海底悬空管道受坠物撞击凹陷损伤研究

基于非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立海底悬空管道受坠物撞击的三维模型,考虑接触、摩擦和管土耦合作用,模拟海底悬空管道受坠物撞击的动态响应过程。通过大量的数值模拟,对比分析撞击能量、撞击角度以及坠物与管道间的摩擦对海底悬空管道受撞击部位凹陷损伤的影响。结果表明:管道受撞击部位的凹陷损伤随撞击能量的增大而变大;坠物撞击角度越大,管道受撞击部位的凹陷损伤越大;坠物与管道之间的摩擦使管道受撞击部位凹陷损伤略微增大,但影响很小。

海底悬空管道的静力分析

研究了沿立管与水平管连接处悬空管段的静态分析,讨论了海底悬空管道所受的环境载荷,并开发了相应的计算机软件。该软件不但能计算静载荷下的强度,还能计算静态强度下的临界悬空长度。将理论结果与数值计算结果做了比较,结果表明,两种计算结果是一致的。

海底悬空管道弹性约束静态分析

由于海浪的冲刷,海底管道会出现悬空段,当悬空段较长时,管道在波浪及海流的作用下将会发生破坏。对海底悬空管道所受的环境载荷进行了计算,把海底土壤对管道的约束视为弹性约束,推导出了弹性约束时的系数矩阵,建立了相应的有限元分析模型,并开发了相应的计算机软件。该软件不仅可以计算立管与水平管连接处悬空管段的强度,还能计算静强度下的临界悬空长度。将弹性约束与刚性约束时的计算结果进行了对比,结果表明,当海底地层较硬时,弹性约束与固定端约束的计算值相差不大;当地层较软时,弹性约束时管道中的最大应力比固定端约束的要大,而临界悬空长度相差不多。

坠物撞击海底悬空管道数值模拟研究

为研究坠物对海底悬空管道的撞击损伤规律,基于非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立考虑管土相互作用的坠物撞击悬空管道数值模型。经过数值模拟,探究了撞击能量、土体性质和悬空长度等对海底管道受坠物撞击后凹陷损伤的影响。研究表明,撞击能量是影响海底悬空管道损伤程度的主要因素,在同样的撞击能量下,海底悬空管道的悬空段长度对管道的凹陷损伤影响不大,但管道弹性变形以及海床的土体变形会有差异,虽然海床土体变形会吸收大量的撞击能量,但改变土体性质同样对管道损伤结果影响不大。研究结果可以为海底管道的工程设计提供一定的参考。

海底天然气悬空管道的动力学分析

海底悬空管道在受到波浪或海流的涡激振动作用时易发生共振,严重时会导致管道失效,为了减少或避免共振的发生,有必要弄清导致海底管道发生共振的各因素相关联系。以海底天然气管道为研究对象,在ANSYS中建立了管道模型;采用ANSYS模态分析方法,对海底天然气管道的固有频率进行了研究,分析了管道跨长、边界条件和管径三个影响因素对天然气管道固有频率的影响。总体来说,管道跨度越短,固有频率越大;管道两端约束条件越少,固有频率也越小;管径越小,固有频率越小。这样可以通过改变或优化管道跨长、约束条件和管道尺寸来减少或避免海底悬跨管道发生共振。

海底管道悬空锤击内检测方法及振动信号分析

敷设在海床的油气管道可能会在洋流冲刷、地质运移等多种因素的影响下出现管道局部悬空现象,海底管道悬空会严重威胁油气输送安全。为有效检测管道悬空状态,提出了一种基于锤击检测法的海底管道悬空内检测器设计方案;结合MSC/Adams动力学仿真软件,采集经内检测器主动锤击激励管道内壁后不同敷设状况管段的振动响应信号,对采集的振动响应信号分别进行基于短时傅里叶变换(STFT)、频率切片小波变换(FSWT)和改进希尔伯特黄变换(HHT)时频分析,结合3种时频分析结果建立了管道悬空内检测效果评价指标。研究结果表明:经力锤激励后,管道振动响应信号整体幅值主要集中在50~120 Hz范围内,峰值频率主要集中在80 Hz左右;不同悬空状态下的管段振动响应信号幅值存在明显差别,越接近悬空管段中心位置,振动响应信号峰值频率对应的幅值越大;基于锤击法的管道悬空内检测器在仿真模拟环境中可有效辨别管道悬空状态。研究结果可为锤击内检测法应用于海底管道悬空状态内检测提供指导。

基于AutoPIPE的海底悬空管线挖沟埋设应力分析

基于AutoPIPE软件考虑管土作用机制,以施加密集V-stop模拟海床,并通过改变V-stop位置模拟挖沟过程,悬空管道在治理过程中的应力表明,一次挖沟成型与多次挖沟成型之后的管道应力相同,但多次挖沟成型过程中的应力峰值明显低于一次挖沟成型,而避免了悬空管道在挖沟过程中可能发生的屈服破坏;海底悬空管道挖沟埋设过程中随着挖沟深度和管道温差的增加,管道应力、屈服位移呈现增大趋势。

交叉海底管道探测方法研究

随着海洋石油工业的迅速发展,铺设于海底的管道及电缆数量迅速增加,海底管缆交叉现象日益频繁。海底管缆交叉现象给安全生产和环保带来极大的隐患。及时了解交叉海底管缆的位置、状态等信息,为交叉海底管缆的维护提供科学是交叉海底管线探测工作的首要任务。本文根据大量工程经验,对交叉海底管道探测技术及实施方法进行了归纳总结,结合实例数据,对各探测方法适用性进行了总结。本文工作对提高交叉海底管线探测效率具有重要意义。

册子岛-镇海海底冲淤变化及其输油管道状态分析

海底输油管道具有运油能力大、快捷、经济等优点,但状态不佳的海底输油管道有可能变形、破裂,从而对水体环境安全造成极大威胁。以册子岛-镇海海底管道与其周围海床为例,采用多波束测深系统、单波束测深系统、浅地层剖面仪和侧扫声呐等仪器实施外业,将几种仪器的测量结果进行汇总分析。利用统计分析,绘制地形图、管道位置图、状态成果表和计算海床冲淤量等方法,分析获得近年来海底管道状态信息、管道位置及埋深、水下地形变化情况等,并计算海床冲淤量。新泓口等围垦工程使镇海一侧边滩淤积,灰鳖洋内部潮量增加,造成了局部海床冲刷变深,海底管道KP10~KP13附近海床近年来持续冲刷,导致管道KP10.5附近在2017年11月检测出一段长49m的管道悬空段。2018年上半年,海底管道经再次挖沟整治后已沉入管道沟,为及时发现受海床冲刷而形成的管道悬空长度超限等险情并了解管道沟的回淤情况,应保持现有监测频率。

本期导读

海洋工程OFFSHORE ENGINEERING由于海底环境复杂多变,海底管道的安全性和稳定性难以完全可靠保证。管道悬空是海底管道面临的安全风险之一,为此提出了多种海底管道防护措施,其中抛填砂袋是海底管道悬空的主要治理措施。但堆叠的砂袋易出现倒塌和被海流冲走等问题,从而导致管道失效,为了避免海底管道悬空等危害,砂袋堆叠方式研究就成了海底悬空管道治理的一项基础性工作。“海底管道砂袋堆叠防护效果数值模拟”一文,基于κ-ε湍流模型,建立覆盖海底管道的砂袋堆叠周围的二维流场模型,模拟单向流下不同形式砂袋堆叠周围流场分布及变化规律,进而优化砂袋堆叠方案。模拟结果表明:砂袋堆叠前后受到的压力差随砂袋堆叠堤倾角减小而减小,且砂袋堆叠堤倾角大于23.2°时,来流在砂袋堆叠后方下倾角内形成明显漩涡;砂袋堆叠顶宽大于3 m时,砂袋堆叠前后受到的压力差变化不明显,但顶宽小于3 m时,压力差会急剧上升;增加砂袋堆叠高度会大幅度地增加压力差,且堆叠高度越高,压力差增长速度越快。