Tải về định dạng Word (748.5KB)

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6475-7:2007 về quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 7: Chỉ tiêu thiết kế

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 6475-7:2007

QUY PHẠM PHÂN CẤP VÀ GIÁM SÁT KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG BIỂN –

PHẦN 7: CHỈ TIÊU THIẾT KẾ

Rules for Classification and Technical Supervision of Subsea Pipeline Systems –

Part 7: Design Criteria

1.       Phạm vi áp dụng

1.1.       Tiêu chuẩn này quy định các chỉ tiêu thiết kế và các chỉ tiêu chấp nhận cho các dạng phá huỷ kết cấu có thể xảy ra đối với hệ thống đường ống biển.

1.2.       Tiêu chuẩn này được áp dụng cho đường ống ở mọi độ sâu nước. Tuy nhiên, việc áp dụng ở nơi nước sâu mà kinh nghiệm còn thiếu thì cần xem xét kỹ các yếu tố sau:

  • Các cơ chế phá huỷ mới;

·         Phạm vi áp dụng của các thông số;

  • Các tải trọng đặc trưng và tổ hợp tải trọng đặc trưng mới;
  • Các hiệu ứng động (dynamic effect).

1.3.       Tiêu chuẩn này không quy định giới hạn chính xác liên quan đến chuyển vị đàn hồi hoặc rung, miễn là ảnh hưởng của các chuyển vị lớn và của tác dụng động lực, kể cả mỏi do rung ... phải được xét đến trong quá trình tính toán độ bền.

2.       Tài liệu viện dẫn

Trong tiêu chuẩn này, các tiêu chuẩn sau đưựơc viện dẫn:

  • TCVN 6475-4: 2007 - Quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 4: Nguyên tắc thiết kế;
  • TCVN 6475-6: 2007 - Quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 6: Tải trọng;
  • TCVN 6475-8: 2007 - Quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 8: ống;
  • TCVN 6475-9: 2007 - Quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 9: Các bộ phận của đường ống và lắp ráp;
  • TCVN 6475-10: 2007 - Quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 10: Chống ăn mòn và bọc gia tải;
  • TCVN 6475-11: 2007 - Quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 11: Lắp đặt;
  • TCVN 6475-13: 2007 - Quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 13: Kiểm tra không phá hủy;

3.       Các nguyên tắc thiết kế và vật liệu

3.1.       Bố trí đường ống

3.1.1.        Đường ống không được đặt gần các kết cấu khác, các hệ thống đường ống khác, xác tàu đắm, các tảng đá mòn (boulders)…. Khoảng cách tối thiểu phải được xác định trên cơ sở các độ lệch dự tính trước, các hiệu ứng thủy động, và đánh giá rủi ro. Khi hệ thống đường ống buộc phảI nằm gần các kết cấu khác, các hệ thống đường ống khác, xác tàu đắm, các tảng đá mòn…thì việc xác định tuyến ống chi tiết phải tính đến các độ lệch, dịch chuyển và các rủi ro có thể khác để đảm bảo sự cách biệt và đường biên đủ để đường ống và các kết cấu khác không bị ảnh hưởng lẫn nhau.

3.1.2.        Các đường ống giao nhau phải được giữ cách nhau tối thiểu là 0,3 m theo chiều thẳng đứng.

3.1.3.        Các đường ống phải được bảo vệ để phòng ngừa những hư hỏng không được chấp nhận do các vật rơi, lưới đánh cá, tàu, neo …, và phải tránh bố trí đường ống tại khu vực nâng hàng của giàn.Việc bảo vệ đường ống có thể được thực hiện theo một hay kết hợp các biện pháp sau:

  • Lớp bọc bê tông;
  • Chôn;
  • Phủ (cát, sỏi, các tấm nệm bê tông);
  • Các biện pháp bảo vệ cơ học khác.

3.1.4.        Độ lún tương đối giữa kết cấu bảo vệ và hệ thống đường ống phải được xem xét kỹ lưỡng trong khi thiết kế các kết cấu bảo vệ và phải thỏa mãn trong suốt tuổi thọ thiết kế của hệ thống đường ống. Phải bố trí khoảng trống đủ lớn giữa các bộ phận của đường ống và các kết cấu bảo vệ để tránh hà bám.

3.1.5.        Các đường ống bằng vật liệu thép C-Mn có nguy cơ bị ăn mòn cao bởi các sản phẩm lỏng loại B, D và E phải được thiết kế để có thể phóng thoi kiểm tra. Trong những trường hợp thiết kế đường ống không cho phép việc phóng thoi kiểm tra, phải tiến hành đánh giá theo các quy trình đã được công nhận để chứng minh được rằng nguy cơ hư hỏng (xác suất hư hỏng nhân với hậu quả hư hỏng) dẫn tới rò rỉ là chấp nhận được. Đối với các loại chất lỏng gây ăn mòn thuộc loại khác, lợi ích của việc phóng thoi kiểm tra phải được đánh giá.

3.1.6.        Đường ống có thể được chia ra làm các phần khác nhau với áp suất thiết kế khác nhau. Trong những trường hợp này, hệ thống đường ống phải được trang bị hệ thống kiểm soát áp suất đủ khả năng để đảm bảo rằng áp suất tại những phần đường ống có áp suất thiết kế thấp hơn không bị vượt quá mức cho phép.

3.1.7.        Các ống đứng và ống chữ J nên được đặt ở phía trong của kết cấu giàn để tránh va đập do tàu, và phải được bảo vệ để chống lại các tải trọng va đập từ tàu và các tương tác cơ học khác. Không được bố trí các ống đứng ở khu vực nâng hạ hàng của giàn.

3.1.8.        Các kết cấu đỡ của ống đứng và ống chữ J phải được thiết kế để đảm bảo các lực được truyền một cách êm dịu giữa ống đứng và kết cấu đỡ.

3.1.9.        Tuyến ống của các ống chữ J phải được xác định trên cơ sở xem xét các yêu cầu sau:

  • Cấu hình của giàn và bố trí thượng tầng;
  • Các yêu cầu về không gian;
  • Dịch chuyển của ống chữ J;
  • Đường tiếp cận vào giàn của đường ống/cáp;
  • Việc bảo vệ ống chữ J;
  • Các yêu cầu về kiểm tra và bảo dưỡng trong vận hành;
  • Các yếu tố liên quan đến việc lắp đặt.

3.2.       Thử áp lực tại nhà máy và thử áp lực hệ thống

3.2.1.        Mục đích của các yêu cầu thử áp lực tại nhà máy là:

  • Thiết lập cuộc thử kiểm chứng khả năng chịu áp lực;
  • Đảm bảo rằng tất cả các phần ống đều thỏa mãn các yêu cầu về ứng suất chảy tối thiểu.

3.2.2.        Ngoại trừ các điều quy định tại 3.2.3, hệ thống đường ống phải được thử áp lực hệ thống sau khi lắp đặt. áp suất thử cục bộ (Plt) trong quá trình thử áp lực hệ thống phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

  • Đối với đường ống có cấp an toàn vừa và cao trong điều kiện vận hành bình thường:

Plt = 1,05.Pli                                                                                                 (3.2-1)

trong đó: Pli -áp suất bất thường cục bộ

  • Đối với đường ống có cấp an toàn thấp trong điều kiện vận hành bình thường:

Plt = 1,03.Pli                                                                 (3.2-2)

Thông thường áp suất bất thường cao hơn 10% so với áp suất thiết kế, nên các yêu cầu trên sẽ cho áp suất thử hệ thống xấp xỉ bằng 1,15 lần áp suất thiết kế, với điều kiện áp suất thiết kế được tham chiếu đến điểm cao nhất của hệ thống đường ống.

3.2.3.        Nếu được Đăng kiểm chấp nhận, cuộc thử áp lực hệ thống có thể được miễn giảm với những điều kiện sau đây:

  • Các đường ống hàn được hàn bằng phương pháp hàn hồ quang dưới lớp trợ dung (SAW);
  • Thiết kế chiều dày thành ống bị ảnh hưởng bởi áp suất bên ngoài và nhỏ hơn 75% sức bền chịu áp lực thiết kế được sử dụng;
  • Có các báo cáo chỉ ra rằng các yêu cầu quy định đã đạt được một cách phù hợp trong quá trình chế tạo và lắp đặt;
  • Thỏa mãn các yêu cầu về thử áp lực tại nhà máy như quy định tại TCVN 6475-8: 2007 mục 8.10;
  • Tất cả các bộ phận và ống đứng đã ược thử thủy tĩnh trong quá trình chế tạo;
  • Đã tiến hành thử rò rỉ cục bộ sau khi hoàn thành việc lắp đặt và nối ghép các bộ phận và ống đứng;
  • Thực hiện kiểm tra siêu âm tự động sau khi hàn lắp đặt;
  • ống không phải chịu biến dạng dẻo tích lũy quá 2% sau khi kiểm tra siêu âm tự động.

3.2.4.        Trong quá trình thử áp lực hệ thống, tất cả các trạng thái giới hạn đối với cấp an toàn thấp phải được thỏa mãn.

3.3.       Chiều dày thành ống tối thiểu

3.3.1.        Trừ khi đường ống được bảo vệ chống lại tải trọng sự cố, vật rơi và các tải trọng bên ngoài khác bằng các biện pháp tương đương, chiều dày danh nghĩa tối thiểu của ống phải là 12 mm đối với các đường ống có đường kính danh nghĩa lớn hơn hoặc bằng 8 inch với cấp an toàn cao và ở vị trí cấp 2.

3.3.2.        Đối với các đường ống có đường kính danh nghĩa nhỏ hơn 8 inch với cấp an toàn cao và ở vị trí cấp 2, khi xác định chiều dày tối thiểu của đường ống phải tiến hành đánh giá cẩn thận về tải trọng sự cố, vật rơi và các tải trọng bên ngoài khác.

3.3.3.        Các yêu cầu về chiều dày ống tối thiểu phải được thiết lập trên cơ sở thống kê hư hỏng. Thống kê hư hỏng đã chỉ rõ rằng các tải trọng va đập là nguyên nhân chủ yếu gây hư hỏng và có ảnh hưởng quyết định đến việc thiết kế chiều dày.

3.4.       Lựa chọn vật liệu

3.4.1.        Vật liệu dùng để chế tạo hệ thống đường ống biển phải được lựa chọn dựa trên việc xem xét các yếu tố sau:

  • Loại chất lỏng được vận chuyển;
  • Tải trọng;
  • Nhiệt độ;
  • Các dạng hư hỏng có thể xảy ra trong quá trình lắp đặt và vận hành.

3.4.2.        Việc lựa chọn vật liệu phải đảm bảo được tính tương thích của tất cả các bộ phận cấu thành hệ thống đường ống. Các đặc tính sau đây của vật liệu cần phải được xem xét:

  • Tính chất cơ học;
  • Độ cứng;
  • Độ dai gãy (fracture toughness);
  • Độ bền mỏi;
  • Tính hàn;
  • Tính chống ăn mòn.

3.4.3.        Việc lựa chọn vật liệu phải bao gồm cả việc xác định các yêu cầu bổ xung sau đây (xem TCVN 6475-8: 2007 mục 7) khi có yêu cầu:

  • Các yêu cầu bổ sung S, vận chuyển các chất có chứa khí chua (sour service);
  • Các yêu cầu bổ sung F, các tính chất hãm gãy (fracture arrest properties);
  • Các yêu cầu bổ sung P, đường ống chịu biến dạng dẻo lớn hơn 2%;
  • Các yêu cầu bổ sung U, nâng cao hệ số sử dụng;
  • Các yêu cầu bổ sung D, sác yêu cầu về kích thước nghiêm ngặt hơn.

3.4.4.        Việc lựa chọn vật liệu phải bao gồm cả việc lựa chọn cấp NDT của đường ống . Khi áp dụng chỉ tiêu mất ổn định cục bộ trong điều kiện chuyển vị là chính (thiết kế trên cơ sở biến dạng) thì phải sử dụng đường ống NDT cấp 1. Đường ống NDT cấp 1 có các yêu cầu về kiểm tra NDT nghiêm ngặt hơn so với đường ống NDT cấp 2.

3.4.5.        Trong điều kiện nước, ôxy và clorua cùng hiện diện trong chất lỏng được vận chuyển, như đường ống ép nước, thép không gỉ có thể sẽ nhạy cảm với cả ăn mòn cục bộ và ăn mòn do môi trường gây nứt, vì vậy việc bảo vệ chống ăn mòn phải được xem xét trong từng ứng dụng cụ thể. Đối với những ứng dụng đặc biệt, việc thử tính chống ăn mòn phải được thực hiện để chứng nhận vật liệu được sử dụng là phù hợp cho ứng dụng đó.

3.4.6.        Tuyến đường ống dẫn chất lỏng kích thích giếng bằng thép không gỉ duplex hoặc thép không gỉ martensit phải có những lưu ý phòng ngừa đặc biệt.

3.4.7.        Các đường ống bằng hợp kim chống ăn mòn phải có những lưu ý phòng ngừa đặc biệt để tránh hư hỏng do ăn mòn trong khi thử áp lực hệ thống bằng nước biển.

3.4.8.        Các đường ống bằng thép không gỉ duplex, thép không gỉ martensit và đường ống bằng thép C-Mn có giới hạn chảy tối thiểu quy ước (SMYS) lớn hơn 450 MPa cần phải được xem xét cẩn thận về độ nhạy cảm của môi trường gây ra nứt, bao gồm ứng suất gây nứt do sulphua (stress sulphide cracking) và do hydro (hydrogen induced cracking) do việc bảo vệ bằng catôt tạo ra. Đặc biệt, yêu cầu này phải được áp dụng cho các vật liệu phải chịu sự biến dạng dẻo đáng kể trong quá trình chế tạo, lắp đặt và vận hành.

3.5.       Các tính chất đặc trưng của vật liệu

3.5.1.        Các tính chất đặc trưng của vật liệu phải được sử dụng trong quá trình tính toán độ bền. Giới hạn chảy và độ bền kéo phải được xác định dựa vào đường cong ứng suất-biến dạng.

3.5.2.        Các yêu cầu bổ sung U phải đảm bảo tăng được độ tin cậy về giới hạn chảy. Điều này được phản ánh ở việc sử dụng hệ số cường độ vật liệu (au) cao hơn, như ở bảng 3.5 -1. Độ bền thiết kế là hàm số của au và các giá trị được đưa ra ở mục 3.5.4.

Bảng 3.5-1: Hệ số cường độ vật liệu , au

Hệ số

Các yêu cầu bình thường

Yêu cầu bổ sung U

au

0,96

1,00

Ghi chú:

Khi thử áp lực hệ thống, để giá trị của ứng suất vòng cho phép bằng 96% SMYS đối với cả các vật liệu thỏa mãn yêu cầu bổ xung U và các vật liệu khác thì giá trị của au phải bằng 1,00.

3.5.3.        Tính chất cơ học của các cấp vật liệu khác nhau cần được xác định ở nhiệt độ trong phòng. Các ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của vật liệu, nếu có, phải được xem xét ở nhiệt độ lớn hơn 50oC đối với thép C-Mn và lớn hơn 20oC đối với thép 22Cr và 25Cr. Các tính chất này phải được lựa chọn theo loại vật liệu và khả năng bị ảnh hưởng của lão hóa do nhiệt độ (potential temperature-ageing effects) và phải bao gồm các tính chất sau đây:

  • Giới hạn chảy;
  • Độ bền kéo;
  • Môđun đàn hồi Young's;
  • Hệ số giãn nở vì nhiệt.

3.5.4.        Các giá trị độ bền đặc trưng của vật liệu sử dụng trong chỉ tiêu trạng thái giới hạn được đưa ra ở bảng 3.5-2.

Bảng 3.5-2: Độ bền đặc trưng của vật liệu, fy, fu

Tính chất

Giá trị

Giới hạn chảy đặc trưng

fy= (SMYS - fy,temp). au

Độ bền kéo đặc trưng

fu= (SMTS - fu,temp). au. aA

Với: fy,tempfu,temp là giá trị giảm do nhiệt độ của giới hạn chảy và độ bền kéo tương ứng.

au: Hệ số độ bền của vật liệu, xem bảng 2.4 -1

aA: Hệ số không đẳng hướng

 aA = 0,95 đối với hướng dọc trục ống

 aA = 1,0 đối với các trường hợp khác

3.5.5.        ảnh hưởng của nhiệt độ gây giảm ứng suất chảy đối với thép C-Mn và thép duplex 22Cr và 25Cr có thể được xác định theo hình 3.5-1.

Hình 3.5-1: Giá trị giảm của độ bền chảy do nhiệt độ

3.5.6.        Bất kỳ sự chêch lệch nào của giá trị giảm độ bền do nhiệt độ đối với độ bền kéo và nén đều phải được xem xét. (Sự chênh lệch này xuất hiện ở thép 13% Cr).

3.5.7.        Đối với các quá trình chế tạo mà sự biến dạng nguội gây ra sự chênh lệch giữa độ bền kéo và nén, phải xác định hệ số chế tạo (afab). Hệ số chế tạo cực đại của các ống được chế tạo bởi quá trình chế tạo ống hàn (UO) và quá trình chế tạo ống hàn, giãn nở (UOE) được đưa ra ở bảng 3.5-3. Các hệ số này còn được áp dụng đối với các quá trình chế tạo khác có sự biến dạng nguội tương tự như TRB (three roll bending). Hệ số chế tạo có thể được cải thiện thông qua nhiệt luyện, nếu được chứng minh bằng tư liệu.

Bảng 3.5-3: Hệ số chế tạo cực đại, afab

ống

Đúc liền

UO và TRB

UOE

afab

1,00

0,93

0,85

3.6.       Dự trữ ăn mòn

3.6.1.        Đối với đường ống bằng thép C-Mn vận chuyển lưu chất có khả năng gây ăn mòn và/hoặc phải chịu sự ăn mòn của môi trường bên ngoài mà không được bảo vệ bằng catốt, việc sử dụng chiều dày thành ống dư (dự trữ ăn mòn) để bù đắp cho bất kỳ sự mất mát nào do ăn mòn gây ra trong quá trình vận hành phải được xem xét một cách thích đáng.

3.6.2.        Sự cần thiết và lợi ích của dự trữ ăn mòn phải được đánh giá, trong đó tối thiểu phải xem xét các yếu tố sau:

  • Tuổi thọ thiết kế của ống và khả năng ăn mòn của lưu chất được vận chuyển và/hoặc môi trường bên ngoàI;
  • Các dạng hư hỏng do ăn mòn có thể xảy ra;
  • Độ tin cậy dự tính của các kỹ thuật và quy trình làm giảm nhẹ ăn mòn (Xử lý hoá chất dòng lưu chất được vận chuyển, sơn phủ bên ngoài...);
  • Độ nhạy và khả năng xác định kích thước các hư hỏng của các thiết bị liên quan để kiểm soát tính toàn vẹn, thời gian kiểm tra lần đầu và tần suất kiểm tra dự kiến;
  • Hậu quả của rò rỉ bất ngờ, các yêu cầu về an toàn và độ tin cậy;
  • Khả năng giảm (hoặc tăng) áp suất vận hành.

3.6.3.        Trừ khi sự rò rỉ bất ngờ của lưu chất vận chuyển được chấp nhận (điều này có thể được chấp nhận đối với đường ống có cấp an toàn thấp), lượng dự trữ ăn mòn phải đủ lớn để bù đắp cho bất kỳ sự mất mát thực tế do ăn mòn có thể xảy ra trong khoảng thời gian giữa 2 lần kiểm tra liên tiếp tính toàn vẹn.

3.6.4.        Các đường ống bằng thép C-Mn có cấp an toàn thường và cao dùng để vận chuyển dung dịch hydrocarbon có chứa nước ở dạng lỏng trong quá trình vận hành phải có dự trữ ăn mòn bên trong tối thiểu là 3 mm.

3.6.5.        Các yêu cầu chung về dự trữ ăn mòn tối thiểu là 3 mm có thể được miễn giảm khi được Đăng kiểm chấp nhận, với điều kiện phải chứng minh được rằng thiết kế và/hoặc quy trình bảo vệ ăn mòn loại bỏ được các hư hỏng nguy hiểm do ăn mòn gây ra.

3.6.6.        Các ống đứng bằng thép C-Mn có cấp an toàn thường và cao phải có dự trữ ăn mòn bên ngoài là 3 mm tại vùng dao động sóng. Đối với các ống đứng có cùng cấp an toàn vận chuyển dung dịch nóng (nhiệt độ lớn hơn 10oC so với nhiệt độ môi trường nước biển ở điều kiện bình thường), việc sử dụng độ dự trữ ăn mòn lớn hơn 3 mm phải được xem xét. Bất kỳ yêu cầu nào về dự trữ ăn mòn bên trong phải được thực hiện bổ sung vào độ dự trữ ăn mòn bên ngoài.

4.       Tính toán tải trọng và khả năng chịu lực

4.1.       Các điều kiện tải trọng

4.1.1.        Việc kiểm tra thiết kế được thực hiện với hai loại điều kiện tải trọng:

  • Điều kiện chịu tải là chính;
  • Điều kiện chịu chuyển vị là chính.

4.1.2.        Điều kiện chịu tải là chính là điều kiện mà phản ứng kết cấu bị chi phối chủ yếu bởi tải trọng tác dụng.

4.1.3.        Điều kiện chịu chuyển vị là chính là điều kiện mà phản ứng kết cấu bị chi phối chủ yếu bởi chuyển vị hình học.

4.1.4.        Kiểm tra thiết kế trong điều kiện chịu tải là chính có thể luôn luôn được áp dụng thay cho kiểm tra thiết kế trong điều kiện chịu chuyển vị là chính.

4.2.       Tính toán hiệu ứng tải trọng

4.2.1.        Việc tính toán thiết kế phải được dựa vào các nguyên lý được chấp nhận về tĩnh, động, sức bền vật liệu và cơ học đất.

4.2.2.        Có thể sử dụng phương pháp hoặc phân tích đơn giản để tính hiệu ứng tải trọng nếu chúng an toàn. Có thể sử dụng phương pháp thử mô hình cùng với hoặc thay thế cho tính toán lý thuyết. Trong trường hợp phương pháp lý thuyết không đủ thì có thể phải thử mô hình kích thước thật.

4.2.3.        Cần xét đến tất cả tải trọng và chuyển vị cưỡng bức có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của đường ống. Với từng mặt cắt hoặc phần của đường ống được xét và với mỗi loại hư hỏng có thể xuất hiện được tính toán thì tất cả các tổ hợp tải trọng liên quan mà chúng có thể tác dụng đồng thời phải được xem xét.

4.2.4.        Khi xác định phản ứng đối với tải trọng động thì ảnh hưởng động phải được xét nếu ảnh hưởng của chúng là đáng kể.

4.2.5.        Tính toán hiệu ứng tải trọng phải được thực hiện với các giá trị mặt cắt danh nghĩa.

4.2.6.        Tính toán hiệu ứng tải trọng phải dựa vào các giá trị đặc trưng.

4.2.7.        Các hiệu ứng gia cường có ích có thể có của lớp bọc gia tải lên ống không được tính đến trong thiết kế, trừ khi các hiệu ứng gia cường này được xác định rõ. Lớp bọc gia tải ,vốn làm tăng đáng kể độ cứng chống uốn đối với ống, nhưng có thể làm tăng ứng suất/ biến dạng trong ống tại những chỗ không liên tục của lớp bọc (ví dụ như ở chỗ mối nối tại hịên trường). ảnh hưởng này cần được xem xét khi cần thiết.

4.2.8.        Các hiệu ứng gia cường có ích có thể có của lớp phủ hay bọc lót trong ống không được tính đến trong thiết kế, trừ khi các hiệu ứng gia cường này được xác định rõ.

4.2.9.        Lực dọc trục hữu hiệu (ký hiệu là S) là nhân tố xác định sự phản ứng tổng thể của đường ống. Lực kéo có giá trị dương:

S = N - pi Ai +peAe = N - [pi(D-2t)2 - peD2]                      (4.2-1)

trong đó:

S là lực dọc trục hữu hiệu;

N là lực dọc trục tác dụng lên thành ống (lực kéo là dương);

pi - áp suất trong đặc trưng;

pe- áp suất ngoàI;

i­, Ae – Diện tích tiết diện trong và ngoài;

D - Đường kính ngoài của ống;

t – Chiều dày thành ống.

4.2.10.    Trong điều kiện sau rải ống, khi nhiệt độ ống và áp lực bên trong cũng bằng với khi rải ống thì: S = H, với H là sức căng hữu hiệu (dư) khi rải ống.

4.2.11.    Lực dọc trục hữu dụng tác dụng lên ống trong phạm vi ứng suất - biến dạng đàn hồi tuyến tính được tính bằng:

S = H - Dpi Ai (1-2n) - AsEaDT                                         (4.2-2)

trong đó:

H là sức căng hữu hiệu (dư) khi rải ống;

Dpi là độ chênh áp lực trong so với khi rảI ống;

Ai là diện tích mặt cắt bên trong ống (lòng ống);

As là diện tích mặt cắt phần ống thép hình vành khăn;

DT là độ chênh nhiệt độ so với khi rải ống;

a là hệ số dãn nở vì nhiệt của vật liệu thép ống;

n là hệ số Poisson;

E – Môđun đàn hồi của vật liệu ống.

4.3.       Độ dày thành ống đặc trưng

4.3.1.        Khả năng chịu áp lực phảI được tính toán dựa vào chiều dày thành ống (t1) như sau:

Trạng thái thử áp lực tại xưởng và thử áp lực hệ thống:

t1 = t - tfab                                                                       (4.3-1)

Trạng thái vận hành:

t1 = t - tfab - tcorr                                                               (4.3-2)

4.3.2.        Sức bền, trừ trường hợp chịu áp lực, phảI được tính toán dựa vào chiều dày thành ống (t2) như sau:

  • Chế tạo (lắp đặt) và thử áp lực hệ thống:

t2 = t                                                                             (4.3-3)

  • Các trường hợp khác:

t2 = t - tcorr                                                                      (4.3-4)

trong đó:

t là độ dầy thành ống danh nghĩa (không ăn mòn);

tfab là dung sai độ dày chế tạo;

tcorr là độ dày dự trữ ăn mòn.

4.3.3.        Sự ăn mòn trước khi đưa đường ống vào vận hành phải được xem xét khi tính toán chiều dày nêu trên.

4.3.4.        Các yêu cầu về chiều dày thành ống tối thiểu được quy định tại 3.3.

4.4.       Tính toán ứng suất và biến dạng

4.4.1.        Hệ số tập trung ứng suất (SCF) cần được xét đến nếu thấy cần thiết. Cần phân biệt giữa tập trung ứng suất cục bộ và tổng thể. Tập trung ứng suất cục bộ, có thể do hàn các kết cấu, bản thân đường hàn hoặc những chỗ không liên tục cục bộ, sẽ chỉ ảnh hưởng cục bộ lên ống và được xét đến điển hình là trong đánh giá mỏi hay nứt gãy. Tập trung ứng suất tổng thể (như lan truyền ứng suất trong khu vực mối nối do lớp bọc bê tông, điển hình là gia tăng đường kính) sẽ ảnh hưởng tổng thể đến ống và sẽ được xét đến trong quá trình tính toán mất ổn định do uốn cũng như trong đánh giá mỏi hay nứt gãy.

4.4.2.        Hệ số tập trung biến dạng (SNCF) cần được xét đến nếu biến dạng dẻo xuất hiện. SNCF sẽ được điều chỉnh trong trường hợp quan hệ ứng suất - biến dạng là phi tuyến ứng với mức tải trọng thích hợp.

4.4.3.        Tập trung biến dạng sẽ được xét đến khi:

  • Biến dạng không đều do sự khác nhau về ứng suất chảy thực tế của vật liệu và khả năng biến cứng do biến dạng của vật liệu giữa các mối nối ống và trong kim loại hàn do sự khác biệt về các đặc tính vật liệu;
  • Thay đổi diện tích mặt cắt (đường kính thực hay độ dày thành ống) giữa các mối nối;
  • ảnh hưởng gia cường của lớp bọc và sự thay đổi độ dày lớp bọc;
  • Sự giảm ứng suất chảy của mối nối hiện trường do tác động của nhiệt độ cao trong quá trình bọc ống hiện trường khi rải ống;
  • Độ lệch nhỏ hơn/lớn hơn của ứng suất chảy thực tế của kim loại hàn so với ứng suất chảy thực tế của vật liệu làm ống.

4.4.4.        Biến dạng dẻo tích luỹ được định nghĩa là tổng của các số gia biến dạng dẻo bất kể dấu hiệu và hướng. Số gia biến dạng phảI được tính toán sau khi chế tạo ống.

4.4.5.        Số gia biến dạng dẻo được tính toán từ điểm đường cong ứng suất biến dạng của vật liệu không còn tuyến tính nữa (hình 4.4-1). ứng suất chảy được định nghĩa là ứng suất mà ở đó tổng biến dạng là 0,5%.

Hình 4.4-1         Hình tham khảo để xác định biến dạng dẻo

4.4.6.        Biến dạng dẻo tương đương được xác định như sau:

ep =                                                         (4.4-1)

trong đó:

ep là biến dạng dẻo tương đương;

epL là phần biến dạng do biến dạng dọc trục chủ yếu;

epH là phần biến dạng do biến dạng vòng (theo phương chu vi) chủ yếu;

epR là phần biến dạng do biến dạng hướng kính (theo phương bán kính) chủ yếu.

5.       Các trạng thái giới hạn

5.1.       Quy định chung

5.1.1.        Tất cả các dạng phá huỷ theo trạng thái giới hạn phải được xét tới trong quá trình thiết kế. Có 4 trạng thái giới hạn sau đây:

5.1.1. 1.            Trạng thái giới hạn vận hành (SLS): là một điều kiện mà nếu vựơt quá sẽ làm cho đường ống không làm việc bình thường được.

5.1.1. 2.            Trạng thái giới hạn cực đại (ULS): là một điều kiện mà nếu vượt quá sẽ làm tổn hại đến tính toàn vẹn của đường ống.

5.1.1. 3.            Trạng thái giới hạn mỏi (FLS): là một đIều kiện dùng để xác định các ảnh hưởng tích luỹ do tải trọng có tính chu kỳ.

5.1.1. 4.            Trạng thái giới hạn sự cố (ALS): là một trạng thái giới hạn do tải trọng sự cố.

5.1.2.        Đường ống và ống đứng tối thiểu phải được thiết kế để chống lại các dạng phá huỷ tiềm tàng sau đây:

5.1.2. 1.            Trạng thái giới hạn làm việc (SLS)

  • Trạng thái giới hạn độ ôvan ống;
  • Trạng thái giới hạn biến dạng dẻo tích luỹ;
  • Hư hỏng do lớp bọc gia tảI hoặc do bị mất lớp bọc gia tải.

5.1.2. 2.            Trạng thái giới hạn cực đại (ULS)

  • Trạng thái giới hạn vỡ;
  • Trạng thái giới hạn độ ôvan ống (nếu gây phá hủy hoàn toàn đường ống);
  • Trạng thái giới hạn mất ổn định cục bộ (trạng thái giới hạn mất ổn định thành ống);
  • Trạng thái giới hạn mất ổn định tổng thể (thường dùng cho điều kiện chịu tải là chính);
  • Trạng thái giới hạn nứt không ổn định và phá huỷ dẻo;
  • Va đập.

5.1.2. 3.            Trạng thái giới hạn mỏi (FLS)

  • Mỏi do tải trọng có tính chu kỳ.

5.1.2. 4.            Trạng thái giới hạn sự cố (ALS)

  • Vật rơI;
  • Mắc lưới đánh cá;
  • Động đất.

5.1.3.        Tất cả các trạng thái giới hạn phải thoả mãn tất cả các tổ hợp tải trọng đã định. Trạng thái giới hạn có thể là khác nhau đối với điều kiện chịu tải là chính và điều kiện chịu chuyển vị là chính.

5.1.4.        Tất cả các trạng thái giới hạn phải được thoả mãn đối với tất cả các giai đoạn và điều kiện lắp đặt và vận hành đường ống. Các điều kiện điển hình cần phảI xem xét trong quá trình thiết kế là:

  • Lắp đặt;
  • Trong khi rảI ống;
  • Thử áp lực hệ thống;
  • Vận hành;
  • Dừng hoạt động.

5.2.       Định dạng trạng thái giới hạn

5.2.1.        Định dạng trạng thái giới hạn trong tiêu chuẩn này dựa trên phương thức thiết kế theo các hệ số tải trọng và vật liệu (LRFD).

5.2.2.        Dựa trên hậu quả của phá huỷ có thể xảy ra mà đường ống sẽ được phân ra các cấp an toàn khác nhau theo quy định tại TCVN 6475-4: 2007 mục 4.4. Cấp an toàn có thể thay đổi tuỳ thuộc vào từng giai đoạn và từng vị trí khác nhau.

5.2.3.        Cấp an toàn được coi như thoả mãn nếu hiệu ứng của tải trọng thiết kế (Ld) không vượt quá sức bền thiết kế (Rd):

Ld £ Rd                                                                                      (5.2-1)

5.2.4.        Tải trọng thiết kế nói chung được trình bày dưới dạng sau:

Ld = LF.gF.gC + LE.gE + LA.gA.gC                                                      (5.2-2)

Dưới dạng chi tiết:

Md = MF.gF.gC + ME.gE + MA.gA.gC                                                  (5.2-3)

ed = eF.gF.gC + eE.gE + eA.gA.gC                                                       (5.2-4)

Sd = SF.gF.gC + SE.gE + SA.gA.gC                                                    (5.2-5)

Dpd = gP.(pld - pe)                                                             (5.2-6)

Trong điều kiện thử áp lực hệ thống, áp lực thử cục bộ được coi là áp suất bất thường. pld trong công thức 5.2-6 được tính toán bằng công thức sau:

pld = + rt.g.href                                                                     (5.2-7)

trong đó:

href là khoảng cách theo phương thẳng đứng giữa điểm đang xét và cao độ tham chiếu;

ginc – Tỉ số giữa áp suất bất thường và áp suất thiết kế được lấy là 1,1;

Các hệ số tải trọng gF, gE, gA, gPgC được cho trong bảng 5.3-1. Các hệ số này áp dụng cho tất cả các cấp an toàn;

LF – Tải trọng chức năng;

LE – Tải trọng môi trường;

LA – Tải trọng sự cố;

M – Mô men (d – thiết kế, F- chức năng, E- môI trường, A – sự cố);

e - Biến dạng (d – thiết kế, F- chức năng, E- môI trường, A – sự cố);

S – Lực dọc trục hữu hiệu (d – thiết kế, F- chức năng, E- môI trường, A – sự cố);

rt – Tỷ trọng của chất thử;

g – Gia tốc trọng trường;

pe - áp suất ngoàI;

pt - áp suất thử.

5.2.5.        Sức bền thiết kế Rd thường được biểu diễn dưới dạng sau:

Rd =                                                                            (5.2-8)

trong đó:

fk độ bền đặc trưng của vật liệu, xem mục 3.5;

Rk – Véc tơ độ bền;

gm -Hệ số sức bền vật liệu;

gSC -Hệ số sức bền theo cấp an toàn.

5.2.6.        Hệ số sức bền vật liệu gm phụ thuộc vào loại trạng thái giới hạn cho trong bảng 5.2-1.

Bảng 5.2-1: Hệ số sức bền vật liệu gm

Trạng thái giới hạn

SLS/ULS/ALS

FLS

gm

1,15

1,00

5.2.7.        Hệ số sức bền theo cấp an toàn gSC được cho trong bảng 5.2-2.

Bảng 5.2-2: Hệ số sức bền theo cấp an toàn gSC

Cấp an toàn

Thấp

Thường

Cao

Chịu áp lực

1,046(2,3)

1,138

1,308(1)

Khác

1,04

1,14

1,26

Ghi chú:

  • Đối với các bộ phận của đường ống ở vùng 1, có thể áp dụng cấp an toàn chịu lực thường (1,138).
  • Cấp an toàn thấp sẽ bị ảnh hưởng do thử áp lực hệ thống yêu cầu lớn hơn 3% so với áp suất bất thường (incidental pressure). Do vậy, đối với các hoạt động ở cấp an toàn thấp thì hệ số chịu lực sẽ cao hơn 3%.
  • Khi thử áp lực hệ thống, aU được lấy bằng 1,00 cho giá trị ứng suất vòng cho phép bằng 96% SMYS đối với cả vật liệu thỏa mãn yêu cầu bổ sung U và vật liệu khác.

5.3.       Hệ số hiệu ứng tải trọng và tổ hợp tải trọng

5.3.1.        Từng bộ phận của hệ thống đường ống phải được thiết kế để chịu được tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất cho trong bảng 5.3-1. Tổ hợp tải trọng a và b được dùng khi tính toán mất ổn định cục bộ thông qua biểu thức 5.2-3.

Bảng 5.3-1: Hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng

Trạng thái giới hạn/ Tổ hợp tải trọng

Tải trọng chức năng (1)

Tải trọng môi trường

Tải trọng sự cố

Tải trọng do áp lực

gF

gE

gA

gP

SLS và ULS

a

1,2

0,7

-

1,05

b

1,1

1,3

-

1,05

FLS

1,0

1,0

-

1,0

ALS

1,0

1,0

1,0

1,0

Ghi chú:

  • Nếu ảnh hưởng của tải trọng chức năng làm giảm ảnh hưởng của tải trọng tổ hợp thì gF được lấy là 1/1,1.

5.3.2.        Cần phảI áp dụng tổ hợp tải trọng a cho trong bảng 5.3-1 khi có ảnh hưởng của hệ thống lên bộ phận được xét. Do đó, không cần tiến hành kiểm tra thiết kế cục bộ, mà thường lấy sh >0 (sh – ứng suất vòng) trong tổ hợp với các tải trọng khác.

5.3.3.        Các loại tải trọng quy định ở TCVN 6475-6 cần phải được xem xét trong các giai đoạn thiết kế liên quan đối với hệ thống đường ống.

5.3.4.        Hệ số hiệu ứng điều kiện tải trọng được áp dụng cho các điều kiện quy định ở bảng 5.3-2. Hệ số hiệu ứng điều kiện tải trọng là bổ sung cho các hệ số hiệu ứng tải trọng, được đưa vào như trong biểu thức 5.2-3.

Bảng 5.3-2: Hệ số hiệu ứng điều kiện tải trọng

Điều kiện

gC

Đường ống nằm trên địa hình không bằng phẳng hoặc ngoằn ngoèo

1,07

Đỡ cứng liên tục

0,82

Thử áp lực hệ thống

0,93

Khác

1,00

Ghi chú:

  • Điều kiện đường ống qua nhịp hẫng lấy như với điều kiện đáy biển không bằng phẳng. Cũng dùng hệ số như vậy khi đường ống ngoằn ngoèo nằm trên địa hình không bằng phẳng.
  • Đỡ cứng liên tục có nghĩa là điều kiện khi chỗ chịu tải trọng chính cũng là chỗ chịu chuyển vị là chính. Ví dụ: tang trên trống tang.
  • Một số hệ số điều kiện có thể xảy ra đồng thời, ví dụ trong trường hợp thử áp lực đường ống trên địa hình không bằng phẳng thì hệ số điều kiện là 1,07 x 0,93 = 1,00.

5.4.       Khả năng chịu áp lực (nổ)

5.4.1.        Chỉ tiêu dưới đây phải được áp dụng với điều kiện đã thử áp lực tại xưởng như yêu cầu tại TCVN 6475-8 mục 8.10 thoả mãn. Nếu không thỏa mãn, phảI áp dụng một hệ số sử dụng nhỏ hơn thích hợp.

5.4.2.        Khả năng chịu áp lực phải thoả mãn chỉ tiêu sau đây:

pli - pe £                                                                                    (5.4-1)

trong đó:

pli - áp suất bất thường cục bộ;

pe- áp lực ngoài của đường ống;

Pb(t1) – Sức bền chịu áp lực.

5.4.3.        Sức bền chịu áp lực pb(x) được xác định bằng công thức:

pb (x) = min (pb,s(x);pb,u(x))                                                                       (5.4-2)

trong đó:

  • Trạng thái giới hạn chảy:

            pb,s(x) =                                                                           (5.4-3)  

  • Trạng thái giới hạn nổ vỡ:

pb,u(x) =                                                                     (5.4-4)

Trong các công thức trên, x phảI được thay thế bằng t1 hoặc t2 một cách tương ứng.

5.5.       Mất ổn định cục bộ

5.5.1.        Mất ổn định cục bộ (mất ổn định thành ống) là biến dạng toàn bộ mặt cắt. Tính toán mất ổn định cục bộ phải thoả mãn các chỉ tiêu sau đây:

  • Phá hỏng hệ thống (chỉ do tác dụng của áp lực ngoài);
  • Chỉ tiêu tải trọng tổ hợp, nghĩa là tương tác giữa áp lực trong và ngoài, lực dọc và mômen uốn;
  • Mất ổn định lan truyền.

5.5.2.        Biến dạng dẻo tích luỹ lớn có thể làm mất ổn định cục bộ trở nên trầm trọng hơn và cần phải được xem xét.

5.5.3.        Chỉ tiêu phá hỏng hệ thống

5.5.3. 1.            Khả năng chịu lực đặc trưng chống lại áp lực ngoài gây phá hỏng hệ thống (pc) được tính toán như sau:

(pc - pel)(pc2 - pp2) = pc.pel.pp.f0.                                                  (5.5-1)

trong đó:

pc là áp lực ngoài đặc trưng gây phá hỏng hệ thống;

pel là áp lực phá hỏng đàn hồi, xác định như sau:

pel =                                                                          (5.5-2)

pp là áp lực phá hỏng dẻo, xác định như sau:

pp = 2.fy.afab.                                                                         (5.5-3)

f0 là độ móp, xác định như sau:

f0 =  < 0,005="" (0,5%)                                              ="">

trong đó:

E là mô đun đàn hồi;

t2 là độ dày thành ống, xác định theo mục 4.3;

D là đường kính ngoài danh nghĩa của ống;

Dmax là đường kính trong hoặc ngoài đo được lớn nhất;

Dmin là đường kính trong hoặc ngoài đo được nhỏ nhất;

fy là ứng suất chảy sử dụng trong thiết kế;

afab là hệ số chế tạo.

5.5.3. 2.            áp lực ngoài tại mọi điểm dọc theo tuyến ống phải thoả mãn chỉ tiêu sau đây:

pe £                                                                         (5.5-5)

trong đó:

pc là áp lực ngoài đặc trưng gây phá hỏng hệ thống;

gm là hệ số chịu lực của vật liệu;

gSC là hệ số chịu lực theo cấp an toàn.

Lưu ý rằng nếu đường ống có chứa đầy hay một phần chất lỏng hoặc chịu áp lực trong thì áp lực trong này phải được xét đến trong quá trình tính toán nếu nó được duy trì liên tục.

5.5.4.        Chỉ tiêu tải trọng tổ hợp - điều kiện chịu tải là chính

5.5.4. 1.            Các phần tử ống chịu mômen uốn, lực dọc trục hữu hiệu và quá áp bên trong cần được thiết kế thoả mãn chỉ tiêu sau đây tại mọi mặt cắt.

                (5.5-6)

D/t £ 45, pi ³ pe                                                                                                        (5.5-7)

trong đó:

Md là mômen uốn thiết kế;

Sd là lực dọc trục hữu hiệu thiết kế;

Dpd là độ chênh quá áp thiết kế.

Mp là khả năng chịu mômen dẻo, xác định bằng công thức:

Mp = fy.(D-t2)2.t2                                                              (5.5-8)

Sp là khả năng chịu lực dọc trục dẻo đặc trưng, xác định bằng công thức:

Sp = fy.p.(D-t2).t2                                                                         (5.5-9)

pb(2) là áp lực gây nổ vỡ, xác định bằng công thức sau:

pb (t­2) = min (pb,s(t­2);pb,u(2))                                                           (5.5-10)

ac là thông số ứng suất dòng (flow stress parameter) có tính tới độ cứng chống biến dạng, xác định bằng công thức 5.5-11, nhưng tối đa bằng 1,20:

ac = (1- b) + b                                                                      (5.5-11)

                         0,4 + qh                        với <>

b =                   (0,4 + qh)(60 - )/45                             với 15 £ £ 60                        (5.5-12)

                                                0                                  với >60

qh là tỷ số áp suất, được xác định như sau:

                         với pld > pe

qh =      0                                              với pld £ pe                                                                                                                 (5.5-13)

Đồ thị xác định mối quan hệ giữa ac ứng với các tỉ số D/t khác nhau và tỉ số áp suất qh với = 1,15 được cho tại hình 5.5-1.

Hình 5.5-1: Quan hệ ac với D/t và tỉ số áp suất qh ứng với = 1,15

5.5.4. 2.            Các phần tử ống chịu mômen uốn, lực dọc trục hữu hiệu và quá áp ngoài phải được thiết kế thoả mãn phương trình sau đây:

                        (5.5-14)

 £ 45 , pi <>e

trong đó:

pi là áp suất trong đặc trưng;

pe là áp suất ngoài.

5.5.5.        Chỉ tiêu tải trọng tổ hợp - điều kiện chịu chuyển vị là chính

5.5.5. 1.            Các phần tử ống chịu biến dạng nén dọc trục (mômen uốn và lực dọc) và quá áp bên trong phải được thiết kế thoả mãn điều kiện sau đây tại mọi mặt cắt:

ed £                         £ 45 , pi ³ pe                                                 (5.5-15)

trong đó:

ed là biến dạng nén thiết kế (xem công thức 4.2-4);

            ec = 0,78.(-0,01).(1+5)ah-1,5.agw                                                      (5.5-16)

            ah là tỉ số tối đa cho phép giữa ứng suất chảy và độ bền kéo tới hạn, xác định bằng

                                    ah =                                       (5.5-17)

agw là hệ số đường hàn chu vi. Trong trường hợp không có số liệu thì hệ số đường hàn chu vi có thể lấy như đồ thị sau đây:

Hình 5.5-2         Hệ số đường hàn chu vi

ge là hệ số chống biến dạng, cho trong bảng 5.5-1

sh = Dpd                                                                     (5.5-18)

trong đó:

Dpd là độ chênh quá áp thiết kế;

5.5.5. 2.            Các phần tử ống chịu tác dụng của biến dạng nén dọc trục (mômen uốn và lực dọc) và quá áp ngoài phải được thiết kế thoả mãn điều kiện sau ở mọi mặt cắt:

 £ 1                    £ 45 , pi <>e                                    (5.5-19)

trong đó:

ed là biến dạng nén thiết kế;

                        ec = 0,78.(-0,01)ah-1,5.agw                                                        (5.5-20)

ge là hệ số chống biến dạng, được xác định trong bảng sau:

Bảng 5.5-1: Hệ số chống biến dạng ge

Cấp NDT

Yêu cầu bổ sung

Cấp an toàn

Thấp

Vừa

Cao

I

U

2,0

2,5

3,3

I

-

2,1

2,6

3,5

II

Không áp dụng

5.5.5. 3.            Xác suất hư hỏng cao hơn liên quan đến một trạng thái giới hạn làm việc có thể cho phép trong giai đoạn lắp đặt, miễn là:

  • Bổ sung thiết bị phát hiện mất ổn định;
  • Có thể sửa chữa hư hỏng có thể xảy ra và thực hiện được trong quá trình rải ống;
  • Có lắp thiết bị phát hiện mất ổn định nếu áp lực ngoài vượt quá áp suất lan truyền ban đầu.

5.5.6.        Lan truyền mất ổn định

5.5.6. 1.            Khả năng lan truyền mất ổn định chỉ có thể xảy ra sau khi xuất hiện mất ổn định cục bộ. Trong trường hợp áp suất ngoài vượt quá chỉ tiêu cho phép dưới đây thì phải lắp thiết bị phát hiện mất ổn định và khoảng cách lắp được xác định dựa vào các hậu quả do hư hỏng.

5.5.6. 2.            áp suất xuất hiện lan truyền mất ổn định được xác định theo công thức sau:

ppr = 35.fy .afab.                                                               (5.5-21)

pe £                                                                              (5.5-22)

5.5.6. 3.            áp suất ngoài đặc trưng gây phá hỏng hệ thống pc, là áp suất cần thiết để gây mất ổn định đường ống.

5.5.6. 4.            áp suất ban đầu pinit là áp suất cần thiết để bắt đầu lan truyền mất ổn định từ một chỗ mất ổn định cục bộ. áp suất này phụ thuộc vào kích thước của mất ổn định ban đầu.

5.5.6. 5.            áp suất lan truyền ppr là áp suất cần thiết để tiếp tục lan truyền mất ổn định. Mất ổn định lan truyền sẽ dừng lại khi áp suất nhỏ hơn áp suất lan truyền mất ổn định.

5.5.6. 6.            Mối liên hệ giữa chúng như sau: pc > p init > ppr

5.6.       Mất ổn định tổng thể

5.6.1.        Đường ống có thể bị mất ổn định tổng thể như một thanh bị nén. Đường ống có thể bị mất ổn định tổng thể, hoặc xuống dưới (khi có nhịp hẫng), hoặc sang ngang (uốn lượn tại vị trí ở đáy biển), hoặc lên trên.

5.6.2.        ảnh hưởng của áp lực trong và ngoài có thể phải xét tới khái niệm lực dọc trục hữu hiệu như nêu trong 4.2.9. Quy trình tính như đối với phần tử chịu nén trong không khí thông thường.

5.6.3.        Lực dọc trục hữu hiệu âm có thể gây ra cho đường ống hoặc ống đứng mất ổn định như đối với thanh chịu nén. Cần phân biệt giữa mất ổn định trong điều kiện chịu tải là chính và chịu chuyển vị là chính. Mất ổn định trong điều kiện chịu tải là chính bao gồm toàn bộ các hư hỏng và không được chấp nhận.

5.6.4.        Các yếu tố ban đầu gây mất ổn định cần phải được xem xét là:

  • Va đập, kéo và móc của lưới đánh cá;
  • Không thẳng.

5.6.5.        Khả năng mất ổn định tổng thể trong điều kiện chịu tải là chính phải được tính toán dựa trên các chỉ tiêu về ổn định đã được công nhận.

5.6.6.        Có thể chấp nhận mất ổn định trong điều kiện chịu chuyển vị là chính miễn là nó không gây ra các dạng hư hỏng như nêu trong 5.1.2. Điều này có nghĩa là mất ổn định tổng thể có thể chấp nhận được miễn là:

  • Chỉ tiêu mất ổn định cục bộ đã được thoả mãn trong điều kiện trước khi mất ổn định tổng thể;
  • Chuyển vị của đường ống là chấp nhận được;
  • Các ảnh hưởng có tính chu kỳ là chấp nhận được.

5.7.       Mỏi

5.7.1.        Hệ thống đường ống phải được thiết kế đủ an toàn để chống lại các hư hỏng do mỏi trong suốt thời gian tuổi thọ thiết kế của hệ thống.

5.7.2.        Khi xác định dải phân bố ứng suất dài hạn, phải tính đến tất cả các sự dao động của ứng suất tác dụng lên hệ thống đường ống trong suốt thời gian tuổi thọ thiết kế, bao gồm cả giai đoạn xây lắp, mà chúng có cường độ và số chu trình đủ lớn để gây ra các hiệu ứng mỏi. Kiểm tra mỏi phải bao gồm cả mỏi có số chu trình thấp (low-cycle) và mỏi có số chu trình cao (high-cycle). Các yêu cầu về độ biến dạng dẻo tích lũy (mục 5.9) phải được thỏa mãn.

5.7.3.        Các nguyên nhân chính gây ra dao động ứng suất trên hệ thống đường ống là:

  • Các tác động trực tiếp của sóng;
  • Hệ thống đường ống bị rung do tách xoáy (dòng chảy, sóng, gió, triều) hoặc do dòng chảy của chất được vận chuyển trong ống;
  • Sự dịch chuyển các kết cấu đỡ;
  • Các dao động về áp suất và nhiệt độ vận hành.

5.7.4.        Cần phải đánh giá về mỏi một cách cẩn thận đối với các chi tiết trong xây lắp có thể gây ra tập trung ứng suất và mỏi biến dạng cao có số chu trình lặp thấp. Các chỉ tiêu thiết kế cụ thể được sử dụng phụ thuộc vào phương pháp tính toán. Phương pháp tính toán được phân ra làm các loại sau:

  • Các phương pháp dựa trên cơ chế phá hủy;
  • Các phương pháp tính toán dựa trên các cuộc thử về mỏi.

5.7.5.        Khi có thể, quy trình tính toán dựa trên cơ chế phá hủy nên được sử dụng. Chỉ tiêu thiết kế cụ thể phải được xác định riêng cho từng trường hợp và phải phản ánh được là thỏa mãn cấp an toàn dự định.

5.7.6.        Khi áp dụng phương pháp tính toán dựa trên các cuộc thử về mỏi, các vấn đề sau đây phải được xem xét:

  • Xác định dải phân bố ứng suất dài hạn;
  • Lựa chọn đường cong S-N thích hợp (sức bền đặc trưng);
  • Xác định các hệ số tập trung ứng suất (SCF) không có trên đường cong S-N;
  • Xác định các tổn thương tích lũy.

5.7.7.        Vì hầu hết các tải trọng góp phần gây ra mỏi đều có tính ngẫu nhiên nên cần phải xem xét về mặt thống kê khi xác định phân bố dài hạn của các hiệu ứng tải trọng mỏi. Khi thích hợp, việc phân tích phổ có thể được sử dụng.

5.7.8.        Sức bền đặc trưng thông thường được cho theo dạng các đường cong S-N hoặc đường cong e-N (trục tung là chênh ứng suất hoặc chênh biến dạng đối với trường hợp mỏi chu trình thấp, trục hoành là số chu trình đến khi bị phá hủy mỏi). Đường cong S-N phải được áp dụng thích hợp với vật liệu, các chi tiết xây lắp, trạng thái tải trọng đang xét và cả môi trường xung quanh.

5.7.9.        Nói chung khi dao động ứng suất xuất hiện với biên độ thay đổi một cách ngẫu nhiên, giả thuyết hư hỏng tuyến tính (luật Miner) có thể được sử dụng. Việc áp dụng luật Miner có nghĩa rằng phân bố dài hạn của chênh ứng suất được thay thế bằng biểu đồ ứng suất (histogram). Biểu đồ ứng suất bao gồm một số lượng các khối chênh ứng suất hoặc chênh biến dạng có biên độ không đổi và số lần lặp tương ứng (ni). Chỉ tiêu mỏi được xác định như sau:

                                                         (5.7-1)

trong đó:

Dfat        – Tổng tỷ lệ tổn thương mỏi theo lý thuyết Miner;

k           - Số khối ứng suất (stress blocks);

ni          - Số chu trình ứng suất của khối ứng suất i;

Ni          - Số chu trình đến phá hủy tại chênh ứng suất không đổi về độ lớn (Sr)i hoặc chênh biến dạng (er)i;

afat        - tỉ lệ tổn thương mỏi cho phép, xem bảng 5.7-1.

5.7.10.    Các yêu cầu chi tiết về phân tích/ tính toán mỏi được quy định ở mục 6.2. Trong những trường hợp không áp dụng các yêu cầu tại mục 6.2, tỉ lệ tổn thương mỏi cho phép được cho tại bảng 5.7-1.

Bảng 5.7-1: Tỉ lệ tổn thương mỏi cho phép

Cấp an toàn

Thấp

Vừa

Cao

afat

1/3

1/5

1/10

5.8.             Độ ôvan của ống

5.8.1.        Các ống đứng và đường ống phải không bị ôvan quá mức. Độ bẹp do uốn cùng với dung sai độ méo từ khâu chế tạo ống phải không được vượt quá 3% và được xác định như sau:

                                                                    (5.8-1)

Yêu cầu này có thể được miễn giảm nếu:

  • Độ giảm tương ứng của sức kháng mô men đã được tính đến;
  • Đã thoả mãn các hạn chế về hình học, ví dụ như các yêu cầu để phóng thoi;
  • Đã xét đến các ứng suất lặp bổ sung xuất hiện do ôvan ống.
  • Các dung sai liên quan đến việc sửa chữa hệ thống đã phù hợp.

5.8.2.        Độ ôvan phải được kiểm tra khi có tác động của các tải trọng điểm tại một điểm bất kỳ dọc trên tuyến ống. Các tải trọng điểm này có thể xuất hiện tại các gối của nhịp hẫng, các gối đỡ nhân tạo và các kết cấu đỡ.

5.9.             Biến dạng dẻo tích lũy

5.9.1.        Biến dạng dẻo tích lũy xuất hiện bởi các tải trọng có tính chu kỳ phải được xem xét. Nếu như biến dạng dẻo tích lũy gây ra độ ôvan tích lũy thì ảnh hưởng của nó lên khả năng chống mất ổn định phải được xem xét cẩn thận.

5.9.2.        Dưới áp suất và nhiệt độ vận hành cực đại, biến dạng dẻo tương đương của đường ống phải không vượt quá 0,1%.

5.9.3.        Biến dạng dẻo của đường ống chỉ được phép xuất hiện khi đường ống lần đầu tiên phải chịu áp suất và nhiệt độ cực đại.

5.9.4.        Biến dạng dẻo tích lũy do các ứng suất uốn cục bộ và tổng thể gây ra phải được xem xét nếu điều này có thể gây ra mất ổn định.

5.9.5.        Biến dạng dẻo tích lũy trong quá trình rải ống và vận hành phải được xem xét cho toàn bộ hệ thống đường ống . ảnh hưởng của già hóa biến dạng (strain ageing) do biến dạng dẻo tích lũy gây ra phải được xem xét. ảnh hưởng của sự suy giảm các tính chất của vật liệu tại những vùng mối hàn và ống chính phải được xem xét.

5.9.6.        Khi biến dạng dẻo tích lũy do các hiệu ứng tải trọng trong lắp đặt và vận hành (bao gồm các hệ số tải trọng và tất cả các hệ số biến dạng tập trung) gây ra ep £ 0,3% thì các yêu cầu về vật liệu, quy trình hàn, tay nghề thợ và chỉ tiêu chấp nhận của kiểm tra không phá hủy cho ở TCVN 6475-13 bảng 9.3-2 và bảng 9.3-3 được xem là đầy đủ.

5.9.7.        Khi biến dạng dẻo tích lũy do quá trình lắp đặt và vận hành, bao gồm tất cả các hệ số biến dạng tập trung gây ra ep > 0,3% thì phải tiến hành đánh giá tới hạn (xem mục 5.10) đối với các mối hàn tròng trong lắp đặt. Đánh giá tới hạn sẽ xác định độ dai nứt gãy yêu cầu của vật liệu đối với các khuyết tật cho phép theo chỉ tiêu chấp nhận của kiểm tra không phá hủy cho ở TCVN 6475-13 bảng 9.3-2 và bảng 9.3-3, hoặc xác định kích thước khuyết tật cho phép đối với độ dai gãy cho trước.

5.9.8.        Khi biến dạng dẻo tích lũy do quá trình lắp đặt và vận hành, bao gồm tất cả các hệ số biến dạng tập trung gây ra ep > 2% thì để bổ sung cho các yêu cầu tại 5.9.7, sức bền biến dạng đặc trưng ec phải được kiểm tra như yêu cầu tại TCVN 6475-10 mục 6 và vật liệu phải phù hợp với các yêu cầu bổ sung.

5.10.          Nứt gãy

5.10.1.    Hệ thống đường ống phải được thiết kế để đủ độ bền chống lại sự bắt đầu xuất hiện các vết nứt gãy không ổn định (unstable fracture). Việc này có thể thực hiện bằng cách lựa chọn vật liệu với nhiệt độ chuyển tiếp từ phá hủy dòn đến dẻo đủ thấp hơn nhiệt độ thiết kế tối thiểu và có độ bền cao để làm ổn định sự phát triển vết nứt.

5.10.2.    Mức an toàn để chống lại nứt gãy không ổn định được xem là thỏa mãn yêu cầu khi vật liệu, hàn, trình độ tay nghề và thử nghiệm được thực hiện theo những yêu cầu của tiêu chuẩn này và biến dạng dẻo tích lũy không vượt quá 0,3%.

5.10.3.    Hệ thống đường ống vận chuyển khí hoặc hỗn hợp khí và chất lỏng dưới áp suất cao phải đủ bền để chống lại sự lan truyền vết nứt gãy. Điều này có thể được thực hiện bằng cách:

  • Sử dụng vật liệu có nhiệt độ chuyển tiếp thấp và có độ dai va đập với vết cắt chữ V đủ lớn;
  • Hạ thấp mức ứng suất;
  • Sử dụng các bộ hãm nứt cơ học;
  • Kết hợp các phương pháp nêu trên.

5.10.4.    Đối với đường ống có yêu cầu phải chống lại sự lan truyền nứt gãy, phải áp dụng các yêu cầu bổ sung quy định tại TCVN 6475-8 mục 7.2 và tiến hành sửa đổi các yêu cầu về vật liêu cơ bản của đường ống đối với phần ngầm dưới đáy biển của hệ thống đường ống cho phù hợp. Đối với các ống ở độ sâu đến 10 mét và ống trên bờ, các yêu cầu về năng lượng hấp thụ độ dai va đập với vết cắt chữ V phải được xem xét cẩn thận. Các yêu cầu bổ sung về tính chất hãm gãy không cần phải áp dụng khi ứng suất vòng thiết kế của đường ống nhỏ hơn 40% ứng suất chảy của vật liệu được dùng trong thiết kế.

5.10.5.    Vật liệu thỏa mãn các yêu cầu bổ sung về tính chất hãm gãy (F) được xem là đủ bền để chống lại sự lan truyền gãy dẻo của các đường ống với hệ số sử dụng đến 80%, áp suất trong đến 15 MPa và chiều dày thành ống đến 30 mm.

5.10.6.    Đối với các đường ống chịu biến dạng dẻo tích lũy lớn hơn 0,3%, phải tiến hành đánh giá tới hạn để tin chắc rằng nứt gãy không ổn định sẽ không xuất hiện trong khi rải ống hoặc trong khi vận hành đường ống.

5.10.7.    Sự phát triển các vết nứt ổn định có thể có ( nứt xé dẻo-ductile tearing) và sự phát triển của các vết nứt mỏi chu trình thấp và cao phải được xem xét trong khi đánh giá tới hạn. Việc đánh giá phải xác nhận được rằng các khuyết tật lớn nhất còn lại trong mối hàn sau khi kiểm tra không phá hủy sẽ không tăng lên trong quá trình rải ống đến một mức làm cho nứt không ổn định hoặc phá hủy do mỏi có thể xuất hiện trong quá trình vận hành đường ống.

5.10.8.    Các ảnh hưởng của già hóa do biến dạng đến độ dai gãy phải được xem xét bằng các cuộc thử vật liệu già hóa do biến dạng nhân tạo.

5.11.          Trạng thái giới hạn sự cố

5.11.1.    Thiết kế chống lại các tải trọng sự cố có thể được thực hiện trực tiếp bởi các tính toán các hiệu ứng của tải trọng tác dụng lên kết cấu, hoặc gián tiếp bởi thiết kế kết cấu có thể chịu được các sự cố.

5.11.2.    Chỉ tiêu chấp nhận của trạng thái giới hạn sự cố gắn liền với xác suất cho phép của các hậu quả xấu của sự cố.

5.11.3.    Thiết kế về tải trọng sự cố phải đảm bảo rằng tổng xác suất phá hủy phải phù hợp với các giá trị an toàn cho phép quy định tại TCVN 6475-4. Xác suất này có thể được biểu diễn bằng tổng của các xác suất xuất hiện của sự kiện hư hỏng i, PD i, nhân với xác suất hư hỏng kết cấu do sự kiện này tạo ra, pf/Di. Yêu cầu này có thể được biểu diễn như sau:

                                                                 (5.11-1)

Với Pf,T xác suất an toàn cho phép liên quan quy định tại TCVN 6475-4.

5.11.4.    Kiểm tra thiết kế đơn giản về tải trọng sự cố có thể được thực hiện như trình bày ở bảng 5.11-1 với các hệ số an toàn thành phần thích hợp.

Bảng 5.11-1: Kiểm tra thiết kế đơn giản về tải trọng sự cố

Xác suất xuất hiện

Mức an toàn thấp

Mức an toàn vừa

Mức an toàn cao

>10-2

Các tải trọng sự cố có thể coi là tương tự như các tải trọng môi trường và có thể đánh giá tương tự như kiểm tra thiết kế theo trạng thái giới hạn cực đại (ULS)

10-3

gC =1,0

gC =1,0

gC =1,0

10-4

 

gC =0,9

gC =0,9

10-5

Các tải trọng sự cố có thể bỏ qua

gC =0,9

<>-6

 

10-2 -10-3

Cần đánh giá cho từng trường hợp cụ thể

6.       Các vấn đề cần đặc biệt quan tâm

6.1.             Tương tác giữa đất và ống

6.1.1.        Đối với các trạng thái giới hạn bị ảnh hưởng bởi tương tác giữa đường ống và đất, tương tác này phải được xác định có tính đến tất cả các thông số liên quan. Thông thường các tương tác giữa đất và đường ống phụ thuộc vào đặc tính của đất, đường ống và các tải trọng.

6.1.2.        Các đặc tính chính của đất ảnh hưởng lên tương tác giữa đường ống và đất là độ bền cắt và các tính chất biến dạng. Phải xét đến đặc tính phi tuyến của đường cong ứng suất biến dạng của đất. Nếu sử dụng các lò xo tuyến tính để thể hiện tương tác này thì phải kiểm tra phản ứng của lò xo để đảm bảo rằng mức tải trọng là phù hợp với độ cứng của lò xo được sử dụng.

6.1.3.        Các đặc tính quan trọng của đường ống là trọng lượng chìm, độ cứng theo phương đường kính (diameter stiffness), và độ nhám của bề mặt đường ống.

6.1.4.        Tất cả các hiệu ứng tải trọng đặc trưng liên quan phải được xem xét, bao gồm cả lịch sử của các hiệu ứng tải trọng dài hạn nếu có, như phản lực theo chiều thẳng đứng thay đổi do áp lực rải ống khi lắp đặt, sự khác nhau về trọng lượng của từng ống. Các hiệu ứng tải trọng chu kỳ cũng phải được xem xét. Một số loại đất có giá trị sức bền khác nhau đối với tải trọng dài hạn và tải trọng ngắn hạn do sự khác nhau về thoát nước và ngậm nước và các hiệu ứng của sự lở đất trong điều kiện thoát nước và ngậm nước. Điều này cũng cần được xem xét.

6.2.             Nhịp hẫng của ống đứng/ đường ống

6.2.1.        Nhịp hẫng của ống đứng và đường ống phải đủ an toàn để chống lại biến dạng dẻo quá mức, mỏi, và làm ống bị ôvan.

6.2.2.        Cần tiến hành đánh giá nhịp hẫng theo các chỉ tiêu an toàn về mỏi và về mất ổn định cục bộ (ULS) đối với tất cả các nhịp hẫng tạm thời hay vĩnh cửu.

6.2.3.        Dao động do xoáy và tải trọng sóng trực tiếp sẽ được chấp nhận nếu các chỉ tiêu mỏi và ULS quy định sau đây được thỏa mãn.

6.2.4.        Trong trường hợp một vài dạng dao động có khả năng trở thành dạng dao động chính tại một vận tốc dòng cho trước thì sẽ dùng dạng dao động nào gây ra tổn thương mỏi lớn nhất. Nếu không có quy định nào khác thì phần tổn thương mỏi do bất kì dạng dao động nào gây ra cũng phải xét ở cùng một vị trí nguy hiểm (mối hàn).

6.2.5.        Các yêu cầu chức năng sau được áp dụng:

  • Mục đích của tính toán mỏi là để đảm bảo đủ an toàn chống lại phả huỷ mỏi trong tuổi thọ thiết kế của đường ống;
  • Phân tích mỏi cần được tính cho khoảng thời gian mà nhịp hẫng tồn tại;
  • Cần tính đến tất cả các dao động ứng suất có trong tuổi thọ thiết kế của đường ống mà chúng có thể gây ra tổn thương mỏi;
  • Tính toán mỏi cục bộ phải được thực hiện tại các mặt cắt của nhịp hẫng có tính đến các tổn thương thành phần do tất cả các loại dao động tiềm tàng liên quan đến các nhịp đang xét và các nhịp bên cạnh;

6.2.6.        Hình 6.2-1 đưa ra khái quát về yêu cầu kiểm tra trong thiết kế cho một nhịp hẫng.

Hình 6.2-1: Sơ đồ kiểm tra trong thiết kế cho một nhịp hẫng

6.2.7.        Phân loại tạm thời

6.2.7. 1.            Chỉ tiêu tạm thời phân loại nhịp hẫng gây ra bởi xói mòn và đáy biển không bằng phẳng:

  • Các nhịp hẫng do xói mòn là do sự xói mòn đáy biển hoặc các hoạt động đáy biển. Các thông số nhịp hẫng (chiều dài, chiều cao nhịp, v.v…) có thể thay đổi theo thời gian.
  • Thông thường nhịp hẫng gây ra bởi đáy biển không bằng phẳng không thay đổi theo thời gian trừ khi các thông số khai thác như áp suất và nhiệt độ thay đổi đáng kể.

6.2.7. 2.            Đối với các nhịp hẫng do xói mòn gây ra mà không có thông tin chi tiết về chiều dài, chiều cao và thời gian tồn tại nhịp hẫng tối đa dự đoán thì phải áp dụng các yêu cầu sau:

  • Chiều dài nhịp tối đa có thể lấy bằng chiều dài mà độ võng tĩnh giữa nhịp bằng đường kính ngoài của ống (bao gồm cả các lớp bọc), khi các trạng thái đáy biển đồng đều và hình thể đáy biển (bed-form) không biến động ở quy mô lớn.
  • Thời gian tồn tại nhịp hẫng có thể lấy bằng thời gian khai thác còn lại hoặc khoảng thời gian đến khi tiến hành công việc can thiệp đến nhịp. Phải tính đến tất cả tổn thương tích luỹ trước đây.

6.2.7. 3.            Các thông tin bổ sung (ví dụ chiều dài, chiều cao và tần số riêng nhịp hẫng) từ các đợt khảo sát cùng với một kế hoạch kiểm tra có thể được dùng để định tính chất của các nhịp hẫng do xói mòn gây ra.

6.2.8.        Chỉ tiêu kiểm tra mỏi sơ bộ

6.2.8. 1.            Các chỉ tiêu sơ bộ đề xuất ở đây áp dụng cho tính toán mỏi gây ra bởi dòng xoáy gây ra rung (VIV) và tải trọng sóng trực tiếp trong các điều kiện tải trọng sóng và dòng chảy kết hợp. Các chỉ tiêu sơ bộ này đã được hiệu chuẩn theo phân tích mỏi đầy đủ cho đường ống có tuổi thọ mỏi trên 50 năm. Các chỉ tiêu này áp dụng cho các nhịp có phản ứng chi phối bởi dạng dao động đối xứng thứ nhất (1/2 sóng) và chỉ nên áp dụng cho phân tích sơ bộ. Nếu không thỏa mãn các chỉ tiêu này thì phải thực hiện phân tích mỏi chi tiết hơn. Phải luôn kiểm tra các chỉ tiêu trạng thái giới hạn cực đại nêu trong 6.2.10.

6.2.8. 2.            Các chỉ tiêu sơ bộ ở đây được đề xuất dựa trên giả thuyết là vận tốc dòng chảy được miêu tả bằng phân phối Weibull 3 thông số. Nếu không phải như vậy thì phải thận trọng và kiểm tra bằng tính toán mỏi đầy đủ xem có thể áp dụng được những tiêu chuẩn sơ bộ này không.

6.2.8. 3.            Các tần số riêng theo hướng dòng f0,IL phải thỏa mãn:

                                                                       (6.2-1)

trong đó:

gf          Hệ số an toàn cho tần số riêng, xem 8.5.2.11;

gIL         Hệ số kiểm tra sơ bộ cho thành phần theo hướng dòng, xem 6.2.11;

a          Tỉ số vận tốc của dòng chảy = ;

D          Đường kính ngoài của ống bao gồm cả lớp bọc;

L          Chiều dài nhịp hẫng;

Uc,100year  Giá trị vận tốc dòng chảy chu kì lặp 100 năm tại cao độ của ống;

Uw,1year   Giá trị vận tốc dòng do sóng gây ra tại mức đường ống tương ứng với chiều cao sóng đáng kể, chu kỳ lặp một năm Hs,1year.

             Giá trị bắt đầu của vận tốc quy đổi theo hướng dòng

Nếu các chỉ tiêu trên (biểu thức 6.2-1) không được thỏa mãn thì phải thực hiện phân tích mỏi đầy đủ do xoáy.

6.2.8. 4.            Các tần số riêng vuông góc với dòng f0,CF phải thỏa mãn điều kiện:

                                                     (6.2-2)

Trong đó:

gCF        Hệ số kiểm tra sơ bộ cho hướng vuông góc với dòng, xem 6.2.11

Giá trị bắt đầu của vận tốc quy đổi cho hướng vuông góc với dòng,

Nếu các chỉ tiêu trên không được thỏa mãn thì phải thực hiện phân tích mỏi đầy đủ do VIV theo hướng dòng và vuông góc với dòng do xoáy gây ra.

6.2.8. 5.            Phân tích mỏi do tải trọng sóng trực tiếp không cần phải thực hiện nếu thỏa mãn các điều kiện sau:

  • ;                                                           (6.2-3)              
  • Thoả mãn chỉ tiêu kiểm tra sơ bộ cho VIV theo hướng dòng nêu trên.
  • Nếu các chỉ tiêu trên không được thỏa mãn thì phải thực hiện phân tích mỏi đầy đủ do VIV theo hướng dòng và do tải trọng sóng trực tiếp gây ra.

6.2.9.        Chỉ tiêu mỏi

6.2.9. 1.            Chỉ tiêu mỏi được thể hiện qua công thức:

                                                                             (6.2-4)

trong đó:

h là tỉ lệ tổn thương mỏi cho phép,

Tlife là tuổi thọ mỏi thiết kế, năm;

Texplosure là khoảng thời gian chịu tải, năm.

6.2.9. 2.            Đánh giá hư hỏng mỏi được dựa trên quy luật tổn thương tích lũy Palmgren-Miner:

                                                                                 (6.2-5)

trong đó:

Dfat        Tổn thương mỏi tích lũy;

ni          Số chu trình ứng suất tương ứng với chênh ứng suất (tính tại giữa thành ống) Si;

Ni         Số chu trình tới phá hủy mỏi tại ứng suất Si;

S          Tổng được lấy trên tất cả các dao động ứng suất trong tuổi thọ thiết kế.

6.2.9. 3.            Số chu trình tới phá huỷ ứng với chênh ứng suất S được xác định bằng đường cong mỏi S-N ở dạng:

 

N =                                                                                                       (6.2-6)

           

Trong đó:

m1,m2 Chỉ số luỹ thừa của đường cong mỏi (nghịch đảo độ dốc của đường cong SN gẫy khúc (2 đoạn);

 a1, a2      Hằng số cường độ mỏi đặc trưng, xác định theo đường cong mỏi trung bình trừ đi 2 lần độ lệch chuẩn.

Ssw        ứng suất tại điểm giao giữa 2 đoạn, tính bằng:

                                                     (6.2-7)

Với Nsw là số chu trình tại đó độ dốc đường S-N thay đổi. LogNsw thông thường từ 6 đến 7.

Hình 6.2-2: Đường cong S-N gãy khúc tiêu biểu (2 độ dốc)

6.2.10.    Đường S-N có thể được xác định từ:

  • Các dữ liệu thử ở phòng thí nghiệm chuyên dụng;
  • Thuyết cơ học phá hủy được chấp nhận.
  • Đường S-N phải áp dụng được cho vật liệu, phần tử kết cấu, vị trí có khuyết tật ban đầu (điểm khởi đầu vết nứt) và môi trường ăn mòn.

6.2.10. 1.        Tuổi thọ mỏi thiết kế Tlife có thể được biểu diễn như sau:

                                                      (5.2-8)

trong đó:

Pi là xác suất xảy ra mức ứng suất thứ ‘i’;

fv – Tần số dao động chi phối.

6.2.10. 2.        Phương pháp phân tích mỏi áp dụng cho cả mô hình phản ứng và mô hình lực. Chênh ứng suất có thể được xác định bằng:

  • Mô hình phản ứng
  • Mô hình lực.

6.2.10. 3.        Khuyến nghị sử dụng phương pháp sau:

  • Tổn thương mỏi được tính độc lập cho từng trạng thái biển, hay nói một cách khác tổn thương mỏi từ mỗi một ô của biểu đồ phân tán sóng ở dạng (Hs, Tp, q) nhân với xác suất xảy ra mỗi trạng thái biển riêng lẻ.
  • Trong mỗi trạng thái biển, (Hs, Tp, q) được chuyển sang dạng (Uw, Tu, qw) tại mức đường ống.
  • Trạng thái biển được miêu tả bằng biên độ vận tốc dòng Uw do sóng ngắn hạn đáng kể gây ra và chu kì cắt không Tu, hay nói một cách khác trạng thái biển được miêu tả bằng một chuỗi các vận tốc dòng do sóng điều hoà với biên độ bằng Uw và chu kì bằng Tu. Tác động của tính không đều sẽ giảm số lượng biên độ lớn. Tính không đều có thể được xem xét đến nếu nó được ghi nhận một cách đầy đủ và chính xác.
  • Đối với dòng kết hợp giữa sóng và dòng chảy, thực hiện tích phân trên phân phối vận tốc dòng dài hạn cho mỗi trạng thái biển.

6.2.10. 4.        Tổng tuổi thọ mỏi theo hướng dòng (TLifeIL) và vuông góc với dòng (TLifeCF) được thiết lập bằng cách thực hiện tích phân cho mọi trạng thái biển.

                                                  (6.2-9)              

trong đó:

 là xác suất xảy ra mỗi trạng thái biển riêng lẻ, ví dụ như xác suất xảy ra được phản ánh qua mỗi ô trong biểu đồ phân tán sóng. Tuổi thọ mỏi theo hướng dòng được lấy theo cách thiên về an toàn là tuổi thọ nhỏ nhất (hay tổn thương lớn nhất) do VIV (mô hình phản ứng) hoặc do tải trọng sóng trực tiếp (mô hình lực) cho mỗi trạng thái biển.

6.2.10. 5.        Tuổi thọ mỏi thành phần được đánh giá cho các trạng thái biển đặc trưng bởi (Hs, Tp, q)

  • Tuổi thọ mỏi thành phần đối với VIV theo hướng dòng và chuyển động theo hướng dòng do dòng ngang gây ra trong một trạng thái biển đơn (Hs, Tp, q) được tích phân trên hàm mật độ xác suất dài hạn của dòng chảy.
  •             Tuổi thọ mỏi thành phần đối với VIV theo hướng ngang với dòng trong một trạng thái biển đơn (Hs, Tp, q) được tích phân trên hàm mật độ xác suất dài hạn của dòng chảy.
  • Tuổi thọ mỏi thành phần đối với tải trọng trực tiếp trong một trạng thái biển đơn (Hs, Tp, q) khi sử dụng trị trung bình của dòng chảy.

6.2.10. 6.        Nếu không có yêu cầu nào khác thì áp dụng các giả thuyết sau:

  • Các thành phần dòng tạo ra bởi sóng và dòng chảy tại mức đường ống là độc lập với nhau về mặt thống kê;
  • Dòng tạo ra bởi sóng và dòng chảy được giả thuyết là tuyến tính với nhau. Điều này cũng có nghĩa là dữ liệu về xác suất hướng xảy ra đối với sóng và dòng chảy phải được dùng cho cả sóng và dòng chảy

6.2.11.    Chỉ tiêu trạng thái giới hạn cực đại (ULS)

6.2.11. 1.        Để kiểm tra mất ổn định cục bộ xem 5.5. Các mô men uốn tĩnh và động, lực dọc trục và áp lực phải được xem xét.

6.2.11. 2.        Đối với trạng thái sóng cực đại mà có thể được giả định là gây ra biến dạng lớn đối với gối nhịp (shoulder), có thể cần phải thực hiện phân tích chi tiết độ cứng của đất tại gối nhịp. Thay cho các tài liệu chi tiết, các điều kiện biên cho nhịp hẫng nên được giả định là ở dạng khớp (chỉ có giá trị cho tính toán mô hình lực).

6.2.11. 3.        Mô men uốn động tối đa do VIV và/hoặc do tải trọng sóng trực tiếp có thể được tính từ ứng suất động:

                                                                    (6.2-10)

trong đó

sdyn       ứng suất động

I           Mômen quán tính của tiết diện ống

Ds         Đường kính ngoài của ống thép

t           Chiều dày thành ống.

6.2.11. 4.        ứng suất động, sdyn, được tính như sau:

Theo hướng dòng:

sdyn =                                  (6.2-11)

Vuông góc với dòng:

sdyn =                                                                               (6.2-12)

trong đó

SIL        Chênh ứng suất theo hướng dòng;

SCF       Chênh ứng suất theo hướng vuông góc với dòng;

SFM,max   Chênh ứng suất tối đa do tải trọng sóng trực tiếp (môhình lực);

AIL        Biên độ ứng suất ứng với độ võng đơn vị theo hướng dòng do VIV;

ACF       Biên độ ứng suất ứng với độ võng đơn vị theo hướng vuông góc với dòng do VIV.

Biên độ ứng suất do một độ võng đơn vị, AILACF, có thể tính được từ các vận tốc dòng có chu kỳ lặp như sau:

U1năm     = Uc,1năm + Uw,1năm                                                            (6.2-13)

U10năm    = max(Uc,10năm + Uw,1năm; Uc,1năm + Uw,10năm            (6.2-14)

U100năm   = max(Uc,100năm + Uw,10năm; Uc,10năm + Uw,100năm)                      (6.2-15)

6.2.11. 5.        Đối với hướng vuông góc với dòng, ứng suất nảy sinh trực tiếp từ xoáy gây ra rung (VIV) tạo ra biên độ ứng suất. Đối với hướng dòng, chênh ứng suất động được lấy bằng giá trị lớn nhất trong các giá trị sau:

  • Chênh ứng suất ứng với chu kỳ lặp, ví dụ như 100 năm đối với VIV theo hướng dòng, Sin
  • ứng suất ứng với 50% biên độ của dao động dòng chảy vuông góc với ống gây ra bởi tách xoáy gây rung.

6.2.11. 6.        ứng suất động tối đa sFM,max do tải trọng sóng trực tiếp có thể được tính toán theo phương pháp “bão thiết kế”:

sFM,max = kp ss                                                                                   (6.2-16)

Trong đó:

kp là hệ số đỉnh (peak) tính bằng:

                                          (6.2-17)

DT là khoảng thời gian bão bằng 3 giờ và fv là tần số dao động; kp có thể được lấy thiên về an toàn bằng 4;

ss là độ lệch chuẩn của ứng suất lấy từ phân tích theo miền thời gian hay miền tần số.

Một cách tiếp cận khác có thể được áp dụng bằng cách dùng Hmax với sóng điều hoà.

6.2.11. 7.        Ứng suất theo hướng dọc được tính bằng:

sl = sN ± { sstatic + sdynamic }                                                            (6.2-18)

trong đó

sN         ứng suất dọc trục tĩnh tính từ lực dọc trục với chiều dày thành ống thực, sN = Ntr/As, trong đó Ntr là lực dọc trục thực, As là diện tích tiết diện ống.

sstatic      ứng suất uốn tĩnh từ mômen uốn tĩnh, áp dụng cho cả hướng ngang và hướng thẳng đứng.

sdyn       ứng suất uốn động, xem 6.2.11.4, áp dụng độc lập cho cả 2 hướng, dòng và vuông góc với dòng chảy.

6.2.12.    Hệ số an toàn

6.2.12. 1.        Các hệ số an toàn dùng cho chỉ tiêu kiểm tra sơ bộ được nêu trong bảng 6.2-1 sau.

Bảng 6.2-1 Hệ số an toàn cho chỉ tiêu kiểm tra sơ bộ về mỏi

gIL

1,15

gCF

1,3

6.2.12. 2.        Độ tin cậy về mỏi của đường ống được xác định theo các cấp an toàn, quy định tại TCVN 6475-4, có tính đến các hậu quả của hư hỏng.

Định dạng hệ số an toàn sau đây được sử dụng:

                              (6.2-19)

trong đó:

  • gf, gon, gkgs là các hệ số an toàn tương ứng cho tần số riêng, điểm bắt đầu VIV, thông số ổn định và chênh ứng suất. Bảng 6.2-2 dưới đây quy định các hệ số an toàn nêu trên cho các cấp an toàn khác nhau.

Bảng 6.2-2 Hệ số an toàn về mỏi

Hệ số an toàn

Cấp an toàn

Thấp

Vừa

Cao

h

1,0

0,5

0,25

gs

1,051) (1,0)

gf

1,201) (1,15)

gk

1,30

gon

1,30

Ghi chú:

(1) - Hệ số an toàn này được dùng trong thiết kế khi không có các dữ liệu chi tiết về chiều dài và chiều cao nhịp, v.v… Trong quá trình khai thác, nếu tiếp cận được nhịp để đo và dữ liệu về nhịp được cập nhật thì có thể sử dụng các hệ số trong ngoặc.

h được áp dụng cho cả mô hình lực và mô hình phản ứng

gs sẽ được nhân với ứng suất (S gs)

gf áp dụng cho tần số riêng (fo/ gf)

gon áp dụng cho giá trị bắt đầu của VIV dọc và vuông góc với dòng (VR,on/ gon)

gk áp dụng cho thông số ổn định (Ks/ gk)

Đối với ULS, việc tính toán các tác động (hiệu ứng) của tải trọng phải được thực hiện không dùng đến các hệ số an toàn (gs = gf = gk = gon = 1,0), xem 6.2.11.3.

6.2.12. 3.        Độ tin cậy của đường ống chống lại sự mất ổn định cục bộ (chỉ tiêu ULS) cũng được đảm bảo bằng việc dùng các hệ số an toàn như quy định ở 5.5.

6.3.             ổn định đáy biển

6.3.1.        Đường ống phải được đỡ, neo vào các rãnh mở, hoặc được chôn, sao cho dưới điều kiện tải trọng môi trường và chức năng khắc nghiệt, đường ống không bị dịch chuyển khỏi vị trí đã được lắp đặt. Điều này không bao gồm các dịch chuyển ngang và dọc cho phép, dãn nở nhiệt, dung sai vị trí sau khi lắp đặt.

6.3.2.        Các đường ống chứa chất lỏng hoặc khí trong điều kiện điền đầy không khí hoặc khí vận chuyển phải có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của nước biển xung quanh (lực nổi âm)

6.3.3.        Khi đường ống đi qua các khu vực có thể bị ảnh hưởng bởi các đoạn dốc không ổn định, điều này có thể dẫn đến việc phá hủy đoạn dốc và dòng đất sẽ va đập vào đường ống. Xác suất phá hủy các đoạn dốc này phải được đánh giá. Bất kỳ sự phá hủy đoạn dốc liên quan nào gây ra các hiệu ứng như tải trọng sóng, tải trọng động đất, hoặc các hoạt động của con người (trong quá trình rải ống) phải được xem xét. Mật độ và lưu lượng dòng của chất vận chuyển có thể có trong đường ống phải được đánh giá về ảnh hưởng lên tính ổn định. Nếu như tính ổn định không thể được đảm bảo bởi trọng lượng của đường ống thì cần phải chôn ống hoặc sử dụng biện pháp khác hay thay đổi tuyến ống.

6.3.4.        Đối với việc tính toán trọng lượng của ống, chiều dày thành ống danh nghĩa phải được giảm để bù cho độ giảm trọng lượng trung bình dự kiến do bị tổn hao kim loại. Đối với các đường ống có độ dự trữ ăn mòn thì quy định trên được miễn giảm và sử dụng chiều dày danh nghĩa.

6.3.5.        Các đường ống chôn phải đủ an toàn để không bị lún xuống sâu hơn hoặc không bị nổi lên mặt đất. Đối với cả đường ống chứa chất lỏng và đường ống dẫn khí, độ lún sâu phải được xem xét với giả thiết đường ống được đổ đầy nước, độ nổi lên phải được xem xét với giả thiết điền đầy khí hoặc không khí.

6.3.6.        Nếu như trọng lượng chìm riêng của đường ống điền đầy nước nhỏ hơn trọng lượng riêng của đất thì không cần thiết phải tính toán an toàn chống lún sâu. Nếu như đường ống được lắp đặt trên đất với độ bền cắt thấp thì sức bền đỡ của đất (soil bearing resistance) phải được xác định.

6.3.7.        Nếu như trọng lượng chìm riêng của đường ống điền đầy khí hoặc không khí nhỏ hơn trọng lượng riêng của đất thì phải chứng minh được rằng độ bền cắt của đất đủ lớn để ngăn ngừa đường ống nổi lên mặt đất. Đối với đất bị hoặc có thể bị ngấm chất lỏng, trọng lượng riêng của đường ống chôn có điền đầy khí hoặc không khí phải không được nhỏ hơn trọng lượng riêng của đất.

6.3.8.        Các đường ống nằm trực tiếp trên đáy biển mà không có các kết cấu đỡ đặc biệt hoặc các thiết bị neo nào khác ngoài lớp bọc gia tải phải được thiết kế để chống bị lún sâu như mô tả tại 6.3.5. Đối với các bộ phận cơ khí như van và mối nối chữ T phải được xem xét cẩn thận.

6.3.9.        Các đường ống nằm trên đáy biển phải được thiết kế đủ an toàn để chống lại bị nâng lên khỏi đáy biển hoặc dịch chuyển ngang.

6.3.10.    Chỉ tiêu được sử dụng trong thiết kế ổn định đáy biển sẽ thay đổi phụ thuộc vào từng trường hợp được xét. Trong từng trường hợp phải đánh giá một cách thận trọng cơ chế phá huỷ có thể xảy ra.

6.3.11.    Các chỉ tiêu thiết kế trong phần này liên quan đến các điều kiện thiết kế và phân vùng đường ống sau đây:

  • Vùng 1: Vùng đáy biển xa giàn hay hệ thống ở đáy biển, thường nằm ngoài khoảng cách 500 m;
  • Vùng 2: Vùng đáy biển xung quanh giàn hay hệ thống ở đáy biển, thường lấy trong phạm vi bán kính 500 m.

6.3.12.    Để tính toán ổn định đáy biển, các chỗ nối van, đường ống giao nhau, chỗ nối ống chữ Y hay T, ... được coi như là vùng 2. Tuy nhiên, cần lưu ý là vùng 2 được định nghĩa là vùng có nguy cơ tổn thất nhân mạng, gây ô nhiễm môi trường hay gây hậu quả đáng kể về kinh tế.

6.3.13.    Chuyển vị ngang

6.3.13. 1.        Các chuyển vị ngang cho phép nếu có sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như là:

  • Các quy định của quốc gia;
  • Các chướng ngại vật ở đáy biển;
  • Chiều rộng hành lang khảo sát tuyến ống;
  • Khoảng cách từ giàn hoặc các vị trí nối đường ống khác.

6.3.13. 2.        Chuyển vị ngang cho phép không được lớn hơn ẵ chiều rộng hành lang khảo sát tuyến ống. Nghĩa là ống không đựơc chuyển vị ra ngoài vùng đã khảo sát.

6.3.13. 3.        Nếu không có thêm thông tin thì chuyển vị ngang cho phép có thể lấy như sau:

  • Vùng 1: 20 m
  • Vùng 2: 0 m

6.3.14.    Chỉ tiêu này có thể được nới lỏng nếu có các dữ liệu thích hợp khác. Ngoài ra, ống cũng phải thoả mãn các chỉ tiêu thiết kế khác tương ứng với chuyển vị cho phép nêu trên. Trong hầu hết các trường hợp, chuyển vị ngang là chỉ tiêu chính. Nói chung, yêu cầu về biến dạng sẽ được thoả mãn nếu chuyển vị ngang tối đa giới hạn ở 20 m. Phải kiểm tra cả độ nhạy cảm với sự thay đổi các thông số môi trường (chiều cao/ chu kỳ sóng). Chỉ tiêu chuyển vị cho phép này được xét trong trạng thái biển bão cực đại kéo dài 3 giờ.

6.3.14. 1.        Đối với đường ống ở vùng 2 thì chuyển vị ngang cho phép có thể lớn hơn 0, nếu đường ống và kết cấu đỡ có thể chịu được hiệu ứng chuyển vị (ví dụ như chỗ nối ống đứng).

6.3.14. 2.        Chuyển vị ngang cho phép trong trường hợp tải trọng vận hành phụ thuộc vào khoảng thời gian từ lúc lắp đặt ống đến lúc vận hành thử và được quyết định trong từng trường hợp cụ thể. Tuy nhiên, nếu tuân thủ các yêu cầu về môi trường sau đây thì có thể lấy chuyển vị cho phép là 5 m: Chu kỳ lặp của các điều kiện môi trường gần đáy biển tác động vuông góc với ống được lấy như sau:

  • Trong khoảng ít hơn 3 ngày: Các thông số dùng để xác định tải trọng môi trường có thể lấy theo dự báo thời tiết đáng tin cậy.
  • Trong khoảng nhiều hơn 3 ngày:
  • Nếu không có nguy cơ ảnh hưởng đến tính mạng con người thì có thể lấy với chu kỳ lặp 1 năm của mùa tương ứng (mùa này không nhỏ hơn 2 tháng).
  • Nếu có nguy cơ ảnh hưởng đến tính mạng con người thì phải lấy với chu kỳ lặp 100 năm.

6.3.15.    Biến dạng uốn

6.3.15. 1.        Do chuyển vị ngang làm tăng mômen uốn tại những điểm cố định dọc theo tuyến ống, nên biến dạng uốn của ống phải được đánh giá đầy đủ trong quá trình tính toán ổn định.

6.3.15. 2.        Đối với những điểm cố định đã biết như chỗ nối ống đứng, cụm van đáy biển, cụm thiết bị dưới biển thì ảnh hưởng của chuyển vị ngang phải được đánh giá cả đối với đường ống lẫn kết cấu ngăn cản chuyển vị.

6.3.15. 3.        Mọi bộ phận của đường ống có thể bị uốn do sự thay đổi cục bộ của đáy biển và đặc tính ống, và mọi điểm cố định phải thoả mãn chỉ tiêu biến dạng uốn. Thiết kế này phải áp dụng phương pháp phân tích ổn định suy rộng.

6.3.15. 4.        Khi đánh giá ảnh hưởng của uốn do chuyển vị ngang của đường ống, cần phải xem xét các yếu tố sau:

  • Biến dạng quá mức;
  • Móp ống;
  • Mất ổn định.

6.3.15. 5.        Nếu không có thông tin chi tiết thì chỉ tiêu biến dạng giới hạn có thể lấy là 7,5(D/t)2, với giới hạn biến dạng cực đại 1%, xem hình 6.3-1. Giá trị biến dạng giới hạn liên quan tới biến dạng đàn hồi/dẻo tổng cộng do tĩnh và động chứ không phải biến dạng đàn hồi. Do đó, khi sử dụng chỉ tiêu biến dạng, phải kể tới tính dẻo của vật liệu làm ống. Giá trị biến dạng giới hạn có thể chỉ được sử dụng nếu dùng phân tích động lực đầy đủ với các phần tử đàn hồi/dẻo phi tuyến. Nếu biến dạng phi tuyến sử dụng trong thiết kế thì cần phải kiểm tra tính dẻo của ống với các mức khác nhau.

Hình 6.3-1:        Biến dạng giới hạn

6.3.16.    Các chỉ tiêu liên quan khác

6.3.16. 1.        Chuyển vị ngang của đường ống không được gây ra hư hại đáng kể cho lớp bọc bên ngoài của đường ống do mài vào đáy biển.

6.3.16. 2.        Chuyển vị ngang của đường ống không được gây ra hư hại cho các anốt chống ăn mòn gắn vào đường ống.

6.3.16. 3.        Chuyển vị ngang của đường ống không được gây ảnh hưởng tới các đường ống biển khác cũng như các công trình dưới biển khác.

6.3.17.    Tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất của các lực dọc và ngang tác dụng đồng thời lên ống phải được xem xét. Khi xác định tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất này, phải xem xét sự thay đổi về lực dọc theo đường ống, bao gồm cả các hiệu ứng của hướng sóng và dòng chảy.

6.3.18.    Tính ổn địng ngang của đường ống có thể được xác định theo phương pháp phân tích động theo không gian 3 chiều hoặc phân tích tĩnh theo không gian 2 chiều. Phương pháp phân tích động cho phép đường ống có thể dịch chuyển theo một giới hạn nào đó nhưng đòi hỏi phải được mô hình hóa theo không gian 3 chiều một cách chính xác. Phương pháp phân tích tĩnh có thể được thể hiện như sau:

                                                              (6.3-1)

            trong đó:

                        gst - Hệ số an toàn, thông thường không được lấy nhỏ hơn 1,1;

                        FD – Lực cản thuỷ động trên một đơn vị chiều dài;

                        F1 – Lực quán tính thủy động trên một đơn vị chiều dài;

m - Hệ số ma sát tương đương;

Wsub – Trọng lượng chìm của ống trên một đơn vị chiều dài;

FL – Lực nâng thuỷ động trên một đơn vị chiều dài.

6.3.19.    Hệ số ma sát tương đương m có thể thay đổi trong một dải rộng phụ thuộc vào đất đáy biển, độ nhám bề mặt, trọng lượng và đường kính của đường ống. Khi đường ống lún vào đất một chút, khả năng chống lại dịch chuyển ngang bao gồm cả khả năng chống lại dịch chuyển ngang dạng ma sát và khả năng chống lại dịch chuyển ngang do đất bên ngoài bề mặt tiếp xúc bị dịch chuyển. Trong những trường hợp này, hệ số ma sát tương đương có thể thay đổi cùng với mức tải trọng theo chiều thẳng đứng.

6.3.20.    Tính ổn định dọc trục (theo chiều dọc) phải được kiểm tra. Các kết cấu nối anốt (khi phải chịu lực ma sát - đường ống không có lớp bọc gia tải) phải đủ bền để chống lại các lực ma sát.

6.3.21.    Cho phép có các dịch chuyển đường ống do dãn nở nhiệt dọc trục tại các khu vực gần giàn/kết cấu và những nơi đường ống chuyển hướng. Tính toán dãn nở phải được dựa trên các giá trị thiên về an toàn của khả năng chống lại dịch chuyển do ma sát dọc trục.

6.3.22.    Tại vùng nước nông, các hiệu ứng tải trọng lặp do tác động của sóng có thể dẫn đến độ bền cắt của đất bị giảm. Điều này phải được xem xét trong khi phân tích ổn định.

6.4.             Tương tác với lưới đánh cá

6.4.1.        Hệ thống đường ống phải được kiểm tra cho tất cả 3 giai đoạn tải trọng do tương tác với lưới đánh cá như quy định tại TCVN 6475-6 mục 7.1.

6.4.2.        Chỉ tiêu chấp nhận của thiết kế ngăn ngừa các hư hỏng do đường ống tương tác với lưới đánh cá được quy định dưới đây. Chỉ tiêu chấp nhận phụ thuộc vào tần suất va chạm của lưới đánh cá với đường ống và cấp an toàn của đường ống (kéo qua và móc) quy định tại TCVN 6475-4 mục 4.4. Nếu không có đầy đủ các dữ liệu cần thiết để tính toán xác định tần suất va chạm thì phải sử dụng cấp tần suất nguy hiểm nhất cho trong bảng 6.4-1.

Bảng 6.4-1: Cấp tần suất va chạm giữa đường ống và lưới đánh cá

Cấp tần suất

Tần suất va chạm, fimp [/năm.km]

Cao

>100

Trung bình

1-100

Thấp

<>

6.4.3.        Va chạm của lưới với vỏ ống

6.4.3. 1.            Thiết kế chống va chạm đòi hỏi phải đảm bảo đường ống đủ độ bền để chống lại các dạng hư hỏng sau:

·         Vết lõm: Độ méo của ống do các vết lõm phải không làm ảnh hưởng đến việc vận hành an toàn thiết bị kiểm tra bên trong.

·         Bẹp ống: Khả năng chống bẹp ống phải được kiểm tra theo các chỉ tiêu về bẹp được Đăng kiểm công nhận bằng cách sử dụng độ ôvan ống tương đương với chiều sâu của vết lõm.

·         Mỏi: Tập trung ứng suất do vết lõm phải được xem xét thông qua hệ số tập trung ứng suất thích hợp khi tính toán mỏi.

6.4.3. 2.            Chỉ tiêu chấp nhận cho va chạm với lưới đánh cá được xác định thông qua kích thước cho phép của vết lõm trên ống. Tỉ số cho phép lớn nhất của chiều sâu vết lõm vĩnh cửu với đường kính ống là:

                                                                                      (6.4-1)

trong đó:

D- Đuờng kính ngoài dang nghĩa;          

Hp – Chiều sâu vết lõm dẻo vĩnh cửu đặc trưng;

h - Hệ số sử dụng được quy định tại bảng 6.4-2.

6.4.3. 3.            Kích thước vết lõm vĩnh cửu cho phép được lấy theo bảng 6.4-2. Không cho phép có vết khía trên vết lõm. Yêu cầu này được đảm bảo bằng cách sử dụng lớp bọc nhằm bảo vệ thành ống tiếp xúc trực tiếp với các cạnh sắc của lưới rà.

 

Bảng 6.4-2: Kích thước vết lõm cho phép so với đường kính ngoài ống

Tần suất va chạm, fimp

[/năm.km]

Độ sâu vết lõm

Hệ số sử dụng, h

[%]

>100

0,0

0

1-100

0,3

1,5

<>

0,7

3,5

6.4.3. 4.            Chiều sâu của vết lõm phải được ước tính bằng việc sử dụng mối quan hệ giữa lực-vết lõm vỏ ống hoặc các tính toán tương tự sử dụng phân tích phần tử hữu hạn phi tuyến. Kích thước vết lõm có thể được đo trong khi thử va đập của ống có lớp bọc.

6.4.3. 5.            ảnh hưởng của vết lõm trong các dạng phá hủy phụ do mỏi và bẹp ống cần phải được xem xét.

6.4.4.        Va chạm của lưới với lớp bọc

6.4.4. 1.            Lớp bọc được sử dụng để bảo vệ ống thép, ngoài ra còn làm tăng trọng lượng ống và làm lớp cách nhiệt.

6.4.4. 2.            Lớp bọc bảo vệ phải được chứng nhận bằng các cuộc thử va đập phù hợp với các yêu cầu sau:

  • Năng lượng hấp thụ của vỏ ống có lớp bọc phải được xác định trên cơ sở các tính toán phản ứng va đập có tính đến hiệu suất của thiết bị thử.
  • Số lần búa đập trong thử va đập phải được xác định theo tần suất va chạm với lưới đánh cá, xem bảng 6.4-3.

Bảng 6.4-3: Số lần búa đập trong thử va đập với 0,5 mét chiều dài ống

Tần suất va chạm, fimp [/năm.km]

Số lần búa đập

>100

8

1-100

4

<>

1

6.4.4. 3.            Các yêu cầu chức năng sau đây phải được tuân thủ khi bọc ống, kể cả các vật liệu trám bịt các mối nối:

  • Vật liệu thép làm ống phải được bảo vệ để chống lại sự xuất hiện vết lõm lớn hơn cho phép.
  • Hệ thống bảo vệ chống ăn mòn của hệ thống đường ống phải được giữ nguyên vẹn
  • Tổn hao trọng lượng cho phép của đường ống phải thỏa mãn các yêu cầu về ổn định đáy biển của đường ống.

6.4.4. 4.            Các yêu cầu bổ sung đối với lớp bọc bê tông:

  • Lớp cốt thép gia cường bên trong không được bị lộ ra ngoài;
  • Không cho phép sự nứt vỡ có diện tích lớn hơn 200x200 mm.

6.4.5.        Lưới kéo qua đường ống

6.4.5. 1.            Khi lưới rà kéo ngang qua đường ống sẽ làm cho đường ống bị dịch chuyển ngang. Dịch chuyển ngang này kết hợp với lực nén dọc trục có thể làm cho đường ống bị lệch hướng quá lớn và sau đó là vật liệu thép làm ống phải chịu hệ số sử dụng quá cao. Bốn trường hợp điển hình sau có thể bị ảnh hưởng lớn khi lưới kéo qua đường ống:

  • Đường ống với lực dọc trục hiệu dụng không đáng kể.
  • Đường ống chịu tác động của lực nén dọc trục hiệu dụng trước khi bị kéo rê.
  • Đường ống chịu tác động lực nén dọc trục hiệu dụng đồng thời với kéo rê.
  • Nhịp hẫng của đường ống.

6.4.5. 2.            Các yêu cầu sau cần phải tuân thủ để đảm bảo đường ống được vận hành an toàn trong và sau khi bị lưới kéo rê:

  • Ảnh hưởng của tải trọng kéo rê phải được kiểm tra với tổ hợp các tải trọng khác ( tải trọng do ảnh hưởng của nhiệt độ, sự trôi dạt của đường ống,…). Tất cả các dạng phá huỷ liên quan như mất ổn định (dạng ứng suất hay biến dạng), biến dạng dẻo tích lũy… phải được kiểm tra. Các hệ số sử dụng dùng cho các dạng phá huỷ này được quy định riêng cho từng cấp an toàn.
  • Hệ số tải trọng tương đương với hệ số hiệu ứng tải trọng môi trường (gE=1,3) phải được sử dụng khi tính toán tải trọng kéo rê.
  • Sự tích lũy các hư hỏng (biến dạng) do lưới kéo rê thường là không được phép. Khi có thể, phải xét đến trường hợp lưới kéo rê nhiều lần qua cùng một vị trí. Tổ hợp nguy hiểm nhất của các hướng kéo rê cần phải được kiểm tra, cụ thể là tất cả theo cùng một hướng hoặc một số lần kéo rê theo hướng ngược lại.

6.4.5. 3.            Trong trường hợp sử dụng chỉ tiêu thiết kế trên cơ sở biến dạng, biến dạng cực đại xuất hiện trên đường ống phải nhỏ hơn biến dạng cho phép quy định trong tiêu chuẩn này. Các ảnh hưởng do sự tập trung biến dạng phải tính đến nếu có.

6.4.6.        Lưới móc qua ống

6.4.6. 1.            Các yêu cầu sau phải được tuân thủ khi đường ống chịu tải trọng móc:

  • Hiệu ứng tải trọng móc do lưới rà phải được kiểm tra trong tổ hợp với các hiệu ứng tải trọng khác nếu có (tải trọng do nhiệt độ, sự trôi dạt của đường ống,…). Tất cả các dạng phá huỷ liên quan như mất ổn định (dạng ứng suất hay biến dạng), biến dạng dẻo tích lũy…phải được kiểm tra. Các hệ số sử dụng dùng cho các dạng phá huỷ này được quy định riêng cho từng cấp an toàn.
  • Móc được coi là một trạng thái giới hạn sự cố, vì vậy các hệ số tải trọng do móc và các hiệu ứng tải trọng khác có thể lấy bằng một, g=1,0.

6.4.6. 2.            Hiệu ứng tải trọng do lưới móc vào có thể được kiểm tra theo tình huống điều kiện chuyển vị là chính và phải thỏa các chỉ tiêu thiết kế như đối với trạng thái lưới kéo qua ống.

6.4.6. 3.            Các hệ số tải trọng theo trạng thái giới hạn cực đại (ULS) cần được xem xét đối với trường hợp cấp tần suất va chạm giữa lưới và đường ống cao nhất và trường hợp đường ống nằm trên đáy biển không phẳng có nhiều nhịp hẫng.

6.4.6. 4.            Đối với trường hợp cấp tần suất va chạm là thấp nhất, không cần phải xem xét ảnh hưởng của lưới móc vào đường ống.

6.5.             Các tải trọng khác, vật rơi

6.5.1.        Đường ống phải được thiết kế để chống lại các lực va đập do các vật rơi, thiết bị đánh cá hoặc va chạm. Thiết kế có thể được thực hiện bằng cách hoặc thiết kế bảo vệ ống hoặc sử dụng các biện pháp để tránh va đập.

6.5.2.        Chỉ tiêu thiết kế phải dựa trên tần suất/ khả năng xuất hiện lực va đập và được phân loại thành chỉ tiêu thiết kế sự cố, môi trường hoặc chức năng một cách tương ứng.

6.6.             Bọc cách nhiệt

6.6.1.        Khi phần đường ống chìm dưới nước được bọc cách nhiệt, lớp bọc cách nhiệt phải chịu được tác động tổ hợp của nước, nhiệt độ và áp lực thủy tĩnh.

6.6.2.        Lớp cách nhiệt phải chịu được tác động của dầu và các sản phẩm dầu, nếu có liên quan. Lớp bọc cách nhiệt phải đủ độ bền cơ học để chống lại các tải trọng bên ngoài, nếu có.

6.6.3.        Các khía cạnh liên quan đến ăn mòn được quy định tại TCVN 6475-10.

6.7.             ống lồng trong ống và bó ống

6.7.1.        Đối với ống lồng trong ống hoặc bó ống, lực tổ hợp hữu dụng có thể được tính theo TCVN 6475-6 mục 4.2 cho từng bộ phận, sau đó lấy tổng của tất cả các bộ phận. áp lực bên ngoài tác dụng lên từng bộ phận phải được lấy là áp lực tác dụng lên bề mặt ngoài của ống, có nghĩa là đối với các ống nằm bên trong phải lấy áp suất ở trong vùng trống. Sự xuất hiện của các lực dọc trục hữu dụng bởi sự dãn nở tại đầu ống, biến dạng ngang và/hoặc thẳng đứng hoặc mất ổn định phụ thuộc vào việc các ống có thể dịch chuyển tương đối với nhau như thế nào. Vì vậy, việc phân tích các trường hợp khi lực dọc trục hữu dụng đóng vai trò chính như phân tích dãn nở, mất ổn định và động lực học đòi hỏi phải mô hình hóa một cách chính xác các bộ phận chống rung dọc trục như các miếng đệm, các vách ngăn.

7.       Các bộ phận và phụ tùng của đường ống

7.1.             Chỉ tiêu đối với các bộ phận và phụ tùng của đường ống được quy định tại TCVN 6475-9.

8.       Kết cấu đỡ

8.1.             Kết cấu đỡ ống đứng

8.1.1.        Các kết cấu đỡ ống đứng phải được thiết kế để chống lại các dạng hư hỏng có thể có với mức độ an toàn tối thiểu là bằng với mức độ an toàn của ống đứng mà chúng đỡ.

8.1.2.        Đối với các mối nối bằng bu lông, phải xem xét đến các hệ số an toàn, ứng suất của phần tử tấm hoặc ống, sự xô đẩy ống, ăn mòn ứng suất gây nứt, mỏi, phá hủy dòn, và các yếu tố liên quan khác.

8.1.3.        Đối với các kết cấu đỡ có các tấm ốp và/hoặc tấm đệm (gusset), phải xem xét đến sự xé tách lớp, ứng suất của các phần tử, chiều dài mối hàn hiệu dụng, tập trung ứng suất và xoay quá mức.

8.1.4.        Trên các ngàm kẹp có phủ lớp nhựa đàn hồi, phải xác định khả năng dài hạn của vật liệu chống lại tác động của nước biển, không khí và ánh sáng mặt trời.

8.2.             Các ống chữ J

8.2.1.        Phải tiến hành đánh giá tổng thể để xác định các yêu cầu về:

  • Cấp an toàn;
  • Thiết kế chống va đập;
  • Khả năng chịu áp lực.

8.2.2.        ống chữ J phải được thiết kế để chống lại các dạng hư hỏng như quy định tại 5.1.

8.2.3.        Các đoạn ống chữ J phải được nối với nhau bằng phương pháp hàn.

8.3.             Tính ổn định của sỏi

8.3.1.        Lớp sỏi được sử dụng để bảo vệ cơ học cho đường ống và các gióng đỡ ngang để đỡ đường ống tại các nhịp hẫng phải được thiết kế đủ ổn định để chống lại các tải trọng thủy động.

8.3.2.        Các giá đỡ ngang bằng sỏi phải đủ an toàn để chống lại sự phá hủy mặt dốc. Phải xem xét độ bền cắt của lớp đất nằm dưới.

9.       Lắp đặt và sửa chữa

9.1.             Quy định chung

9.1.1.        Độ bền và độ ổn định của đường ống phải được xác định theo mục 5 và 6 nêu trên.

9.1.2.        Phân tích thiết kế các ống đứng và đường ống phải bao gồm cả các hoạt động lắp đặt và sửa chữa để đảm bảo rằng chúng không bị các hư hỏng hay gây nguy hiểm trong lắp đặt và sửa chữa.

9.1.3.        Thiết kế phải được kiểm tra để chứng tỏ có đủ độ bền trong tất cả các giai đoạn lắp đặt và khi sử dụng các kỹ thuật liên quan , bao gồm:

  • Bắt đầu rải ống;
  • Rải ống liên tục trong điều kiện bình thường;
  • Thả ống đang rải và vớt đường ống;
  • Gián đoạn hoạt động rải ống;
  • Các hoạt động kéo ống ( kéo dưới đáy biển, kéo trên đáy biển, kéo có kiểm soát độ sâu, kéo ống trên mặt biển);
  • Cuộn đường ống (reeling) và tháo đường ống ra khỏi cuộn;
  • Chôn ống;
  • Lắp đặt ống đứng và các đoạn ống;
  • Các hoạt động nối ống (tie-in);
  • Đường ống cập bờ.

9.1.4.        Cấu hình của các phần ống khi lắp đặt phải được xác định từ tàu rải ống đến vị trí chạm đáy biển cuối cùng. Cấu hình này phải thỏa mãn các điều kiện sao cho các mức ứng suất/biến dạng nằm trong giới hạn cho phép khi đã xét đến tất cả các ảnh hưởng liên quan. Phải xem xét đến các lỗi do lớp bọc gia cường, các bộ phận chống mất ổn định, lắp ráp trên đường ống.

9.1.5.        Phải xem xét đến sự thay đổi của các thông số rải ống gây ảnh hưởng lên cấu hình của các phần ống. Dải thay đổi thông số rải ống cho phép phải được xác định cho hoạt động lắp đặt.

9.1.6.        Các giá trị tới hạn phải được xác định cho điều kiện giới hạn lắp đặt, xem TCVN 6475-11 mục 5.4.

9.1.7.        Phải xem xét cấu hình của các ống đứng và đường ống đối với các hoạt động lắp đặt và sửa chữa khác. Các thay đổi thông số cho phép và các điều kiện giới hạn vận hành phải được xác định.

9.1.8.        Nếu các phân tích về lắp đặt và sửa chữa hệ thống đường ống dự kiến cho thấy các thông số yêu cầu không thể đạt được với các thiết bị đang được sử dụng thì hệ thống đường ống phải được sửa đổi cho phù hợp.

9.1.9.        Độ bẹp ống do sự uốn cong vĩnh cửu đường ống cùng với dung sai độ méo từ lúc chế tạo ống phải thỏa mãn các yêu cầu quy định tại 5.8.

9.2.             Độ thẳng của ống

9.2.1.        Độ thẳng của đường ống quyết định các yêu cầu chung về biến dạng vĩnh cửu của đường ống trong quá trình chế tạo, lắp đặt và sửa chữa. Độ thẳng của đường ống phải được xác định và đánh giá cùng với việc xem xét các ảnh hưởng của nó lên các yếu tố sau:

  • Tính không ổn định;
  • Bố trí các bộ phận đường ống như các van và mối nối chữ T;
  • Quá trình vận hành.

9.2.2.        Khả năng bị mất ổn định do đường ống không thẳng trong quá trình lắp đặt (đường ống bị vặn xoắn) và các hậu quả tương ứng phải được xác định.

9.2.3.        Khi các mối nối chữ T và các thiết bị khác là một bộ phận hợp thành của đường ống được lắp ráp ngay trên tàu rải ống, thì không cho phép đường ống bị xoay do các hiệu ứng dẻo. Trong trường hợp này, biến dạng dư do uốn tại điểm bị uốn quá mức phải thỏa mãn yêu cầu sau trong quá trình lắp đặt:

                                                                          (9.2-1)

trong đó:

er – Biến dạng dư do bị uốn quá mức;

grot = 1,3 - Hệ số an toàn cho biến dạng dư;

er,rot­ - Giới hạn biến dạng dư do bị uốn quá mức.

9.2.4.        Biểu thức trên chỉ xét cho sự xoay ống do biến dạng dư xuất hiện trong quá trình lắp đặt dọc theo đường thẳng. Các ảnh hưởng khác có thể gây ra xoay ống phải được xem xét như đường rải ống bị cong, trọng lượng lệch tâm, các tải trọng thủy động…

9.2.5.        Tính không ổn định trong quá trình vận hành do độ không thẳng xuất hiện bởi phương pháp lắp đặt và các hậu quả tương ứng phải được xác định. Phải xem xét đến ảnh hưởng của ứng suất dư lên sự vận hành và hoán cải trong hiện tại và tương lai.

9.2.6.        Yêu cầu về độ thẳng phải được áp dụng với giả thuyết các điều kiện tải trọng môi trường và chức năng nguy hiểm nhất.

9.3.             Lớp bọc

9.3.1.        Không cho phép bị vỡ bê tông do lực nén quá mức trong bê tông của lớp bọc trong các điều kiện tĩnh khi bị uốn.

Tìm kiếm

Thông tin Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN6475-7:2007
Loại văn bảnTiêu chuẩn Việt Nam
Số hiệuTCVN6475-7:2007
Cơ quan ban hành
Người ký***
Lĩnh vựcXây dựng
Ngày ban hành...
Ngày hiệu lực...
Ngày công báo...
Số công báoCòn hiệu lực
Tình trạng hiệu lựcKhông xác định
Cập nhật4 năm trước