海洋工程设计手册 海底管道分册PDF格式文档图书下载

第1篇 力学设计 1

第1章 绪论 1

1.1 引言 2

1.2 设计阶段和设计过程 3

1.2.1 设计阶段 3

1.2.2 设计过程 4

1.3 分析设计 8

1.4 管道设计分析 9

1.4.1 概述 9

1.4.2 管道应力检验 10

1.4.3 悬跨分析 12

1.4.4 海底在位稳性分析 13

1.4.5 热膨胀分析 15

1.4.6 整体屈曲分析 16

1.4.7 管道安装 18

1.5 有限元分析 20

1.6 参考文献 21

第2章 管壁厚度及材料等级选择 23

2.1 引言 24

2.1.1 概述 24

2.1.2 管道设计规范 25

2.1.3 管壁厚度 26

2.2 材料等级选择 27

2.2.1 概述 27

2.2.2 制造、安装及运行成本考虑 27

2.2.3 材料等级优化 28

2.3 压力容器设计 29

2.3.1 概述 29

2.3.2 DNV-OS-F101 30

2.3.3 ABS海底管道系统建造与入级规范 31

2.3.4 美国联邦法规 32

2.3.5 API-RP-1111 33

2.4 等效应力标准 35

2.5 静水压溃 36

2.6 止屈器 38

2.6.1 止屈器的壁厚和长度 38

2.6.2 止屈器的间距 40

2.7 参考文献 41

第3章 金属管道的屈曲／压溃 43

3.1 引言 44

3.1.1 弯矩承载力 44

3.1.2 失效模式 46

3.2 极限弯矩的解析方法 51

3.2.1 极限应力面 51

3.2.2 弯矩 52

3.2.3 全塑性中和轴的位置 53

3.2.4 弯矩承载力 53

3.2.5 弯矩承载力计算公式的适用范围 54

3.3 有限元分析 55

3.3.1 引言 55

3.3.2 解析法与有限元分析的比较 56

3.3.3 组合载荷的承载力 59

3.3.4 利用系数和安全系数 63

3.4 抗弯强度计算指南 64

3.4.1 引言 64

3.4.2 抗弯强度计算 64

3.4.3 小结 68

3.5 参考文献 69

第4章 基于极限状态的强度设计 71

4.1 引言 72

4.1.1 极限状态设计 73

4.1.2 失效的定义 75

4.2 基于应力的设计和基于应变的设计 76

4.2.1 位移和载荷控制 76

4.2.2 基于应力的设计 77

4.2.3 基于应变的设计 78

4.2.4 基于应力的设计方法的适用范围 80

4.3 最大极限状态 82

4.3.1 爆破 82

4.3.2 局部屈曲／压溃 84

4.4 正常使用极限状态 87

4.5 疲劳极限状态 89

4.5.1 棘轮效应 89

4.5.2 整体屈曲和轴向移动 90

4.6 偶然极限状态 91

4.6.1 累积塑性应变 91

4.6.2 应变集中 92

4.6.3 偶然载荷 93

4.7 参考文献 94

第2篇 管道设计 97

第5章 海底管道的水力和热力分析 97

5.1 引言 98

5.2 输油管道 99

5.2.1 概述 99

5.2.2 管道沿程摩擦损失 99

5.2.3 管道沿程温降 101

5.2.4 管道停输后的温降 105

5.2.5 水锤 106

5.2.6 重启压力 107

5.3 输气管道 107

5.3.1 天然气的成分和性质 107

5.3.2 水平管道的水动力分析 109

5.3.3 起伏管道的水动力分析 110

5.3.4 摩擦系数 111

5.3.5 输气管道的平均压力 113

5.3.6 输气管道的热力分析 113

5.4 油气管道的水动力分析 114

5.4.1 多相流管道的沿程压降 114

5.4.2 截面含液率 115

5.4.3 两相流的流型判据 117

5.4.4 油气两相流的段塞 118

5.4.5 两相流的摩擦系数 120

5.4.6 油气两相流的侵蚀速率 121

5.5 输水管道 121

5.5.1 概述 121

5.5.2 输水管道的尺寸 122

5.5.3 输水管道的水头损失 122

5.5.4 水锤问题 124

5.6 商业设计分析软件 128

5.7 参考文献 128

第6章 管土相互作用 131

6.1 引言 132

6.1.1 土的类型与分类方法 132

6.1.2 摩擦系数 136

6.1.3 管-土模型 138

6.2 管道在粘性土中的沉降 139

6.2.1 引言 139

6.2.2 初始沉降 140

6.2.3 铺设效应 145

6.3 管道在非粘性土中的沉降 149

6.3.1 初始沉降 149

6.3.2 液化土中的竖向稳定性 150

6.4 管道的轴向载荷-位移响应 152

6.4.1 粘性土 153

6.4.2 非粘性土 154

6.5 管道的侧向载荷-位移响应 155

6.5.1 粘性土 156

6.5.2 非粘性土 160

6.5.3 侧向屈曲“轻”管和“重”管 161

6.5.4 侧向屈曲导致的土壤隆起 163

6.6 参考文献 165

第7章 管道周围的水动力学 167

7.1 引言 168

7.1.1 概述 168

7.1.2 波浪数据处理 168

7.2 波浪理论 170

7.2.1 概述 170

7.2.2 线性波浪理论 173

7.2.3 非线性波浪理论 180

7.3 稳定海流 180

7.4 水动力 181

7.4.1 水动力拖拽力和惯性力 181

7.4.2 水动力升力 185

7.5 参考文献 186

第8章 管道在位特性的有限元分析 189

8.1 引言 190

8.2 管道系统的有限元建模 191

8.2.1 静态分析涉及的问题 191

8.2.2 动态分析涉及的问题 193

8.3 有限元分析程序和载荷步骤 193

8.3.1 静态分析程序 195

8.3.2 动态分析程序 195

8.4 建模单元类型 195

8.5 非线性模型和海床模型 198

8.5.1 材料模型 198

8.5.2 几何非线性 199

8.5.3 边界条件 199

8.5.4 海床模型 199

8.6 有限元模型的验证 200

8.7 动态屈曲分析 202

8.8 停输操作过程中的循环在位特性 204

8.9 参考文献 206

第9章 热膨胀设计 207

9.1 引言 208

9.1.1 高压高温管道 208

9.1.2 热膨胀 209

9.2 管道应变 210

9.2.1 引言 210

9.2.2 压应变 211

9.2.3 热应变 212

9.2.4 摩擦应变 212

9.2.5 管道总应变 213

9.3 管道应力 214

9.3.1 压力效应 214

9.3.2 温度效应 218

9.3.3 管道应力 218

9.4 管道的有效轴向力 220

9.5 单管管道的膨胀 223

9.5.1 引言 223

9.5.2 轴向应变和管端膨胀 223

9.5.3 未约束边界长管的膨胀 226

9.5.4 具有不同管截面的长管的膨胀 227

9.5.5 具有衰减温度曲线的管道的膨胀 229

9.5.6 未约束短管的膨胀 230

9.6 PIP系统的膨胀 232

9.6.1 引言 232

9.6.2 虚拟固定点 232

9.6.3 管端膨胀 233

9.7 膨胀分析样例 235

9.7.1 具有恒定P和T曲线的出油管的膨胀 238

9.7.2 具有衰减温度曲线的出油管的膨胀 239

9.8 参考文献 240

第10章 侧向屈曲和管道轴向移动 241

10.1 引言 242

10.1.1 侧向屈曲响应 243

10.1.2 Hobbs法 244

10.1.3 侧向屈曲的极限状态设计 246

10.2 屈曲产生 247

10.2.1 有效轴向力 247

10.2.2 侧向屈曲 249

10.2.3 屈曲初始载荷 251

10.2.4 支墩参数对临界屈曲载荷的影响 252

10.2.5 屈曲启动设备的间距 255

10.2.6 屈曲可靠性 257

10.3 限制侧向屈曲 259

10.3.1 引言 259

10.3.2 蛇形铺设 260

10.3.3 支墩 261

10.3.4 分布式浮力 262

10.3.5 限制屈曲设备的比较 263

10.4 管道轴向移动 265

10.4.1 引言 265

10.4.2 钢悬链立管 267

10.4.3 海床斜坡 270

10.4.4 热瞬态 271

10.4.5 多相流特性 272

10.4.6 管道轴向移动的预防 274

10.5 参考文献 276

第11章 隆起屈曲 279

11.1 引言 280

11.2 隆起屈曲的解析方法 283

11.2.1 概述 283

11.2.2 隆起屈曲的驱动力 285

11.2.3 管道稳性 288

11.2.4 隆起运动分析 291

11.2.5 跳跃屈曲和隆起蠕变 293

11.3 隆起屈曲的有限元分析 297

11.3.1 概述 297

11.3.2 有限元建模 297

11.3.3 设计标准 300

11.4 限制隆起屈曲的稳定方法 301

11.4.1 概述 301

11.4.2 上拔阻力与隆起屈曲 303

11.5 限制隆起屈曲的设计 305

11.5.1 概述 305

11.5.2 减小驱动力 305

11.5.3 抛石或沉排稳定 306

11.5.4 管束 306

11.5.5 路径选择和轮廓平滑处理 307

11.6 参考文献 307

第12章 疲劳与断裂 309

12.1 引言 310

12.1.1 疲劳分析方法 311

12.1.2 S-N法与FM分析 311

12.2 S-N疲劳分析法 312

12.2.1 基于S-N曲线的疲劳评估 312

12.2.2 Miner准则 313

12.2.3 离岸工程疲劳设计标准 315

12.2.4 疲劳损伤的控制因素 318

12.2.5 提高疲劳寿命的技术 324

12.2.6 基于△ε-N曲线的疲劳评估 325

12.3 断裂 326

12.3.1 概述 326

12.3.2 裂纹形成和扩展 329

12.3.3 断裂韧性 330

12.3.4 疲劳裂纹扩展 337

12.3.5 工程临界评估 338

12.3.6 失效评估图 341

12.4 ECA工业规范 344

12.4.1 概述 344

12.4.2 PD6493 345

12.4.3 BS 7910 346

12.4.4 API 1104 347

12.4.5 DNV-RP-F108 347

12.4.6 DNV-OS-F101 348

12.5 参考文献 348

第13章 坐底稳性 351

13.1 引言 352

13.2 竖向坐底稳性 353

13.3 侧向坐底稳性 354

13.3.1 DNV-RP-E305 354

13.3.2 DNV-RP-F109 357

13.4 管／土相互作用 360

13.5 稳定措施 362

13.5.1 混凝土配重层 362

13.5.2 壁厚 363

13.5.3 开沟和回填 363

13.5.4 抛石 363

13.5.5 混凝土沉排 364

13.5.6 锚或锚杆 364

13.5.7 砂／水泥浆袋 364

13.6 接受准则 365

13.6.1 容许侧向位移 365

13.6.2 极限状态强度标准 365

13.7 稳性分析 366

13.7.1 稳性分析专用软件 366

13.7.2 干预设计的有限元分析 367

13.8 参考文献 370

第14章 管道跨段和涡致振动疲劳 373

14.1 引言 374

14.1.1 概述 374

14.1.2 结构静态模型 376

14.1.3 结构动态模型 377

14.1.4 本章目的 377

14.2 静态分析 378

14.2.1 解析分析 378

14.2.2 静态应力极限 380

14.3 动态分析 381

14.3.1 管道固有频率 382

14.3.2 悬跨段的涡致振动分析程序 384

14.3.3 疲劳损伤 388

14.3.4 响应幅值 389

14.3.5 模态分析 392

14.4 涡致振动减缓与跨段修正 393

14.4.1 概述 393

14.4.2 涡致振动减缓 394

14.4.3 跨段修正 395

14.5 样例 397

14.5.1 概述 397

14.5.2 疲劳评估 399

14.6 参考文献 402

第15章 作用力模型和波致疲劳 403

15.1 引言 404

15.2 疲劳分析 404

15.2.1 悬跨管道的疲劳 404

15.2.2 疲劳损伤评估程序 407

15.2.3 疲劳损伤接受准则 408

15.2.4 时域法求解疲劳损伤 408

15.2.5 频域法求解疲劳损伤 409

15.3 作用力模型 411

15.3.1 单跨的流向运动公式 411

15.3.2 模态分析 412

15.3.3 时域法 414

15.3.4 频域法 416

15.4 频域法和时域法比较 419

15.4.1 小结 420

15.5 参考文献 420

第16章 拖网冲击、拖拉及坠落物体 423

16.1 引言 424

16.2 拖网渔具 425

16.2.1 拖网渔具的基本种类 425

16.2.2 目前使用的最大拖网渔具 425

16.3 接受准则 426

16.3.1 冲击响应分析 426

16.3.2 拖拉响应分析 427

16.4 冲击响应分析 427

16.4.1 概述 427

16.4.2 冲击响应分析方法 427

16.4.3 钢管及涂层刚度 430

16.4.4 拖网板刚度、质量及水动力附加质量 433

16.4.5 冲击响应 434

16.5 拖拉载荷 436

16.6 拖拉响应分析的有限元模型 437

16.6.1 概述 437

16.6.2 有限元模型 438

16.6.3 分析方法 438

16.7 案例研究 440

16.7.1 概述 440

16.7.2 非平整海床管道的拖网拖拉 440

16.8 参考文献 446

第17章 套管系统和管束系统 447

17.1 引言 448

17.1.1 套管系统和管束系统 449

17.2 套管系统 451

17.2.1 概述 451

17.2.2 套管结构 451

17.2.3 结构设计和分析 460

17.2.4 设计标准 462

17.2.5 岸上制造接头和现场制造接头 463

17.2.6 套管的安装 464

17.3 管束系统 465

17.3.1 概述 465

17.3.2 管束结构 466

17.3.3 结构设计和分析 467

17.3.4 管束安装 475

17.4 参考文献 478

第18章 抗震设计 479

18.1 引言 480

18.2 地震的危害性 481

18.2.1 地表断层 481

18.2.2 滑坡 482

18.2.3 液化 483

18.3 管道抗震设计指南 484

18.3.1 管道抗震设计 484

18.3.2 管道设计标准 485

18.4 抗震设计方法 486

18.4.1 断层交错带的静态分析 486

18.4.2 地面波分析 487

18.4.3 设计的抗震等级 488

18.5 分析样例 488

18.5.1 断层交错情况下埋地管道的响应 489

18.5.2 地表波作用下裸置管道的响应 491

18.6 减灾方法 493

18.6.1 改变载荷和边界条件 494

18.6.2 改进管道结构 494

18.6.3 管道路径选择的优化 494

18.6.4 提高应急响应 495

18.7 参考文献 495

第19章 防腐及先进阴极保护设计 497

19.1 引言 498

19.2 阴极保护的基本原理 499

19.3 管道涂层 501

19.3.1 内涂层 501

19.3.2 外涂层 501

19.4 阴极保护设计参数 502

19.4.1 设计寿命 502

19.4.2 电流密度 502

19.4.3 涂层击穿系数 504

19.4.4 阳极材料性能 505

19.4.5 电阻率 507

19.4.6 阳极利用系数 507

19.5 电蚀阳极系统的设计 508

19.5.1 阳极选择 508

19.5.2 阴极保护设计实践 510

19.5.3 阳极间距的确定 511

19.5.4 管道阴极保护系统的改造 511

19.6 内腐蚀缓蚀剂 512

19.7 参考文献 513

第20章 极地管道 515

20.1 引言 516

20.1.1 气候数据和地貌 517

20.2 极地管道需考虑的问题 517

20.2.1 冰蚀 518

20.2.2 漩涡式冲刷 519

20.2.3 冻胀 520

20.2.4 融沉 521

20.2.5 隆起屈曲 522

20.3 极地管道设计方法 523

20.3.1 概述 523

20.3.2 管道结构 524

20.3.3 管道载荷 525

20.3.4 应变能力及设计标准 525

20.3.5 断裂力学及材料选择 526

20.3.6 极地管道设计程序 527

20.3.7 检测和维护 527

20.4 地热分析 528

20.4.1 地热设计 528

20.4.2 结构分析 530

20.5 冰蚀分析 531

20.5.1 概述 531

20.5.2 任意拉格朗日－欧拉法 532

20.5.3 耦合欧拉－拉格朗日法 533

20.6 安装技术 535

20.6.1 开沟 535

20.6.2 安装方法 536

20.7 参考文献 536

第21章 海底测量和定位 539

21.1 引言 540

21.1.1 概述 540

21.2 海底测量 541

21.2.1 海底测量的要求 541

21.2.2 海底测量的设备要求 545

21.2.3 海底剖面仪 547

21.2.4 磁强计 548

21.2.5 岩芯取样器和底部取样器 549

21.2.6 定位系统 549

21.3 海底计量与定位 550

21.3.1 传感器 551

21.3.2 校准 551

21.3.3 水柱参数 551

21.3.4 声学长基线 552

21.3.5 声学短基线和超短基线 554

21.4 海底土壤勘察 556

21.4.1 近海土壤勘察的设备要求 556

21.4.2 海底测量设备接口 560

21.5 参考文献 564

第22章 管道路径优化、接岸、连接及保护 565

22.1 引言 566

22.2 管道路由 566

22.2.1 引言 566

22.2.2 基本原则 567

22.2.3 成本问题 567

22.2.4 路径测量 568

22.2.5 路径优化 568

22.2.6 管道定线图 569

22.3 管道接岸 571

22.3.1 引言 571

22.3.2 管道接岸设计 571

22.3.3 管道接岸方法 573

22.4 管道连接 576

22.4.1 短管 578

22.4.2 侧拉 578

22.4.3 J型管牵引 579

22.4.4 连接并埋设 579

22.4.5 Stalk-on法 580

22.5 出油管开沟／埋设 585

22.5.1 喷水滑橇 585

22.5.2 开沟犁入 586

22.5.3 机械开挖机 588

22.5.4 流化开沟设备 589

22.6 出油管抛石 590

22.6.1 侧填 591

22.6.2 落石管 591

22.6.3 开底抛石 591

22.7 参考文献 592

第23章 Asgard油田出油管设计样例 593

23.1 引言 594

23.2 壁厚和管线管材料选择 594

23.2.1 概述 594

23.2.2 管线管材料选择 595

23.2.3 壁厚设计 595

23.3 极限状态强度标准 596

20.3.1 概述 596

23.3.2 组合载荷下爆破 596

23.3.3 局部屈曲／压溃 597

23.3.4 断裂 597

23.3.5 低循环疲劳 597

23.3.6 棘轮效应 599

23.4 安装和海底在位稳性 601

23.4.1 安装设计 601

23.4.2 海底在位稳性 602

23.5 针对整体屈曲、渔具载荷和涡致振动的设计 604

23.5.1 概述 604

23.5.2 整体屈曲 604

23.5.3 拖网板 606

23.5.4 涡致振动 610

23.6 参考文献 612

第3篇 柔性管和增强热塑性塑料管 615

第24章 柔性管 615

24.1 引言 616

24.2 柔性管的应用 617

24.2.1 柔性立管 618

24.2.2 柔性出油管 621

24.2.3 装卸软管 622

24.2.4 跨接管 624

24.2.5 钻井立管 624

24.3 柔性管系统及构件 625

24.3.1 互锁钢骨架 626

24.3.2 聚合物内护套 627

24.3.3 铠装层 627

24.3.4 聚合物外护套 631

24.3.5 柔性管的其他层及结构 631

24.3.6 主要辅助设备 632

24.4 参考文献 637

第25章 柔性管横截面和动态分析 639

25.1 引言 640

25.2 柔性管指南 640

25.2.1 API技术规范17K 641

25.2.2 API技术规范17J 641

25.2.3 API推荐规程17B 643

25.3 柔性管的材料和机械性能 644

25.3.1 密封件性能 645

25.3.2 铠装件性能 646

25.4 柔性管设计中的解析公式 649

25.4.1 分析和设计概述 649

25.4.2 柔性管解析建模 649

25.4.3 非粘接柔性管的解析方法 650

25.4.4 轴对称特性 652

25.4.5 抗弯特性 655

25.5 非粘接柔性管的有限元分析 656

25.5.1 静态分析 656

25.5.2 疲劳分析 657

25.6 参考文献 659

第26章 增强热塑性塑料管的拉压强度 661

26.1 引言 662

26.1.1 增强热塑性塑料管的材料 662

26.1.2 端部配件设计 663

26.1.3 优点及应用 664

26.2 规范要求 665

26.3 RTP管受拉性能 665

26.3.1 轴向拉伸试验 665

26.3.2 试验结果与有限元分析的比较 668

26.4 RTP管受压性能 669

26.4.1 轴向压缩试验 669

26.4.2 试验结果与有限元分析的比较 672

26.5 参考文献 674

第27章 增强热塑性塑料管的爆破强度 675

27.1 引言 676

27.2 实验分析 677

27.2.1 材料性能 677

27.2.2 爆破试验 678

27.3 解析分析 680

27.3.1 引言 680

27.3.2 坐标系 680

27.4 有限元分析 681

27.5 结果与比较 684

27.6 参考文献 685

第28章 增强热塑性塑料管的压溃 687

28.1 引言 688

28.2 增强热塑性塑料管压溃的解析分析 689

28.2.1 运动学 689

28.2.2 增强热塑性塑料管的各层材料 691

28.2.3 虚功原理 694

28.2.4 半径和壁厚的修正 695

28.2.5 解析方法 695

28.3 增强热塑性塑料管压溃的有限元分析 698

28.3.1 引言 698

28.3.2 有限元建模 698

28.4 增强热塑性塑料管压溃的分析样例 699

28.4.1 引言 699

28.4.2 输入数据 699

28.4.3 压力－椭圆度曲线 700

28.5 敏感性分析 702

28.5.1 初始缺陷的影响 702

28.5.2 剪切变形的影响 703

28.5.3 初始屈曲变形的影响 704

28.6 参考文献 705

第29章 增强热塑性塑料管的海上安装 707

29.1 引言 708

29.2 规范要求 711

29.3 增强热塑性塑料管安装的解析分析 712

29.3.1 引言 712

29.3.2 静态构形 713

29.4 增强热塑性塑料管安装的有限元分析 716

29.5 参数研究 720

29.5.1 水深 720

29.5.2 顶部铺设角度 721

29.5.3 沉没重量 723

29.5.4 海床刚度 724

29.5.5 小结 725

29.6 参考文献 726

第30章 增强热塑性塑料管的坐底稳性 727

30.1 引言 728

30.2 稳定方法 728

30.2.1 重力锚 729

30.2.2 岩石锚杆 730

30.2.3 混凝土沉排 731

30.2.4 抛石 731

30.3 增强热塑性塑料管的坐底稳性分析 733

30.3.1 设计参数 733

30.3.2 设计标准 735

30.3.3 解析分析 735

30.3.4 有限元分析 736

30.3.5 实验测试 739

30.3.6 小结 745

30.4 参考文献 745

第4篇 钢管线管、焊接和安装 747

第31章 高强度管线钢的应用 747

31.1 引言 748

31.2 高强度钢管线管的应用 749

31.2.1 X70管线管的应用 749

31.2.2 X80管线管在陆地管道的应用 754

31.2.3 高于X80等级的高强度钢 756

31.3 高强度钢的潜在优缺点 758

31.3.1 高强度钢的潜在优点 758

31.3.2 高强度钢的潜在缺点 759

31.4 高强度管线管的焊接 761

31.4.1 标准焊接技术的适用性 761

31.4.2 现场焊接项目经验 763

31.5 阴极保护 765

31.6 高强度钢的疲劳和断裂 766

31.7 材料性能要求 766

31.7.1 环向要求 766

31.7.2 纵向要求 767

31.7.3 材料性能要求的比较 767

31.8 参考文献 768

第32章 焊接和缺陷验收 771

32.1 引言 772

32.2 焊接修复分析 772

32.2.1 塑性压溃的容许挖补长度 773

32.2.2 不同评估标准下的容许挖补长度 775

32.3 容许挖补长度评估 777

32.3.1 安装管道的描述 777

32.3.2 分析方法 777

32.3.3 分析结果 779

32.4 结论 782

32.5 参考文献 783

第33章 安装设计 785

33.1 引言 786

33.2 管道安装船 787

33.2.1 引言 787

33.2.2 半潜式铺管船 790

33.2.3 铺管船和铺管驳船 791

33.2.4 卷管式铺管船 791

33.2.5 拖船 792

33.3 铺管方法 792

33.3.1 S型铺设法 793

33.3.2 J型铺设法 794

33.3.3 卷管式铺设法 796

33.3.4 拖管法 797

33.4 安装软件及规范要求 798

33.4.1 OFFPIPE软件 798

33.4.2 OrcaFlex软件 799

33.4.3 Flexcom软件 800

33.4.4 规范要求 800

33.5 安装的物理背景 801

33.5.1 S型铺设法 801

33.5.2 静态构形 802

33.5.3 下弯段和上弯段的曲率 803

33.5.4 静水压力 805

33.5.5 应变集中和残余应变 806

33.5.6 管道中的刚性段 807

33.5.7 干重／沉没重量 808

33.5.8 管道旋转 808

33.5.9 具有残余曲率的管道的安装特性 812

33.6 S型铺设法安装的解析方法 814

33.6.1 第一段 815

33.6.2 第二段 817

33.6.3 第三段 818

33.6.4 第四段 819

33.7 带流向阀的管道的安装有限元分析 820

33.7.1 管道的静态构形 820

33.7.2 管道在托管架上的滑动 822

33.7.3 安装流向阀 823

33.8 双介质管道的设计概念 824

33.8.1 引言 824

33.8.2 三介质和双介质管道的壁厚设计 825

33.8.3 安装非水密管道 826

33.8.4 S型铺设法与J型铺设法的比较 828

33.8.5 费用情况 830

33.9 参考文献 831

第5篇 管道完整性管理 833

第34章 管道试运行、运行和维护 833

34.1 引言 834

34.2 预试运行 834

34.2.1 注水、扫线和定径 835

34.2.2 压力测试 836

34.2.3 除水和烘干 839

34.3 试运行 840

34.4 运行 841

34.4.1 运行原理 841

34.4.2 管道安全 841

34.4.3 清管作业 843

34.4.4 管道停输 846

34.4.5 管道减压 847

34.5 维护 848

34.5.1 引言 848

34.5.2 管道阀 848

34.5.3 清管器接收器 849

34.5.4 管道位置标识 849

34.6 参考文献 850

第35章 腐蚀与腐蚀管道 851

35.1 引言 852

35.2 腐蚀缺陷预测 853

35.2.1 引言 853

35.2.2 无硫腐蚀－二氧化碳腐蚀 853

35.2.3 酸蚀－硫化氢腐蚀 854

35.2.4 腐蚀缺陷检查 855

35.2.5 腐蚀缺陷生长 856

35.2.6 腐蚀预测 856

35.3 腐蚀管道的剩余强度 865

35.3.1 NG-18标准 865

35.3.2 B31G标准 866

35.3.3 现有标准的评价 868

35.3.4 腐蚀机制 868

35.4 参考文献 872

第36章 腐蚀管道的屈曲／压溃 873

36.1 引言 874

36.2 组合载荷作用下管道的力矩承载力 874

36.2.1 概述 874

36.2.2 案例1：受压状态下的腐蚀区域 875

36.2.3 全塑性中和轴 876

36.2.4 弯矩承载力 878

36.2.5 关于公式的讨论 879

36.3 外压屈曲 882

36.4 Timoshenko公式的修正 885

36.5 弯曲和压力的相互作用 885

36.5.1 解析结果与有限元结果的比较 886

36.5.2 弯曲强度计算指南 890

36.5.3 最大容许弯矩 890

36.6 结论 894

36.7 参考文献 895

第37章 凹陷管道 897

37.1 引言 898

37.2 基于极限状态的凹陷管道标准 898

37.2.1 概述 898

37.2.2 正常使用极限状态（失圆度） 899

37.2.3 凹陷管道的爆破标准 900

37.2.4 含裂纹凹陷管道的断裂标准 900

37.2.5 凹陷管道的疲劳标准 900

37.2.6 凹陷管道屈曲和压溃的弯矩标准 901

37.3 含纵向裂纹的管道的断裂 903

37.3.1 含纵向裂纹的管道的失效压力 903

37.3.2 含凹陷和纵向缺口的管道的爆破压力 904

37.3.3 爆破强度标准 908

37.4 含周向裂纹管道的断裂 908

37.4.1 断裂条件和临界应力 908

37.4.2 材料韧度Kmat 909

37.4.3 净截面应力σn 909

37.4.4 最大容许轴向应力 910

37.5 基于可靠性的评估 910

37.5.1 设计公式与极限状态函数 910

37.5.2 不确定性的度量 911

37.6 设计样例 912

37.6.1 案例说明 912

37.6.2 参数测量 912

37.6.3 可靠性评估 913

37.6.4 敏感性研究 916

37.7 参考文献 918

第38章 管道检测和海底修复 921

38.1 管道检测 922

38.1.1 引言 922

38.1.2 金属损耗检测技术 924

38.1.3 非金属损耗检测用途的智能清管器 931

38.2 管道修理方法 933

38.2.1 传统修理方法 933

38.2.2 日常维护修理 935

38.3 深水管道修理 940

38.3.1 引言 940

38.3.2 非潜水修理系统的研究和发展 942

38.3.3 用于深水管道修理的智能封堵器 943

38.4 参考文献 946

第39章 柔性管的完整性管理 947

39.1 引言 948

39.1.1 概述 948

39.1.2 失效统计 949

39.1.3 风险管理方法 950

39.2 失效模式 950

39.2.1 端部配件 951

39.2.2 内骨架 951

39.2.3 内抗压护套 952

39.2.4 抗压铠装层 953

39.2.5 抗拉铠装层 953

39.2.6 外护套 954

39.2.7 防弯器 955

39.3 失效原因和机制 955

39.3.1 腐蚀 955

39.3.2 疲劳 957

39.3.3 侵蚀 958

39.3.4 温度 959

39.3.5 压力 960

39.3.6 产液成分 960

39.3.7 运行载荷 960

39.3.8 管道堵塞或限制流动 961

39.3.9 意外损伤 961

39.4 完整性管理策略 961

39.4.1 设计阶段的完整性管理系统 962

39.4.2 制造阶段的完整性管理系统 962

39.4.3 安装和试运行阶段的完整性管理系统 963

39.5 检查和监控概述 963

39.5.1 检查和监控方法 963

39.5.2 一般目视检查／近观检查 965

39.5.3 涡流 965

39.5.4 射线照相 966

39.5.5 超声技术 967

39.5.6 声发射 967

39.5.7 立管和锚链监控系统及磁各向异性和磁导率系统 967

39.5.8 钻孔液体参数监控 968

39.6 检测和分析方法 968

39.6.1 试样取样和分析 968

39.6.2 立管管道环真空试验 969

39.7 参考文献 969

第40章 泄漏探测系统 971

40.1 引言 972

40.2 泄漏探测方法 973

40.2.1 概述 973

40.2.2 外部泄漏探测系统 975

40.2.3 内部泄漏探测系统 976

40.3 不同方法的关键特征 980

40.4 泄漏探测原理 982

40.4.1 梯度交会法 982

40.4.2 质量平衡法 983

40.4.3 统计泄漏探测系统 983

40.4.4 负压波法 986

40.5 参考文献 988

第41章 光纤监控系统 989

41.1 引言 990

41.2 光纤传感器技术 991

41.2.1 光纤布拉格光栅传感器 991

41.2.2 分布式光纤传感器 993

41.3 传感光纤的种类 1001

41.3.1 通信光纤 1001

41.3.2 光子晶体光纤 1002

41.3.3 聚合物光纤 1002

41.4 光纤监控在海底管道上的应用 1003

41.4.1 目的 1003

41.4.2 光纤的选择 1004

41.4.3 光缆的几何结构 1004

41.4.4 管道接头处光纤的连接方法 1005

41.4.5 增强热塑性塑料管中的光纤布局 1005

41.4.6 管道光纤作业问题 1006

41.5 参考文献 1007

第6篇 风险与可靠性应用 1011

第42章 海底管道的风险分析 1011

42.1 引言 1012

42.1.1 概述 1012

42.1.2 风险分析的目的 1012

42.1.3 风险分析概念 1012

42.1.4 基于风险的检测和完整性管理 1013

42.2 接受准则 1014

42.2.1 概述 1014

42.2.2 个体风险 1015

42.2.3 社会风险 1015

42.2.4 环境风险 1016

42.2.5 财务风险 1016

42.3 触发事件识别 1017

42.4 起因分析 1018

42.4.1 概述 1018

42.4.2 故障树分析 1018

42.4.3 事件树分析 1019

42.5 触发事件的概率 1019

42.5.1 概述 1019

42.5.2 人为／组织失误概率 1020

42.6 风险的起因 1022

42.6.1 概述 1022

42.6.2 处于第一方位的个体风险 1023

42.6.3 社会、环境和材料损失风险 1023

42.7 基于定性评价和数据库的失效概率估算 1024

42.7.1 一般危险／管道损伤列表 1024

42.7.2 风险评价样例 1025

42.8 基于结构可靠性方法的失效概率估计 1027

42.8.1 概述 1027

42.8.2 可靠性指数和失效概率的简化计算 1028

42.8.3 强度／抗力模型 1029

42.8.4 强度不确定性评估 1029

42.9 后果分析 1030

42.9.1 后果建模 1030

42.9.2 失效后果估计 1033

42.10 样例1：海底输气管道的风险分析 1035

42.10.1 概述 1035

42.10.2 气体泄出 1036

42.10.3 个体风险 1039

42.10.4 社会风险 1040

42.10.5 环境风险 1042

42.10.6 物质损失风险 1042

42.10.7 风险估计 1044

42.11 样例2：坠落物体风险分析 1044

42.11.1 概述 1044

42.11.2 可接受风险水平 1044

42.11.3 定量起因分析 1045

42.11.4 结果 1048

42.11.5 后果分析 1049

42.12 样例3：使用基于风险的检测和完整性管理降低作业成本 1049

42.12.1 概述 1049

42.12.2 腐蚀管道的检测频率 1050

42.12.3 优先任务样例 1054

42.13 参考文献 1055

第43章 基于风险的检测 1059

43.1 引言 1060

43.1.1 目的 1060

43.2 风险术语的说明 1061

43.2.1 概述 1061

43.2.2 失效概率 1061

43.2.3 失效后果 1062

43.2.4 风险 1062

43.3 工作程序 1065

43.3.1 初步筛选 1066

43.3.2 初步评估 1067

43.3.3 详细评估 1071

43.4 管道基于风险的检测 1072

43.4.1 管道退化机制 1072

43.4.2 失效概率值的评估 1072

43.4.3 失效后果值的评估 1079

43.4.4 风险识别和准则 1081

43.5 参考文献 1082

第44章 基于可靠性的管道强度设计 1085

44.1 引言 1086

44.2 失效概率 1086

44.3 不确定性度量 1087

44.3.1 分布函数的选择 1087

44.3.2 确定统计值 1087

44.4 标定安全系数 1088

44.4.1 概述 1088

44.4.2 目标可靠性水平 1088

44.5 基于可靠性确定腐蚀裕量 1089

44.5.1 概述 1089

44.5.2 可靠性模型 1090

44.5.3 设计样例 1092

44.5.4 讨论 1097

44.5.5 建议 1098

44.6 参考文献 1098

第45章 管道设计的生命周期成本建模 1101

45.1 引言 1102

45.1.1 概述 1102

45.1.2 概率生命周期成本模型与确定性生命周期成本模型 1103

45.1.3 经济价值分析 1103

45.2 初始成本 1104

45.2.1 概述 1104

45.2.2 管理 1105

45.2.3 设计／工程服务 1106

45.2.4 材料和制造 1107

45.2.5 海上作业 1107

45.2.6 运行 1107

45.3 财务风险 1107

45.3.1 概述 1107

45.3.2 失效概率 1108

45.3.3 失效后果 1108

45.4 资金的时间价值 1110

45.5 使用生命周期成本模型的制造公差样例 1111

45.5.1 概述 1111

45.5.2 背景 1111

45.5.3 使用生命周期成本模型的分析步骤 1111

45.6 使用生命周期成本模型的坐底稳性样例 1122

45.6.1 引言 1122

45.6.2 使用生命周期成本模型的分析程序 1122

45.7 参考文献 1124

第46章 基于定量风险分析的基于风险的检测 1127

46.1 引言 1128

46.1.1 定义 1128

46.1.2 动机和目的 1129

46.2 方法和基本原理 1130

46.2.1 失效概率 1130

46.2.2 失效后果 1131

46.2.3 风险确定及检测方案 1132

46.3 基于定量风险分析的风险的检测程序 1132

46.3.1 信息收集 1133

46.3.2 风险接受准则 1133

46.3.3 管道分段 1134

46.3.4 定量风险评估 1135

46.3.5 高风险位置和主要退化机制 1139

46.3.6 检测方案 1139

46.4 案例研究 1140

46.4.1 管道分段 1141

46.4.2 失效概率计算 1141

46.4.3 失效概率修正 1143

46.4.4 失效概率分析 1144

46.4.5 失效后果识别 1145

46.4.6 风险确定 1145

46.4.7 高风险位置和主要退化机制 1147

46.4.8 检测方案 1148

46.4.9 小结 1148

46.5 参考文献 1148

第47章 基于风险和可靠性的适用性分析 1151

47.1 引言 1152

47.1.1 目标可靠性 1153

47.1.2 数据收集 1155

47.2 定量风险评估和目标可靠性 1156

47.2.1 管道分段 1156

47.2.2 失效概率 1157

47.2.3 失效后果 1158

47.2.4 目标可靠性 1158

47.3 结构可靠性分析和保压能力 1159

47.3.1 概述 1159

47.3.2 结构可靠性评估方法 1159

47.3.3 强度不确定性评估 1161

47.3.4 管道保压能力 1163

47.4 腐蚀速率 1164

47.5 基于风险和可靠性的适用性样例 1164

47.5.1 管道数据 1164

47.5.2 分析结果 1165

47.5.3 小结 1170

47.6 参考文献 1171

第48章 管道流动风险评估 1173

48.1 引言 1174

48.2 风险评估方法 1174

48.2.1 概述 1174

48.2.2 风险接受准则 1175

48.2.3 定量风险评估 1177

48.3 堵塞风险评估 1178

48.3.1 概述 1178

48.3.2 失效概率 1179

48.3.3 失效后果 1180

48.4 输气管道失效概率 1181

48.4.1 水合物形成曲线 1181

48.4.2 水合物形成概率 1183

48.5 输油管道失效概率 1189

48.5.1 析蜡温度曲线 1189

48.5.2 结蜡概率 1191

48.6 小结 1197

48.7 参考文献 1198

第49章 航运风险评估 1199

49.1 引言 1200

49.2 数据收集 1200

49.3 危险识别 1202

49.3.1 概述 1202

49.3.2 一般航运危险 1202

49.3.3 航运事故的统计数据 1205

49.4 失效概率评估 1206

49.4.1 概述 1206

49.4.2 概率计算方法 1207

49.4.3 船舶碰撞概率 1209

49.4.4 船舶搁浅概率 1209

49.5 失效后果评估 1210

49.5.1 评估方法 1210

49.5.2 成本效益分析 1211

49.5.3 人员可靠性分析 1211

49.6 风险评估 1212

49.7 参考文献 1212

第50章 油气溢出的失效后果建模 1215

50.1 引言 1216

50.2 详细评估 1216

50.2.1 定量风险评估 1216

50.2.2 失效后果 1218

50.2.3 失效概率 1220

50.3 溢油后果 1221

50.3.1 溢油扩散机制 1221

50.3.2 溢油蒸发机制 1222

50.3.3 溢油乳化机制 1223

50.4 溢气后果 1224

50.4.1 气体溶解模型 1225

50.4.2 气体溶解模型与喷流／羽状流模型的整合 1226

50.5 溢油样例 1229

50.6 参考文献 1232

第51章 环境影响评估 1235

51.1 引言 1236

51.2 环境影响评估的动机和目的 1236

51.3 环境影响评估程序 1237

51.3.1 环境影响评估指导原则 1237

51.3.2 环境影响评估程序 1238

51.4 溢油影响的分析方法 1240

51.4.1 环境效应 1241

51.4.2 清除和恢复 1241

51.4.3 溢油理论 1242

51.5 环境影响 1245

51.5.1 影响分类 1245

51.6 评估样例 1246

51.7 参考文献 1249

第52章 溢油响应方案 1251

52.1 引言 1252

52.2 溢油后果 1253

52.3 恢复计划 1255

52.3.1 补偿性恢复 1256

52.4 对环境的影响 1257

52.4.1 对野生生物的影响 1257

52.4.2 对海洋的影响 1259

52.5 清除成本和清除恢复 1260

52.5.1 清除成本的控制因素 1261

52.5.2 清除成本的估计方法 1263

52.6 参考文献 1264

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