海洋管道结构强度设计

6.0 6.1海底管道及立管系统 概述作为独立的深水开发项目，它是石油天然气工业的重点，在开始阶段开发方案的选择 是很重要的。

前期的正确选择是最重要的，由于它的改变是耗资最大的。

这点适合于 所有的系统组成部分特别是立管， 因为它是海底生产系统和浮式装置之间的关键连接。

基于对系统性能的实际的、正确的评价作出决策是势在必行的，而不是依靠直觉。

这 种评价不仅要理解技术细节和每种设计的功能限制， 也要分析每种设计的相关可靠性， 它们的接口要求和成本等。

不管海洋油田开发采用何种浮式方案，都需要使用管道/生产管线和立管，它们是海洋基础 结构的关键组成部分。

管道和立管是深水开发比较复杂的方面，如图 1 所示。

图 1: 深海浮式结构及立管系统 首先，本章节以实际海洋油田应用为重点描述了深海管道和立管的基本概念，特别关 注了它们在中国海域应用的潜力。

深海管道和立管的更详细的讨论在三个单独的关于 工业设计标准选择、工程解决方案、海上安装的章节中论述。

对不同的管道和立管概 念进行了对比并指出了它们的优缺点。

给出了不同的例子来描述大致的概念。

6.2 6.2.1管道及立管基本概念 海底管道在油气田的总体开发布局设计中, 其中的一个问题之一是如何在油田内部已及从油田 向另外一个油田或者到陆地终端进行油, 气, 及水的输送, 解决该问题的方法就是利 用海底管线或管道。

在海洋油气资源开发中管道有多种用途。

下图描述了海洋管线的通常定义，包括下列 内容： 运输管线 油田产品输送检验/生产管线 水和化学制品注射管线生产管线和立管之间的连接短管图 2: 海底管道在油田中 除去按管道的用途划分还有几种不同的分类方法。

一种常见的方法是按管道横截面 的结构分类，即单壁管道、管中管管道（PIP）和集束管道，如图 3 所示。

图 4: 海底管道分类示意图 单壁管道是最普通的，在海洋和岸上都有广泛的多用途应用。

它能用于输出、油田 生产/检验、注水等。

海洋工程中的结构分析与设计研究海洋工程是指利用海洋资源为主要目的，通过工程手段开发利用海洋资源的领域。

在海洋工程中，结构分析与设计是非常重要的一环。

它涉及到工程的安全性、可靠性、经济性等方面，影响着整个工程的质量和成败。

在海洋工程中，结构分析与设计的研究对象可以是船舶、海洋平台、海底管道等多种类型的结构。

在这些结构中，需要考虑海洋的复杂环境因素，如波浪、风、潮流、浪涌、海水腐蚀等，这些因素对结构的影响是不可忽视的。

因此，在结构设计时，需要针对环境因素进行充分地考虑和分析。

在海洋平台的结构设计中，不同的平台类型需要采取不同的设计方案。

对于浮式平台，需要考虑平台的稳定性和耐波性；对于钻井平台，则需要考虑岩石的稳定性、钻入深度以及钻井的效率等多方面因素。

而对于海底管道的结构设计，则需要充分考虑海底的地形、地质条件，以及管道本身的强度和防腐蚀措施等问题。

海洋工程中结构的分析与设计，不仅关系到海洋资源的利用，也关系到海洋环境的保护。

在石油天然气开采过程中，由于泄漏导致的海洋污染事件时有发生，这些事件给海洋环境带来了极大的危害。

因此，在海洋平台的设计中，需要充分考虑对环境的保护，在平台本身对海洋污染的控制方案上做出充分的考虑。

结构分析与设计是海洋工程中的核心内容，需要充分的理论知识和实践经验。

海洋工程的发展离不开各类研究机构的不断努力，如船舶研究所、海洋资源开发中心等，这些机构不断的开展研究和创新，为海洋工程发展保驾护航。

总之，海洋工程中结构的分析与设计是一个需要综合考虑多方面因素的复杂问题。

只有通过不断地研究、分析和实践，才能够为海洋工程开发利用做出更大的贡献。

海洋柔性复合软管的结构设计和试验分析2.天津博迈科海洋工程有限公司天津 300457摘要：在海洋油气田开发过程中，海洋复合柔性软管的应用越来越广泛。

柔性软管具有可连续安装铺设，可适应海底复杂地形，耐腐蚀，可重复利用等优点。

目前，国内有多家企业开展了海洋柔性软管的技术研发和引进，并在多个工程项目中进行了实践应用，国产化软管生产和安装技术已经趋于成熟，大幅降低了软管的制造和安装成本，促进了柔性软管在我国海洋油气开发中的应用。

本文以某油气田输气柔性软管为例，介绍了柔性软管的结构设计和各种性能试验，验证了海洋性软管的强度，以期为后续海洋软管项目提供参考。

关键词：软管;结构设计;强度分析;试验引言海洋油气资源开发从浅海走向深海是世界海洋油气资源开发的总趋势，也是我国海洋油气资源开发的战略目标。

在开发深海油气资源过程中，固定式平台生产系统受到水深限制，通常采用浮式生产系统与水下生产系统相结合的方式，需要使用大量的管道，如动态立管、跨管及海底静态管等。

恶劣的海况工作环境对管道的结构性能提出了苛刻要求，钢质管道由于洋流波动疲劳、耐腐蚀性差、铺设施工难度大及周期长等问题在深海的应用受到限制。

海洋非粘结型柔性软管具有各层间相对独立且可相对移动的特殊结构，比钢管具有更好的柔韧性和适应性，成为海洋开发尤其是深海开发的必需管道。

但我国深海油气资源开发技术及相关装备研制相对落后，主要依靠从欧美发达国家引进先进装备和技术，深海油气资源的全面开发受到严重限制。

为了加快我国深海油气资源开发技术的自主创新，实现核心装备技术的国产化，介绍了海洋非粘结型柔性软管的性能特点与结构功能，并重点论述了非粘结型柔性软管的研究热点。

1复合软管的功能特点海洋柔性复合软管按照结构形式不同有非粘结型和粘结型两种。

粘结型软管由几层组成，层与层之间粘结固定，不会在受力或弯曲等情况下发生层与层之间的相对位移。

非粘结型软管由几个相互独立的层组成，层与层之间没有粘结和固定，在受力或弯曲等情况下层与层可以相互错动，产生相对位移。

大坡度海底管道强度分析王博雅;康庄;宋儒鑫;曹先凡;刘振纹【摘要】大坡度海底管道是油气开发经常使用的类型。

针对中国南海海底地形,研究大坡度海底管道的强度,提出工程优化方法。

通过分析管道结构的受力控制方程,得到管道受力分析的主要影响参数。

使用非线性时域软件分析得到斜坡顶端和底端的管道易发生强度破坏。

提出工程优化方案,顶端使用托管架和挖沟措施进行优化,底端使用悬链线理论进行优化设计。

分析结果表明,应用优化措施后,大坡度海底管道强度满足规范要求。

【期刊名称】《海洋工程装备与技术》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】6页(P264-269)【关键词】海底管道;大坡度;强度分析;工程优化方法【作者】王博雅;康庄;宋儒鑫;曹先凡;刘振纹【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院深海工程技术研究中心;中国石油集团工程技术研究院中国石油天然气集团海洋工程重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TE95海底管道是海洋油气资源开发的生命线，对海底石油和天然气的生产和外输起着关键性的作用[1]。

大坡度海底管道是铺设在有较大斜坡角存在的海底斜坡上的管道。

目前已有的海底管道在位稳定性设计规范(如挪威船级社DNV-RP-F109)考虑的都是平坦海底的情况。

但是由于斜坡角的存在，斜坡的地质不稳定性均使得大斜坡上铺设的海底管道更容易发生屈曲、压溃、失稳等现象，较之铺设在平坦海底的管道在强度和稳定性方面存在着更为复杂的问题[2]。

有限元软件如ANSYS可以对大坡度海底管道结构进行分析，但其计算动态性能差，效率低。

本文对实际海洋工况中的大坡度海底管道采用非线性动力分析软件OrcaFlex进行分析，考虑流-管相互作用对大斜坡管道强度的影响，评估计算大斜坡的地质不稳定性对管道强度和在位稳定性的影响[3]，通过校核管道强度来调整管道参数的设计，为选择最安全、经济的工程施工方案提供参考[4]。

选取大地坐标系，海平面为z轴参考零点，基于小变形梁控制方程，得出管道受力方程。

海底管道结构设计与稳定性分析随着海洋经济的不断发展和深入，海底管道的重要性不断凸显。

海底管道是指安装在海底的管道系统，主要使用于输送油气、深海采矿等领域。

其结构设计和稳定性分析是海底管道运营的关键，直接影响其安全性和可靠性，具有非常重要的意义。

一、海底管道结构设计海底管道结构设计是海底管道工程中的核心内容，主要包括管道材料选择、管径大小、壁厚、断面形状等各方面。

在设计过程中，需要充分考虑海洋环境因素，如海底地形、流体运动条件等，以保证管道在复杂海洋环境下的持续安全运行。

1.管道材料选择管道材料是影响海底管道结构设计的主要因素之一。

常见的管道材料有钢材、聚氨酯、复合材料等。

其中，钢材是传统的管道材料，具有良好的韧性和抗压性能，但是存在较大的腐蚀和疲劳问题。

聚氨酯材料具有轻质、耐腐蚀、维护简单等优势，但是其耐压性能较差，容易受到外力影响。

复合材料具有优异的力学性能和耐腐蚀特性，但是其制造成本较高，需要进行定制制造，因此使用较少。

2.管径大小管道的直径大小是影响其输送能力的重要因素。

一般来说，管径越大，输送能力也就越大。

但是，海底管道的设计需要根据实际需求和海洋环境因素进行综合考虑，避免管道直径过大或过小，影响其稳定性和经济性。

3.壁厚管道壁厚是影响其抗压性能和耐腐蚀性能的重要因素。

海水中的氯离子、海藻、贝壳等都会对管道产生腐蚀作用，因此需要使用耐腐蚀的材料，并且设置合适的壁厚，以确保管道的使用寿命。

4.断面形状断面形状是影响管道稳定性和流场分布的因素之一。

常见的管道形状有圆形、方形、D形等。

在海底管道结构设计中，需要根据海洋环境的特点和设计要求，选择合适的断面形状，以保证油气输送的安全稳定。

二、海底管道稳定性分析海底管道的稳定性分析是海底管道工程中的重要内容，主要包括静力学和动力学两个方面。

静力学分析主要针对管道自身重力和海水浮力作用下的稳定性问题，动力学分析则是在考虑海浪、洋流等外力作用下的管道动态响应，以保证管道的安全运行。

深海管线用X70厚壁管线钢的组织及性能分析牛爱军;罗卓辉;毕宗岳;牛辉;黄晓辉;刘海璋【摘要】Through analysis of deep-sea pipeline service conditions,it summarized the technical characteristics of deep-sea pipeline steel,and showed that high strength, heavy wall thickness and small diameter-thickness ratio are the development trend for deep-sea pipeline steel pipe. By using high Mn,low C and Nb,Ti micro-alloying composition design,and TMCP process,the X70 pipeline steel with 36.5 mm thickness used in deep-sea pipeline was developed. The main microstructure of full thickness consists of uniform fine acicular ferrite and a small number of M/A island. The yield strength of steel plate arrives 480~550 MPa,the yieldratio≤0.82,the impact energy over 410 J at -20 ℃,the fiber fracture rate i s 100% of horizontal and vertical DWTT, which achieves good matching with high strength,low yield ratio,high toughness and excellent dynamic tear resistance at low temperature.%通过对深海管线服役工况的分析，总结了深海用管线钢的技术特点，表明高强度、大壁厚、小径厚比管线钢管是深海用管线钢管的发展趋向。

基于DNV-RP-F101规范的腐蚀海底管道强度评估研究王猛;赵冬岩【摘要】近年来海底管道由于腐蚀缺陷造成失效的事件有增多的趋势。

为了评估在管道发生腐蚀后失效的风险性,对DNV-RP-F101的腐蚀管道强度评估方法进行研究,通过算例对影响强度评估的关键因素进行了敏感性分析,并对DNV-RP-F101和DNV-OS-F101的关系进行了探讨。

结果表明,影响强度评估结果的三个主要因素中,缺陷检测数据误差对评估结果影响最大。

当满足一定条件时,屈强比对评估结果的影响可忽略。

【期刊名称】《海洋工程装备与技术》【年(卷),期】2017(004)005【总页数】5页(P276-280)【关键词】海底管道腐蚀缺陷强度评估【作者】王猛;赵冬岩【作者单位】海洋石油工程股份有限公司,天津300451;海洋石油工程股份有限公司,天津300451【正文语种】中文【中图分类】TE973随着国内海洋工程的发展，我国在役海底管道总长度已超过6000km。

但由于运营维护技术和管理上的原因，多数管道自从投产以来未进行任何清管、通球等基本的维护活动。

20%的海底管道无法进行内检，管道的腐蚀和强度现状对管道安全运行存在重大影响。

腐蚀导致管道壁厚减薄,使管道承压能力降低且引起应力集中。

当腐蚀缺陷的深度和数量达到一定程度时，为维护管道而进行的修复、停工将造成经济损失。

更为严重的是管道发生破裂，引发事故。

因此，国内对缺陷检测和评估的需求日益迫切。

对管道缺陷的检测和评估技术已经发展了40年，并形成了成熟的规范。

美国Battlle研究所根据断裂力学理论和爆裂试验结果提出了半理论半经验公式NG-18[1]；美国机械工程师协会(ASME)在此基础上建立了腐蚀管道评估规范ASMEB31G[2]；Kiefner等[3]在NG-18的基础上对其进行了修正，将短腐蚀近似为抛物线形腐蚀，而将长腐蚀近似为矩形腐蚀，称之为改进的B31G方法；Fu等[4]釆用非线性有限元模拟分析腐蚀管道承压状态，证明基于应力失效准则的非线性有限元分析方法能较为准确地预测腐蚀管道的极限内压；挪威船级社(DNV)对腐蚀海底管道进行一系列数值模拟和试验研究,并结合英国天然气公司的研究成果,形成了DNV-RP-F101腐蚀管道剩余强度评估推荐规范[5]。

海洋结构物的设计与分析引言：海洋结构物是指在海洋环境中建造的各种建筑物和设施，广泛应用于海洋资源开发、交通运输、海洋科研等领域。

由于海洋环境的复杂性和恶劣性，海洋结构物的设计与分析至关重要。

本文将探讨海洋结构物设计的基本原则、常见的结构形式和分析方法，以及未来发展趋势。

一、海洋结构物设计的基本原则：1. 耐久性：海洋环境中，结构物需要长期抵抗海水的腐蚀、洪水和波浪的冲击。

设计时应选用耐久性高的材料，合理选择防腐蚀措施，并进行结构强度的充分考虑，以确保结构物能够长期稳定运行。

2. 安全性：海洋结构物设计中，安全性是首要考虑因素。

结构物应满足安全的负荷承载能力，以抵御强风、浪涌、地震等外力。

此外，还需要考虑结构物使用的安全性，例如为人员提供紧急撤离通道和安全设施。

3. 经济性：在设计过程中，要充分考虑生产、建造和维护的成本。

为了达到良好的经济效益，需要选择合适的材料、结构形式和施工工艺，尽可能降低结构物投资和维护成本。

二、常见的海洋结构形式：1. 海上油田平台：海上油田平台是海洋结构物中的重要一环。

常见的有钻井平台、生产平台和浮式平台等。

钻井平台主要用于石油开发中的钻井作业，而生产平台用于采集、生产和储存石油。

浮式平台则可以适应浅海和深海环境，具有灵活性、可移动性等特点。

2. 海底管道：海底管道是将海洋油气田或其他资源输送到陆地的重要通道。

其设计需要考虑海洋环境、船舶交通、地震和腐蚀等因素。

为了保证管道的安全性和稳定性，通常采用深埋和保护层等措施。

3. 海洋风力发电机组：随着对可再生能源需求的增加，海洋风力发电逐渐兴起。

风力发电机组需要在海上建造，结构复杂。

其设计要考虑风、浪等环境因素，以及适应海洋环境下的输电系统和维护保养。

三、海洋结构物分析方法：1. 结构强度分析：结构强度分析是海洋结构物设计过程中不可或缺的步骤。

通过有限元分析、数值模拟以及实验验证等方式，对结构物的强度进行评估和验证，保证结构满足承载能力要求。