海底管线柔性导流板的变形方程研究

海底输油管线是海洋油气田开发的生命线工程,在复杂的海洋环境中易发生破坏。为使管线实现自埋防护,提出用柔性材料代替刚性导流板安装在管线顶部,不仅可以增加阻水面积,加大冲刷深度和范围,而且可以减缓刚性导流板对管线上部水流的扰动强度和尾流涡旋的扰动强度,减小管线的振动。利用力学关系由变形方程推导出海底管线与海底间距离为零以及不为零情况下柔性导流板变形的二次曲面方程和自由端最大挠度。在单向流条件下将不同材料不同长度的柔性导流板安装在管线中轴上方开展试验研究,测量柔性导流板在水流作用下的变形曲面。对比分析利用公式计算柔性导流板的自由端最大挠度和曲面变形数据与试验结果,发现两者吻合较好。

导流板对海底管线防护功能的试验研究

提出一种防止海底管线冲刷的新方法。海底管线底部安装柔性导流板来改变周边流场及压力分布,减小管线两侧的压力差,达到减小甚至阻止管线冲刷的目的。通过理论分析和物理模型试验对单向流和往复流作用下安装柔性导流板、刚性导流板(spoiler)和无导流板的海底管线表面压力分布、管线两侧的压力差和底部的冲刷进行了比较分析。结果表明刚性导流板使管线两侧的压力差增大,冲刷深度和范围都明显增大,并且使管线受到向下的压力,在砂质海床条件下可以实现管线的自埋。但是对于礁石性海床(礁石对管线形成部分管跨支撑)上铺设的管线容易因部分悬空而发生疲劳破坏。单向柔性导流板使管线两侧的压力差减小,冲刷深度减小,并且使管线受到的升力增大,对保持管线稳定有一定的防护作用;双向柔性导流板对管线防护效果更好,导流板达到一定长度后管线两侧压力差接近于0,管线底部冲刷基本消失,实现了对管线有效的防护。