An Analysis on Limit Load for Corroded Submarine Pipelines

1 .Introduction Submarine pipelines are one of the safest and the least environmentally disruptive means for ma-rine gas or oil transport . With the development of exploitation of submarine oil or gas ,the safety ofsubmarine pipelines has becomethe major …     

荔湾3-1外输海底管道中落管抛石技术

落管抛石是进行深水抛石的一种工程技术,可作为保证管道稳定性、处理悬跨、抑制隆起屈曲和进行跨越支撑的工程解决方案。系统研究了抛石在波流作用下的稳定性,落石对管道冲击的影响以及施工技术。针对南海环境条件下的抛石稳定理论进行了修正;分析了三层聚丙烯涂层管道在落石冲击下的可接受抛石粒径;提出同时结合石块稳定性结果和管道抗冲击性能要求下的石料分级的方法;最后,对该技术在荔湾3-1外输海底管道的工程应用进行详细阐述。     

Analysis of Dynamic Characteristics of Submarine Free Spanning Pipelines by Complex Damping Method

Considering the effect of the internal flowing fluid and the external marine environmental condition, the differential equation for the vortex-induced vibration (V1V) of the free spanning pipeline is derived and is discretized by the Hermit interpolation function. The free vibration equation with the damping term is solved by the complex damping method for the natural frequency, and then the effect of fluid damping on the natural frequency of the free spanning pipeline is analyzed.The results show that fluid damping has a significant influence on the damped natural frequency of the free spanning pipeline in the lock-in state, while it has little influence when the pipeline is out of the lock-in state. In the meantime,the change of the free span length has the same effect on the damped natural frequency and the undamped natural frequency.     

海底管道检测中侧扫声纳声波掠射角的优化设计

针对利用侧扫声纳检测海底管道时因其检测声影图像模糊而导致管道悬空高度检测误差过大的问题,提出了侧扫声纳声波掠射角优化设计的思路及方法。阐述了利用侧扫声纳对海底管道进行检测的工作原理,并利用海底管道和海底底质反向散射强度的计算公式探讨了声波在海底的反向散射强度、侧扫声纳声影图像的质量以及声波掠射角的取值这三者之间的关系对海底管道悬空高度h计算精度的影响,从理论上确定声波掠射角最佳取值范围的存在。通过工程实例的现场检测与比对试验,获得了在本试验所处海域环境中利用侧扫声纳检测海底管道时声波掠射角的最佳取值范围,对于类似的海底管道检测工程具有一定的指导意义。     

基于VOF方法的海底管道溢油扩散数值模拟研究

在海底输油管道运行过程中,管道渗漏、穿孔及破碎都会导致原油泄漏。对溢油运动的轨迹及其扩散范围作出预报可为溢油事故的处理提供及时、准确的信息,指导应急处理的正确实施。基于工程实际需求,采用有限体积法,结合k-ε紊流模型,建立了海流作用下海底输油管道溢油扩散数值模型。采用VOF方法(volume of fluid method)追踪多相流界面。首先,将数值模拟结果与Fan的实验值及Zheng和Yapa的数值结果进行了对比,验证数值模型的可靠性;其次,研究了不同原油溢出速度与环境水深对不同时刻溢油轨迹、到达海面时间、横向漂移距离与海面扩散范围的影响。研究表明:随原油溢出速度增大,溢油到达海面时间逐渐减小,溢油横向漂移距离与海面扩散范围则逐渐增大;随环境水深增大,溢油到达海面时间逐渐增大,且其变化接近线性分布。     

椭圆度-凹坑双缺陷海底管道局部屈曲特性研究

海底管道在制造、埋设以及使用过程中极易产生椭圆度-凹坑双缺陷,双缺陷影响管道局部屈曲,对含椭圆度-凹坑双缺陷海底管道的局部屈曲特性研究十分必要。现行规范中采用等效椭圆度对含椭圆度-凹坑海底管道进行评估,该方法无法准确评估不同缺陷形式的屈曲特性。采用形状系数对含椭圆度-凹坑双缺陷的海底管道进行评估,运用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,并进行试验验证。在此基础上对含有不同凹坑深度、不同椭圆度的海底管道进行局部屈曲的数值模拟,计算不同形状椭圆度、含有不同凹坑深度海底管道的形状系数,对其进行敏感性分析。计算结果表明:形状系数对海底管道椭圆度、凹坑深度、径厚比敏感性较强;对凹坑宽度敏感性较弱。     

A Numerical Model for Natural Backfill of Pipeline Trenches Subjected to Unidirectional／Oscillatory Flows

A numerical model for the self-burial of a pipeline trench is developed. Morphological evolutions of a pipeline trench under steady-current or oscillatory-flow conditions are simulated with/without a pipeline inside the trench. The oscillatory flow in this study represents the action of waves. The two-dimensional Reynolds-averaged continuity and Navier-Stokes equations with the standard k-e turbulence closure, as well as the sediment transport equations, are solved with the finite difference method in a eurvilirrear coordinate system. Both bed and suspended loads of sediment transport are included in the morphological model. Because of the lack of experimental data on the backfilling of pipeline trenches, the numericalmodel is firstly verified against three closely-relevant experiments available in literature. A detailed measurement of the channel migration phenomenon under steady currents is employed for the assessment of the integral performance of themodel. The two experimental results from U-tube tests are used to validate the model‘s ability in predicting oscillatory flows. Different time-marching schemes are employed for the morphological computation under unidirectional and oscillatory conditions. It is found that vortex motions within the trench play an important role in the trench development.     

深水管道S型铺设托管架基本设计分析

将上弯段管道依照托辊分布划分为若干对称微段,通过微分求解,结合设计规范,得到了托管架几何参数:托管架弧长、曲率半径、托辊长度及间距设计的控制方程;分析发现,托管架最大曲率由两部分组成:托管架整体曲率和托辊处局部曲率,分别由托管架几何参数和托辊参数控制;通过对比商业软件计算结果及现有托管架结构设计参数,证明了结论的正确性及有效性。控制方程表达简单,易为工程设计人员掌握。     

Spoiler自埋技术特点及其在杭州湾海底管道运行情况分析

海底管道阻流板(Spoiler)自沉埋技术是一种新型管道自埋技术,为深入了解其作用机制及其效果,本文通过分析安装有阻流板的杭州湾海底管道历年检测资料,结合管道附近海域海床、潮流动力特性,深入探讨了阻流板装置在实际工程中的运行效果,分析了其作用机制及其适用条件。研究发现安装阻流板装置的杭州湾海底管道在往复潮流作用下逐渐埋入海床,其埋入段长度由2005年的50%增加到2013年的80%以上,而且平均埋入深度超过2.6 m,自埋效果较好;而在管道路由与海流平行段或管道敷设于抗冲刷强海床上时,阻流板作用不能有效发挥,管道仍然呈现裸露状态。     

腐蚀管道在内压和轴向压力影响下的弯曲破坏

运行在恶劣环境中的海底管道,往往受到内压、轴力和弯矩等复杂荷载的联合作用。腐蚀会导致管壁局部变薄,降低管道极限承载力。为保证管道安全高效运行,准确预测和分析复杂荷载作用下的塑性极限承载力和变形行为就显得尤为重要。考虑大应变和大变形、应力强化和材料非线性,运用数值仿真软件建立腐蚀缺陷管道的三维实体有限元模型,在全尺寸管道破坏试验验证的基础上,对腐蚀管道在内压、轴向压力和弯矩相互作用下的失效模式和极限弯矩承载力进行了相关研究,并进行了腐蚀缺陷几何参数的敏感性分析。研究结果表明:初始内压和初始轴向压力会显著降低腐蚀管道的极限弯矩承载力,并且影响最终的失效模式;在腐蚀缺陷几何尺寸参数中,腐蚀宽度比腐蚀深度和腐蚀长度的影响更大。