Đồ án Hệ thống thu gom dầu và khí mỏ Bạch Hổ

ỷ trọng nước biển (kg/m3) r 1025 1025 1025 7 Hệ sè raynol Re 10.105 9,6.105 8,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,18 0,18 0,18 9 Hệ số lực nâng CL 0,2 0,2 0,2 10 Hệ số lực quán tính Cm 1,5 1,5 1,5 11 Vận tốc sóng (m/s) Vmax 2,967 2,843 2,431 12 Vận tốc dòng chảy (m/s) Vdc 1,647 1,442 1,251 13 Vận tốc hiệu quả (m/s) Ve 2,301 2,204 1,885 14 Khối lượng 1m ống trong không khí (kg/m) Mk 123,24 123,24 123,24 15 Khối lượng 1m ống trong nước (kg/m) Mn 5,315 5,315 5,315 16 Lực nâng Fl 649,38 553,89 350,32 17 Lực cản vận tốc Fd 584,45 498,45 368,75 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 148,43 126,59 93,65 20 Khối lượng gia tải m 143,1 121,27 88,34 21 Chiều dày lớp bê tông bọc tối thiểu (m) t 0,049 0,043 0,032 22 Chiều dày lớp bê tông bọc dự kiến (m) x 0,07 0,06 0,05 Bảng 29: Kết quả tính toán ổn định vị trí STT Tên gọi Ký hiệu Độ sâu 28 38 50 1 Chiều cao sóng đáng kể (m) HS 10,95 11,6 12,0 2 Chiều dài sóng (m) L 155,6 172,7 178,6 3 Chu kỳ sóng (s) TS 11,5 11,5 11,5 4 Số sóng K 0,0404 0,0364 0,0332 5 Đường kính ống (m) D 0,4064 0,4064 0,4064 6 Tỷ trọng nước biển (kg/m3) r 1025 1025 1025 7 Hệ sè raynol Re 7,3.105 5,7.105 4,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,18 0,18 0,18 9 Hệ số lực nâng CL 0,2 0,2 0,2 10 Hệ số lực quán tính Cm 1,5 1,5 1,5 11 Vận tốc sóng (m/s) Vmax 2,154 1,689 1,275 12 Vận tốc dòng chảy (m/s) Vdc 1,229 1,172 1,189 13 Vận tốc hiệu quả (m/s) Ve 1,671 1,310 0,988 14 Khối lượng 1m ống trong không khí (kg/m) Mk 138,207 138,207 138,207 15 Khối lượng 1m ống trong nước (kg/m) Mn 20,152 20,152 20,152 16 Lực nâng Fl 350,32 256,67 197,56 17 Lực cản vận tốc Fd 315,28 231,1 177,8 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 80,07 58,67 45,16 20 Khối lượng gia tải m 59,92 38,52 25.01 21 Chiều dày lớp bê tông bọc (m) t 0,022 0,014 0,009 22 Chiều dày lớp bê tông bọc dự kiến (m) x 0,04 0,03 0,03 Bảng 30: Kết quả kiểm tra bài toán ổn định vị trí STT Tên gọi Ký hiệu Độ sâu 12 17,5 22 1 Chiều cao sóng đáng kể (m) HS 8,36 9,9 10,25 2 Chiều dài sóng (m) L 105,3 134,6 137,5 3 Chu kỳ sóng (s) TS 11,5 11,5 11,5 4 Số sóng K 0,0596 0,0466 0,0457 5 Đường kính ống (m) D 0,4064 0,4064 0,4064 6 Tỷ trọng nước biển (kg/m3) r 1025 1025 1025 7 Hệ sè raynol Re 10.105 9,6.105 8,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,18 0,18 0,18 9 Hệ số lực nâng CL 0,2 0,2 0,2 10 Hệ số lực quán tính Cm 1,5 1,5 1,5 11 Vận tốc sóng (m/s) Vmax 2,967 2,843 2,431 12 Vận tốc dòng chảy (m/s) Vdc 1,647 1,442 1,251 13 Vận tốc hiệu quả (m/s) Ve 2,301 2,204 1,885 14 Khối lượng 1m ống trong không khí (kg/m) Mk 456,53 405,33 356,04 15 Khối lượng 1m ống trong nước (kg/m) Mn 216,31 182,37 149,69 16 Lực nâng Fl 873,09 717,38 510,54 17 Lực cản vận tốc Fd 785,78 645,64 459,49 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 199,56 163,97 116,69 20 Chiều dày lớp bê tông bọc (m) t 0.07 0,06 0,05 21 So sánh tỉ số Mn /W 1,104 1,112 1,282 Bảng 31: Kết quả kiểm tra bài toán ổn định vị trÝ STT Tên gọi Ký hiệu Độ sâu 28 38 50 1 Chiều cao sóng đáng kể (m) HS 10,95 11,6 12,0 2 Chiều dài sóng (m) L 155,6 172,7 178,6 3 Chu kỳ sóng (s) TS 11,5 11,5 11,5 4 Số sóng K 0,0404 0,0364 0,0332 5 đường kính ống (m) D 0,4064 0,4064 0,4064 6 Tỷ trọng nước biển (kg/m3) r 1025 1025 1025 7 Hệ sè raynol Re 7,3.105 5,7.105 4,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,18 0,18 0,18 9 Hệ số lực nâng CL 0,2 0,2 0,2 10 Hệ số lực quán tính Cm 1,5 1,5 1,5 11 Vận tốc sóng (m/s) Vmax 2,154 1,689 1,275 12 Vận tốc dòng chảy (m/s) Vdc 1,229 1,172 1,189 13 Vận tốc hiệu quả (m/s) Ve 1,671 1,310 0,988 14 Khối lượng 1m ống trong không khí (kg/m) Mk 323,49 278,02 278,02 15 Khối lượng 1m ống trong nước (kg/m) Mn 133,13 102,98 102,98 16 Lực nâng Fl 419,28 294,56 226,73 17 Lực cản vận tốc Fd 377,35 265,1 209,05 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 95,83 67,326 51,82 20 Chiều dày lớp bê tông bọc (m) t 0,04 0,03 0,03 21 So sánh tỉ số Mn /W 1,389 1,529 1,98 Qua kết quả này ta thấy để đảm bảo ổn định vị trí cho đường ống biển thì bề dày lớp bê tông gia tải được đề nghị là: Đoạn ống từ độ sâu 12m đến 17,5m chiều dày gia tải chọn là 7 cm. Đoạn ống từ độ sâu 17,5m đến độ sâu 22m chiều dày gia tải chọn là 6cm. Đoạn ống từ độ sâu 22m đến độ sâu 28m chiÒu dày gia tải chọn là 5cm. Đoạn ống từ độ sâu 28m đến độ sâu 38m chiều dày gia tải chọn là 4cm. Đoạn ống từ độ sâu 38m đến độ sâu 50m chiều dày gia tải chọn là 3cm. Từ độ sâu 12m vào bờ là vùng sóng vỡ tải trọng sóng rất lớn, độ dốc địa hình tăng đột ngột nên đường ống được đặt vào đường khoan vào bờ nên không phải gia tải. CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG VƯỢT QUA ĐỊA HÌNH PHỨC TẠP 3.1 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀI CHO PHÉP CỦA HỐ LÕM KHI ĐƯỜNG ỐNG VƯỢT QUA Trạng thái ống qua hố lõm được mô tả như hình vẽ Chiều dài nhịp ống cho phép trong hố lõm được xác định bằng cách tra đồ thị 3.19 (Giáo trình Offshore Pipeline Design Analysis and Method) phụ thuộc vào các đại lượng vô hướng như: Lực kéo vô hướng b = Chiều dài đặc trưng LC = Ứng suất đặc trưng dC = Trong đó: T là lực kéo ống khi thi công, T = 12 tấn. W là trọng lượng đơn vị dưới nước của ống, T/m. E là mô đun đàn hồi của vật liệu ống, E = 2,1.107 T/m2. J là mô men quán tÝnh của tiết diện ống, m4. C là bán kính ngoài của ống, m Kết quả tính toán chiều dài nhịp cho phép được ghi trong bảng: Bảng 32: Kết quả tính toán chiều dài nhịp cho phép STT Đại lượng Ký hiệu Chiều dày lớp bê tông bọc 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1 Mô đun đàn hồi E (T/m2) 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2 Mô men quán tính J (m4) 3,05.10-4 3,05.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3 Trọng lượng ống trong nước W (T/m) 0,051 0,073 0,111 0,135 0,159 4 Chiều dài đặc trưng LC (m) 50,05 44,40 40,02 37,49 35,44 5 Ứng suất đặc trưng dC (T/m2) 85250 96106 106628 113794 120388 6 Lực kéo vô hướng b 4,70 3,69 2,71 2,37 2,12 7 Chiều dài nhịp cho phép L(m) 140,2 119,8 102,8 89,8 81,35 3.2 XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO CHO PHÉP CỦA ĐỈNH LỒI KHI ĐƯỜNG ỐNG VƯỢT QUA Trạng thái đường ống qua đỉnh lồi được mô tả như hình vẽ Chiều cao đỉnh lồi cho phép cũng được xác định bằng cách tra đồ thị 3.19 (Giáo trình Offshore Pipeline Design Analysis and Method) phụ thuộc vào các đại lượng vô hướng như trong trường hợp xác định chiều dài nhịp ống cho phép khi ống qua hố lõm. Kết quả tính toán được ghi trong bảng: Bảng 34: Kết quả tính chiều cao đỉnh lồi cho phép STT Đại lượng Ký hiệu Chiều dày lớp bê tông bọc 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1 Mô đun đàn hồi E (T/m2) 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2 Mô men quán tính J (m4) 3,05.10-4 3,05.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3 Trọng lượng ống trong nước W (t/m) 0,051 0,073 0,111 0,135 0,159 4 Chiều dài đặc trưng LC (m) 50,05 44,40 40,02 37,49 35,44 5 Ứng suất đặc trưng dC (T/m2) 85250 96106 106628 113794 120388 6 Lực kéo vô hướng b 4,70 3,69 2,71 2,37 2,12 7 Chiều cao đỉnh lồi cho phép d(m) 2,05 1,68 1,28 0,89 0,78 3.3 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀI NHỊP TĨNH CHO PHÉP CỦA ĐƯỜNG ỐNG NGẦM Chiều dài nhịp tĩnh cho phép đối với đường ống ngầm được tính toán theo giới hạn ứng suất tương đương để đảm bảo điều kiện làm việc của đường ống sb £ [s] (1) trong đó: [s] là ứng suất cho phép, [s] = 36560kg/cm2 sb là ứng suất uốn trong ống. sb = (2) trong đó: L là chiều dài nhịp tính toán, (m). W là tải trọng phân bố trên 1m dài, (T/m). I là mô men quán tính của ống thép, (m4). Dn là đường kính ngoài của ốngthép, (m). Từ (1) và (2) ta có: L = Kết quả tính toán được ghi trong bảng: Bảng 34: Kết quả tính chiều dài nhịp tĩnh cho phép STT Đại lượng Ký hiệu Chiều dày lớp bê tông bọc 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1 Mô đun đàn hồi E (T/m2) 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2 Mô men quán tính Dn (m) 3,05.10-4 3,05.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3 Trọng lượng ống trong nước W (t/m) 0,051 0,073 0,111 0,135 0,159 4 Ứng suất giới hạn [s] 36560 36560 36560 36560 36560 5 Chiều dài nhịp tĩnh cho phép L 96,76 79,16 66,38 59,06 53,27 3.4 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀI NHỊP ĐỘNG CHO PHÉP CỦA ĐƯỜNG ỐNG Khi dòng chảy vượt qua ống sẽ xuất hiện các chuyển động xoáy phía sau ống làm cho ống bị dao động tần số giao động của dòng xoáy có thể chùng với tần số dao động riêng của đường ống và gây ra hiện tượng cộng hưởng. Dựa vào sự so sánh giữa tần số dao động của dòng xoáy và tần số dao động riêng của đường ống ta xác định được chiều dài cho phép lớn nhất của nhịp ống. Theo quy phạm DNV tần số dòng xoáy được xác định theo công thức: (1) Trong đó: fv là tần số dao động của dòng xoáy. D là đường kính ngoài của ống thép. V là vận tốc dòng chảy đáy vuông góc với trục ống St là hệ số Strouhal được tính bởi công thức: St = CD là hệ số lực cản vận tốc. Tần sè giao động riêng của ống phụ thuộc vào độ cứng của ống, chiều dài nhịp và khối lượng ống (bao gồm cả khối lượng bản thân và khối lượng nước kèm). Hiện tượng xoáy được minh hoạ bằng hình vẽ sau: Tần sè dao động riêng của ống được xác định theo công thức: (2) Trong đó: EJ là độ cứng của ống. L là chiều dài nhịp ống. m là khối lượng tổng cộng trên một đơn vị dài m = mP + ma mP là khối lượng vật liệu thép ống trên 1m dài. mP = p/4.(Dn2-Dt2).gt ma là khối lượng nước kèm. ma = p/4.Dn2.gn C hệ số phụ thuộc điều kiện biên của nhịp ống. Trong thực tế việc xác định chính xác điều kiện biên rất phức tạp, vì vậy thông thường giả thiết liên kết hai đầu là gối tự do. Đây cũng là trường hợp nguy hiểm nhất được giả thiết để thiên về an toàn. Để tránh hiện tượng cộng hưởng dòng xoáy thì đường ống phải thoả mãn điều kiện: fv£ 0,7.fn.D (3) Kết hợp các công thức (1), (2), (3) ta có chiều dài nhịp động lớn nhất là: l = Kết quả tính toán được ghi trong bảng: Bảng 35: Kết quả tính toán chiều dài nhịp động STT Đại lượng Ký hiệu Chiều dày lớp bê tông bọc 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1 Mô đun đàn hồi E (T/m2) 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2,1.107 2 Mô men quán tính J (m4) 3,05.10-4 3,05.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3,39.10-4 3 Hệ sè Stroulal St 0,2744 0,2744 0,2744 0,2744 0,2744 4 Vận tốc dòng chảy V (m/s) 1,189 1,229 1,251 1,442 1,648 5 Khối lượng ống MP (kg) 0,226 0,263 0,317 0,358 0,399 6 Khối lượng nước kèm Ma (kg) 0,175 0,190 0,206 0,223 0,240 7 Chiều dài nhịp động L (m) 14,08 13,72 13,75 12,72 11,83 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CHỐNG ĂN MÒN CHO ĐƯỜNG ỐNG BIỂN 4.1 KHÁI QUÁT CHUNG Nước ta nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới nên hiện tượng ăn mòn đường ống biển nhất là đối với các loại đường ống dẫn dầu, khí thì thường xảy ra nhất nhiều. Do đặc thù của đường ống biển được đặt trong môi trường khác biệt. Đường ống phải nằm trong môi trường nước mặn cùng với sự tác động rất mạnh và phức tạp của môi trường biển như sóng, dòng chảy, hải lưu... Vì vậy việc chống ăn mòn cho đường ống biển là một việc vô cùng quan trọng và chính vì thế việc phân tích các yếu tố ăn mòn cho đường ống phải được đặc biệt quan tâm để từ đó đÒ ra các biện pháp hợp lí nhằm chống lại sự ăn mòn đối với đường ống biển trong suốt quá trình sử dụng . 4.2 CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG GÂY ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG BIỂN Môi trường nước biển Nước biển là một chất điện ly, có khả năng gây ăn mòn kim loại nhanh. Tính chất của nước biển cũng như khả năng gây ăn mòn kim loại của nó phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hoá học của nước biển nhất là hàm lượng muối hoà tan trong nước biển. Ngoài hàm lượng muối hoà tan lớn trong nước biển còn chứa các chất khí hoà tan gây ăn mòn như: O2,CO2,O3,H2S... Môi trường đất Đường ống được đặt trực tiếp trên bề mặt đáy biển lên khi tính ăn mòn cho đường ống ta còn phải xét đến ảnh hưởng của đất gây ăn mòn cho đường ống biển. Các thành phần trong đất có thể gây ăn mòn cho đường ống biển bao gồm: Không khí trong đất . Độ Èm . Lượng ion hoà tan . Vi khuẩn . Việc phân tích ảnh hưởng của từng yếu tố gây ăn mòn cho đường ống trong đất rất khó khăn. Tuy nhiên người ta có thể dựa vào một số chỉ tiêu quan trọng nhất làm cơ sở cho hiện tượng ăn mòn kim loại là tốc độ trao đổi ion được thể hiện bằng điện trở suất của đất. Nếu suất điện trở của đÊt càng cao thì hiện tượng ăn mòn trong kim loại xảy ra càng Ýt và ngược lại nếu suất điện trở của đất thấp, hiện tượng ăn mòn trong kim loại xảy ra mạnh 4.3 CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG ĂN MÒN 4.3.1 Phương pháp sử dụng các lớp phủ bảo vệ Phương này còn được gọi là phương pháp bảo vệ thụ động bằng cách sử dụng các loại vật liệu khác nhau bọc bên ngoài ống nhằm ngăn cách không cho đường ống tiếp xúc với môi trường bên ngoài. Vật liệu sử dụng để bọc phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Sự bám dính và khả năng chống lại các tác động của môi trường. + Độ bền và khả năng chống lại những phá hoại hoá học, vật lý, sinh học. + Khả năng phục vụ trong phạm vi nhiệt độ đã biết. + Tính linh hoạt và khả năng chống lại các va chạm. + Tính thích hợp với các lớp bọc bên ngoài khác. Các vật liệu sơn bọc bên ngoài ống thường được sử dụng là: +Nhựa than đá và các loại men nhựa đường hay Mastic nhựa đường, loại này thường được kết hợp sử dụng với lớp bọc bê tông đối với ống chìm . +Epoxy và những điều kiện tương thích với những lớp bọc loại nặng khác như bê tông. +Epoxy nhựa dẻo và Epoxy nhựa than đá với phần nằm ngoài không khí của ống đứng. + Mastic nhựa đường hoặc Epoxy đối với lớp bọc mối nối. + Lớp bọc mỏng bằng cao su cho ống đứng. Chiều dày lớp vỏ bọc được chọn theo bảng 19, 20 trang 67/10 TCVN 4090 85 Loại lớp bọc Kết cấu lớp bọc Chiều dày lớp bọc Bình thường Sơn lót,mastic 3mm, giấy thuỷ tinh hay giấy bridon 3mm Tăng cường Sơn lót , mastich 3mm , giấy thuỷ tinh hay giấy bridon 6mm Tăng cường đặc biệt Sơn lót , Mastichs 3mm ,vải thuỷ tinh hay giấy bridon 9mm Lớp bọc băng dính polyme được cho theo bảng sau(TCVN 409085) Lớp loại bọc Kết cấu lớp bọc Chiều dầy lớp bọc Bình thường Sơn lót , băng dính ,polyme một lớp 0.35 mm Tăng cường và tăng cường đặc biệt Sơn lót , băng dính polyme(2¸3) líp (0.7 ¸ 1) mm 4.3.2 Biện pháp bảo vệ chống ăn mòn cho đường ống biển bằng phương pháp điện hoá. Hiện nay để bảo vệ chống ăn mòn cho hệ thống đường ống dÉn dầu, khí người ta thường sử dụng các phương pháp điện hoá sau: + Phương pháp bảo vệ không dùng dòng điện ( phương pháp bảo vệ bằng Anodes hy sinh ). + Phương pháp bảo vệ bằng dòng điện. Căn cứ vào chiều dài tuyến ống, vị trí tuyến ống khả năng cung cấp nguồn điện cho hệ thống bảo vệ và tính kinh tế của từng phương án để đưa ra phương án hợp lý nhất . Đối với phương án bảo vệ bằng dòng điện ta thấy không khả thi bởi các yếu tố sau : + Tuyến ống quá dài . + Khả năng cung cấp điện liên tục cho tuyến ống là khó khắn tốn kém, không kinh tế . Qua thực tế các công trình đã được xây dựng ở xí nghiệp liệp liên doanh dầu khí Việt Xô thì phương pháp bảo vệ dùng Anodes hy sinh là khả thi hơn cả. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là tốc độ ăn mòn của đường ống rất Ýt, vận hành đơn giản. Cơ sở tính toán của phương pháp bảo vệ chống ăn mòn cho đường ống biển bằng Anodes hy sinh dựa trên tài liệu “ Rules of Submarin Pipeline System “ và tiêu chuẩn DNV . 4.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHỐNG ĂN MÒN Căn cứ vào kết quả phân tích dựa trên những kinh nghiệm của xí nghiệp liên doanh dầu khí Việt Xô trong công trình này tôi chọn phương án chống ăn mòn cho tuyến ống là: Sử dụng lớp phủ chống ăn mòn và kết hợp với bảo vệ điện hoá dùng Anodeshy sinh . 4.4.1 Lựa chọn lớp bọc chống ăn mòn. Do tính ăn mòn của môi trường là mạnh đặc biệt là tầm quan trọng của công trình nên ta chọn lớp bọc tăng cườngvới các tính chất như sau . Loại lớp bọc Kết cấu lớp bọc Chiều dầy lớp bọc Tăng cường Sơn lót , mastic 3mm , vải thuỷ tinh mastic 3mm 6 mm Các bước tiến hành bọc chống ăn mòn : + Làm sạch bề mặt : Trước khi bọc cần phải làm sạch bề mặt theo trình tự sau: * Rửa bằng nước ngọt cao áp kết hợp với bàn chải sắt. *Phun hạt mài mòn khô : bao gồm việc phun xoáy cao tốc các hạt mài mòn như cát , hạt sỏi . Việc làm sạch phải được kiểm tra kỹ càng theo đúng tiêu chuẩn thiết kế . + Sơn ống ; lớp sơn phải được tiến hành ngay sau khi đánh bóng , sơn được phun bằng súng phun theo đúng tiêu chuẩn các lớp sơn phải đồng đều , không bị lõm , lồi không chảy giọt . + Bọc mastic và vải thuỷ tinh : việc bọc mastic và vải thuỷ tinh phải được bọck hai lần có tổng chiều dài 6mm . Lớp bọc vải thuỷ tinh được thực hiên ngay sau khi bọc mastic , lớp bọc vải thuỷ tinh này phải tạo ra thành lớp bọc ngoài cùng . 4.4.2 ThiÕt kế hệ thống bảo vệ điện hoá Các điều kiện môi trường cần quan tâm khi thiết kế là + Nhiệt độ của hệ thống đường ống . + Nhiệt độ của nước biển và dưới đáy biển . + Nồng độ ôxi trong nước và dưới đáy biển . + Thành bần hoá học của nước biển . + Điện trở kháng của nước biển dưới đáy . + Vận tốc của dòng chảy dưới đáy . *Mật độ dòng điện cần thiết kế để bảo vệ các kết cấu thép được xác định bởi mật độ dòng điện và diện tích bề mặt thép trần . Diện tích bề mặt cần bảo vệ là: S = L.D.p (m2) Trong đó: L: Là chiều dài tuyến ống (m). D: Đường kính ngoài của ống (m). S = 115.103.0,4064.3,14 = 146825,474 (m2). Cường độ dòng điện yêu cầu: IC = iC.S Trong đó: IC là cường độ dòng điện yêu cầu. iC là mật độ dòng điện thiết kế, theo bảng 6.3.3 quy phạm DNV iC = 0,003 A/m2 IC = 0,003.146825,474 = 440,476 (A) Tổng khối lượng nhôm làm Anôt: M = Trong đó: U là hệ số sử dụng, tra bảng 6.91 quy phạm DNV u = 0,8 e Là dung lượng điện hoá, e = 2000 Ah/kg M = Chọn loại protector có khối lượng nhôm là 40 kg ta có số lượng protector cần dùng là: n = M/m = (chiếc). Chọn sè protector là n = 1810 chiếc Khoảng cách giữa các protector là: L = (m) PHẦN 3 THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG CHƯƠNG 1: THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG BIỂN CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CON THOI VÀ QUY TRÌNH THỬ ÁP LỰC CHO ĐƯỜNG ỐNG CHƯƠNG 3: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NHÂN LỰC VÀ LẬP TIẾN ĐỘ THI CÔNG CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG BIỂN 1.1 CÔNG TÁC CHUẨN BỊ 1.1.1Công tác chuẩn bị thi công trên bờ * Yêu cầu về mặt bằng thi công - Mặt bằng thi công phải đủ diện tích yêu cầu và phải được bố trí sát với bờ biển để thuận lợi cho việc vận chuyển vật tư thiết bị phục vụ thi công trên biển. - Độ sâu bến cảng phải đủ mớn nước để các phương tiện nổi hoạt động được. - Bãi thi công phải được tính toán kiÓm tra đảm bảo sức chịu tải cho việc tập kết vật liệu và các phương tiện thi công. - Các hệ thống kho bãi vật tư và hệ thống giao thông nội bộ trong bãi lắp ráp phải thuận tiện và phù hợp. - Mạng lưới giao thông bên ngoài bãi lắp ráp phải thuận lợi cho việc cung cấp nguyên vật liệu phục vụ thi công. * Chuẩn bị các thiết bị phương tiện thi công - Các loại thiết bị phục vụ thi công: Cần cẩu Xe nâng Xe chở ống Ô tô các loại Trạm máy hàn Thiết bị cắt hơi Các thiết bị máy mài Máy siêu âm kiểm tra mối hàn Máy nén khí Máy phát điện Máy phun sơn Máy thử thuỷ lực * Chuẩn bị vật tư - Các loại thép ống - Cục chống ăn mòn protector - Các loại que hàn - Các loại sơn chống ăn mòn 1.1.2 Công tác chuẩn bị thi công trên biển * Các phương tiện thi công bao gồm: - Tàu rải ống Côn Sơn. - Tàu kéo Sao Mai. - Tàu dịch vụ Sông Dinh. - Trạm lặn. 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM 1.2.1Phương pháp kéo ống sát đáy biển Trước khi kéo ống xuống biển đường ống được nối sẵn trên bãi lắp ráp sau đó tiến hành kiểm tra kỹ thuật về các mối hàn , sơn phủ, các thiết bị chống ăn mòn, các lớp bọc gia tải... Sử dụng tàu kéo để kéo đoạn ống nổi sát đáy biển ra vị trí thi công công trình Ưu điểm của phương pháp: - Đường ống Ýt chịu tác động của môi trường . - Không gây cản trở hoạt động giao thông hằng hải - Yêu cầu về sức kéo nhỏ hơn so với phương pháp kéo ống trên đáy Nhược điểm của phương pháp: - Tính kinh tế không cao do phải sử dụng hệ thống phao và dây xích - Khi sử dụng ở khu vực nước sâu phải tính toán đến khả năng chịu áp lực của phao 1.2.2Phương pháp kéo ống trên đáy Các ống cũng được nối với nhau như phương pháp kéo ống sát đáy nhưng đường ống được kéo ra vị trí xây dựng bằng cách kéo trực tiếp dưới đáy biển mà không có sự hỗ trợ của phao Ưu điểm của phương pháp: - Đơn giản không cần sử dụng phao phụ trợ - Hạn chế được sự tác động của tải trọng môi trường - Thuận lợi cho việc lắp ống vào vị trí - Không gây cản trở hoạt động giao thông trên biển - Trong trường hợp gặp sự cố về thời tiết có thể bỏ ống và trở về mà không có ảnh hưởng lớn nào cả Nhược điểm của phương pháp: - Yêu cầu về sức kéo lớn - Quá trình kéo dễ gây sự cố do ống bị va đập vào các vật cản dưới đáy làm hỏng vỏ ống và các lớp bọc - Có khả năng bị mắc ống trong khi kéo do gặp các chướng ngại vật - Đường bờ của bãi lắp ráp phải thoải Phương pháp này chỉ thích hợp cho thi công các công trình gần bờ đáy biển khá bằng phẳng không có chướng ngại vật 1.2.3 Phương pháp kéo ống trên mặt biển Phương pháp này sử dụng hệ thống phao để giữ ống nổi trên mặt biển và sử dụng hai tàu (tàu kéo và tàu giữ) để kéo ống ra vị trí thi công Ưu điểm của phương pháp: - Yêu cầu về lực kéo nhỏ - Dễ cắt hệ thống phao - Dễ kiểm soát quá trình kéo Nhược điểm của phương pháp: - Chịu tác động trực tiếp của sóng và dòng chảy - Cản trở hoạt động của giao thông trên biển - Chỉ kéo được các đoạn ống ngắn - Khi đánh chìm ống khó 1.2.4 Phương pháp kéo ống sát mặt biển Ưu điÓm của phương pháp: - Phương pháp này hạn chế được tác động của môi trường và Ýt cản trở hoạt động của phương tiện nổi hơn so với phương pháp kéo ống trên mặt. - Nhược điểm của phương pháp: - Đòi hỏi phải thiết kế hai loại phao khác nhau trong quá trình thi công thả ống 1.2.5 Phương pháp dùng tàu thả ống Đây là phương pháp phổ biến nhất dùng để thi công thả ống. Các đoạn ống rời được chở đến tàu thả ống bằng các tàu vận tải. Chiều dài các đoạn ống rời phụ thuộc vào khả năng của dây truyền công nghệ trên tàu thả ống, thông thường chiều dài đoạn ống là 12 m đến 24 m. Các đoạn ống này được cần cẩu trên tàu thả ống cẩu lên và đưa vào dây truyền công nghệ thực hiện các công tác hàn nối ống, kiểm tra mối hàn, bọc chống ăn mòn, gắn Protector sau đó ống được đưa xuống biển qua con lăn và stinger. Stinger là một giá thả ống nó có tác dụng làm giảm độ cong của ống và giảm nhịp ống bị treo trong nước tránh gây ra các ứng suất lớn vượt mức cho phép trong khi thi công. Tàu thả ống thông thường không có máy động lực để tự di chuyển nó di chuyển bằng cách co và thả neo. Để thả neo và nhổ neo phải sử dụng các tàu dịch vụ.Sau khi thả neo các máy tời thu neo ở phía trước và nhả neo phía sau làm cho tàu dịch chuyển về phía trước. Ưu điểm của phương pháp: Quá trình thi công liên tục. Các công việc được thực hiện chủ yếu trên tàu, công việc phải làm ở dưới nước rất Ýt. Nhược điểm của phương pháp: Quá trình thi công phụ thuộc vào phương tiện thi công. Không thích hợp với vùng nước sâu. 1.3LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM 1.3.1Cơ sở của việc lựa chọn phương án thi công Cơ sở của việc lựa chọn phương án thi công chủ yếu dựa vào các thông số sau: + Dạng địa hình, địa chất của toàn tuyến ống. + Độ sâu nước và các điều kiện khí tượng hải văn. + Độ xa bờ của tuyến ống. + Chức năng của tuyến ống: dẫn dầu hay dẫn khí. + Kích thước của đường ống cho phép lựa chọn phương án dùng stinger hay dùng phao. + Trang thiết bị phục vụ thi công. + Chiều dài tuyến ống cần xây dựng. + Thời gian thi công. + Các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật, điều kiện về nhân lực. 1.3.2 Chọn phương án thi công Từ các ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp nêu trên. Dựa vào điều kiện thực tế của công trình cùng với những trang thiết bị và khả năng thi công của xí nghiệp xây lắp dầu khí Việt Xô ta chọn phương án thi công thả ống bằng tàu thả ống. Đây là một phương pháp phổ biến đã được thực hiện nhiều ở Việt Nam nên rất thuận lợi cho thi công tuyến ống. Thiết bị dùng để thả ống là tàu thả ống Côn Sơn. loại tàu này đáp ứng được đầy đủ các chỉ số kỹ thuật, trang thiết bị. Đặc biệt tàu có trang bị một hệ thống cần cẩu lớn, có đầy đủ dây truyền lắp ráp và kiểm tra ống. đặc tính của tàu Côn Sơn được thống kê theo bảng sau: STT Tên gọi Giá trị Đơn vị 1 Chiều dài tàu 110 m 2 Chiều rộng tàu 30,34 m 3 Chiều cao tàu 7,9 m 4 Mớn nước tàu 3,74 m 5 Trọng tải tàu 7962 T 6 Sức nâng tàu 454 T 7 Tổ hợp nhà trên tàu chứa được 213 Người 8 Thời gian hoạt động liên tục 30 Ngày 9 Sân bay trực thăng 1 Chiếc 10 Mét neo đứng 15 T 11 Tời kéo loại Klai AD 175 sức kéo 50 T 12 Vòng quay cẩu trên tàu 360 Độ 13 Số lượng móc cẩu 3 Móc 14 Tầm với của cẩu 21,33 m 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG ĐÀO HÀO DƯỚI BIỂN 1.4.1Phương pháp xói thuỷ lực Đây là phương pháp phổ biến đơn giản hơn các phương pháp khác đã được ứng dụng cho thi công nhiều công trình ở mỏ Bạch Hổ. Khả năng áp dụng của phương pháp này: + Công suất máy phụt từ 30000 42000 sức ngựa. + Cỡ ống cho phép từ 2 ¸ 84 inch. + Áp lực nước từ 600 ¸ 2500 Psi. + Độ sâu hoạt động tối đa là 600¸ 1000 ft. + Lưu lượng phụt nước từ 2200 ¸ 20000 gpm. + Phương pháp này được áp dụng với từng loại đất nhất định. 1.4.2 Phương pháp dùng máy đào Các loại máy đào thường dùng : + Braw and Root: Kiểu bánh xích dùng máy cắt do MOSTON sản xuất. + EPM kiểu này có hai bánh xích bên dùng dao cắt vòng loại này do Pháp sản xuất. + LANDAND mariue kiểu kéo từ mặt dùng vòi phụt và bơm dưới do Óc sản xuất. 1.4.3 Phương pháp hóa lỏng Phương pháp được thiết kế cho điều kiện đất không cố kết , phương pháp này thích hợp cho nền cát và trầm tích Ýt cố kết . Nguyên tắc hoạt động: Máy phun một lượng nước lớn vào trong đất quanh đường ống do vậy giảm mật độ của đất và cho phép ống ngập vào trong đất nền. Ưu điểm của phương pháp: Đồng thời với hoá lỏng thì ống cũng được bọc vào trong cát và tạo ra một lớp bảo vệ an toàn. Hạn chế: Phương pháp này chỉ có hiệu quả với nền cát , thiết bị thi công lớn và cồng kềnh. 1.4.4 Phương pháp cày Các cày dùng để đào hào dưới biển là một lưỡi kim loại lớn và nặng được tàu kéo đi bằng cáp . Kích thước đào hào phụ thuộc vào kích thước và trọng lượng của lưỡi cày. Các phương pháp cày và phối hợp thả ống : Đào hào trước: Hào được cày trước đường ống được đặt xuống sau đó. Phương pháp này đã được dùng cho việc tạo hào tại độ sâu 130 m cho đường ống 36 inch. Đường ống này sau đó được đặt xuống bằng phương pháp kéo trên đáy. Nhược điểm của phương pháp đào hào trước: Phương pháp này khó điều khiển cho đường ống được đặt đúng vào hào, phải có biện pháp chống cát chảy vào hào . Đào hào cùng thả ống : Hào được tạo cùng lúc với việc lắp đặt ống luôn phương pháp này áp dụng cùng với tàu thả ống ở vùng nước nông cày được gắn vào đầu cuối của Stinger , Stinger có chiều dài tới nền. Phương pháp này chỉ áp dụng tốt ở vùng nước nông vì chiều dài của Stinger có hạn. Đào hào sau khi ống được thả: Phương pháp này dùng cho mọi hình thức đặt ống khác nhau có thể kéo thả ống…Phương pháp này có dùng ở vùng nước sâu thi công nhanh. Những hạn chế của phương pháp cày: -Phụ thuộc vào từng lọai đất nÕu như cả tuyến ống có nhiều loại đất khác nhau thì khó thi công. Các thông số về đất nền như cả tuyến ống có nhiều loại đất khác nhau thì khó thi công. Các thông số về đất nền như : tỷ trọng, độ ngậm nước, cường độ cắt, chỉ số dẻo, hệ số ma sát sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến thi công bằng phương pháp cày. Do đặc thù thi công dưới nước nên phải thi công nhanh tránh trường hợp gặp bùn hoá sẽ vùi lấp hào. 1.5 Lựa chọn phương án thi công đào hào đặt ống -Căn cứ vào điều kiện địa chất của toàn tuyến ống, lớp trên cùng của toàn tuyến ống là lớp cát thô. -Căn cứ vào điều kiện của xí nghiệp liên doanh dầu khí Việt Xô -Căn cứ vào độ sâu tuyến ống Ta chọn phương pháp thi công phụt nước là phương pháp tối ưu nhất. 1.6 THI CÔNG NỐI ỐNG ĐỨNG VỚI ĐƯỜNG ỐNG NGẦM Thiết kế mối nối giữa ống đứng Riser và đường ống ngầm là một khâu chuyển tiếp quan trọng. Mối nối kiểu như thế này thường phức tạp hơn mối nối thông thường rất nhiều do vậy đòi hỏi khắt khe về các điều kiện kỹ thuật. Các phương pháp nối ống đứng với ống ngầm: +Nối bằng mặt bích: Phương pháp này được sử dụng rộng rãi cho van chờ đường ống và ống đứng với ưu điểm là dễ dàng sửa chữa tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm dễ rò rỉ nếu không cẩn thận . +Nối bằng hàn cao cấp: Phương pháp này được dùng nhiều nhất khi nối các đoạn ống ngầm ở độ sâu lớn ở Biển Bắc. Công nghệ này khá hiện đại nên chi phí rất cao. +Nối bằng cách dùng thiết bị nối cơ khí: hiện nay có hệ thống nối cơ khí như Big – inch marine Systems , Gripper Riser Systems và Hydrotech Riser tie in Systems. +Hàn ở áp suất khí quyển dưới biển: Phương pháp này cho phép hàn ống đứng với đường ống biển dưới áp suất khí quyển trong thiết bị riêng được gọi chuông vì thế chất lượng có thể cao hơn cả hàn cao áp . Ưu điểm của phương pháp này là dùng Ýt thợ lặn trong khi các phương pháp khác phải dùng rất nhiều. +Hàn trên mặt nước : Phương pháp này dùng cho giải pháp đặt ống đứng và ống biển đồng thời theo phương pháp này đường ống được đặt trên đáy biển gần dàn khoan sau đó được tàu thả ống nhấc nên khỏi mặt nước bằng cầu nổi hoặc thiết bị nổi hoặc cả hai. Việc cẩu ống được tính toán trước để ứng suất trong ống không vượt quágiới hạn cho phép. Đoạn ống này được hàn vào đầu chờ của đường ống biển sau đó ống được thả từ từ xuống đáy và được lắp đặt cố định vào chân giàn khoan nhờ các hệ thống kẹp. + Phương pháp ống chữ J thuận: Phương pháp này đặc biệt phù hợp với vùng nước sâu được thực hiện bằng cách đưa một dây cáp qua một ống chữ J đã được lắp đặt trước vào dàn một đầu dây được nối với đầu kéo của đường ống đầu còn lại được nối với cẩu hoặc tời kéo đặt trên dàn hay tàu thả ống. Khi cáp được quận lại đường ống sẽ đi vào ống chữ J và được kéo tới mặt nước. Èng chữ J thường được bố trí cao hơn mặt đáy biển và tạo thành nhịp dầm từ miệng ống chữ J tới vị trí đường ống chạm đáy biển. Phương pháp này đặc biệt thích hợp nếu thi công kéo một số đường ống qua ống chữ J cùng một lúc. Với các đường ống lớn cần phải tính toán chính xác lực kéo và các lực khác tác dụng lên ống trong quá trình kéo. + Phương pháp kéo ống chữ J ngược: Theo phương pháp này ống được chuẩn bị sẵn trên sàn sau đó được hạ xuống biển qua ống chữ J, ống được giữ lại tại miệng chữ J sau đó được đưa qua máy kẹp trên sàn Platform. Cáp kéo sẽ được buộc chặt vào đầu kéo của ống và nối với một tời điện đặt trên tàu thả ống. Đầu kéo của ống sau khi đi qua ống chữ J sẽ được kéo thẳng lên tàu. Phương pháp này phải được thực hiện chậm để ứng suất trong ống không được vượt quá giới hạn cho phép. Đồng thời chỉ dùng cho các đường ống có đường kính nhỏ và không cho phép dùng ống bọc bê tông. 1.7 THI CÔNG ĐOẠN ỐNG VÀO BỜ Theo tính toán thì từ độ sâu khoảng 12 m trở vào bờ là vùng sóng vỡ, tải trọng sóng rất lớn có thể phá vỡ đường ống, mặt khác đoạn ống này nằm trên địa hình có độ dốc lớn vì vậy ta không thể đặt ống trên mặt biÓn được. Nên phải lựa chọn giải pháp là chôn ống xuống đáy biển. Để thực hiện giải pháp này có hai phương pháp đang được sử dụng rộng rãi hiện nay là phương pháp khoan xiên và phương pháp đào vùi. Phương pháp đào và vùi ống: Èng được hạ sâu khoảng 3m để tránh các hoạt động hằng hải do tàu đánh cá trên biển và tính ổn định của đất vùng bờ. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi nhiều phương tiện thi công như tàu đào, tàu hút do đó chi phí cho thi công cao đòi hỏi tốn nhiều thời gian nên Ýt được sử dụng rộng rãi. Phương pháp khoan xiên: Phương pháp này có ưu điểm là an toàn, tin cậy cao cho phép đạt được độ sâu chôn ống lớn, thi công nhanh, giảm thiểu được xáo trộn đất nơi thi công. Đặc biệt công nghệ khoan xiên hiện nay đã được áp dụng rộng rãi cho thi công đường ống qua các con sông hoặc qua đường vào bờ. Với các ưu điểm trên thì phương pháp thi công các đoạn ống biển vào bờ được lựa chọn là phương pháp khoan xiên. Yêu cầu về đường khoan xiên: Đường khoan dài tổng cộng 2km với sai sè thi công về vị trí điÓm cuối cho phép là 5 m theo phương ngang và 1m theo phương đứng. Đường kính lõ khoan là 550 mm cho phép kéo ống 406 mm qua đó. Quá trình thực hiện khoan xiên: Đầu tiên khoan lỗ dẫn hướng có đường kính 251 mm dọc tuyến dự định. Sau khi hoàn tất lỗ dẫn hướng tiến hành khoan mở rộng tới đường kính 380 mm, cuối cùng khoan mở rộng lần thứ hai với đường kính 550 mm theo yêu cầu. Tiến hành đậy nắp bê tông vào lỗ khoan nhằm chống đất lấp vào lỗ khoan. Đặt dây kéo kim loại sẵn sàng cho việc kéo ống qua lỗ khoan. Bước cuối cùng là kéo đường ống qua lỗ khoan. 1.8 QUY TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG BIỂN Bước 1: Khoan xiên trên bờ Bước 2: Thi công kéo ống qua lỗ khoan: ống được kéo qua lỗ khoan từ ngoài biển vào bờ. Để thực hiện được bước này ta bố trí tàu thả ống neo cố định tại điểm cuối của lỗ khoan, ống được nối và kiểm tra trên tàu thả ống và được kéo dần xuống biển nhờ hệ thống dây cáp và tời. Tại đầu lỗ khoan đặt một thiết bị định hướng nhằm đưa ống đi đúng hướng. Tời kéo đặt trên bờ tại điểm đầu của lỗ khoan và kéo ống đặt sẵn trong đường khoan, ống ở trên tàu thả ống nối tới đâu được kéo tới đó cho tới khi đi qua hết chiều dài đường khoan lên tới mặt đất. Bước 3: Thi công thả ống trên biển: ống được bọc bê tông và gắn Protector đặt trên tàu thả ống. Trên tàu thả ống dùng cẩu để đưa ống lên băng chuyền, trên băng chuyền ống sẽ đi qua cac giai đoạn xử lý sau: + Chỉnh đúng tâm và hàn lớp lót đầu tiên. + Hàn các lớp tiếp theo. + Kiểm tra lực kéo ống. + Đánh sạch mối hàn, kiểm tra bằng tia rơnghen. + Bọc chống ăn mòn cho mối hàn. + Bọc lớp vỏ bê tông cho mối hàn. Èng được thả dần từng đoạn bằng chiều dài một đoạn ống bằng cách thu các tời ở phía trước và nhả tời phía sau. Quá trình thả ống được sự hỗ trợ phối hợp trực tiếp của công tác lặn. Thợ lặn kiểm tra vị trí thực tế của kết cấu điều chỉnh một số thiết bị… Chức năng chính của thợ lặn gồm có : + Kiểm tra phát hiện các nhịp ống lớn trên mặt đáy biển. + Kiểm tra lại vỏ bê tông và ống khi đã lằm trên đáy biển. Bước 4: Thi công ống đứng: + Èng đã được chế tạo trước và đặt trên tàu thả ống. Khi kết thúc thả ống tại giàn ống đứng thì đầu ống được hàn, nối với ống đứng, kiểm tra và chống ăn mòn. Tàu thả ống neo cách dàn ống đứng khoảng 22m + Móc cẩu vào đầu ống đứng, cẩu ống lên cùng với ống ngầm và đưa dần vào dàn ống đứng. để đưa chính xác ống vào vị trí định trước ta lần lượt tiến hành các bước sau: + Bố trí một tời trên sàn Platform. Tời này dùng để kéo một dây cáp, một đầu cáp này được buộc vào đoạn cong của ống đứng và luồn qua thanh ngang sát đáy biển của dàn, khi đó cẩu dịch chuyển ống đứng và ống ngầm đồng thời kéo tời điều chỉnh vị trí ống đứng cho chính xác. + Sau khi đã đưa vào vị trí ống đứng, ống đứng sẽ được gắn vào dàn nhờ thanh nối. Khoảng cách giữa ống đứng đứng và các thanh dàn được thợ lặn đo, kích thước đó dùng để chế tạo thanh nối tương ứng. Nếu thời tiết xấu, điều kiện biển vượt quá khả năng làm việc của tàu thả ống thì phải tạm dừng thi công. Khi đó ta phải rời ống khỏi băng chuyền đặt lại vị trí có dây chằng buộc. + Hàn đầu kéo có thiết bị để bơm khí vào đầu đoạn ống trên dây chuyền lắp ráp và hạ ống xuống đáy biển. Khi hạ ống cần móc đầu kéo ống vào tời, tàu thả ống dịch chuyển về phía trước và ống rời khỏi đường lắp ráp từ từ hạ xuống đáy theo sự điều khiển của tời kéo, lực kéo tời phải được tính toán kỹ. Tiến hành đánh dấu vị trí đầu ống bằng phao để dễ thu hồi khi điều kiện cho phép tiếp tục thi công. 1.9 TÍNH TOÁN THI CÔNG TRONG MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP ĐIỂN HÌNH 1.9.1Tính toán bán kính cong nhỏ nhất của stinger s = £ sO.DF Trong đó: s : ứng suất ống trên đoạn stinger E : Mô đun đàn hồi của vật liệu làm ống. D : Đường kính ngoài của ống. R : Bán kính cong của stinger. DF : Hệ số thiết kế lấy DF = 0,85. sO : ứng suất chảy nhỏ nhất R = = = 111,809 m 1.9.2 Tính toán kiểm tra bền của đoạn cong lõm của ống khi thả ống Việc tính toán ống ở đoạn cong lõm là một bài toán khó, thực chất đường ống trong đoạn cong lõm làm việc đồng thời với nền chịu sự tác động của môi trường biển, lực căng của tàu và sự rung động của tàu truyền sang. Có nhiều phương pháp gần đúng để tính như phương pháp dầm tuyến tính, phương pháp dầm phi tuyến, phương pháp dây neo tự nhiên, phương pháp dây xích cứng… để đơn giản ta sử dụng phương pháp dầm tuyến tính để tính. Phương trình và đạo hàm đoạn cong lõm có dạng: Trong đó: n2 = H/EJ Tại hoành độ x = 1 (điểm cuối Stinger tức là điểm cuối cùng mà đường ống tiếp xúc với Stinger ).Ta có y” = -1/p = -Mn/EJ Thay các điều kiện biên này vào các phương trình (1),(2),(3) ta có công thức tính chiều sâu nước từ đáy biển đến cuối Stinger và khoảng cách từ đuôi Stinger đến mặt biển và phản lực của nền đáy biển nên đường ống. Dh = r.(cosa - cosb) R = Trong đó: : Là khoảng cách theo phương ngangtính từ điểm đường ống chạm đất cho đến đuôi stinger. = n. P: Trọng lượng ống phân bố trong nước(kg/m) H: Lực căng của tàu kéo. Mn : Mô men uốn trong ống. Các bước tính toán: Bước 1: Tính khối lượng của ống trong nước. Bước 2: Xác định hệ số n, n = Bước 3: Tính hệ số giả định Bước 4: Tính chiều sâu nước tính từ đuôi Stinger đến đáy biển. Bước 5: Tính phản lực của nền đáy. Bước 6: Tính khoảng cách từ đuôi Stinger cho đến mặt biển. Dh = r.(cosa - cosb) Trong đó: r là bán kính cong nhỏ nhất của Stinger. a là góc nghiêng của đường thi công trên tàu so với mặt biển a = 120 b là góc hợp bởi giữa tiếp tuyến của đường ống tại đuôi Stinger với phương ngang b = với : Bước 7: Tính bán kÝnh cong nhỏ nhất của đường cong lâm r = Trong đó : x là điểm mà tại đó y’’ dạt giá trị cực đại. Bước 8: Kiểm tra điều kiện bền cho đoạn cong lõm của đường ống s = ; y’’ = - Trong quá trình tính toán l được chọn tuỳ ý khi đó ta sẽ tính được các bước 3,4,5,6. quá trình tính toán này được lặp đi lặp lại cho đến khi thoả mãn điều kiện h + Dh = h0 thì mới tiến hành các bước 7 và 8. Kết quả tính toán được ghi trong bảng Độ sâu nước Lực kéo Góc Nghiêng Ứng suất lớn nhất Khoảng cách từ điểm ống chạm đất đến đuôi Stinger 10 12 26 10323,2 24,539 17,5 12 30,443 21260,26 46,186 22 12 29,492 26999,17 64,748 28 12 28,167 30295,18 81,5853 38 12 22,926 29439,32 112,271 50 12 23,136 31288,3 126,94 Căn cứ vào kết quả tính toán ta có ứng suất s max = 31288,3 t/m2 s max £ [s] = 36560 T/m2 vậy điều kiện bền của đường ống được thỏa mãn CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CON THOI VÀ QUY TRÌNH THỬ ÁP LỰC CHO ĐƯỜNG ỐNG 2.1 CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG CON THOI Chức năng chính của con thoi là để dọn các chướng ngại vật trong ống, kiểm tra mức độ cũng như điều kiện làm việc của ống. Có thể chia sự làm việc của con thoi theo các giai đoạn sau: 2.1.1 Giai đoạn thi công: Khi thi công xuất hiện các mảnh vỡ. Mảnh vỡ này xuất hiện do sự cố va chạm nào đó như có bóng khí trong mối hàn. Trong trường hợp này người ta có thể bố trí thả con thoi trong suốt quá trình nối các đoạn ống. Chúng ta có thể thả con thoi tìm chỗ ống bị mất ổn định, hay có thể thả con thoi phát hiện hư hỏng nhờ hình ảnh X quang. Để đề phòng ống bị hư hỏng khi thi công và bị nước vào, người ta cũng bố trí trước một con thoi dùng để loại nước ở đầu thứ nhất của đường ống. Khi thi công hoàn tất đường ống người ta chạy một con thoi để dồn các cặn lắng và rỉ. Kiểm tra đường kính ống bằng con thoi đo phẳng(Gauging plate pig). 2.1.2 Giai đoạn khai thác: Trong giai đoạn này con thoi có vai trò chính là phân cách sản phẩm và dọn sạch chất lỏng tích tụ. Hiệu suất của ống có thể tăng lên nhờ vận chuyển riêng rẽ các sản phẩm khác nhau khi đó con thoi phân cách dược dùng để tránh sự sáo trộn giữa các loại sản phẩm. Khi vận hành do tuyến ống dài áp lực và nhiệt độ thay đổi có thể làm thay đổi hiệu suất dẫn đến hiện tượng hoá lỏng, làm lỏng hay quá tải nhà máy chế biến khí ở hạ lưu. việc sử dụng thường xuyên con thoi dọn chất lỏng sẽ chánh được vấn đề trên. Giai đoạn bảo dưỡng: Trong một thời gian khai thác chắc chắn sẽ xảy ra hiện tượng bề mặt ống do ăn mòn hay lắng đọng sản phẩm dạng sáp hay Parafin. Để tránh hiện tượng này nên sử dụng con thoi đánh bóng và chất ức chế Giai đoạn giám định: Nhờ công nghệ con thoi phát triển hàng loạt. con thoi thông minh đã và đang được ứng dụng để có thể kiểm tra được mặt trong của ống. Thiết bị này sử dụng công nghệ cảm ứng thông lượng từ trường để đo sự mất mát kim loại và các vết nứt gẫy nhờ đó mà xác định được mức độ và vị trí của chỗ ăn mòn hay chỗ hư hỏng. Con thoi có thể chia làm hai nhóm sau: + Nhóm con thoi bị động không thông minh. + Nhóm con thoi chủ động thông minh: Loại này có chức năng cung cấp mọi thông tin về đường ống hiện nay có các loại con thoi làm sạch, đo rửa, lau. Con thoi công cụ (Intrument pig) có thể đi lại trong lòng ống đôi khi bằng chính năng lượng của nó để phát hiện và ghi lại mọi bất thường như chỗ ống bị mẻ hay có chướng ngại… Dạng con thoi thông minh đơn giản nhất là là con thoi đo độ cong và đường kính. Nã cho người dùng biết được đường ống có bị chướng ngại hay không trên cả chiều dài tuyến ống. Trên đầu con thoi này gắn một mặt kim loại phẳng nhỏ hơn đường kính ống theo tiêu chuẩn. Nếu có chướng ngại thì bộ phận compurter nhỏ gắn trên con thoi sẽ cho phép định vị và ghi lại vị trí chướng ngại vật và thông tin này sẽ được thu hồi khi con thoi trở về vị trí đầu ống. Để đo độ cong có thể gắn thêm con lăn tì vào vách ống giúp thông tin về độ cong. Dạng con thoi phát hiện chỗ ăn mòn và đo đạc: Những con thoi loại này có một trường từ đo độ nhiễu loạn từ thông tin về các vết mẻ ống thép nhờ các đầu từ do ghi lại. Những dữ liệu này cho ta những tính toán về sau hoặc xử lý ngay tại con thoi. Ngoài các chức năng trên con thoi loại thông minh còn kiểm tra được các chỗ gẫy, dò rỉ. Đặc biệt ngày nay một số vùng đã bắt đầu sử dụng loại con thoi gắn Camera màu hai chiều giúp cho hình ảnh về toàn tuyến ống được thu nhận tại đầu ống một cách chính xác. 2.2 THỬ ÁP LỰC CHO ĐƯỜNG ỐNG VÀ ĐƯA ĐƯỜNG ỐNG VÀO VẬN HÀNH 2.2.1Quy trình thử áp lực cho đường ống Sau khi đã kiểm tra và làm sạch cho đường ống ta tiến hành thử áp lực cho tuyến ống trước khi đưa tuyến ống vào vận hành áp lực thử được xác định theo công thức: Pt = 1,25.Ptk Trong đó: Pt là áp suất thử bền cho đường ống. Ptk là áp suất thiết kế. Quá trình thử được tiến hành như sau: Sau khi bơm rửa, tiến hành đóng van xả. Kiểm tra xiết chặt các mối nối bằng bu lông và êcu của các mặt bích hoặc mối nối ren của đồng hồ áp lực. Áp suất của máy bơm tăng dần cho đến khi đạt được áp suất thử. Duy trì áp suất thử trên đồng hồ áp lực. Thời gian duy trì áp lực Ýt nhất là 12 giê. Lập biên bản thử áp lực. Sau khi công tác thử áp lực được hoàn thành ta tiến hành thử kín cho đường ống theo trình tự sau: xả bớt áp suất cho tới khi áp suất trong ống ngầmbằng áp suất thiết kế Đóng van xả lại. Duy trì áp suất thiết kế 24 giê. Lập biên bản thử kín. 2.2.2 Đưa ống vào khai thác Do đặc thù là loại ống dẫn khí nên khi thử áp lực xong thì nước thử phải được dọn sạch. đường ống trước khi đưa vào khai thác phải khô ráo để tránh được thuỷ hoá hay đóng băng. Có nhiều phương pháp làm khô như phương pháp làm khô bằng chân không, làm khô bằng N2, sử dụng không khí khô hay khí thiên nhiên.. Trong các phương pháp trên ta đều dùng các con thoi lau hay con thoi nhiều vành bằng Methnol glucon. Trong thời kỳ khai thác con thoi đóng vai trò chính là phân cách sản phẩm và dọn chất lỏng tích tụ. Hiệu suất của ống có thể được tăng cường bằng cáchvận chuyển riêng rẽ các sản phẩm khác nhau, khi đó con thoi phân cách được dùng để tránh sự hoà trộn giữa các loại sản phẩm. Trong quá trình khai thác phải có kế hoạch bảo dưỡng, kiểm tra định kỳ bằng các loại con thoi thông minh để kiểm tra bề mặt ống, độ cong vênh, chỗ ăn mòn và rò rỉ… CHƯƠNG 3 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 3.1 AN TOÀN LAO ĐỘNG An toàn lao động là một khâu không thể thiếu được trong mọi công trình xây dựng nhất là đối với nghành xây dựng công trình biển bởi do đặc thù của công trình, thi công trong điều kiện rất phức tạp ở ngoài biển. Vì vậy công tác an toàn lao động phải được chú trọng nhiều. 3.1.1 Công tác thi công trên bờ Đối với công tác thi công trên bờ thì an toàn lao động cũng phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn an toàn như đối với các công tác thi công xây dựng các công trình trên cạn. Các quy định đó bao gồm: - Quy định an toàn về phòng hoả cho công trình. - Quy định về an toàn khi dùng các loại khí như O2, axetylen. - Quy định an toàn khi hàn và các công tác phòng hoả khác. - Quy định về sử dụng các thiết bị nâng cẩu: + Cáp cẩu bánh xích và bánh hơi chỉ được sử dụng khi vận tốc gió nhỏ hơn 8 m/s + Trên bãi lắp ráp phải có các hệ thống đèn chiếu sáng, cấm các loại cẩu làm việc trong điều kiện thiếu ánh sáng. + Việc sử dụng các loại cẩu trong khi thi công phải tuân thủ sự chỉ đạo của người chỉ huy. + Tất cả các cán bộ kỹ thuật cũng như công nhân phải được trang bị đầy đủ các phương tiện bảo hộ lao động. + Trên bãi lắp ráp phải có hệ thống loa đài thông báo rõ ràng. 3.1.2 Công tác thi công trên biển Ngoài các yêu cầu về an toàn lao động như trên bờ thì việc thi công trên biển còn tuân thủ các yêu cầu chặt chẽ như sau: + Cẩu nổi chỉ được sử dụng khi vận tốc gió nhỏ hơn 6 m/s và chiều cao sóng nhỏ hơn 7,5 m. + Tất cả những người tham gia xây dựng công trình biển phải được huấn luyện kỹ càng để sử dụng các phương tiện thi công. + Phải trang bị đầy đủ các phương tiện cứu sinh trên biển. + Những phát sinh trong quá trình thi công cần phải được thoả thuận với bên đại diện giám sát. + Đối với tàu rải ống, công việc rải ống phải được tiến hành theo đúng thiết kế đã được phê duyệt theo một trình tự nhất định. Những thiết bị công nghệ trên tàu rải ống phải được vận hành theo đúng các thông số kỹ thuật. Trong quá trình rải ống cần phải được cung cấp liên tục các thông tin về thời tiết + Quá trình rải ống chỉ được phép khi chiều cao sóng nhỏ hơn 1,5 m và có hướng vuông góc với phương ngang của tàu rải ống. Nếu sóng theo phương ngang vượt quá 2,7 m thì phải dừng rải ống và thả ống xuống biển. + An toàn trong công tác lặn: Do tính chất phức tạp của thợ lặn làm việc trong môi trường dưới biển. Nên công tác lặn phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt theo đúng quy định của các cơ quan đăng kiểm quốc tế. Trong thời gian thực hiện các công tác lặn thì sự dịch chuyển của tàu bị nghiêm cấm đồng thời tất các cơ cấu hệ thống thả neo, tời cần phải tắt và treo biển báo. Nghiêm cấm việc bốc dỡ từ tàu dịch vụ trong khi thợ lặn đang làm việc dưới nước. Trong khi thợ lặn đang làm việc phải có tàu cứu hộ thường trực, sẵn sàng ứng phó với các sự cố có thể xảy ra. 3.2 BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG Dầu và khí là loại nhiên liệu có độ độc hại cao và tính lan truyền trong môi trường nhanh trong khi đó việc xử lý các nguồn ô nhiễm đó rất phức tạp do vậy để đảm bảo cho môi trường biển không bị ô nhiễm thì công tác bảo vệ môi trường phải được chú trọng rất nhiều. Công tác bảo vệ môi trường phải được tuân thủ theo các quy định sau: + Trang bị các hệ thống van tự động đóng, ngắt nhà máy khi có sự cố nổ cháy trên các dàn hoặc các đường ống khi bị vỡ. + Độ dầy đường ống phải được tính toán sao cho đủ ổn định trong các điều kiện về môi trường như sóng gió, dòng chảy lớn nhất với chu kỳ 100 năm. + Việc gây ô nhiễm trong quá trình vận hành tuyến ống chỉ có thể do rò rỉ, do ống bị ăn mòn hoặc do ống dịch chuyển dưới đáy. Vì thế phải được kiểm tra định kì các chỉ số an toàn của toàn tuyến ống đặc biệt nên áp dụng các công nghệ con thoi trong việc kiểm tra bảo dưỡng. + Đường ống phải được bảo vệ không bị các tác động cơ học do neo tàu gây nên bằng cách đánh dấu tuyến ống bằng các phao cách nhau khoảng 500 m và có các nguyên tắc cho đội tàu trong quá trình di chuyển. Cấm các phương tiện nổi không có trách nhiệm đi vào khu vực đường ống. + Bảo vệ sự phá huỷ do áp suất bên trong bằng cách thử độ bền của ống cho áp suất thiết kế trong quá trình vận hành phải tuân thủ theo các quy định của công nghệ bơm và lắp đặt van. + Trong quá trình vận hành, nếu xảy ra sự cố nối cắt ống thì phải đóng van tự hành không để khí và dầu chảy ra ngoài khi cắt ống. CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NHÂN LỰC VÀ LẬP TIẾN ĐỘ THI CÔNG 4.1 TÍNH TOÁN NHÂN LỰC STT Tên công việc Số người/ca KL công việc Tổng KL Số công 1 Nhập vật liệu ống 12 100T/ca 15894T 1234,5 2 Nhập vật liệu chống ăn mòn 12 100T/ca 15T 1,8 3 Nhập vật liệu thép tấm và thép góc 16 70T/ca 180T 41,14 4 Nhập xi măng 10 100T/ca 5 Nhập vật liệu phụ trợ khác 12 80T/ca 50T 7,5 6 Hàn 2 ống 12m thành 24m 8 2 giờ/mối 4749 mối 1198 7 Gia công các chi tiết kẹp ống đứng 4 1,2 giờ/m 100 m 2,75 8 Gia công ống đứng 6 2 giờ/mối 7 mối 3,75 9 Kiểm tra mối hàn 4 O,65 giờ/mối 4799 390 10 Phun cát làm sạch bề mặt KL 16 0,6 m3ng/ca 14910 m2 11 Phun sơn chống ăn mòn 8 0,023 m2ng/ca 12 Bọc bê tông 10 0,023 m2ng/ca 13 Khoan xiên đoạn ống vào bờ 20 14 Bốc xếp ống và vật liệu lên tàu 12 100T/ca 15986T 1920,4 15 Di chuyển tàu tới vị trí xây dựng 46 1,5 ngày công 69 16 Lắp ráp phương tiện và khảo sát vị trí thi công 23 1 ngày công 23 17 Thi công ống đứng 23 1,5 ngày công 34,5 18 Thi công ống ngầm 23 900 m/ngày 115 km 3578 19 Thi công đoạn ống vào bờ 20 2 ngày công 40 20 Thử áp lực và nghiệm thu 15 2 ngày công 30 4.2 LẬP TIẾN ĐỘ THI CÔNG TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng “Công trình vận chuyển và chứa đựng dầu khí” Bộ môn công trình biển - Trường đại học xây dựng Hà Nội. Bài giảng “Môi trường biển” Bộ môn công trình biển - Trường đại học xây dựng Hà Nội. Bài giảng “Công trình biển cố định” Bộ môn công trình biển - Trường đại học xây dựng Hà Nội. Tài liệu “Offshore Pipeline Design, Analysis and methods” Mouselli Tài liệu “Recommended Practice RP B401 Cathodic Protection Design 1993 Tiêu chuẩn DNV 1976, DNV 1981