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多跨海底管线安全可靠性评估研究

吴明亮

   海底管线是海上油田的生命线,海上油、气、水的集输、贮运,多是通过海底管线来完成,海底管线把海上油田的整个生产密切地联系起来。海底管线所处环境极其恶劣,其破损将造成开采工作停滞、环境污染,经济损失巨大。因此,海底管线的研究引起了国内外学者的高度重视。 本文研究海底管线出现多跨后的可靠性问题。管跨的出现改变了海底管线在管跨段所承受的载荷形式和应力状态,出现多跨时,边界条件更加复杂。海底管跨承受各类环境载荷,其中波、流引起的水动力载荷最为重要。当海水流经管跨时,波、流产生交替作用于管跨上的举升力和拖曳力,产生交变力。管跨的疲劳振动和涡激共振是引发管跨段发生失效的主要因素,也是进行管跨可靠性设计、可靠性评估工作所要解决的主要问题。 本文以海底管道悬跨段为研究对象,分析了海底管道悬跨段的形成机理及涡激振动的机理,界定了多跨管的范围;建立了海底管跨在波浪力和海流力作用下悬跨段振动微分方程,并在此基础上将MatteoLuca尾流振子模型与海流力作用下海底管道悬跨段的振动微分方程相结合,得到管道与海流体的耦合振动方程,多跨管线边界条件是弹性嵌固约束;依据DNV-RP-F105(2006),研究了海底管跨疲劳可靠性的评估方法;根据Miner线性疲劳损伤累积理论,利用S-N曲线法结合可靠性分析理论,预测悬跨在海流力和波浪力作用下的疲劳寿命,这通过两个方法获得振动响应:(1)考虑非线性力和涡激振动,利用精细积分法迭代求解得到管跨振动响应。(2)忽略海流与管道的相互作用,利用频域法分析得到管跨振动的响应谱。 本文最后编制了管跨安全可靠性评估系统,算例的数值计算结果表明:土壤弹性系数和管道端部的刚性系数越大则疲劳寿命越长,多跨海底管线的疲劳寿命少于单跨的疲劳寿命,且时域分析评估的疲劳寿命远小于频域分析所评估的疲劳寿命。……   
[关键词]:多跨海底管线;DNV评估;时频域分析;可靠度;寿命评估
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国石油大学2008年
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