Dòng xoáy dẫn đến sự biến đổi có chu kỳ của áp lực thuỷ động tác dụng lên ống và làm cho ống rung động. Hiện tượng này sẽ nguy hiểm nhất khi tần số dao động riêng của ống trùng với tần số dao động của dòng xoáy và gọi là hiện tượng cộng hưởng. 2.1.1.Điều kiện để không xảy ra hiện tượng cộng hưởng là. 0.7v nf f≤ Trong đó: - fs: là tần số dao động của dòng xoáy. -fn: là tần số dao động riêng của ống. 2.1.2. Xác định tần số dao động của dòng xoáy. dcv SVf D = Trong đó: -D: đường kính ngoài của ống. Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 38 Đường kính ống Thi công 0.356 m Vận hành 0.566 m -S: là số Strouhal. 75,0)( 21,0 DC S = -V: vận tốc dòng chảy đáy lớn nhất . Vận tốc dòng chảy đáy lớn nhất . Thi công 1.29 m/s Vận hành 1.29 m/s -CD: Hệ số cản vận tốc phụ thuộc Re. Xác định hệ số Reynolds theo vận tốc sóng ,dòng chảy hiệu quả lớn nhất đã tính trong mục ổn định vị trí. 6 . . 0,929.10 dc e V DR −= Vận tốc hiệu quả dòng chảy Thi công 1.29 m/s Vận hành 1.29 m/s Hệ số Reynolds thu được Thi công 494338 Vận hành 785942 Hệ số cản vận tốc thu được Thi công 0.7 Vận hành 0.7 Số Strouhal Thi công 0.2744 Vận hành 0.2744 -Tần số dao động của dòng xoáy: Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 39 fv Thi công 0.994 Vận hành 0.625 2.1.3.Xác định tần số dao động riêng của ống. M EI L Cfn 2= Trong đó: - EI: độ cứng của ống. - L: chiều dài nhịp ống. - M: tổng khối lượng tham gia dao động/chiều dài. (Khối lượng bản thân và chất vận chuyển). - C: hệ số phụ thuộc liên kết ở đầu nhịp. Với hai đầu khớp C1 = 1,57; hai đầu ngàm C2 = 3,5. Ta sẽ tính toán cho các trường hợp 2.1.4.Xác định nhịp treo theo bài toán cộng hưởng dòng xoáy. Bài toán cộng hưởng dòng xoáy phụ thuộc lớn vào khối lượng đơn vị ống và đường kính ngoài , do đó được tính với 2 trường hợp. -Trường hợp lắp đặt . -Trường hợp vận hành. -Từ điều kiện đảm bảo không xảy ra cộng hưởng fs≤0,7.fn. ta tìm được chiều dài nhịp treo lớn nhất không xảy ra cộng hưởng dòng xoáy. -Với ống thiết kế : D0 = 0,356 m, t=0,024 m, bê tông bọc 0 m, hà bám 0,105 m. Tính khối lượng. Khối lượng ống được xác định theo công thức. Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 40 .)(. 4 22 1 iiioi DDM ρπ −= ∑ Khối lượng ống thép : 2 211 .[( ( 2. ) )].7850 / .4 M Do Do t kg mπ= − − Khối lượng bê tông bọc: 2 212 .[( 2. ) ].2500 / .4 bt M Do t Do kg mπ= + − Khối lượng hà bám: ./].).2().2.2.[( 4 22 13 mkgtDottDoM habthabt ρπ +−++= Khối lượng chất vận chuyển: 214 .( 2. ) . / .4 cvc M Do t kg mπ ρ= − Khối lượng nước kèm: ./.. 4 2 2 mkgDM nng ρπ= Tuỳ theo từng trường hợp mà sẽ có khối lượng của hà bám, chất vận chuyển hay không. . )( 21,0 75,0 DC S = ns ff 7.0≤ M EI L Cfn 2= Khối lượng M (kG/m) Thi công 114.88 Vận hành 264.24 Cho: ).(..7,07.0 m M EI f CLff s ns =→= Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 41 Chiều dài L1 (m) Thi công 16.68 Vận hành 24.65 Nhịp treo lớn nhất cho phép của đường ống theo điều kiện cộng hưởng cho các trường hợp là: L min= 16.7 (m) 2.1.5 Kết luận. Chiều dài nhịp treo lớn nhất cho phép đối với ống là : L = 16.7 (m) 2.2. Bài toán tĩnh. 2.2.1.Bài toán bền do tải trọng tĩnh khi tuyến ống qua hố lõm. Xác định các thông số đặc trưng của tuyến ống: Chiều dài đặc trưng: 3 1 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= W EILC Ứng suất đặc trưng: C C L EC=σ Lực kéo không thứ nguyên CLW T . =β Trong đó: +E: modun biến dạng đàn hồi của vật liệu làm ống. +EI: Là độ cứng của ống. +W: là trọng lượng của ống trong nước. Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 42 +C:bán kính ngoài của ống. +T:lực kéo ống: Giá trị của T phụ thuộc vào biện pháp thi công: T =12 (T). +I= (π/64).(D4 – Di4): Momen quán tính của ống. +D; Di – lần lượt là đường kính trong và đường kính ngoài của ống. -Để xác định chiều dài lớn nhất của nhịp treo thì ta cho ứng suất xuất hiện trong nhịp (σm ) bằng ứng cho phép của thép [σ]. [σ] = η.SMYS. [σ] = 0.96x317x105 = 3043.2x105N/m2 ) = σm -Xác định nhịp lớn nhất theo ứng suất lớn nhất xuất hiện trong ống khi đi đi qua hố lõm: -Từ tỷ số (σm/σc ) ta xác định tỷ số cL L bằng công thức 32 ).(11,10).(71,16).(98,10112,0 c m c m c m cL L σ σ σ σ σ σ +−+= * Trường hợp lắp đặt : -Khối lượng ống trong nước : W = 1148.8 (N/m) -Mômen quán tính 4 40 0 . [1 ( ) ] 64 iD DI D π= − D0 (m) Di (m) I (m4) 0.356 0.308 3.47*10-4 -Chiều dài đặc trưng: W (N/m) E (N/m2) I (m4) Lc (m) Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 43 1148.8 2.1*1011 3.47*10-4 39.87 -Ứng suất đặc trưng: E (N/m2) C (m) Lc (m) σ c (m) 2.1*1011 0.178 39.87 9.38*108 -Lực kéo không thứ nguyên T (N) W (N/m) Lc (m) β 1.2*105 1148.8 39.87 2.62 -Xác định tỷ số m c σ σ =0.346 - Ta áp dụng công thức sau để tính tý số c L L ( với 0 0.835m c σ σ≤ ≤ ) 2 30.112 10.98 16.71 ( ) 10.11 ( )m m m c c c c L x x x L σ σ σ σ σ σ= + − + = 2.26 -Vậy L = 2.26*39.87 = 90.15 (m) -Xác định độ võng giữa nhịp : +Sử dụng đồ thị 3.21 . Từ c L L =2.26 tra theo đường β = 2.62 ta có kết quả : cL δ =0.06 ==> δ = 0.06*39.87=2.39 (m) * Trường hợp vận hành -Khối lượng ống trong nước : W = 2642.4 (N/m) -Mômen quán tính 4 40 0 . [1 ( ) ] 64 iD DI D π= − D0 (m) Di (m) I (m4) 0.356 0.308 3.47*10-4 Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 44 -Chiều dài đặc trưng: W (N/m) E (N/m2) I (m4) Lc (m) 2642.4 2.1*1011 3.47*10-4 30.20 -Ứng suất đặc trưng: E (N/m2) C (m) Lc (m) σ c (m) 2.1*1011 0.178 30.20 1.24*109 -Lực kéo không thứ nguyên T (N) W (N/m) Lc (m) β 1.2*105 2642.4 30.20 1.50 -Xác định tỷ số m c σ σ =0.2459 - Ta áp dụng công thức sau để tính tý số c L L ( với 0 0.835m c σ σ≤ ≤ ) 2 30.112 10.98 16.71 ( ) 10.11 ( )m m m c c c c L x x x L σ σ σ σ σ σ= + − + = 1.95 -Vậy L = 1.95*30.20 = 58.95 (m) -Xác định độ võng giữa nhịp : +Sử dụng đồ thị 3.21 . Từ c L L =1.95 tra theo đường β = 1.5 ta có kết quả : cL δ =0.016 ==> δ = 0.016*30.20 = 0.48 (m) * Kiểm tra ứng suất chính nhỏ hơn ứng suất cho phép . 2 2axcm H L H L SMYSσ σ σ σ σ η= − + ≤ Trong đó : Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 45 6 9 20 min min ( ) 310*10 (0.356 0.024) 2.1*10 ( / ) 2 2*0.024 h H P D t N m t σ − −= = = 4 6 9 212*10 3043.2*10 3.047*10 ( / ) 0.025L m N N m A σ σ= + = + = Vậy : axcmσ = 2695.8*106 (N/m2)< 63043.2*10mσ = ( N/m2) * Kết luận : Vậy chiều dài nhịp lớn nhất để ống không bị phá hỏng là: L=min(L1, L2)=58.95 (m) và min 0.48( )mδ = 3. Bài toán qua đỉnh lồi. Theo tài liệu Offshore Pipeline Design Alalysis and Methods, độ cao đỉnh lồi δ được xác định theo đồ thị 3.24 và 3.25, Phụ thuộc vào các đặc trưng Lc, σ c , β của ống : Từ đồ thi 3.25 tra theo tỷ số m c σ σ =0.2459 và β = 1.5 ta thu được 100 cL δ =3.0 Suy ra δ =3.0*30.20/100 = 0.91 (m) Từ tỷ số 100 cL δ =3.0 tra đồ thị 3.24 ta xác định được c L L =2.5 Suy ra chiều dài ống vượt qua đỉnh lồi L = 75.5 (m). * Kết luận: Vậy đường ống có thể vượt qua đỉnh lồi với độ cao là 0.91 m và chiều dài là 75.5 m. 4.Kết luận. Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 46 Từ 2 bài toán cộng hưởng dòng xoáy và nhịp treo, ta có chiều dài nhịp lớn nhất mà ống có thể vượt qua, không gây sự phá hoại là : L=16.7 m. VI. BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG 1. Tổng quan về chống ăn mòn cho tuyến ống. 1.1 Vai trò của chống ăn mòn trong thiết kế công trình đường ống biển. Theo số liệu quản lý và giám sát trong công nghiệp dầu khí của cơ quan giám sát công nghệ quốc gia Nga về những nguyên nhân kỹ thuật cơ bản của các sự cố trong vận chuyển bằng đường ống được tổng kết như sau: -Hỏng hóc do kết quả của các tác động ngoài (ngẫu nhiên) chiếm 33%. -Hỏng hóc trong thiết kế và lắp đặt 24% -Ăn mòn do môi trường bên ngoài 20% -Hỏng hóc ống trong điều kiện sản xuất tại nhà máy 17% -Không tuân theo quy trình khai thác 6% Theo số liệu trên, số lượng các công trình đường ống bị phá huỷ do các tác nhân ăn mòn bên ngoài (chưa kể ăn mòn do tác nhân bên trong) đã là 20% và là một con số rất đáng quan tâm trong thiết kế. Như vậy, vấn đề ăn mòn là một trong những nguyên nhân chính gây hư hỏng đường ống. Trong khi đó, sự an toàn của công trình đường ống có tầm quan trọng đặc biệt. Hư hỏng đường ống dẫn đến tổn thất về con người, kinh tế đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môI trường. Vì vậy, công tác chống ăn mòn được quan tâm đặc biệtcả trong giai đoạn thiết kế lẫn thi công. 1.2 Môi trường gây ăn mòn đường ống. * Môi trường trong ống: -Môi trường trong ống phụ thuộc trực tiếp vào thành phần chất vận chuyển trong ống có tính xâm thực cao hay thấp. Vận tốc và nhiệt đọ dòng truyền dẫn cũng có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ ăn mòn. Các trường hợp chất lắng đọng tạo lên các hiện tượng gỉ xét trong ống tạo điều kiện cho sự phát triển quá trình ăn mòn cục bộ tại những khu vực này. * Môi trường ngoài ống: -Đường ống ngầm dặt trực tiếp trong môi trường nước biển nên tốc độ ăn mòn phụ tuộc vào đặc điểm hóa học của nước biển và vị trí của tuyến ống: Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 47 +Độ ăn mòn của nước biển. +Nhiệt độ của nước biển. +Điện trở riêng của nước biển. +Độ sâu đáy biển mà tuyến ống đi qua. 2. Các phương pháp chống ăn mòn cho tuyến ống. 2.1 Chống ăn mòn ngoài ống . 2.1.1 Chống ăn mòn bị động. Hiện tượng ăn mòn bản chất là phản ứng diện hóa của kim loại hoặc hợp kim cùng với môI trường xung quanh mà kết quả làm mất một phần kim loại hay hợp kim đó. Một phần kim loại có xu hướng trở thành dương cực(anodic) và phần khác thành âm cực(cathodic). Tại cực dương kim loại bị hòa tan và hiện tượng ăn mòn xẩy ra. Quá trình này có thể bị ngăn chặn bằng cách làm cho vùng anodic và cothodic có cùng (hoặc gần) một điên j thế. Phương pháp như vậy gọi là phương pháp chống ăn mòn điện hóa hay phương pháp chống ăn mòn chủ động. Phương pháp này chia ra làm 2 cách chính là dùng anode hi sinh và phương pháp dòng điện áp ngoài. * Phương pháp bảo vệ bằng anode hi sinh: Phương pháp này sử dụng anode hi sinh là các kim loại hoặc phi kim có điện thế thấp hơn điện thế của kim loại hoặc phi kim cần được bảo vệ trong môi trường ănmòn. Đặc tính của Anode: -Khối lượng tịnh của anode hi sinh -Khối lượng của anode hi sinh kể cả lõi -Dạng Anode. -Đặc trưng kích thước của anode. -Điện thế làm việc của anod. -Dung lượng điện hóa thực tế. +Các loại anode thường được sử dụng: -Anode hình vành khuyên thường được sử dụng cho những đường ống bọc gia tải. -Anode hình thang được sử dụng cho những loại công trình không bọc lớp gia tải phân bố. Tr−êng §hxd ®å ¸n m«n häc ViÖn x©y dùng ctb c«ng tr×nh ®−êng èng- BÓ chøa Svth: nhãm_8_líp 49cb1 Trang 48 -Vật liệu để chế tạo anode thường là nhôm, kẽm, hợp kim của nhôm và kẽm. +Các anode thường được sủ dụng tại Việt Nam: -Glass flake epoxy -Fussion Bouded epoxy -Coal tar epoxy -Intumescent epoxy -Asphalt Enamel fussion bouded epoxy kết hợp Adhesive + Polyethylene (hoặc Polypropylene) -Cao su PolyChloprene -Cao su chuyên dụng Neoprene... +Các kiểu Anode hy sinh hay được sử dụng: -Kiểu hình trụ: “Slender stand - off” -Kiểu hình thang: “Elongated flush mounted” -Kiểu hình bán khuyên: “Half shell bracelet” +Ưu điểm: -Phương pháp này cho kết quả chống ăn mòn như mong muốn. -Lắp đặt đơn giản. -Nguyên vật liệu đơn giản. +Nh