水下管匯管道應力分析研究.pdf

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1、第30卷第5期中國海洋平臺V01．30No．52015年10月CHINAOFFSHOREPLATFORMOct．。2015文章編號：1001—4500(2015)05—0048—06水下管匯管道應力分析研究孟憲武，張飛，侯莉(海洋石油工程股份有限公，李司，天津剛，周300451)爽摘要：結合某深水氣田PLEM工程設計實例，利用AUTOPIPE軟件進行應力分析計算，并按照APIRP1111規(guī)范要求進行內壓破裂、外壓壓潰和擴展屈曲的校核計算。此方法和流程可為水下PLEM管道的應力分析提供參考依據。關鍵詞：管道終端管匯；管道應力分析；內壓破裂；外壓壓潰；擴展屈曲中圖分類號：P75文獻標識

2、碼：AStressAnalysisofSubseaPipelineEndManifoldMENGXian—wu，ZHANGFei，HOULi，LIGang，ZHOUShuang(OffshoreOilEngineeringCo．，Ltd，Tianjin300451，China)Abstract：ReferringtothepracticalengineeringdesignexampleofsubseaPLEM，UsingtheAUTOPIPEstressanalysissoftwaretocheckthepipelinestrength。Andaccordtothere—quir

3、ementsofAPIRP1specificationtochecktheinternalburst，externalcollapseandpropagatingbuckles．ThismethodandtheprocesscanworkforstressanalysisofsubseaPLEMprovideareferencebasis．Keywords：pipelineendmanifold；stressanalysisofpipeline；internalburst；externalcollapse；propagatingbuckles0引言隨著世界經濟和石油化工技術的迅猛發(fā)

4、展，世界各國對石油天然氣資源的需求量也逐年增加，海底蘊藏的大量石油與天然氣資源已成為各大石油公司關注的焦點。近年來海洋石油鉆采技術不斷完善和成熟，但我國深水工程技術同國外還有差距，尤其是在水下控制系統與生產系統的設計技術、水下設施的安裝與測試技術還有諸多不足。水下管匯(PLEM)是應用最為廣泛的水下設備，它將各水下井口采出的油氣經過海管或跨接管(JUMPER)匯集在一起，然后經主海管輸送到海上平臺或陸地終端進行油氣處理和集輸。水下管匯(PLEM)的一般組成部分包括：主管與支管管道、控制系統、水下閥門、法蘭或連接器、保護結構與防沉板。對水下管匯(PLEM)進行應力分析的研究，不僅能夠

5、提高我國水下設備的研發(fā)與制造能力，還能有效地保證水下控制系統和生產系統的可靠性與安全性。收稿日期：2015—03—03基金項目：國家工業(yè)和信息化部海洋工程裝備項目(E一0813C003)。作者簡介：孟憲武(1985一)，男，工程師。第5期盂憲武．等水下管匯(PLEM)管道應力分析研究1壓力管道應力分析概述承壓管道應力分析實際上是在滿足標準規(guī)范的前提下，對管道進行包括應力計算在內的力學分析，從而保證管道自身和與其相連的機器、設備以及結構的安全。復雜管線中可能存在壓力、重量、溫度、海浪、風、土壤約束以及地震、動設備的振動、閥門關閉或開啟導致的水錘氣錘等外力載荷作用。常規(guī)情況，壓力管道的

6、應力分析包括靜力分析與動力分析。靜力分析是壓力管道在進行力學分析時只受到靜力荷載的作用，包括：壓力、重力、外荷載、環(huán)境荷載等荷載作用下的管道應力計算；動力分析是壓力管道在地震、水錘與沖擊荷載作用下考慮的振動分析。2壓力管道應力分析基礎管道應力分析是為了保證在附加載荷的情況下，管道能夠正常運行不會發(fā)生疲勞和破壞。由于荷載性質不同，產生的應力性質也不同，它們對管道破壞的貢獻也不同。荷載引發(fā)了力學變形，變形就導致應力的產生。根據材料力學所述的基礎理論，管道的應力主要包括：徑向應力％、環(huán)向應力盯H、軸向應力氣與剪切應力r[2]，應力示意圖如圖1所示?！盯峋樝蚰剩欢?/p>

7、，《q一

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10、／軸向應力：aL一％／A。，吼一PD／(4T)，arL=M水／I(彎矩導致的最大軸向應力通常出現在管壁外表面上)；環(huán)向應力：仃H=PD／(2T)；徑向應力：0(在外表面上不存在)；剪切應力：r—M．R／W。(在主應力截面上，剪切應力為0)。式中：P為承壓管道設計壓力；D為承壓管道外徑；T為承壓管道壁厚；艦為附加在承壓管道上的彎矩；J為承壓管道橫截面上的慣性矩；FAx為承壓管道所受軸向力；A。為承壓管道的橫截面積；％為附加在承壓管道上的扭矩；W。為承壓管道的抗扭截面模