水下管汇管道应力分析研究.pdf

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1、第30卷第5期中国海洋平台V01．30No．52015年10月CHINAOFFSHOREPLATFORMOct．。2015文章编号：1001—4500(2015)05—0048—06水下管汇管道应力分析研究孟宪武，张飞，侯莉(海洋石油工程股份有限公，李司，天津刚，周300451)爽摘要：结合某深水气田PLEM工程设计实例，利用AUTOPIPE软件进行应力分析计算，并按照APIRP1111规范要求进行内压破裂、外压压溃和扩展屈曲的校核计算。此方法和流程可为水下PLEM管道的应力分析提供参考依据。关键词：管道终端管汇；管道应力分析；内压破裂；外压压溃；扩展屈曲中图分类号：P75文献标识

2、码：AStressAnalysisofSubseaPipelineEndManifoldMENGXian—wu，ZHANGFei，HOULi，LIGang，ZHOUShuang(OffshoreOilEngineeringCo．，Ltd，Tianjin300451，China)Abstract：ReferringtothepracticalengineeringdesignexampleofsubseaPLEM，UsingtheAUTOPIPEstressanalysissoftwaretocheckthepipelinestrength。Andaccordtothere—quir

3、ementsofAPIRP1specificationtochecktheinternalburst，externalcollapseandpropagatingbuckles．ThismethodandtheprocesscanworkforstressanalysisofsubseaPLEMprovideareferencebasis．Keywords：pipelineendmanifold；stressanalysisofpipeline；internalburst；externalcollapse；propagatingbuckles0引言随着世界经济和石油化工技术的迅猛发

4、展，世界各国对石油天然气资源的需求量也逐年增加，海底蕴藏的大量石油与天然气资源已成为各大石油公司关注的焦点。近年来海洋石油钻采技术不断完善和成熟，但我国深水工程技术同国外还有差距，尤其是在水下控制系统与生产系统的设计技术、水下设施的安装与测试技术还有诸多不足。水下管汇(PLEM)是应用最为广泛的水下设备，它将各水下井口采出的油气经过海管或跨接管(JUMPER)汇集在一起，然后经主海管输送到海上平台或陆地终端进行油气处理和集输。水下管汇(PLEM)的一般组成部分包括：主管与支管管道、控制系统、水下阀门、法兰或连接器、保护结构与防沉板。对水下管汇(PLEM)进行应力分析的研究，不仅能够

5、提高我国水下设备的研发与制造能力，还能有效地保证水下控制系统和生产系统的可靠性与安全性。收稿日期：2015—03—03基金项目：国家工业和信息化部海洋工程装备项目(E一0813C003)。作者简介：孟宪武(1985一)，男，工程师。第5期盂宪武．等水下管汇(PLEM)管道应力分析研究1压力管道应力分析概述承压管道应力分析实际上是在满足标准规范的前提下，对管道进行包括应力计算在内的力学分析，从而保证管道自身和与其相连的机器、设备以及结构的安全。复杂管线中可能存在压力、重量、温度、海浪、风、土壤约束以及地震、动设备的振动、阀门关闭或开启导致的水锤气锤等外力载荷作用。常规情况，压力管道的

6、应力分析包括静力分析与动力分析。静力分析是压力管道在进行力学分析时只受到静力荷载的作用，包括：压力、重力、外荷载、环境荷载等荷载作用下的管道应力计算；动力分析是压力管道在地震、水锤与冲击荷载作用下考虑的振动分析。2压力管道应力分析基础管道应力分析是为了保证在附加载荷的情况下，管道能够正常运行不会发生疲劳和破坏。由于荷载性质不同，产生的应力性质也不同，它们对管道破坏的贡献也不同。荷载引发了力学变形，变形就导致应力的产生。根据材料力学所述的基础理论，管道的应力主要包括：径向应力％、环向应力盯H、轴向应力气与剪切应力r[2]，应力示意图如图1所示。《⑨缈向氖；二竺

7、，《q一

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10、／轴向应力：aL一％／A。，吼一PD／(4T)，arL=M水／I(弯矩导致的最大轴向应力通常出现在管壁外表面上)；环向应力：仃H=PD／(2T)；径向应力：0(在外表面上不存在)；剪切应力：r—M．R／W。(在主应力截面上，剪切应力为0)。式中：P为承压管道设计压力；D为承压管道外径；T为承压管道壁厚；舰为附加在承压管道上的弯矩；J为承压管道横截面上的惯性矩；FAx为承压管道所受轴向力；A。为承压管道的横截面积；％为附加在承压管道上的扭矩；W。为承压管道的抗扭截面模