Курсовой проект. Учебнометодические указания по курсу Морские нефтегазовые сооружения для студентов направления подготовки 21. 03. 01 Нефтегазовое дело
 Скачать 390.13 Kb.
|
|
1.2.3 Строительные нагрузки Нагрузки, которые возникают в результате строительства трубопроводной системы, включая монтаж, испытания давлением, ввод в эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт, должны быть разделены на функциональные и природные нагрузки. Должны учитываться все существенные нагрузки, действующие на отдельные трубы или участки труб при транспортировке, сборке, монтаже, обслуживании и ремонте. К функциональным нагрузкам относятся усилия, обусловленные приложенным натяжением в ходе монтажа, обслуживания и ремонта трубопровода. К природным нагрузкам относятся усилия, приложенные к трубопроводу от действия ветра, волн и течений, в том числе отклонения и динамические нагрузки из-за перемещений трубоукладочного судна. Случайные нагрузки должны учитывать силы инерции вследствие внезапного наполнения водой, чрезмерных деформаций в надводном и придонном криволинейных участках укладываемой плети трубопровода и усилия, вызванные ошибками в работе или неисправностями оборудования, которые могут вызвать или осложнить критические условия. Другие нагрузки, которые должны быть рассмотрены: – штабелирование труб; – операции с трубами и участками труб, например, подъем труб, соединений труб, трубных плетей и рулонов труб и намотка труб на барабан; – протаскивание в местах выхода трубопровода на берег, стыковка отдельных плетей трубопровода, разработка траншей и т.д.; – испытание давлением; – работы по вводу в эксплуатацию, например, повышение разности давлений вследствие вакуумной осушки. 15 Типовые строительные нагрузки для предварительно смонтированных стояков, опор/направляющих стояков и J-труб на кожухах или подобных сооружениях: – усилия, порождаемые ветром, в частности, схождение вихрей, вызванных ветром, действующие на части, которые, по проекту, будут в состоянии погружения после монтажа несущей конструкции; – перемещения/усилия, создаваемые в течение разгрузки несущей конструкции; – транспортные усилия вследствие перемещений баржи; – усилия спуска на воду в результате отклонений и гидродинамических усилий (усилия протаскивания, слеминга и слаппинга), действующих на конструкцию; – отклонения/усилия, в ходе монтажа несущей конструкции; – силы инерции, действующие на опоры/направляющие стояков, обусловленные погружением свай; – перераспределение опорных реакций при удалении возможных временных опор стояка и переводе стояка в окончательное положение; – холодная амортизация стояков (предварительная упругая деформация); – усилия стыковки, возникающие при соединении стояка со стыковочной катушкой/трубопроводом; – динамические нагрузки при введении трубопровода в эксплуатацию, например, заполнение водой и ее удаление с помощью очистных устройств. Должны быть выбраны подлежащие рассмотрению комбинации нагрузок, которые бы отражали, вероятно, наиболее жесткие комбинации нагрузок в ходе рассматриваемой стадии строительства. 1.2.4 Случайные нагрузки Нагрузки, которые прикладываются к трубопроводной системе при аномальных и незапланированных условиях, должны быть отнесены к случайным нагрузкам. 16 Основным критерием классификации случайной нагрузки является вероятность ее существования. Типичные случайные нагрузки могут быть вызваны: – ударом судна или других дрейфующих объектов (столкновения, посадка на мель, оседание); – упавшими объектами; – земляными работами; – взрывами; – огнем и расплавленной массой; – эксплуатационными неисправностями; – зацеплением якорями. Размер и частота случайных нагрузок для определенной трубопроводной системы могут быть определены посредством анализа рисков. 1.2.5 Другие нагрузки Траловые нагрузки При расчете нормативных траловых нагрузок опираются на принципы, изложенные в Инструкции 13: «Взаимодействие между траловыми снастями и трубопроводами». Требования для расчетов трубопроводов на траловые нагрузки должны быть определены на основе исследований частоты тралового лова и оценки потенциальных дефектов вследствие тралового лова, для того чтобы гарантировать, что работоспособность трубопровода не будет снижена. Траловые нагрузки могут порождаться траловыми досками или бим- тралами, в зависимости от того, какая рыболовная снасть является предпочтительной в данном районе. Рыболовные снасти и, следовательно, траловые нагрузки могут существенно различаться не только между трубопроводными системами, но и в пределах одной трубопроводной системы. Траловые нагрузки будут зависеть от 17 типа, массы, скорости, троса для верпования (жесткости троса, цепных эффектов и длины троса) и размеров траловой доски или бим-трала. Различные способы опирания вдоль трассы трубопровода также будут приводить к разной реакции на траловые снасти. Должны быть определены следующие данные по траловому лову: – максимальный размер тралового оборудования, обычно используемого в районе; – тенденции в будущем (новые типы, масса (сети), скорость тралового лова, профиль); – частота тралового лова в районе. Траловые нагрузки могут быть разделены в соответствии с тремя стадиями пересечения тралом трубопровода: a) Траловый удар, т.е. первоначальный удар от траловой доски или бим- трала, который может вызвать местные вмятины в трубе или повреждение покрытия. Его следует относить к природным нагрузкам. б) Переход трала, часто называемый перетаскиванием, т.е. вторая стадия, обусловленная перемещением троса и траловой доски или бим-трала поверх трубы. Обычно он будет вызывать реакцию трубопровода более общего характера. Его следует относить к природным нагрузкам. в) Зацепление, когда траловая доска застревает под трубой, и, в экстремальных случаях, к трубопроводу прикладываются высокие усилия, достигающие усилия прочности тралового троса. Его следует относить к случайным нагрузкам. Энергия удара должна быть определена с учетом, как минимум: – массы и скорости траловой доски или бим-трала, – приведенной присоединенной массы и скорости. Землетрясения Воздействия нагрузок, обусловленных землетрясением (непосредственные или опосредованные), должны быть классифицированы как случайные или нагрузки природного происхождения, в зависимости от вероятности 18 возникновения землетрясения в соответствии с информацией о случайных нагрузках. 2 РАСЧЕТНЫЕ КРИТЕРИИ 2.1 Цель раздела Целью данного раздела является обеспечение возможных видов отказов конструкций трубопроводных систем расчетными и допустимыми критериями. В настоящем стандарте не содержится ограничений по глубине. В тех случаях, когда нет необходимого опыта применения стандарта для глубоких мест, особое внимание должно быть уделено: – отказам других механизмов; – достоверности области изменения параметров; – другим нормативным нагрузкам и сочетаниям нагрузок; – динамическим явлениям; Если при прочностном расчете учтены влияния значительных перемещений и динамического поведения, в том числе усталостное влияние колебаний, защемления и ретчетинг, то в отношении упругих деформаций или колебаний стандарт не устанавливает ограничений. Особое внимание должно быть уделено элементам трубопроводной системы, которые выходят на берег. Как правило, должны учитываться следующие аспекты: – плотность населения; – персонал; – транспорт; – коррозия; – остановка разрушения. В зависимости от этих аспектов может потребоваться более высокий уровень безопасности, чем тот, который отражен в классах безопасности. 19 На сварные спиральношовные трубы накладываются следующие требования: 1) если требуется дополнительное требование F (свойства остановки разрушения), для развивающегося разрушения должна быть произведена оценка возможности развития разрушения от одного сварного стыка труб до другого сварного стыка труб; 2) должны быть оформлены соответствующие документы подтверждающие устойчивость к действию наружного давления; 3) если нет возможности применения условия контролируемых деформаций, то расчеты должны быть основаны на условии контролируемых нагрузок. Пункты 1 и 2 обусловлены тем, что сварные спиралешовные трубы подвержены лавинным разрушениям и значительным деформациям. 2.2 Принципы расчетов и материалы 2.2.1 Основные требования к трассе трубопровода Трубопровод не должен располагаться вблизи от других сооружений, других трубопроводных систем, остатков кораблекрушений, валунов и т.д. Должно быть определено минимальное расстояние, основанное на прогнозируемых перемещениях, гидродинамических эффектах и на оценках рисков. Если же трубопроводная система располагается вблизи других сооружений, трубопроводных систем, остатков кораблекрушений, крупных валунов и т.д., должны быть учтены возможные отклонения, перемещения и иные риски, для того чтобы обеспечить достаточное расстояние до других объектов. Минимальное расстояние по вертикали между пересекающимися трубопроводами составляет 0,3 м. Трубопроводы должны быть защищены от недопустимых повреждений, вызываемых, падающими объектами, рыболовными снастями, кораблями, 20 якорями и т.п., также следует избегать расположения трубопроводов внутри зон погрузочных платформ. Защита от повреждений может быть достигнута за счет одной или комбинации следующих мер: – бетонное покрытие, – заглубление, – защита (песком, гравием, матами), – другая механическая защита. При проектировании защитных конструкций должна быть оценена относительная осадка между защитной конструкцией и трубопроводной системой, и она должна охватывать весь расчетный срок эксплуатации трубопроводной системы. Между элементами трубопровода и элементами защитной конструкции должен быть обеспечен соответствующий зазор, чтобы избежать коррозии. Трубопроводы из углеродисто-марганцевой стали для потенциально коррозионно-опасных продуктов категорий В, D и Е должны обеспечить диагностику путем пропуска внутритрубных устройств. В тех случаях, когда пропуск внутритрубных устройств невозможен из-за конструкции трубопровода, должен быть выполнен расчет в соответствии с признанными процедурами, подтверждающий, что риск отказа (т.е., вероятность разрушения, умноженная на последствия разрушения), ведущего к утечкам, приемлем. Для коррозионно-опасных жидкостей других категорий должна быть выполнена оценка влияния на надежность эксплуатации с помощью контрольной очистки внутритрубными устройствами. Трубопровод может быть разделен на участки, имеющие различное расчетное давление. В таких случаях трубопроводная система должна быть оборудована соответствующей системой контроля давления, чтобы гарантировать то, что участок или участки, рассчитанные на более низкие расчетные давления, не будут подвержены действию давления выше допустимого. 21 Стояки и J-трубы должны проходить внутри сооружения таким образом, чтобы не допустить удара судном, и должны быть защищены от нагрузок в результате ударов судов и других механических воздействий. Стояки не должны располагаться внутри зон погрузки платформ. Опоры стояков и J-труб должны быть рассчитаны так, чтобы обеспечить плавный переход усилий от стояков к опорам. Для определения конфигурации J-труб должны использоваться следующие соображения: – конфигурация платформы и схема палубы; – требования к пространству; – перемещения J-трубы; – подход к кабелю/трубопроводу; – защита J-трубы; – контроль и техническое обслуживание в ходе эксплуатации; – учет возможностей монтажа. 2.2.2 Испытания давлением Задачи заводских испытаний давлением таковы: – провести контрольные испытания на несущую способность по внутреннему давлению; – гарантировать, что все сечения трубы выдерживают напряжения, равные пределу текучести. Поэтому заводское испытательное давление определяется напряжениями, а не расчетным давлением. Трубопроводная система должна подвергаться испытаниям давлением после монтажа. Местное испытательное давление (p lt ) в течение испытаний системы давлением должно удовлетворять следующему требованию: Нормальный и высокий класс безопасности при обычных условиях эксплуатации: 22 p 1t ≥1,05p 1i , (2.1) где p li – местное аварийное давление. Низкий класс безопасности при обычных условиях эксплуатации: p 1t ≥1,03p 1i (2.2) Если аварийное давление на 10% превышает расчетное давление, то приведенное выше требование задает испытательное давление системы в виде расчетного давления умноженного на 1.15, при условии, что расчетное давление относится к самой высокой точке трубопроводной системы. Испытательное давление системы обеспечивает проверку утечек после завершения строительства и является функцией местного аварийного давления. По соглашению, от испытаний системы давлением можно отказаться, при условии что: – сварные трубы сварены по методу SAW (сварка под флюсом); – расчет толщины стенки определяется наружным давлением и используется менее 75 % от несущей способности по внутреннему давлению; – документы показывают, что технические условия были выполнены должным образом в ходе изготовления, сборки и монтажа; – было выполнено требование к заводским испытаниям давлением; – все соединительные детали и стояки прошли гидростатические испытания давлением в ходе изготовления; – проведены местные испытания на герметичность после завершения монтажа и стыковки элементов и стояков; – определен режим контроля и проверок для всего проекта трубопровода и продемонстрировано, что он обеспечивает необходимый уровень безопасности; – после монтажной сварки был проведен автоматический ультразвуковой контроль; – недопустимо, чтобы работы по монтажу и другие воздействия вызвали повреждение трубопровода. Особое внимание в этом случае должно быть уделено дноуглубительным работам, другим методам разработки траншей или повреждениям других воздействий, например якорями; 23 – труба после проведения автоматического ультразвукового контроля не подвергалась накопленным пластическим деформациям, превышающим 2 %. В течение испытаний системы давлением должны быть удовлетворены все предельные состояния для класса безопасности «низкий». 2.2.3 Технический контроль в ходе эксплуатации Требования к техническому контролю, влияющему на безопасность и надежность в течение эксплуатации трубопроводной системы, должны быть определены на стадии проектирования, и они должны быть отражены в DFI - отчете. 2.2.4 Минимальная толщина стенки Если с помощью иных мер не обеспечивается эквивалентная защита от случайных нагрузок, падающих объектов и других внешних нагрузок, должна приниматься минимальная толщина стенки в 12 мм для всех трубопроводов со следующими параметрами: – номинальным диаметром, равным 8” и выше; – классом безопасности «Высокий»; – классом местоположения 2. Должна содержаться особая оценка случайных нагрузок, падающих объектов и других внешних нагрузок при определении минимальной требуемой толщины стенки для трубопроводов со следующими параметрами: – номинальным диаметром, меньшим 8”, – классом безопасности «Высокий», – классом местоположения 2. Требование к минимальной толщине стенки основано на статистике разрушений, которая ясно указывает, что ударные нагрузки являются наиболее вероятной причиной разрушений и оказывают решающее влияние на расчет толщины. 24 2.2.5 Выбор материалов Материалы для трубопроводных систем должны быть выбраны с учетом свойств транспортируемого продукта, нагрузок, температуры и возможных видов отказов в период монтажа и эксплуатации. Выбор материалов должен гарантировать совместимость всех элементов трубопроводной системы. Должны рассматриваться следующие характеристики материалов: – механические свойства; – твердость; – ударная вязкость; – усталостная прочность; – свариваемость; – коррозионная стойкость. Выбор материалов должен включать в себя обозначение следующих дополнительных требований, в зависимости от необходимости: – дополнительное требование S: эксплуатация в кислой среде; – дополнительное требование F: свойства остановки разрушения; – дополнительное требование Р: труба, подверженная пластическим деформациям, превышающим 2 %; – дополнительное требование U: повышенное использование; – дополнительное требование D: более жесткие требования к размерам. Выбор материалов должен включать в себя выбор уровня неразрушающего контроля (NDT) для труб. Уровень NDT I для труб требуется для использования критерия местной потери устойчивости при условии контролируемых деформаций (расчет, основанный на деформациях). При наличии в перекачиваемом продукте воды, кислорода и хлора, нержавеющие стали могут быть восприимчивы как к местной коррозии, так и к растрескиванию вследствие действия природных факторов и, следовательно, 25 коррозионная стойкость должна рассматриваться отдельно для каждого особого случая применения. Для особых назначений должны быть проведены коррозионные испытания, чтобы утвердить использование материала для предполагаемого назначения. Перекачка продуктов, хорошо стимулирующих коррозию трубопроводов из сталей, выплавленных дуплекс-процессом, и мартенситных нержавеющих сталей требует особой предосторожности. Особые меры предосторожности потребуются, чтобы, при испытаниях системы давлением с использованием морской воды, избежать коррозионных повреждений CRA – трубопроводов (CRA – коррозионностойкий сплав). Трубы из стали, выплавленной дуплекс-процессом, мартенситной нержавеющей стали и трубы из углеродисто-марганцевой стали с нормативным минимальным пределом текучести более 450 МПа требуют особого рассмотрения склонности к растрескиванию под действия природных факторов (включая сульфидное растрескивание под напряжением и водородное растрескивание, связанное с катодной защитой). В частности, это относится к материалу, подвергающемуся существенным пластическим деформациям в течение изготовления, монтажа и эксплуатации. Таблица 2.1 – Использование расчетного сопротивления как функции от уровня NDT и дополнительного требования U Уровень NDT для труб I II Дополнительное требование U Да Нет Да Нет Расчет на действие внутреннего давления Высокое Низкое Высокое Низкое Местная потеря устойчивости при контролируемых нагрузках Высокое Низкое Высокое Низкое Местная потеря устойчивости при контролируемых перемещениях Высокое Низкое Не применимо Примечание к таблице: «Высокое» и «Низкое» в приведенной выше таблице относится к допускаемому использованию. 26 Труба уровня NDT I задает более жесткие требования к NDT, чем уровень NDT II. Для дополнительного требования U коэффициент прочности на 4% выше, что обычно дает экономию материала приблизительно равную 4%. Взаимосвязь между различными требованиями к материалам и проектированием проиллюстрирована в приведенной выше таблице. |