Tính toán, thiết kế hệ thống thu gom dầu & khí mỏ Bạch Hổ

xây dựng công trình. 3.4 Điều kiện địa hình của toàn tuyến ống. 3.5 Điều kiện địa chất. 3.6 Số liệu khí tượng hải văn. 3.7 Nhiệt độ và áp suất của khí. 3.8 Lưu lượng khí. 3.9 Thành phần khí. 3.10 Vật liệu và tính chất vật liệu làm ống. Phần 2 Thiết kế tuyến ống Chương 1 Xác định các thông số cơ bản của tuyến ống Lựa chọn tuyến ống Cơ sở để lựa chọn tuyến ống. Xây dựng các phương án. Lựa chọn tuyến ống. Chọn sơ bộ đường kính ống. Tính toán chiều dày ống. Chọn chiều dày ống. Chương 2 Kiểm tra ổn định cho tuyến ống 2.1 Tính toán kiểm tra ổn định cục bộ cho tuyến ống. 2.2 Tính toán kiểm tra ổn định lan truyền. 2.3 Tính toán kiểm tra ổn định vị trí Chương 3 Tính toán tuyến ống vượt qua địa hình phức tạp 3.1 Tính toán chiều dài cho phép của hố lõm khi đường ống vượt qua 3.2 Tính toán chiều cao cho phép của đỉnh lồi khi đường ống vượt qua. 3.3 Tính toán chiều dài nhịp tĩnh cho phép của đường ống. 3.4 Tính toán chiều dài nhịp động cho phép của đường ống. Chương 4 Tính toán chống ăn mòn cho đường ống ngầm 4.1 Khái quát chung. 4.2 Các yếu tố gây ăn mòn đường ống biển. 4.3 Các phương pháp chống ăn mòn. 4.3.1 Phương pháp sử dụng các lớp phủ bảo vệ. 4.3.2 Phương pháp điện hoá. 4.4 Lựa chọn biện pháp chống ăn mòn. 4.4.1 Lựa chọn lớp bọc chống ăn mòn 4.4.2 Thiết kế hệ thống bảo vệ điện hoá Phần 3 Thiết kế tổ chức thi công Chương 1 Thi công đường ống biển Công tác chuẩn bị. Các phương pháp thi công đường ống ngầm. Phương pháp kéo ống sát đáy biển Phương pháp kéo ống trên đáy Phương pháp kéo ống trên mặt biển. Phương pháp kéo ống sát mặt biển Phương pháp dùng tàu thả ống Lựa chọn phương pháp thi công đường ống ngầm. Các phương pháp thi công đào hào Phương pháp xói thuỷ lực. 1.4.2 Phương pháp cắt cơ học. 1.4.3 Phương pháp hoá lỏng. 1.4.4 Phương pháp cày. 1.5 Lựa chọn phương pháp thi công đào hào 1.6 Thi công nối ống đứng với ống ngầm 1.7 Thi công đoạn ống vào bờ. 1.8 Quy trình thi công hệ thống đường ống biển. 1.9 Tính toán thi công trong một số trường hợp điển hình. Chương 2 Công nghệ con thoi và quy trình thử áp lực cho đường ống 2.1 Công nghệ con thoi. 2.2 Thử áp lực cho đường ống. Chương 3 An toàn lao động và bảo vệ môi trường 3.1 An toàn lao động. 3.2 Bảo vệ môi trường. Chương 4 Tính toán nhân lực và lập tiến độ thi công 4.1 Tính toán nhân lực. 4.2 Lập tiến độ thi công. Danh mục bản vẽ đo-01 mặt bằng tổng thể tuyến ống bạch hổ - thủ đức đo-02 mặt cắt địa hình và sơ đồ tuyến ống bạch hổ - long hải phương án 1 đo-03 mặt cắt địa hình và sơ đồ tuyến ống bạch hổ - long hải phương án 2 đo- 04 cấu tạo cốt thép bọc ống đo- 05 cấu tạo cốt thép bọc ống đo-06 cấu tạo riser đo-07 cấu tạo kẹp ống đo-08 bản vẽ tàu côn sơn đo-09 quy trình thi công tuyến ống ngầm bạch hổ – long hải đo-10 quy trình thi công ống đứng đo-11 quy trình thu và hạ đường ống xuống biển đ0-12 sửa chữa đường ống đo-13 thi công đào hào đặt ống đo-14 tiến độ thi công Phần 1 Giới thiệu chung Chương 1: tính khả thi của dự án và nhu cầu khí trên thị trường Chương 2: hệ thống thu gom dầu và khí mỏ bạch hổ Chương 3: số liệu thiết kế Chương 1 Tính khả thi của dự án và nhu cầu khí trên thị trường 1.1 Tính khả thi của dự án Trong những thập kỷ gần đây tốc độ phát triển kinh tế của thế giới tăng quá nhanh. Mức sống của con người ngày càng cao cho nên tình trạng thiếu hụt năng lượng ngày càng phổ biến ở nhiều quốc gia. Trong khi thế giới đang chờ tìm ra nguồn nguyên liệu mới thì hiện tại dầu và khí vẫn là nguồn năng lượng chính của toàn cầu phục vụ cho sự phát triển công nghiệp -nông nghiệp và sinh hoạt của con người. Theo thống kê của liên hợp quốc thì mức tiêu thụ dầu là: 47% và của khí là: 18.4% thị phần năng lượng của toàn thế giới. Đứng trước tình đó đòi hỏi mỗi quốc gia phải liên tục đầu tư, thăm dò, tìm kiếm các mỏ dầu khí mới để bù đắp các mỏ đã khai thác cạn kiệt và cho nhu cầu của sự tăng trưởng kinh tế. Không nằm ngoài quy luật thực tế đó Việt Nam là một nước đang thực hiện công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước thì nhu cầu về năng lượng phải được ưu tiên hàng đầu. Được sự quan tâm của đảng và nhà nước ngành dầu khí Việt Nam không ngừng lớn mạnh và phát triển nhanh chóng sản lượng khai thác dầu thô liên tục tăng trưởng tính đến năm 1998 sản lượng dầu thô khai thác được đã tăng lên 11 triệu tấn. Ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam đã thực sự trở thành ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước, phần lớn ngoại tệ thu được của nước ta là do xuất khẩu dầu thô. Tuy nhiên theo các chuyên gia năng lượng thì vùng thềm lục địa phía nam Việt Nam bao gồm mỏ Bạch Hổ, mỏ Rồng và các vùng lân cận có trữ lượng dầu không lớn ngược lại trữ lượng khí lại rất lớn. Trong những năm đầu khai thác do thiếu phương tiện thu gom vận chuyển nên một khối lượng khí đồng hành rất lớn khai thác cùng với dầu thô đã bị đốt. Số lượng khí đốt bỏ tính cho đến năm1994 vào khoảng 4 tỉ mét khối và thêm ngần đó nữa chỉ trong 4 năm từ 1994 đến1998. Điều đó cũng có nghĩa là gần 1 triệu USD đã bị đốt bỏ hàng năm và tổng số khí đồng hành của mỏ bạch Hổ bị đốt bỏ cho tới nay tương đương với sự lãng phí khoảng 7 đến 8 trăm triệu USD. Việc đốt khí tại mỏ Bạch Hổ không những gây lãng phí nguồn tài nguyên quý giá mà còn gây ô nhiễm môi trường không khí và môi trường biển. Mục tiêu của đề án sử dụng khí là thu hồi khí thiên nhiên đang bị đốt một cách lãng phí ở ngoài mỏ và sử dụng nó phục vụ cho sự phát triển của đất nước. Việc triển khai nhanh chóng đưa khí vào bờ đem lại những lợi ích vô cùng to lớn đã được nêu trong “Thiết kế tổng thể công trình hệ thống thu gom và vận chuyển khí Bạch Hổ - Thủ Đức do SNC/LAVALIN thực hiện đã được công ty điện lực II và bộ năng lượng xác nhận như sau: - Cung cấp khí thiên nhiên khai thác được làm nhiên liệu hoặc nguyên liệu cho ngành điện lực cũng như các ngành công nghiệp khác. - Sản phẩm lỏng dưới dạng liquefied petroleum Gas (LPG) và condensate chiết suất được từ dòng khí trên bờ ban đầu sẽ được xuất khẩu để thu ngoại tệ. Sau đó khi nhu cầu về gas trong nước tăng lên thì việc sẵn có LPG ngay tại thị trường trong nước sẽ đem lại lợi ích to lớn cho các hộ tiêu thụ trong nước. - Việc thay thế dầu nhiên liệu nhập khẩu bằng khí hoá lỏng sẽ cải thiện đáng kể cán cân ngoại thương của Việt Nam. - Sự sẵn có một nguồn khí thiên nhiên giá rẻ và đáng tin cậy cho các ngành công nghiệp sẽ tiết kiệm được chi phí cho ngành điện lực và cho các hộ tiêu dùng. - Việc sử dụng khí đốt sạch sẽ làm cho ô nhiễm khí quyển giảm xuống đáng kể. 1.2 Nhu cầu về khí tự nhiên ở Việt Nam Về trước mắt và lâu dài điện năng vẫn phải sử dụng khí đốt ở miền nam Việt Nam. Hiện nay ở miền nam đang rất thiếu điện, ảnh hưởng không nhỏ đến sự phát triển kinh tế và sinh hoạt của nhân dân. Người dân ở miền nam nói riêng và cả nước nói chung đã chuyển dần thói quen đốt than, củi sang sử dụng khí sạch dưới dạng gas. Chỉ riêng ở thành phố Hồ Chí Minh các chuyên gia tính toán là năm 1994 thành phố đã tiêu thụ 1000 tấn LPG như vậy theo tỉ lệ tăng trưởng đến năm 2000 thành phố sẽ tiêu thụ khoảng 8000 tấn trong 1 năm. Theo ‘Word Bank’ và một số tổ chức quốc tế khác thì một khi LPG được phân phối rộng rãi trong một nền kinh tế đang phát triển thì lượng tiêu thụ sẽ nhanh chóng đạt ít nhất 1kg/ đầu người / tháng và sẽ dần thay các nguồn năng lượng khác . Nhận xét này hoàn toàn phù hợp với tốc độ phát triển của sự tiêu dùng LPG hiện nay ở Việt Nam. Hiện nay ở Việt Nam chất đốt chủ yếu dùng trong hàng ngày là kerosene khoảng 300000 tấn/năm, than củi và các loại khác khoảng 37 triệu tấn/ năm (tính quy đổi ra than). Theo dự báo vào cuối thế kỷ này 1/20 số hộ đang sử dụng các chất đốt trên sẽ chuyển sang LPG lúc đó lượng tiêu thụ gas ở Việt Nam vào khoảng 1triệu tấn/ năm chưa kể các nhu cầu khác. Trước mắt chưa có hệ thống phân phối rộng khắp thì lượng khí khai thác được sẽ được tiêu thụ ngay tại các vùng lân cận như : + Thành phố Vũng Tàu : Là một thành phố du lịch khí đốt chủ yếu dành cho các hộ dân cư, khách sạn, nhà hàng, các khu chế xuất như Phước Thắng, Mỹ Xuân, Long Sơn, Bà Rịa. Theo số liệu điều tra ban đầu nhu cầu tiêu thụ ở thành phố Vũng Tầu trong năm 1994 khoảng 10 triệu m3 khí. Đường ống chính dẫn khí cần thiết đến năm 2015 phải đảm bảo công suất 3918 m3 / h . + Tỉnh Đồng Nai : Biên hoà là một thành phố thuộc tỉnh Đồng Nai nơi mà có rất nhiều khu công nghiệp quan trọng của Việt Nam như điện tử, chế biến thực phẩm, dệt may... Lượng tiêu thụ của các nhà máy đang hoạt hàng năm có khả năng dùng 112,3 triệu m3 khí /năm. + Thành phố Hồ Chí Minh : Là một thành phố lớn nhất của Việt Nam, ở đây tập trung hầu hết các ngành công nghiệp quan trọng của đất nước hiện đang sử dụng các nhiên liệu như dầu, điện, than... như vậy nhu cầu sử dụng khí để thay thế các nguồn nguyên liệu khác rất cần thiết. Ngoài ra ở Việt Nam nhu cầu tiêu thụ khoảng 1,5 triệu tấn phân đạm hàng năm. Tuy nhiên với tốc độ phát triển nhanh chóng như hiện nay nhu cầu phân bón sẽ tăng rất nhanh trong nhưng năm tới. Việc đưa khí vào bờ phục vụ cho sản xuất phân bón là vô cùng cần thiết. Như vậy trước mắt khí đồng hành khai thác từ mỏ Bạch Hổ đủ để thoả mãn nhu cầu sản xuất công nghiệp trong nước. Ngoài ra có các nguồn cung cấp từ các mỏ Lan Tây, Lan Đỏ... mới phát hiện sẽ thúc đẩy ngành công nghiệp đầu khí và các ngành khác có liên quan trong đó có ngành “xây dựng công trình biển” phát triển nhanh. 1.3 Nhu cầu về khí ở vùng Đông Nam á, Nam á, và Thế giới Nhu cầu về LPG trong năm 1989 ở Nam á là 28,5 triệu tấn. Tổng số LPG được xuất khẩu trong khu vực này là 14,5 triệu tấn trong số LPG xuất khẩu ở trên sẽ tạo khả năng cho việc sản xuất LPG ở Bạch Hổ . Các bảng dưới đây được trích từ một tài liệu nghiên cứu của hãng Misubishi (Nhật) tháng 3 năm 1993 tổng hợp các dự báo về nhu cầu phạm vi sử dụng LPG của một số nước lớn trên thế giới cho thấy phạm vi sử dụng rộng rãi của LPG. Bảng 1: Nhu cầu sử dụng khí ở Nhật Bản (triệu tấn) Nhu cầu về LPG 1990 1995 2000 Dùng trong công sở và thương mại 6,21 6,99 7,41 Phát điện 0,91 1,04 1,5 Dùng trong sinh hoạt 2,31 2,81 3,06 Nhiên liệu ô tô 1,81 1,84 1,87 Công nghiệp hoá dầu 2,33 3,09 3,6 Dự trữ lưu thông 0,31 0,08 0,3 Dùng trong công nghiệp 5,07 5,22 6,0 Tổng cộng 18,95 21,36 23,74 Bảng 2: Nhu cầu sử dụng khí ở Hàn Quốc(triệu tấn) Nhu cầu về LPG 1990 1995 2000 Dùng trong công sở và thương mại 1,65 2,0 2,21 Dùng trong sinh hoạt 1,13 0,6 0,85 Nhiên liệu ô tô 1,15 1,36 1,6 Công nghiệp hoá dầu 0,03 1,36 1,6 Dùng trong công nghiệp 0,16 0,24 0,34 Tổng cộng 4,12 5,56 6,36 Bảng 3: Nhu cầu sử dụng khí ở Châu âu (triệu tấn) Nhu cầu về LPG 1990 1995 2000 Dùng trong công sở và thương mại 8,86 8,29 7,74 Dùng trong sinh hoạt 0,93 1,04 1,0 Nhiên liệu ô tô 2,5 2,84 2,98 Công nghiệp hoá dầu 5,89 9,44 11,68 Dự trữ lưu thông 1,35 1,39 1,30 Dùng trong công nghiệp 3,59 3,33 3,14 Tổng cộng 24,27 26,44 27,61 Bảng 4: Nhu cầu về LPG trên thị trường thế giới (nghìn tấn) Khu vực Cung ứng Nhu cầu Cân đối Bắc mỹ 45946 35500 10407 USA 40300 33500 6800 Ca Na Đa 6646 3039 3607 Châu âu 18913 22312 -3399 Nhật 4485 19558 -15076 Trung đông 23319 4168 19151 Châu phi 7327 3720 3607 Châu á( trừ nhật bản) 18,95 21,36 23,74 Các nước XHCN cũ 10458 10203 255 Oxtralia 2440 1623 817 Tổng 143242 128638 14604 Số liệu trên chưa tính đến nhu cầu khoảng 15 triệu tấn/năm sử dụng làm nguyên liệu cho các khu lọc dầu và công nghiệp hoá dầu ở Mỹ. Ba thị trường LPG lớn nhất thế giới là Mỹ, Nhật và Châu âu chiếm hơn 60% nhu cầu, Châu á đặc biệt là Hàn Quốc là khu vực nhập khẩu LPG lớn nhất. Các chuyên gia dự báo rằng sản lượng LPG sẽ tăng trung bình 17 triệu tấn/năm giai đoạn 1996 á 2000. Như vậy lượng LPG tham gia xuất khẩu vào khoảng 5 á 6 triệu tấn/năm. Nguồn cung cấp LPG cho thị trường thế giới chủ yếu là Trung Đông và một số nước Châu á, Châu Phi như Iran, IRắc, Côoét, Angieri, Inđônexia. Các nước này vẫn là nguồn cung cấp chính cho đến năm 2000. Qua các con số trên cho ta thấy tình hình Gas trên thế giới và một số nước trong khu vực rất sôi động. Nhu cầu về LPG tăng theo tỉ lệ thuận với sự tăng trưởng kinh tế đặc biệt là các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc... nhu cầu về LPG rất lớn. Đối với Việt Nam nằm trong khu vực có sự tăng trưởng mạnh nhất về nhu cầu sử dụng LPG trong vòng 15 năm qua xét về mặt địa lý Việt Nam rất gần với các hộ tiêu thụ lớn là Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan, Malaixia... Khu vực Đông và Đông Nam á này cũng là nơi diễn ra các hoạt động đầu tư xây dựng hệ thống cơ sở vật chất kỹ thuật phục vụ cho việc khai thác, tiếp nhận và phân phối LPG nhộn nhịp nhất hiện nay. Đứng trước tình hình đó đòi hỏi chính phủ Việt Nam phải nhanh chóng phát triển hội nhập vào thị trường LPG của khu vực và trên thế giới một điều chắc chắn là một vài năm tới thị trường LPG sẽ bùng nổ do tốc độ phát triển công nghiệp như hiện nay. Theo đánh giá của các nhà chuyên môn thì trữ lượng khí thiên nhiên ở thềm lục địa Việt Nam là rất lớn. Cho nên việc đầu tư thăm dò khai thác và chế biến khí thiên nhiên là rất cần thiết, nó không chỉ đáp ứng nhu cầu trong nước mà còn tiết kiệm được một lượng ngoại tệ đáng kể do phải nhập khẩu LPG và hướng tới xuất khẩu. Trước tình hình đó nhà nước Việt Nam quyết định khẩn trương đẩy nhanh quá trình hội nhập điển hình là đã và đang triển khai xây dựng các nhà máy lọc dầu tại Việt Nam và dự kiến đưa vào hoạt động trong năm 2000. Theo các phương án dự kiến thì ngoài các sản phẩm chính nhà máy sẽ sản xuất từ 200000 á 250000 tấn LPG năm. Như vậy vào cuối thế kỷ này Việt Nam sẽ sản xuất một lượng LPG khá lớn đó là chưa kể đến việc khai thác các mỏ có trữ lượng khí rất lớn được dự báo tại các lò khai thác của BHP (Oxtralia) , BP (Anh )... Đây không chỉ là nguồn xuất khẩu quan trọng mà còn là một nhân tố thúc đẩy việc sử dụng LPG tại Việt Nam đặc biệt trong những khó khăn về điện và các nguồn năng lượng khác như than, củi... Chắc chắn cuối thế kỷ này và đầu thế kỷ 21 LPG sẽ trở thành một nguyên liệu quan trọng cả trong lĩnh vực sinh hoạt gia đình và trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp - nông nghiệp ở Việt Nam. Đề án sớm đưa khí vào bờ đã trở thành hiện thực, cụ thể là công trình vận chuyển khí từ Bạch Hổ đến Long Hải đã góp phần to lớn vào sự phát triển của ngành dầu khí Việt Nam đem lại lợi ích thiết thực cho đất nước. Chương 2 Hệ thống thu gom dầu và khí mỏ Bạch Hổ 2.1 Tổng quan về mỏ Bạch Hổ Để phục vụ cho công tác thăm dò và khai thác dầu khí ngoài biển ở mỏ Bạch Hổ xí nghiệp liên doanh dầu khí Việt Xô đã xây dựng nhiều dàn khoan biển với một hệ thống đường ống dẫn dầu và khí khá đồng bộ và hoàn chỉnh. Cho đến nay, mỏ Bạch Hổ đã xây dựng các công trình và các tuyến ống sau: - 10 dàn MSP (MSP 1,3,4,5,6,7,8,9,10,11). - 01 dàn công nghệ trung tâm CTP-2. - 07 dàn nhẹ BK (BK1,2,3,4,5,6,8). - 03 trạm rót dầu không bến UBN 1, UBN 2, UBN 3. - 01 dàn nén khí lớn. - 01 dàn nén khí nhỏ. - 01 dàn bơm ép vỉa. - 03 dàn khoan tự nâng (Jakup) để phục vụ khoan khai thác. Trong thời gian tới dự kiến sẽ tiến hành xây dựng: - Một dàn công nghệ trung tâm CTP-3 - Một trạm rót dầu không bến UBN 4. - 2 dàn nhẹ BK (BK 7, 9) - Một tuyến ống dẫn dầu từ dàn CTP 2 đến trạm rót dầu không bến UBN 3. Tính đến năm 1998 mỏ Bạch Hổ đã có một hệ thống đường ống ngầm bao gồm: - 20 đường ống dẫn dầu tổng chiều dài 60.7 Km. - 10 đường ống dẫn khí tổng chiều dài 24.8 Km. - 18 đường ống Gaslift tổng chiều dài 28.8 Km. - 17 tuyến ống dẫn nước ép vỉa với tổng chiều dài 28.6 Km. - 11 đường ống dẫn hỗn hợp dầu và khí tổng chiều dài 19.3 Km. Tổng chiều dài toàn bộ đường ống ngầm ở Bạch Hổ hiện nay khoảng gần 200 Km. 2.2 Tổng quan về tuyến ống thu gom vận chuyển khí từ Bạch Hổ đến Long Hải và các trạm tiếp nhận trên bờ Tuyến ống có chiều dài 115 km chạy dọc theo hướng Tây Bắc từ mỏ Bạch Hổ nằm ngoài biển Đông ở độ sâu khoảng 50 m nước thuộc chủ quyền của nước Việt Nam đến Long Hải và từ Long Hải phân phối đi các trạm phát điện Bà Rịa, Thủ Đức và nhà máy hoá lỏng khí Dinh Cố với lưu lượng khoảng 0,32 tỷ nm3/năm. Đường ống được đặt trên đáy biển có tầng địa chất tương đối tốt không có biến động lớn về địa chất cũng như sói lở, địa hình toàn tuyến ống tương đối bằng phẳng. Chương 3: Số liệu thiết kế 3.1 Mục đích và nhiệm vụ thiết kế 3.1.1 Mục đích thiết kế Nhằm cung cấp khí cho cả một vùng rộng lớn bao gồm các trạm phát điện, nhà máy hoá lỏng khí của các tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu, Đồng Nai, Thành phố Hồ Chí Minh. 3.1.2 Nhiệm vụ thiết kế Xác lập lựa chọn được một tuyến ống hợp lý về kinh tế và kỹ thuật. Tính toán kỹ thuật xác định được đường kính ống và chiều dày ống. Kiểm tra ổn định cho đường ống khi đặt trên đáy biển cũng như khi vùi ống. Đưa ra các giải pháp chống ăn mòn. Đưa ra các giải pháp thi công hợp lý. Tính toán kiểm tra độ bền của đường ống khi thi công. Tổ chức thi công trên biển. Lập tiến độ thi công. 3.2 Tên công trình Thiêt kế kỹ thuật và thi công tuyến ống dẫn khí từ Bạch Hổ đến Long Hải 3.3 Vị trí xây dựng công trình Tuyến ống dài 115 km từ Bạch Hổ đến Long Hải kéo dài từ ngoài biển vào bờ theo hướng Tây Bắc. 3.4 Điều kiện địa hình của toàn tuyến ống Địa hình tương đối bằng phẳng độ dốc ngoài vùng nước sâu tương đối nhỏ trung bình là 0,30, độ dốc lớn nhất là 90. 3.5 Điều kiện địa chất Theo số liệu khảo sát của viện NIPI và căn cứ vào mặt cắt địa chất ta thấy dọc tuyến ống từ Bạch Hổ đến Long Hải thì lớp đất trên cùng có độ dày 2,75 m hầu hết là lớp cát thô, cát pha có hệ số ma sát dao động từ 0,5á0,7. 3.6 Số liệu về khí tượng hải văn Chế độ gió Gió thổi theo hai hướng chính là Đông Bắc và Tây Nam Gió đông bắc thổi từ tháng 10 đến tháng 3. Gió Tây Nam thổi từ tháng 6 đến tháng 9. Vận tốc gió cực đại là 38,5 m/s. Vận tốc gió trung bình là 4,2 m/s. Tốc độ gió cực đại chu kỳ 100 năm lấy trung bình giật 3s là 64,3 m/s. Chế độ sóng Số liệu sóng được thống kê theo bảng ở 6 vị trí điển hình sau: Bảng 5: Chiều cao sóng HS và chu kỳ sóng TS Độ sâu nước Chu kỳ 1 năm 100 năm Hs (m) Tz (s) Hs (m) Tz (s) 12 3,8 9 7,8 11,5 17,5 4,25 9 9,9 11,5 22 4,4 9 10,25 11,5 28 4,7 9 10,95 11,5 38 4,8 9 11,6 11,5 50 5,0 9 12,0 11,5 Bảng 6: Chiều cao sóng Hmax và chu kỳ sóng Tmax Độ sâu nước Chu kỳ 1 năm 100 năm Hmax(m) Tmax(s) Hmax(m) Tmax(s) 12 7,07 10,8 Sóng vỡ 13 17,5 7,91 10,8 Sóng vỡ 13 22 8,18 10,8 19,07 13 28 8,74 10,8 20,37 13 38 9,11 10,8 21,58 13 50 9,3 10,8 22,32 13 Chế độ dòng chảy Bảng 7: Số liệu dòng chảy ở độ sâu 12 m (cm/s) Hướng Chu kỳ 1 năm 100 năm Dòng chảy mặt Dòng chảy cách đáy 2 m Dòng chảy mặt Dòng chảy cách đáy 2 m Đông Bắc 127 68 252 192 Đông 136 66 196 150 Đông Nam 78 47 166 124 Nam 70 40 165 122 Tây Nam 126 66 238 182 Tây 139 65 206 156 Tây Bắc 81 42 181 126 Bắc 80 39 210 159 Bảng 8: Số liệu dòng chảy ở độ sâu 22 m (cm/s) Hướng Chu kỳ 1 năm 100 năm Dòng chảy mặt Dòng chảy cách đáy 2 m Dòng chảy mặt Dòng chảy cách đáy 2 m Đông Bắc 134 67 249 131 Đông 141 74 192 102 Đông Nam 81 41 159 88 Nam 73 37 157 87 Tây Nam 112 56 239 127 Tây 145 75 203 109 Tây Bắc 74 44 164 93 Bắc 83 40 207 114 Bảng 9: Số liệu dòng chảy ở độ sâu 27 m (cm/s) Hướng Chu kỳ 1 năm 100 năm Dòng chảy mặt Dòng chảy cách đáy 2 m Dòng chảy mặt Dòng chảy cách đáy 2 m Đông Bắc 130 66 255 132 Đông 138 73 201 109 Đông Nam 79 40 170 95 Nam 71 36 177 94 Tây Nam 129 57 246 288 Tây 142 74 211 113 Tây Bắc 83 43 175 97 Bắc 81 39 216 115 Bảng 10: Số liệu dòng chảy ở độ sâu 29 m (cm/s) Hướng Chu kỳ 1 năm 100 năm Dòng chảy mặt Cách đáy 2 m Dòng chảy mặt Cách đáy 2 m Đông Bắc 127 64 237 170 Đông 138 72 171 140 Đông Nam 79 40 190 122 Nam 71 36 156 117 Tây Nam 129 63 192 170 Tây 141 73 202 130 Tây Bắc 83 42 197 118 Bắc 81 39 206 133 Bảng 11: Số liệu dòng chảy ở độ sâu 34 m (cm/s) Hướng Chu kỳ 1 năm 100 năm Dòng chảy mặt Dòng chảy cách đáy 2 m Dòng chảy mặt Dòng chảy cách đáy 2 m Đông Bắc 134 63 266 121 Đông 121 71 209 97 Đông Nam 81 39 176 87 Nam 73 35 174 86 Tây Nam 112 63 256 118 Tây 145 72 220 140 Tây Bắc 84 42 191 94 Bắc 83 38 224 106 Bảng 12: Số liệu dòng chảy ở độ sâu 50 m (cm/s) Hướng Chu kỳ 1 năm 100 năm Dòng chảy mặt Dòng chảy cách đáy 2 m Dòng chảy mặt Dòng chảy cách đáy 2 m Đông Bắc 123 51 271 122 Đông 139 69 209 100 Đông Nam 77 35 173 87 Nam 77 34 171 86 Tây Nam 130 58 261 119 Tây 140 70 221 105 Tây Bắc 79 38 179 89 Bắc 84 39 226 106 Chế độ thuỷ triều Mực nước thấp nhất: -1.43 Mực nước trung bình: 2.81 Mực nước cao nhất: +3.86 Nhiệt độ môi trường và nước biển Nhiệt độ môi trường Bảng 13: Nhiệt độ môi trường Trạng thái Tại Bạch Hổ Tại Long Hải Cực đại 33,1 36,1 Cực tiểu 21,2 17,0 Trung bình 28,0 25,1 Nhiệt độ nước biển Bảng 14: Nhiệt độ nước biển Trạng thái Tại Bạch Hổ Tại Long Hải Mặt biển Đáy biển Gần bờ Cực đại 30,5 28,9 31,01 Cực tiểu 24,2 21,9 28,8 Độ mặn và tỷ trọng nước biển Tỷ trọng nước biển g =1025 kg/m3 Độ mặn nước biển Bảng 15: Độ mặn nước biển Trạng thái Tại Bạch Hổ Mặt biển Đáy biển Cực đại 0,342% 0,3451% Cực tiểu 0,2973% 0,3315% 3.7 Nhiệt độ và áp suất đầu vào của khí Nhiệt độ Đầu vào là 240C. Đầu ra là 600C. áp suất áp suất đầu vào PV =125 at. áp suất đầu ra PR =22 at. 3.8 Lưu lượng khí Q = 0,32.106nm3/năm. 3.9 Thành phần khí Loại khí % Ni tơ 1.98 Cácbonic 0.92 Mê tan 66.84 Êtan 12.81 propan 7.26 i-butan 2.35 n-butan 3.04 i-pentan 0.92 n-heptan 0.44 n-octan 0.81 n-nonan 0.03 n-decan 0.01 Xiclopentan 0.15 Mxiclopentan 0.12 Xiclohexan 0.11 Mxiclohexan 0.16 Benzen 0.11 Toluen 0.11 Oxilen 0.01 E-benzen 0.06 H2O 0.02 Tổng 100 3.10 Vật liệu và tính chất vật liệu làm ống Công trình sử dụng loại thép tiêu chuẩn X65-API 5L Với các đặc tính sau: Khối lượng riêng r = 7850 kg/m3 Mô đun đàn hồi của vật liệu E = 0,21.106 (N/mm2) Hệ số dãn nở vì nhiệt a = 11,1.10-6 (mm/mm0C) Cường độ chảy dẻo nhỏ nhất là 449 (N/mm2). Phần 2 Tính toán tuyến ống Chương 1: xác định các thông số cơ bản của tuyến ống Chương 2: kiểm tra ổn định cho tuyến ống Chương 3: tính toán tuyến ống vượt qua địa hình phức tạp Chương 4: tính toán chống ăn mòn cho đường ống Chương1 Xác định các thông số cơ bản của tuyến ống 1.1 Lựa chọn tuyến ống 1.1.1 Cơ sở để lựa chọn tuyến ống Việc lựa chọn tuyến ống là một khâu hết sức quan trọng. Một tuyến ống được lựa chọn một cách hợp lý sẽ giảm được chi phí đầu tư xây dựng ban đầu, giảm thời gian thi công đạt hệ số an toàn cao trong quá trình thi công và đảm bảo tuổi thọ của công trình theo đúng yêu cầu thiết kế. Việc lựa chọn tuyến ống phải được dựa trên các yêu cầu cơ bản sau: - Tuyến ống phải ngắn nhất trong điều kiện cho phép để đảm bảo tính kinh tế và giảm thiểu thời gian thi công trên biển. - Tuyến ống phải tránh được địa hình phức tạp như: đá ngầm, địa hình không bằng phẳng đường ống bồi lắng bào mòn… - Tuyến ống phải đảm bảo điều kiện thi công dễ dàng. Các phương tiện tham gia thi công không bị các công trình khác cản trở. - Tuyến ống được chọn là tuyến ống có các thông số như độ phẳng độ dịch chuyển của nền nằm trong giới hạn cho phép. - Tuyến ống phải đảm bảo cho nhu cầu xây dựng khai thác trong tương lai. 1.1.2 Xây dựng các phương án 1.1.2.1 Tuyến ống thứ nhất đi thẳng từ Bạch Hổ đến Long Hải. Tuyến này có độ dài 107 km từ Bạch Hổ có độ sâu 50m nước đi thẳng đến Long Hải theo số liệu khảo sát dọc tuyến ống ta thấy đáy biển tương đối bằng phẳng có độ dốc nghiêng về hướng đông nam, độ dốc trung bình nhỏ hơn 1%. Tại khu vực có bãi san hô độ dốc là 90. Dọc tuyến ống khảo sát ta thấy đáy biển không có gì đặc trưng lớn, toàn bề mặt đáy được bao phủ bởi một lớp cát thô và mịn. Tại vùng tây và tây nam hành lang khảo sát có bãi san hô cứng chạy ngang tuyến ống chiều cao bãi san hô cao hơn 4,14m, có hai đường cáp chôn chạy cắt tuyến ống . 1.1.2.2 Tuyến thứ hai đi từ mỏ Bạch Hổ đến mỏ Ba Vì sau đó đi từ mỏ Ba Vì đến Long Hải Tuyến này gồm hai đoạn: Đoạn thứ nhất từ mỏ Bạch Hổ có độ sâu 50m nước tới mỏ Ba Vì với chiều dài 41,9 km. Đoạn thứ hai từ Ba Vì có độ sâu 35m tới Long Hải. Số liệu khảo sát dọc tuyến ống như sau: + Đoạn thứ nhất từ Bạch Hổ đến Ba Vì chạy theo hướng tây đông với chiều dài 41,9 km số liệu độ sâu cho thấy địa hình tương đối bằng phẳng với độ dốc trung bình 10. Khảo sát địa chất cho thấy lớp trầm tích trên cùng chủ yếu là sét dẻo cứng hoặc sét dẻo mềm trộn cát mịn. + Đoạn thứ hai từ Ba Vì tới Long Hải dài 74,4 km theo hướng tây bắc với độ dốc trung bình 1037’ cách bờ từ 27á30 km địa hình thay đổi với độ dốc 5030’ địa chất ở khu vực này là sét dẻo cứng và vỏ sò. Gần bờ cách 3 km địa hình thay đổi đột ngột cùng với dộ dốc lớn do núi ăn sát ra phía biển địa chất đoạn thứ hai này chủ yếu là sét dẻo. 1.1.3 Phân tích và lựa chọn tuyến ống Ưu điểm của phương án tuyến ống thứ nhất: Chiều dài tuyến ống tương đối ngắn nên ít tốn vật tư thiết bị cũng như thời gian thi công, giảm chi phí cho việc chống ăn mòn. Nhược điểm: Địa hình tuyến ống nhìn chung là bằng phẳng tuy vậy ở khu vực có bãi san hô cứng chạy ngang qua tuyến ống, địa hình rất phức tạp. Tại khu vực này bãi san hô có chiều cao lớn hơn 4,14m và khoảng cách giữa các đỉnh cao của bãi san hô có khi tới 90m. Điều này làm cho đường ống bị treo với khoảng cách lớn đường ống chạy qua đoạn này phải tránh. Ngoài ra tuyến ống này còn chạy qua tuyến cáp ngầm nên ảnh hưởng cho việc thi công. Ưu điểm của phương án tuyến ống thứ hai: Phương án này tuyến ống tránh được địa hình không bằng phẳng của phương án thứ nhất bằng cách lái tuyến ống qua mỏ Ba Vì mà mỏ này dự trù sẽ cung cấp khí về sau. Nhược điểm: Tuyến thứ hai dài hơn tuyến thứ nhất 8 km nên tốn nhiều vật tư thiết bị. Căn cứ vào số liệu khảo sát ta thấy phương án thứ hai tuy có chiều dài hơn phương án thứ nhất nhưng địa hình tương đối bằng phẳng. Mặt khác phương án hai đem lại hiệu quả kinh tế hơn khi mỏ Ba Vì đi vào khai thác. Trong đồ án này tôi chọn phương án hai. 1.2 Chọn sơ bộ đường kính ống Việc lựa chọn đường kính ống phải đảm bảo các yêu cầu sau: Yêu cầu về kỹ thuật: Đường kính ống phải thoả mãn các điều kiện khi khai thác và thi công. Yêu cầu về kinh tế: Kích cỡ ống phải đảm bảo vận chuyển được lưu lượng theo yêu cầu thiết kế nhưng đầu tư cho sản xuất là nhỏ nhất và hiệu quả khai thác là lớn nhất. Yêu cầu về thiết bị thi công: Kích cỡ ống phải phù hợp với thiết bị thi công hiện có để có thể thi công trong điều kiện biển Việt Nam. Từ các yêu cầu trên ta đưa ra kích cỡ ống phù hợp với yêu cầu thiết kế. Căn cứ vào công nghệ chế tạo ống và các loại kích cỡ ống trên thị trường dựa vào kinh nghiệm thực tế được tham khảo tại phòng kỹ thuật của viện nghiên cứu và phát triển dầu khí (NIPI) thuộc liên doanh dầu khí Việt Xô ta chọn đường kính ống là D = 16 inch hay D = 40,64 cm. 1.3 Tính toán chiều dày ống Theo quy phạm DNV 1986 chiều dày ống được thiết kế với áp lực trong lớn nhất được xác định theo công thức: T = Trong đó: Pi là áp suất trong lớn nhất, (kg/cm2). Pe áp suất ngoài nhỏ nhất, (kg/cm2). D là đường kính ống, D = 40,64 cm. sCP là ứng suất vòng cho phép được tính toán theo công thức: sCP = hCP.sF.kt hCP là hệ số sử dụng được lấy theo bảng sau: Bảng 16: Hệ số sử dụng Vùng Trạng thái vận hành Trạng thái lắp đặt 1 0,72 0,96 2+Riser 0,50 0,67 Vùng 2: Là vùng đường ống gần người ở hoặc là vùng trong vòng 500 m trở lại so với platform Vùng 1: Vùng đường ống ngầm còn lại. Kt : Hệ số giảm ứng suất do nhiệt. Với các đường ống vận hành ở nhiệt độ nhỏ hơn 1200C thì kt = 1. sF : ứng suất chảy của vật liệu làm ống. sF = 4490 kg/cm2. sCP = hCP.sF.kt = 0,72.4490.1 = 3232.8 (kg/cm2). Kết quả tính toán chiều dày ống được ghi trong bảng sau: Bảng 17: Kết quả tính toán chiều dày ống STT Đại lượng Kí hiệu Độ sâu 10 m 17,5m 22 m 28 m 38 m 50 m 1 Đường kính ống (m) D (cm) 40,64 40,64 40,64 40,64 40,64 40,64 2 áp suất trong lớn nhất Pi (kg/cm2) 43,439 59,194 68,646 81,250 102,25 127,64 3 áp suất ngoài nhỏ nhất Pe (kg/cm2) 0,625 1,286 1,729 2,308 3,301 4,510 4 ứng suất chảy của vật liệu sF (kg/cm2) 4490 4490 4490 4490 4490 4490 5 ứng suất cho phép sCP (kg/cm2) 3232,8 3232,8 3232,8 3232,8 3232,8 3232,8 6 Chiều dày ống T (cm) 0,269 0,364 0,421 0,496 0,622 0,773 1.4 Chọn chiều dày ống Căn cứ vào kết quả tính toán chiều dày ống theo khả năng chịu áp lực trong lớn nhất. Căn cứ vào công nghệ chế tạo ống, sai số trong chế tạo chiều dày ống. Ta chọn chiều dày ống như sau: Đoạn ống từ độ sâu 22 m đến độ sâu 50 m chọn chiều dày là : 1.43 cm Đoạn ống từ độ sâu 0 m đến độ sâu 22 m chọn chiều dày là : 1.27 cm Chương 2 Kiểm tra ổn định cho tuyến ống 2.1 Kiểm tra ổn định cục bộ Khi đường ống được đặt xuống đáy biển ở trạng thái không khai thác, dưới tác dụng của áp suất thuỷ tĩnh có thể xảy ra hiện tượng đường ống bị mất ổn định cục bộ. Theo quy phạm DNV 1986 áp lực gây ra mất ổn định cục bộ được xác định theo công thức: Pc = 2.sYE. khi sYE Ê.sF (1) Pc = 2.sF. khi sYE ³ .sF (2) Trong đó: sYE = E. sF : ứng suất chảy nhỏ nhất của vật liệu thép ống, sF = 4490 kg/cm2 D : Đường kính ngoài của ống D = 40,64 cm t : Chiều dày của ống, ta tính toán với chiều dày ống t = 1,43 cm E :Mô đun đàn hồi của vật liệu thép ống, E = 2,1.106 kg/cm2 Thay số ta có: sYE = 2,1.106.= 2185,2 (kg/cm2) .sF = .4490 = 2993,33 (kg/cm2) so sánh ta có sYE > .sF Ta sử dụng công thức (2) để tính áp lực gây mất ổn định cục bộ Pc =2.4490. = 105,1 (kg/cm2) Theo quy phạm DNV để đảm bảo cho đường ống không bị mất ổn định cục bộ thì áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên đường ống phải thoả mãn điều kiện: Pe Ê Pc Pe là áp lực thuỷ tĩnh, Pe = Pe = 1025. = 57400 (kg/m2). Hay Pe = 5,74 (kg/cm2) Như vậy Pe Ê Pc đường ống đảm bảo không bị mất ổn định cục bộ 2.2 Tính toán đường ống biển mất ._.ổn định lan truyền Hiện tượng mất ổn định lan truyền xảy ra khi dưới một áp lực ngoài nhất định nào đó trên đường ống có một điểm mất ổn định cục bộ thì điểm mất ổn định đó sẽ lan truyền sang các vùng lân cận làm cho các điểm lân cận cũng bị biến dạng mất ổn định. Bằng lý thuyết và thực nghiệm người ta đưa ra nhiều phương pháp khác nhau để xác định áp lực gây ra biến dạng lan truyền cho đường ống Theo Battelle: PP = 6.sF. (1) Theo DNV: PP =1,15.psF.sF . (2) Trong đó: sF là ứng suất chảy nhỏ nhất của vật liệu thép ống, sF = 4490 kg/cm2 . D là đường kính ống, D = 40,64 cm. t chiều dày ống, t = 1,27 cm. Thay số vào tính toán ta có: Theo Battelle: PP = 6.4490.= 26,308 (kg/cm2) Theo DNV : PP = 1,15.3,14.4490. = 16,87 (kg/cm2) Kết quả tính toán mất ổn định lan truyền theo DNV và theo Battelle được ghi trong bảng: Bảng 19: Kết quả tính toán ổn định lan truyền STT Đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị 1 Đường kính ngoài của ống D 40.64 cm 2 Chiều dày ống T 1,27 cm 3 ứng suất chảy nhỏ nhất của vật liệu sF 4490 Kg/cm2 4 áp suất thuỷ tĩnh Pe 5,74 Kg/cm2 5 áp suất tới hạn DNV PP 16,87 Kg/cm2 6 áp suất tới hạn theo Battelle PP 26,308 Kg/cm2 PE < PP điều kiện ổn định lan truyền được đảm bảo 2.3 Tính toán ổn định vị trí của đường ống dưới tác động của sóng và dòng chảy. Đường ống theo thiết kế được đặt xuống mặt đáy biển do đó trong quá trình thi công cũng như sử dụng, đường ống luôn chịu các tác động trực tiếp của môi trường như sóng, dòng chảy, các yếu tố về động lực học khác như bùn cát, địa hình, địa chất đáy biển. Những yếu tố này có liên quan chặt chẽ với nhau và ảnh hưởng trực tiếp tới ổn định vị trí của đường ống. Theo quy phạm DNV trọng lượng tối thiểu để đường ống không bị mất ổn định vị trí là: W = Trong đó: m là hệ số ma sát giữa đường ống và đáy biển, m = 0,7 q là độ dốc đáy biển. Vì địa hình đáy biển tương đối bằng phẳng, tuyến ống tương đối dài cho nên góc q rất nhỏ ta lấy q = 00. FL là lực nâng: FL = .r.CL.D.(VE+Vdc)2 FD là lực cản vận tốc: FD = .r.CD.D.(VE+Vdc)2 FI là lực quán tính: FI = r.Cm. D: là đường kính ngoài của ống. CL là hệ số lực nâng. CD là hệ số lực cản vận tốc. Cm là hệ số lực quán tính. VE là vận tốc hiệu quả của sóng và dòng chảy được xác định bởi vận tốc theo phương ngang VO tại lớp biên. đối với đường ống có đường kính nhỏ hơn 1 m ta lấy lớp biên bằng 1 m. V0 là vận tốc sóng tại điểm cách đáy 1 m. Các hệ số CD, CL, CI được tra theo bảng sau và phụ thuộc vào hệ số Reynol. Hệ số Raynol được xác định theo công thức: Re = g là hệ số nhớt (cm2/s), g = 1,0x10-5ft2/s = 9,3x10-3cm2/s Bảng 19: Các hệ số thuỷ động CD, CL, CI Re CD CL Cm Re < 5,0x104 1,8 1,5 2,0 5,0x104 < Re <1,0x105 1,2 1,0 2,0 1,0x105 < Re <2.0x105 (1,53-Re)/3x105 (1,2-Re)/5x105 2,0 2,0x105 <Re <5,0x105 0,7 0,7 (1,2-Re)/5x105 Re >5,0x105 0,7 0,7 1,5 Xác định vận tốc sóng tác dụng lên đường ống Theo lý thuyết sóng stockes bậc 5 ta có: Vận tốc sóng theo phương ngang: Gia tốc sóng theo phương ngang : Trong đó: k: số sóng trong một chu kỳ k = L: chiều dài sóng (m). w: Tần số sóng được xác định theo công thức: w = g.k.(1 + a2.C1 + a4 .C2).th(k.d) d: Độ sâu nước (m). g: Gia tốc trọng trường (g = 9,8 m/s2). a: Hệ số được xác định theo phương trình: k.H = 2.[a + a3.F33 + a5.(F35+F55)] H: Chiều cao sóng (m). C1, C2 là các hệ số được tra bảng phụ thuộc vào tỷ số giữa độ sâu nước và chiều dài sóng Gn (n= 1á5): là các hệ số được xác định theo công thức: G1 = a.G11+a3.G13+a5.G15 G2 = 2.(a2.G22+a4.G24) G3 = 3.(a3.G33+a5.G35) G4 = 4.a4.G44 G5 = 5.a5.G55 G11, G13, G15, G24, G33, G35, G44, G55 là các hệ số phụ thuộc vào tỷ số giữa độ sâu nước và chiều dài sóng tính toán (d/L). Chọn thời điểm tính toán tại t = 0 và x = 0 lúc này vận tốc sóng đạt giá trị cực đại Toàn bộ kết quả tính toán được ghi trong các bảng sau: Bảng 20: Giá trị các thông số profill sóng stokes D (m) d/L F22 F24 F33 F35 50 0,28 0,639 0,962 0,549 1,908 38 0,22 0,836 1,264 0,849 3,105 28 0,18 1,172 1,376 1,552 4,982 22 0,16 1,417 1,355 2,104 6,284 17,5 0,13 2,481 -10,637 6,665 -51,28 12 0,114 3,233 -20,22 10,09 -97,85 Bảng 21: Giá trị các thông số profill và thông số tần số sóng stokes d (m) d/L F44 F55 C1 C2 50 0,28 0,561 0,634 1,156 2,127 38 0,22 1,026 1,359 1,421 4,054 28 0,18 2,414 4,214 1,988 10,95 22 0,16 3,569 6,695 2,427 16,87 17,5 0,13 20,48 70,281 5,109 165,37 12 0,114 33,55 125,15 7,071 281,8 Bảng 22: Giá trị các thông số vận tốc sóng stokes D (m) d/L G11 G13 G15 G22 50 0,28 1 -0,823 0,081 0,107 38 0,22 1 -1,122 -1,925 0,257 28 0,18 1 -1,686 -3,305 0,539 22 0,16 1 -2,108 -4,345 0,753 17,5 0,13 1 -4,349 -8,010 1,714 12 0,114 1 -5,973 -10,527 2,398 Bảng 23: Giá trị các thông số vận tốc sóng stokes d (m) d/L G24 G33 G35 G44 G55 50 0,28 0,629 -0,024 0,315 -0,0008 0,0026 38 0,22 0,677 -0,022 0,832 -0,0284 0,0056 28 0,18 0,045 0,114 1,793 -0,0932 -0,0992 22 0,16 -0,589 0,245 2,493 -0,1424 -0,2044 17,5 0,13 -19,80 7,563 -46,97 2,968 0,2026 12 0,114 -34,915 4,365 -86,83 5,476 0,571 Bảng 24: Kết quả tính các hệ số Gn d (m) d/L G1 G2 G3 G4 G5 50 0,28 0,18826 0,00987 -0,0003 -4,56E-6 3,59E-6 38 0,22 0,9239 0,0233 0,0003 -0,0002 9,49E-6 28 0,18 0,1888 0,0452 0,0048 -0,00065 -0,00177 22 0,16 0,1884 0,0638 0,0098 -0,00109 -0,00041 17,5 0,13 0,1556 0,0708 0,0182 0,01383 0,00022 12 0,114 0,1442 0,082 0,0268 0,0245 0,00058 Bảng 25: Các thông số sóng d(m) Chiều cao sóng Chiều dài sóng Số sóng Tần số sóng Vận tốc dòng chảy 50 12,0 178,57 0,0332 0,5628 1,1889 38 11,6 172,7 0,0364 0,5786 1,172 28 10,95 155,6 0,0404 0,5950 1,229 22 10,25 137,5 0,0457 0,6242 1,251 17,5 9,9 134,6 0,0467 0,6489 1,442 12 8,36 105,3 0,0597 0,6964 1,647 Bảng 26: Kết quả tính 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 số raynol Re 10.105 9,6.105 8,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,7 0,7 0,7 9 Hệ số lực nâng CL 0,7 0,7 0,7 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 2272,,8 1938,4 1434,2 17 Lực cản vận tốc Fd 2272,8 1938,4 1434,2 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 551,98 470,76 348,27 20 Khối lượng gia tải m 632,6 465,44 342,95 21 Chiều dày lớp bê tông bọc (m) t 0,173 0,136 0,106 Bảng 27: 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 số raynol Re 7,3.105 5,7.105 4,2.105 8 Hệ số lực cản vận tốc Cd 0,7 0,7 0,7 9 Hệ số lực nâng CL 0,7 0,7 0,7 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 1226,1 898,34 691,46 17 Lực cản vận tốc Fd 1226,1 898,34 691,46 18 Lực quán tính Fi 0 0 0 19 Khối lượng cần thiết W 297,77 218,17 168,93 20 Khối lượng gia tải m 277,62 198,02 147,78 21 Chiều dày lớp bê tông bọc (m) t 0,088 0,066 0,051 Từ các kết quả tính toán trên ta có nhận xét: Để đảm bảo cho đường ống không bị dịch chuyển vị trí dưới các tác động của môi trường trong suốt quá trình thi công cũng như sử dụng thì chiều dày lớp bê tông bọc gia tải là rất lớn do vậy trọng lượng của đường ống sẽ rất lớn khi thi công thả ống ứng suất trong đường ống sẽ vượt quá giới hạn cho phép làm cho đường ống bị đứt gãy. vì vậy để giảm chiều dày lớp bê tông bọc đảm bảo cho đường ống dủ khả năng chịu lực trong trạng thái thi công ta đưa đường ống xuống hào để giảm tác động của các lực thuỷ động lên đường ống. Chọn độ sâu hào là 1D khi đó các hệ số thuỷ động sẽ là: Cd = 0,18; CL = 0,2; Ci = 1,5 Căn cứ vào chiều dày lớp gia tải đã tính toán ta chọn chiều dày lớp gia tải dự kiến là x do đường kính ngoài của ống tăng lên các lực thuỷ động tác dụng lên đường ống thay đổi trọng lượng ống để đảm bảo điều kiện ổn định cũng tăng lên do đó ta phải tính toán kiểm tra lại cho đến khi đảm bảo điều kiện ổn địnhcho đường ống Trình tự kiểm tra được tiến hành như sau: Lực nâng FL = .r.CL.(D+2.x).(VE+Vdc)2 Lực cản vận tốc: FD = .r.CD.(D+2.x).(VE+Vdc)2 Lực quán tính: FI = r.Cm. Trọng lượng ống tối thiểu để đảm bảo điều kiện ổn định vị trí là: W = So sánh trọng lượng ống tối thiểu với trọng lượng thực của ống trong nước. Điều kiện để đường ống đảm bảo ổn định vị trí theo tiêu chuẩn lloyd là:P ³ 1,1.W Tính toán lại bài toán ổn định vị trí trong trường hợp đưa đường ống xuống hào ta có kết quả tính toán ghi trong các bảng sau: Bảng 28: Kết quả tính 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 số 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 số 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 số 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 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 số 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 chiều 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 tính 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 Ê [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 số 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 số 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: fvÊ 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 số 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 đề 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 ẩm . 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 đất càng cao thì hiện tượng ăn mòn trong kim loại xảy ra càng ít 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(2á3) lớp (0.7 á 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 dẫn 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 ít, 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 Thiết 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 số 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 kiểm 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 ._.