Applicazione della progettazione flessibile della pipeline in FPSO

Nel design del progettazione della conduttura della nave, al fine di prevenire l'influenza dell'espansione termica e della contrazione a freddo della condotta sulla condotta, la flessibilità della condotta deve essere considerata durante la progettazione del lunga conduttura; La curva di dilatazione e il giunto di dilatazione sono due schemi di progettazione comuni per aumentare la flessibilità della tubazione. L'influenza di flange cieche la forza sulla disposizione della conduttura deve essere considerata quando scelta dei giunti di dilatazione.

Nella progettazione della conduttura della nave, prima di tutto, è necessario considerare di soddisfare i requisiti di processo della conduttura e anche considerare le condizioni di sollecitazione delle apparecchiature, della conduttura e dei suoi componenti per garantire un funzionamento sicuro; La sollecitazione del tubo è influenzata dal clima o dai cambiamenti di freddo e caldo del fluido sul tubo e il suo cambiamento è principalmente correlato alla flessibilità del design del tubo; Lo scopo di progettazione della flessibilità della pipeline è quello di rendere il tutto sistema di condutture sufficientemente flessibile da evitare che si verifichino le seguenti situazioni a causa della temperatura, del peso proprio, della pressione interna e del carico esterno del sistema di tubazioni o a causa della restrizione del supporto del tubo e dell'ulteriore spostamento dell'estremità del tubo: 1. La tubazione è danneggiata a causa di sollecitazioni eccessive o affaticamento del metallo. 2. Perdita nei giunti dei tubi. 3. La spinta o la coppia della tubazione è troppo grande, il che provoca uno stress o una deformazione eccessiva dell'apparecchiatura collegata alla tubazione, compromettendo il normale funzionamento dell'apparecchiatura. 4. Il supporto del tubo è danneggiato a causa dell'eccessiva spinta o torsione del tubo.
Nel progetto XJ23-1 FPSO intrapreso dalla nostra fabbrica, il design flessibile della pipeline è stato pienamente considerato; FPSO è un'unità di produzione e stoccaggio galleggiante offshore da 100000 tonnellate costruita dalla nostra azienda per CNOOC. La lunghezza è di 232.5 metri, la larghezza stampata è di 46 metri, la profondità stampata è di 24.1 metri e il pescaggio di progetto è di 16 metri; A causa delle grandi dimensioni dello scafo della nave, al fine di superare l'impatto distruttivo dell'arco cadente sulla conduttura della nave causato dalla fluttuazione della nave in mare con le onde, nonché l'espansione termica e la contrazione a freddo del gasdotto, è necessario prendere in considerazione la selezione di misure appropriate per aumentare la flessibilità del gasdotto durante la progettazione del gasdotto. Il design flessibile della conduttura FPSO si riflette principalmente nel ponte principale e nella conduttura nella cisterna di carico e nella cisterna di zavorra. A causa delle ridotte dimensioni del motore e della cabina della pompa, il concetto di design flessibile è naturalmente introdotto nella pipeline.
Il design flessibile è solitamente suddiviso in compensazione naturale e compensatore; La compensazione naturale comprende principalmente la compensazione di tipo L, di tipo Z, di tipo spaziale e rettangolare, come mostrato nella figura seguente:

Compensatore naturale

Il compensatore comprende principalmente vari tipi di giunti di dilatazione: compensatore di tipo involucro, compensatore di tipo onda, compensatore di tipo involucro autocommissionante e compensatore di tipo canaletto di riempimento.
I suddetti quattro tipi di compensazione naturale e compensatori di tipo canale sotterraneo di riempimento sono selezionati principalmente per il layout della pipeline di FPSO. Il design e la selezione dei compensatori si basano sulle caratteristiche e proprietà di vari compensatori e diversi compensatori vengono selezionati in posizioni diverse. Nella progettazione della tubazione del motore e della sala pompe, a causa delle caratteristiche dello spazio ristretto e delle tubazioni dense, i compensatori naturali di tipo L e Z vengono utilizzati principalmente nel layout di progettazione della tubazione; Nel serbatoio dell'olio di carico e nel serbatoio di zavorra, a causa della complessa struttura della sezione inferiore, varie ossa longitudinali e trasversali sono sfalsate. Per facilitare l'installazione della tubazione e la preapertura della struttura, tutte le tubazioni che richiedono una progettazione flessibile nell'area del serbatoio di carico utilizzano giunti di dilatazione del canale di riempimento; Nella progettazione della conduttura del ponte principale, al fine di ridurre l'influenza della forza della piastra cieca sul supporto del tubo, il design flessibile di tutte le condutture principali adotta un compensatore rettangolare, ad eccezione del fatto che la conduttura di trasmissione dell'olio del carico adotta giunti di dilatazione del canale sotterraneo di riempimento; Poiché il gomito di espansione è una connessione rigida, tutte le tubazioni con curve di espansione non devono considerare la forza della piastra cieca e la sollecitazione che sopporta è sostenuta dal gomito della tubazione. Per le tubazioni con giunti di dilatazione, poiché le tubazioni ad entrambe le estremità dei giunti di dilatazione sono scollegate, la sollecitazione della tubazione non può essere superata solo dalla forza di attrito dei giunti di dilatazione, quindi in questo momento è necessario un forte supporto all'altra estremità il tubo per sopportare la sollecitazione della tubazione e la forza della piastra cieca. La dimensione della forza della piastra cieca è:

F=PS/10000

Nella formula:

• F — Forza piastra cieca tubo ton;
• P - pressione di prova del sistema di tubazioni MPa;
• S — area della sezione della condotta m2.

Secondo la formula di cui sopra, la forza di flangia cieca di diverse specifiche possono essere calcolate.

Numero di serie	Diametro di deriva	Diametro esterno	spessore parete	Pressione di prova/forza piastra cieca ton		Pressione di prova/forza piastra cieca ton		Pressione di prova/forza piastra cieca ton		Pressione di prova/forza piastra cieca ton
1	700	711	12.7	3	110.75	2.4	88.6	2	73.8	1	36.92
2	600	610	12.7	3	80.525	2.4	64.4	2	53.7	1	26.84
3	500	530	12.7	3	59.994	2.4	48	2	40	1	20
4	400	426	12.7	3	37.812	2.4	30.2	2	25.2	1	12.6
5	350	377	12.7	3	29.128	2.4	23.3	2	19.4	1	9.709
6	300	325	12.7	3	21.149	2.4	16.9	2	14.1	1	7.05
7	250	273	12.7	3	14.445	2.4	11.6	2	9.63	1	4.815
8	200	219	12.7	3	8.8312	2.4	7.06	2	5.89	1	2.944
9	150	168	9.5	3	5.231	2.4	4.18	2	3.49	1	1.744
10	100	114	8.6	3	2.2078	2.4	1.77	2	1.47	1	0.736

Si può vedere dalla tabella sopra che se si utilizzano giunti di dilatazione per tubazioni ad alta pressione e di grande diametro, la forza della piastra cieca al gomito della tubazione è molto grande. Per superare una forza così grande della piastra cieca, il supporto fisso del tubo deve essere molto robusto.
La flessibilità della condotta non è solo correlata al layout della condotta, ma anche strettamente correlata all'impostazione del supporto fisso del tubo. La posizione dei supporti dei tubi e dei ganci ha una grande influenza sulla forza della tubazione determinata. La disposizione delle tubazioni, dei supporti e dei pendini influisce sullo stato di distribuzione delle sollecitazioni, sul valore massimo delle sollecitazioni, sulla forza finale e sul momento del sistema di tubazioni. Se la progettazione della tubazione è ragionevole o meno e la corretta impostazione del supporto può migliorare la distribuzione delle sollecitazioni relazionali e le condizioni di sollecitazione e coppia nei punti finali; In FPSO, il layout della condotta principale e l'impostazione del supporto del tubo devono essere calcolati con il software di calcolo delle sollecitazioni della condotta CAESARII; Dal processo di calcolo della sollecitazione, il progetto flessibile della tubazione è strettamente correlato alla posizione di installazione del supporto fisso del tubo. Nello stesso tracciato della condotta, la distribuzione e il cambiamento dello stato di sollecitazione della condotta possono essere visti dai risultati del calcolo solo cambiando parte della direzione della condotta; Come mostrato in figura:

Nel progetto originale, la sollecitazione secondaria del tubo 3090 non passa e la posizione è mostrata nella parte rossa del vento sopra:
Il livello massimo di sollecitazione puntuale della sollecitazione primaria e della sollecitazione secondaria è:

Combinazione di condizioni di lavoro		Nodo n	Stress calcolato (KPa)	Stress ammissibile (KPa)	Sollecitazione calcolata/sollecitazione ammissibile %
1 (SUS)	W+P1	540	13650	136000	10.0
2 (ESP)	L2-L1	3090	631973	337917	187

Dopo aver regolato il layout della pipeline, la pipeline è come mostrato nella figura seguente:

Dopo la modifica, passa la sollecitazione nel punto 3097 del tee e il suo livello di sollecitazione è il seguente:

Combinazione di condizioni di lavoro		Nodo n	Stress calcolato(KPa)	Stress ammissibile(KPa)	Sollecitazione calcolata/sollecitazione ammissibile %
1 (SUS)	W+P1	3097	4039	136000	3.0
2 (ESP)	L2-L1	3097	61785	335960	18.4

Dagli esempi precedenti, si può vedere che se il progetto flessibile della condotta è ragionevole ha un impatto sulla distribuzione delle sollecitazioni della condotta e l'impostazione del supporto fisso della condotta ha un grande impatto sulla condotta. Dal processo di calcolo dell'oleodotto del carico principale in FPSO, l'impatto del supporto fisso sullo stress è molto evidente; Il principale sistema di tubazioni dell'olio della Parte A è mostrato nella figura seguente.

Il sistema di tubazioni è predisposto con giunti di dilatazione del canale di riempimento. Per garantire che l'espansione e la contrazione della tubazione non producano spostamenti e accumuli di sollecitazioni, tra due giunti di dilatazione qualsiasi della tubazione vengono fissati supporti fissi. Se tra i due giunti di dilatazione è presente un tratto di tubo rettilineo senza altri accessori, è più ragionevole posizionare il supporto fisso tra i due giunti di dilatazione; Tuttavia, poiché nella tubazione sono presenti raccordi a T e gomiti, se la posizione del punto fisso non è selezionata correttamente, la sollecitazione del raccordo a T potrebbe essere eccessiva o la sollecitazione del gomito potrebbe essere troppo elevata a causa dell'esistenza di punti ciechi forza della piastra; Nell'analisi delle sollecitazioni e nel calcolo dell'oleodotto di trasmissione dell'olio da carico FPSO, poiché l'andamento di base dell'oleodotto è stato determinato e non può più essere modificato, lo stress dell'oleodotto può essere rilasciato solo regolando la posizione del supporto fisso del tubo, in modo che il lo stress di ciascuna parte della pipeline può raggiungere lo stato ottimale e soddisfare i requisiti dell'analisi dello stress della pipeline. In base al calcolo delle sollecitazioni e all'analisi della tubazione da parte di CAESARII, abbiamo impostato i corrispondenti supporti fissi nella posizione vicino al tee, la posizione migliore tra i due giunti di dilatazione e il gomito per distribuire in modo efficace e ragionevole la sollecitazione dell'intera tubazione. Al fine di ridurre l'effetto di sollecitazione della forza di movimentazione alla cieca sul gomito, nella figura abbiamo posizionato supporti fissi su entrambe le estremità del gomito, come mostrato nella figura seguente:

Per quanto riguarda la tubazione con giunto di dilatazione, l'influenza della forza della piastra cieca sulla tubazione e i requisiti di resistenza per il supporto del tubo devono essere considerati, quindi sull'FPSO, ad eccezione del tubo dell'olio di carico con diametro del tubo troppo grande, che utilizza giunti di dilatazione , le altre condotte utilizzano curve di dilatazione naturale rettangolari. Poiché la condotta del ponte principale è lunga circa 160 m, l'espansione e la contrazione termica della condotta hanno un grande impatto sulla condotta e l'allungamento termico della condotta viene calcolato secondo la seguente formula:

△L =La(t2-t1) 

Nella formula:

• △ L – allungamento termico della condotta cm;
• L — lunghezza totale della condotta m
• A – coefficiente di dilatazione lineare della tubazione cm/(m · ℃)
• T2 — temperatura del fluido nel tubo ℃;
• T1 – temperatura di installazione della tubazione ℃.

In base alla quantità di espansione della tubazione, abbiamo impostato da 3 a 4 curve di espansione su ciascuna tubazione della principale A, come mostrato nella figura sottostante. La principale A dell'intera nave ha allestito 90 curve di espansione rettangolari. Le curve di espansione rettangolari superano efficacemente i danni alla tubazione causati dai cambiamenti nello stress della tubazione dovuti all'arco cedevole, all'espansione termica e alla contrazione a freddo e prolungano la durata della tubazione; Il numero di forti supporti fissi è ridotto.

Dal processo di analisi e calcolo del supporto del tubo principale, la disposizione dei tubi flessibili dovrebbe seguire i seguenti principi:

• 1. La progettazione della tubazione della sala pompe stessa è flessibile, ma occorre prestare attenzione alla tubazione principale dell'acqua di mare e alla tubazione principale dell'acqua di zavorra e nella progettazione deve essere considerata la curva di compensazione naturale;
• 2. La progettazione flessibile deve essere presa in considerazione per le condotte rettilinee con una lunghezza superiore a 30 m: la conduttura di compensazione naturale deve essere utilizzata per quanto possibile per il ponte principale spazioso; Per il fondo dell'area del serbatoio di carico con struttura complessa, è preferibile utilizzare giunti di dilatazione e i punti fissi della tubazione sono fissati sulle paratie trasversali a tenuta stagna;
• 3. La curva di espansione deve essere disposta ordinatamente per quanto possibile nelle file di tubi e la tubazione con grande espansione deve essere disposta all'esterno della curva di espansione;
• 4. Per la tubazione con giunto di dilatazione, cercare di evitare la flessione della tubazione, in modo da ridurre il numero di forze della piastra cieca che agiscono sul supporto del tubo;
• 5. Indipendentemente dal fatto che siano installati giunti di dilatazione o curve di dilatazione, i supporti fissi devono essere aggiunti a due giunti di dilatazione o curve di dilatazione; Tuttavia, un forte supporto deve essere aggiunto al supporto fisso del giunto di dilatazione con tubazione piegata.

Per riassumere, il concetto di design flessibile è molto importante nella progettazione della pipeline navale. Il fatto che la progettazione flessibile possa essere applicata correttamente e che le misure di progettazione flessibile possano essere ragionevolmente selezionate può non solo ridurre la distribuzione delle sollecitazioni della condotta, ma anche prolungare la vita utile della condotta; Inoltre, può ridurre efficacemente i costi di costruzione.

Fonte: Cina Fornitore di soluzioni per tubazioni – Yaang Pipe Industry Co., Limited (www.epowermetals.com)

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