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第六篇 海底管道设计 3

第一章 海底管道工艺设计总则 3

第一节 概述 3

第二节 海底管道工艺设计范围 3

第三节 海底管道工艺设计原则 5

第四节 海底管道工艺设计应遵循的规范和标准 6

第五节 海底管道工艺设计在各设计阶段设计文件编制的内容和深度 6

一、预可行性研究 6

二、可行性研究 6

三、总体开发方案编制 7

四、基本设计 7

五、详细设计 8

第六节 海底管道工艺设计的基础资料及与其他专业在各阶段的资料交接 8

一、建设规模及生产数据 8

二、流体性质 9

三、环境数据 11

四、与其他专业在各阶段的资料交接 11

第二章 海底输油管道工艺设计 14

第一节 水力计算 14

一、沿程摩阻损失 14

二、局部摩阻损失 18

三、非牛顿流体 18

四、水击压力计算 19

五、泵出口压力与轴功率 20

第二节 热力计算 21

一、传热系数K值的选取 21

二、管道的温降计算 27

三、热油管道的摩阻计算 27

四、热油管道的安全起输量 28

五、热油管道的安全停输时间 28

六、海底输油管道保温层厚度的确定 29

第三节 其他计算 29

一、管道预热投产 29

二、管道启动压力计算 31

三、海底管道置换计算 32

四、热油顶冷油计算 33

五、管道壁厚计算 33

第四节 输油管道常用设施 34

一、输油泵机组 34

二、储油设施 35

三、加热设备 36

四、清管设施 37

五、装船设施 41

第五节 高凝、高黏原油输送的特点 41

一、高凝原油的输送特点 42

二、高黏原油的输送特点 43

参考文献 45

第三章 海底输气管道工艺设计 46

第一节 天然气的主要物理化学性质 46

一、天然气的组成 46

二、气体的标准状态 46

三、天然气主要物理参数计算 46

第二节 管输天然气气质要求 53

一、中国天然气气质标准 53

二、国外天然气气质标准 53

第三节 输气管道水力计算 54

一、水平输气管 54

二、地形起伏地区输气管 55

三、水力摩阻系数 55

四、输气管道流量常用计算公式 56

五、用图示法估算输气管的通过能力 59

六、输气管流量计算公式基本参数分析 60

七、输气管沿线压力分布及计算 61

八、输气管末段储气 62

第四节 输气管热力计算 66

一、不考虑气体的节流效应时管道沿程温度计算 66

二、考虑气体的节流效应时管道沿程温度计算 67

三、埋地输气管道总传热系数K值的计算 68

第五节 其他计算 70

一、水合物的形成条件估算及防冻剂用量计算 70

二、节流允许最大压降的计算 78

三、管道的强度计算 80

第六节 天然气储存设施 81

一、天然气储存目的 81

二、天然气储存方式分类 81

第七节 输气管道常用设施 83

一、压缩机 83

二、空气冷却器 84

三、清管器和清管工艺 85

四、输气管线的干线切断阀 89

五、天然气计量设备 89

参考文献 91

第四章 海底多相流混输管道设计 92

第一节 气液两相的特点 92

第二节 多相流混输管道的分类 92

一、气、液两相混输管道 92

二、油、水两相混输管道 93

三、油、气、水三相混输管道 93

第三节 多相流混输管道计算公式 93

一、均相流模型 93

二、分相流模型 95

三、流型模型 98

四、油、气、水三相混输管道压降计算 102

第四节 混输管道常用设施 102

一、混输泵 102

二、段塞流捕集器 104

参考文献 107

第五章 海底输水管道工艺设计 108

第一节 计算 108

一、输水管管径 108

二、输水管的水头损失 108

三、水击问题讨论 109

四、海底输水管道计算实例 112

第二节 输水管道常用设备 119

参考文献 120

第六章 海底管道工艺计算软件 121

第一节 常用海底管道工艺计算软件 121

第二节 PIPEFLO软件的应用 121

一、概述 121

二、主要功能 122

第三节 OLGA软件的应用 123

一、OLGA2000简介 123

二、OLGA2000的主要构成 124

三、OLGA2000软件基本操作程序 124

附录1 PIPEFLO计算实例 129

附录2 OLGA计算实例 136

第七章 海底管道结构设计总则 146

第一节 海底管道结构设计的范围 146

一、概述 146

二、海底管道结构设计的工作范围 146

三、海管结构一般设计程序 146

第二节 海底管道结构设计原则 146

第三节 海底管道结构设计应遵循的规范和标准 147

一、海底管道结构设计应遵循的规范和标准 147

二、海底管道结构设计的主（系统）规范（标准） 147

三、所在国家（或地区）相关的法律、法规 148

第四节 各设计阶段设计文件编制的内容和深度 148

一、设计阶段划分和设计目标 148

二、不同阶段设计深度 149

第五节 海底管道结构设计的基础资料 151

一、环境参数 151

二、管道工艺参数 152

三、防腐设计参数 152

四、沿管道路由工程地质和物探参数 153

五、其他参数 153

六、说明 153

第八章 海底管道结构设计 154

第一节 设计基础条件的确认 154

第二节 海底管道路由选择和立管及登陆点位置的确定 154

一、概述 154

二、选线原则 155

三、登陆点位置的确定 155

四、立管系统 155

第三节 设计荷载和荷载组合 156

一、设计荷载 156

二、荷载组合 162

第四节 运行期强度设计分析 162

一、总则 162

二、环向应力计算 162

三、轴向应力计算 163

四、合成（等效）应力计算 165

五、平管膨胀位移计算 165

六、立管和膨胀弯运行期应力分析 168

七、管道自由悬跨分析 172

八、屈曲 172

九、压溃 175

第五节 海底管道位置稳定性分析 175

一、海底管道在位稳定性分析 175

二、高温埋设管道隆起屈曲分析（Upheaval Bulking Analysis） 178

第六节 安装期管道和立管强度分析 180

一、主要分析内容 180

二、铺管分析 181

三、立管／膨胀弯吊装分析 188

四、挖沟分析 193

第七节 保温管道设计与分析 194

一、双钢管保温结构 194

二、单钢管保温结构 197

第八节 管道跨越分析 202

一、概述 202

二、分析方法 203

三、有限元法 205

四、分析实例 206

第九节 集束（Bundle）管道设计 209

一、集束管道设计概念 209

二、“子母管”结构设计 211

第十节 荷载抗力系数法设计导则 212

一、设计基本原理 212

二、海底管道强度设计 220

第十一节 设计成果文件编制 223

一、技术规格书 224

二、设计图纸 229

三、设计报告 237

第九章 海底管道防腐设计总则 247

第一节 海底管道防腐设计的范围和原则、应遵循的规范和标准 247

一、范围 247

二、原则 247

三、应遵循的规范和标准 247

第二节 海底管道防腐设计在各设计阶段设计文件编制的内容和深度 248

第三节 海底管道防腐设计的基础资料及其他专业在各阶段的资料交接 248

第十章 海底管道防腐设计 249

第一节 概述 249

一、内腐蚀特点及常规防腐措施 249

二、外腐蚀特点及常规防腐措施 249

第二节 海底管道外防腐涂层 250

一、海底管道外防腐涂层的种类 250

二、三层PE外防腐涂层 250

三、熔结环氧粉末涂层（FBE） 253

四、立管外防腐涂层 255

五、接点外防腐涂层 255

六、弯管外防腐涂层 256

第三节 内防腐设计 256

一、二氧化碳腐蚀机理 256

二、二氧化碳腐蚀速率预测 256

三、防护方法 256

四、检测、监测方法 257

第四节 阴极保护设计 257

一、设计原理 257

二、设计所需环境条件资料 257

三、设计所需参数及资料 257

四、阴极保护系统设计 257

五、阳极铸造 263

附录一 《概念设计、基本设计、详细设计技术文件典型目录》之表10海底管线、表12防腐 265