拋錨作業(yè)撞擊海底管道的影響分析

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1、第38卷第1期石油Jt程建設(shè)2l劉歡，馮梅芳，張文海2(1．中國石油冀東油田公司，河北唐山063200；2瑚6威船級(jí)社(中國)有限公司，上海200336)摘要：拋錨作業(yè)可能會(huì)撞擊海底管道，對管道的安全運(yùn)行造成威脅。文章分析了船舶拋錨作業(yè)撞擊海底管道的能量、海管壁凹坑吸收的能量和海管保護(hù)層吸收的能量的計(jì)算方法，并給出了工程計(jì)算實(shí)例，得出不同錨重、埋深條件下海管的損壞等級(jí)，確定了合理的埋深，為海管安全敷設(shè)提供必要的參數(shù)。關(guān)鍵詞：海管；拋錨；撞擊；危害doi：10．3969／j．issn．1001-2206．2012．0

2、1．0060引言和拖拉。海底管道是海洋油氣資源開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要(3)各類航行船舶在避讓等緊急情況下采取組成部分，近些年隨著近海石油工業(yè)的發(fā)展，海底的拋錨作業(yè)。管道也得到了更為廣泛的應(yīng)用。它是連續(xù)的輸送大(4)船員人為操作失誤，導(dǎo)致脫錨。量油氣最快捷、最經(jīng)濟(jì)、最安全、最高效的方式，1．2管道損壞等級(jí)劃分具有連續(xù)輸送、運(yùn)油能力大、鋪設(shè)工期短、管理方參照標(biāo)準(zhǔn)DNVRP—F107[4]，視海管的受損程便和操作費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在檢查維護(hù)不度，損壞可分為三級(jí)：方便、一旦出現(xiàn)事故修復(fù)困難等缺點(diǎn)。(1)次損壞(D1)：海

3、管不需要修復(fù)，也不會(huì)海底管道不僅受到海洋水文環(huán)境和海床運(yùn)動(dòng)、導(dǎo)致泄漏。海管壁上凹坑的最大深度為管徑的海底地形地貌變化的影響，還受到過往船只拋錨5％，通常不會(huì)立即影響海管的運(yùn)行。不過，應(yīng)該所帶來的外界影響。因此，在安裝、運(yùn)行管理的采取檢驗(yàn)和技術(shù)評(píng)估的手段，確認(rèn)海管的結(jié)構(gòu)完過程中難免會(huì)出現(xiàn)各種損傷和缺陷，如凹坑、刮整性和通過清管球的能力。鑿、擦痕、穿孔、懸空、彎曲及變形等【l_3]。在海(2)中損壞(D2)：海管需要修復(fù)，但也不會(huì)底管道受到的各種威脅中。撞擊屬于偶然性載荷導(dǎo)致泄漏。當(dāng)海管壁上的凹坑會(huì)限制其內(nèi)部檢驗(yàn)破壞，

4、是造成海底管道破壞的主要原因之一。因時(shí)，通常需要進(jìn)行修復(fù)(凹坑的最大深度超過管此，分析海管與拋錨之間的力學(xué)關(guān)系，計(jì)算安全徑的5％)。不過，修復(fù)可以推遲一段時(shí)間，再經(jīng)的埋深．就成為保障海底管道安全運(yùn)行的一項(xiàng)重過結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定后可以繼續(xù)運(yùn)行。要的研究內(nèi)容。(3)重?fù)p壞(D3)：發(fā)生泄漏。海管壁被砸穿1海底管道損壞分級(jí)劃分孔或者海管破裂，必須立即停止油氣輸送和進(jìn)行通常情況下，拋錨點(diǎn)與海底管道的距離越遠(yuǎn)，線路修復(fù)，損壞的部分必須修補(bǔ)或替換掉。錨撞擊管道的概率就越小，管道受到錨撞擊的風(fēng)2錨正面撞擊海底管道的能量計(jì)算險(xiǎn)就越小。

5、錨拋入水中并撞擊海管的作用機(jī)理是復(fù)雜的，1．1拋錨作業(yè)與海底管道可能撞擊的情況它包括許多參數(shù)，如錨的形狀、尺寸以及撞擊方對海底管道有影響的拋錨作業(yè)主要有以下幾種：向。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DNVRP—F107?；谝韵乱恍┘僭O(shè)，(1)惡劣天氣條件下，工程船舶發(fā)生遛錨或計(jì)算“最壞狀態(tài)”下錨落水并撞擊海管的能量：錨鏈發(fā)生斷裂。(1)錨是堅(jiān)硬的，撞擊時(shí)不會(huì)變形。(2)漁業(yè)捕撈用具及拖錨對海底管道的撞擊(2)錨是直接下落，不旋轉(zhuǎn)。22石油工{jc建設(shè)2012年2月(3)海管是靜止的。吸收能量(kJ)的計(jì)算公式為：(4)撞擊能量轉(zhuǎn)移至海管

6、的時(shí)間很短，且大部Ek=Ybhxo(4)分轉(zhuǎn)移的能量被海管的凹坑所吸收。式中y——壓碎強(qiáng)度／MPa．是標(biāo)準(zhǔn)密度混凝土的(5)撞擊時(shí)錨達(dá)到了其下落的極限速度。立方抗壓強(qiáng)度的3倍；2．1錨的沖擊能6——錨撞擊面的寬度／m：錨被拋入水中后下沉，經(jīng)過一段時(shí)間后，達(dá)到——錨撞擊面的長度／m；下沉的極限速度，即：當(dāng)錨的重力與排出水的體積曠一穿透深度，m。和流動(dòng)阻力達(dá)到平衡時(shí)，錨的下沉速度就是一個(gè)常2．2．2埋深保護(hù)層量。錨下沉達(dá)到受力平衡時(shí)的方程為：挖溝并填埋海管在一定程度上可以額外保護(hù)海管免受落錨和拖錨的損壞，但作用是有限的

7、，這主(m一一)g=1p—AvT(1)要取決于挖溝的深度和撞擊物的尺寸。根據(jù)實(shí)體試錨在水中達(dá)到極限速度時(shí)，其動(dòng)能為：驗(yàn)，墜落物被砂礫層吸收的能量(kJ)關(guān)系為：2ET=1舢=Ep=—1DNApz+，vqP(5)器(一V)(2),除了動(dòng)能，實(shí)際撞擊能量還包括附加的式中——填埋材料的有效單位重力／(kN／m)，水動(dòng)力能量，則實(shí)際撞擊的能量(kJ)變?yōu)椋喝?1kN／m：EE=ET+EA1(m+m)T(3)一海管的直徑／m；A廣海管的投影面積／m；式中m——錨的質(zhì)量／kg：z——穿透深度，m；——錨的體積／m：批，Ⅳ廠一承

8、載系數(shù)，通常Nq=99，=137。pw址一海水密度／(kg／m。)；通常自然回填的砂層吸收的能量比砂礫的小很m——附加的質(zhì)量／kg，m=pCaV；多，其抗撞擊能力是砂礫覆蓋層的2％～10％。r重力加速度／(m／s)；2．3撞擊能量A——錨在下沉方向上的投影面積／m；由于有混凝土配重保護(hù)層和挖溝填埋層的保V——錨在水中的極限速度／(m／s)；護(hù)，錨撞擊海管的實(shí)