多跨海底管線安全可靠性評(píng)估研究.pdf

1、海底管線是海上油田的生命線，海上油、氣、水的集輸、貯運(yùn)，多是通過海底管線來完成，海底管線把海上油田的整個(gè)生產(chǎn)密切地聯(lián)系起來。海底管線所處環(huán)境極其惡劣，其破損將造成開采工作停滯、環(huán)境污染，經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，海底管線的研究引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視。 本文研究海底管線出現(xiàn)多跨后的可靠性問題。管跨的出現(xiàn)改變了海底管線在管跨段所承受的載荷形式和應(yīng)力狀態(tài)，出現(xiàn)多跨時(shí)，邊界條件更加復(fù)雜。海底管跨承受各類環(huán)境載荷，其中波、流引起的水動(dòng)力載荷

2、最為重要。當(dāng)海水流經(jīng)管跨時(shí)，波、流產(chǎn)生交替作用于管跨上的舉升力和拖曳力，產(chǎn)生交變力。管跨的疲勞振動(dòng)和渦激共振是引發(fā)管跨段發(fā)生失效的主要因素，也是進(jìn)行管跨可靠性設(shè)計(jì)、可靠性評(píng)估工作所要解決的主要問題。 本文以海底管道懸跨段為研究對(duì)象，分析了海底管道懸跨段的形成機(jī)理及渦激振動(dòng)的機(jī)理，界定了多跨管的范圍；建立了海底管跨在波浪力和海流力作用下懸跨段振動(dòng)微分方程，并在此基礎(chǔ)上將MatteoLuca尾流振子模型與海流力作用下海底管道懸跨段的

3、振動(dòng)微分方程相結(jié)合，得到管道與海流體的耦合振動(dòng)方程，多跨管線邊界條件是彈性嵌固約束；依據(jù)DNV-RP-F105(2006)，研究了海底管跨疲勞可靠性的評(píng)估方法；根據(jù)Miner線性疲勞損傷累積理論，利用S-N曲線法結(jié)合可靠性分析理論，預(yù)測(cè)懸跨在海流力和波浪力作用下的疲勞壽命，這通過兩個(gè)方法獲得振動(dòng)響應(yīng)：(1)考慮非線性力和渦激振動(dòng)，利用精細(xì)積分法迭代求解得到管跨振動(dòng)響應(yīng)。(2)忽略海流與管道的相互作用，利用頻域法分析得到管跨振動(dòng)的響應(yīng)譜。