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浅海海底悬空管道动力响应分析及治理

高文  
【摘要】: 海底管线是海上油田的生命线,海洋油田的油、气、水等的集输、储运,多是通过海底管道来完成的,海底管线把海上油田的整个生产系统有机地联系了起来。然而,由于海底管道所处的海洋环境非常复杂,特别是当海底管道因为冲刷、残余应力等原因出现悬空后将直接受到波浪、海流等的作用,存在着诸多不确定因素,使得海底管道的运营风险俱增。因此对海底管道出现悬空后动力特性的分析及悬空的治理显得尤为重要。鉴于此,本文以浅海海底水平悬空管道及立管为研究对象,以流体动力学理论、流固耦合理论及有限元理论为基础,用通用有限元软件ANSYS建立立管及水平悬空管道的有限元模型,对海底悬空管道的动力特征进行了全面的分析,并针对埕岛海域海洋平台立管管卡的破坏情况设计出了一套适用性更强的海底立管管卡—灌浆式立管管卡。研究结果表明,管跨的悬空长度对其动力响应起决定性的作用,管跨的各动力特征均随悬跨长度的增大而大幅增大,且管跨的自振频率随悬空长度的增大而减小,使得管跨越容易发生涡激共振。如何有效的减小管跨的悬空长度成为治理海底管道因悬空发生破坏的关键,本文所设计的灌浆式管卡及针对目标海域所制定的悬空管道的治理对策和方案均可以很好的解决管跨发生涡激共振。


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