海底管線沖刷與防護(hù)_電力水利_工程科技_專業(yè)資料

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1、海底管道沖刷懸空與防護(hù)霍俊波211509331012015級水利工程一、背景介紹人類的發(fā)展離不開對能源的開發(fā)和利用。對于不能或不需要在原地進(jìn)行利用的資源，常常要采取輸運(yùn)的方式，將能源運(yùn)輸?shù)胶线m的地方進(jìn)行加工、利用。所以，選擇運(yùn)輸方式很重要。對于流體，常見的輸送方式有裝入容器中進(jìn)行車輛運(yùn)輸，或者在流體生產(chǎn)地與需要地之間連接管道，進(jìn)行管道運(yùn)輸。車輛運(yùn)輸?shù)姆绞骄哂徐`活、但是運(yùn)行成本較高的特點(diǎn)，適合用量較小、急用、或者珍貴物品的運(yùn)輸。相對而言，管道運(yùn)輸?shù)耐顿Y成本比較大，方式不如車輛靈活，但是后期運(yùn)行、管理方便，輸送能力大，在石油、天然氣、

2、水等基礎(chǔ)能源的運(yùn)輸方面有著重要的應(yīng)用。最早的管道應(yīng)用是排水管，人們利用排水管將廢水排入河流或海洋中。管道在海底的應(yīng)用，可以追溯到1947年建立在墨西哥灣的一條深6m，離岸17m的淺水管道，該管道至今仍在使用。在我國，海底管道的應(yīng)用起步較晚。1973年，我國在山東省黃島附近鋪設(shè)了3條鏈接海底到岸上的輸油管道。又于1985年在埕島北部油田鋪設(shè)了連接兩個(gè)海洋平臺之間的海底管道。1987年，通過引進(jìn)國外鋪設(shè)船，我國在深海中進(jìn)行了管道鋪設(shè)。1994年，我國自行研發(fā)了鋪設(shè)船，可以進(jìn)行深海管道的鋪設(shè)。自此，海底管道應(yīng)用在我國蓬勃發(fā)展起來。由于海

3、底管線所處的海洋環(huán)境非常惡劣、直接受到波浪潮流等作用，存在著很多不穩(wěn)定因素，運(yùn)行中的管道發(fā)生破壞的案例在世界范圍內(nèi)不勝枚舉，由于管道內(nèi)部輸著原油、天然氣等資源，每一次管道破壞事件都會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失及環(huán)境污染等嚴(yán)重的后果。在管道應(yīng)用日益廣泛的當(dāng)代，管道的破壞事故卻有增無減。我國海底管道的發(fā)展時(shí)間不足50年，也發(fā)生過很多管道破壞事件。2000年，東海平湖內(nèi)某段管道在波流沖刷作用下導(dǎo)致失效；2003、2009年埕島油田段發(fā)生過由于懸空而引發(fā)的管道斷裂；2007年，我國南海潿洲海底管道因?yàn)楦g而發(fā)生泄漏；2011年，渤海蓬萊的石油鉆井

4、平臺處拋錨滴漏造成管道破裂，發(fā)生了溢油事故，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境帶來了嚴(yán)重后果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在所有的海底管道破壞原因中，腐蝕占50%，波流作用占12%，第三方活動(dòng)占20%，海床運(yùn)動(dòng)或其他占18%。我國曾經(jīng)對渤海埋北油田已鋪設(shè)的海底管道進(jìn)行過調(diào)查，共收集到61根海底輸油管道的現(xiàn)狀調(diào)查資料,海底輸油管道外管直徑為219mm至559mm，被調(diào)查的61根管道中，僅5根未被沖刷懸空，占8%管道懸空高度平均值為1.33m，最大值為2.5m，大于等于2m的有16根，占26%，大于等于lm的有48根，占79%，可見沖刷的普遍，從懸空長度來統(tǒng)計(jì)，平均懸空長度為1

5、5.1m，最大為3Om。大于等于20m的為22根，占36%，大于等于10m的有43根，占70%。隨著海底管線在海洋工程中越來越廣泛的應(yīng)用，外界水動(dòng)力作用下管線附近海床沖刷、管線遭受破壞等問題也越來越引起廣大研究人員的關(guān)注。海底管線附近海床在波浪作用下的沖刷侵蝕平衡過程研究是管線設(shè)計(jì)、施工以及預(yù)測其在位穩(wěn)定性的一項(xiàng)重要工作，對此問題的研究具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值和很強(qiáng)的工程指導(dǎo)作用，這方面工作的深入開展不但會為海底管線的生產(chǎn)安全性提供可靠的技術(shù)保障，還可以對整個(gè)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用?？偠灾?波浪對海底管線附近海床的沖蝕是管線

6、安全性設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素，是值得我們?nèi)パ芯亢退伎嫉闹匾獑栴}。二、沖刷原因沖刷與淤積是當(dāng)?shù)啬嗌乘斠期呄蚱胶獾慕Y(jié)果。在可沖刷的床面上，當(dāng)某處的水流挾沙力大于來流的含沙量時(shí)，該處就會發(fā)生沖刷，反之則發(fā)生淤積。造成海底管道沖刷的原因可以歸納為四大類：管道的繞流沖刷、海床的普遍（整體）沖刷、海床的沙波運(yùn)動(dòng)、以及海管附近水下建筑物局部流場的改變造成的局部沖刷。（1）管道的繞流沖刷是指海底管道露出海床因水流運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的局部沖刷，是海流、管道和海床三者間的動(dòng)力耦合作用問題。在一定條件下，海床沖刷將引起管道懸空。（2）引起海床的普遍沖刷的

7、原因是因?yàn)閰^(qū)域內(nèi)泥沙來源的減少、或海流強(qiáng)度增大而造成的大范圍的沖刷。隨我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與環(huán)保能力的日益加強(qiáng)，各類產(chǎn)沙治理措施的逐見成效，以及大型水利工程的建設(shè)等因素，長江、黃河等大江大河入海泥沙急劇減少。廣大區(qū)域海岸侵蝕后退現(xiàn)象日益嚴(yán)重。大范圍的侵蝕，床面高程普遍逐年降低，無疑會構(gòu)成對附近海域海底所有管道日益嚴(yán)重的威脅。（3）海床大尺度的沙波運(yùn)動(dòng)是引起的管道沖刷、危及海底管道安全的一個(gè)重要因素。海底沙波的波長可達(dá)幾十米、波高幾米，一個(gè)波的完整變形（運(yùn)動(dòng)）往往需要幾月甚至幾年的時(shí)間，這種時(shí)間尺度大、但隨海流不斷運(yùn)動(dòng)、變形的大尺度沙

8、波無疑會給海底管道的安全造成很大威脅。（4）建筑物形成的局部沖刷，是由于建筑物的存在而在局部范圍內(nèi)發(fā)生強(qiáng)化的水流或高速旋轉(zhuǎn)的漩渦，這些水流或漩渦具有較高的沖刷能力，從而在局部范圍內(nèi)形成沖刷坑。沖刷坑范圍與深度往往與建筑物尺度有直接關(guān)系。三、局部沖刷