Đồ án Thi công tuyến ống vận chuyển dầu từ giàn MSP9 đến BK3, mỏ Bạch Hổ

r Hướng N NE E SE S SW W NW Ur 0,68 1,19 1,26 1,09 0,82 1,37 1,19 0,97 Dựa vào bảng A.1 (tr.32 - [10]) ta xác định được cỡ hạt sét d50 = 0,0625 và độ nhám bề mặt Zo = 5,21.10-6 m Theo công thức A.3 (tr.30 - [10]) ta có với: và D là đường kính ngoài đường ống, D = De + 2.+ 2.= 0,5338 m. UD = UC là vận tốc dòng chảy tại đỉnh ống = 0,866 m/s UD = UC Hướng N NE E SE S SW W NW UD = UC 0,589 1,031 1,091 0,944 0,71 1,186 1,031 0,84 Theo 5.2.2 (tr.17 - [10]) - K là thông số tải trọng, K = K Hướng N NE E SE S SW W NW K 0,448 8,737 1,861 0,309 1,534 3,633 2,526 4,762 - M là tỷ số giữa vận tốc sóng và dòng chảy, M = M Hướng N NE E SE S SW W NW M 20,31 2,343 10,196 47,2 7,802 5,785 7,21 3,088 Hình 3.12. Hệ số hiệu chỉnh Fw, Fw phụ thuộc vào thông số K và M Dựa vào hình đồ thị 3.12, ta có thể xác định được Fw Fw Hướng N NE E SE S SW W NW Fw 1 1,13 1 1 1 1 1 1 Mặt khác, theo 5.3.8 [10] ta lại có Trong đó : - là khối lượng riêng của nước - D là đường kính ngoài của ống, D = 0,4 m - CL là hệ số lực nâng, CL = 0,9 - CD là hệ số lực cản, CD = 0,7 - CM là hệ số lực cản quán tính, CM = 3,29 - là độ dốc bãi biển, 0 - As là gia tốc sóng theo phương vuông góc với tuyến ống, As Hướng N NE E SE S SW W NW As 0,022 0,261 0,072 0,015 0,063 0,136 0,095 0,183 Hướng FL (N/m) FD (N/m) FI (N/m) Ws,yc (N/m) Ws,yc (kG/m) N 56,31 43,79 0 202,28 20,228 NE 320,54 249,31 0 1301,28 130,128 E 212,21 165,05 0 762,38 76,238 SE 137,07 106,61 0 492,44 49,244 S 94,87 73,79 0 340,84 34,084 SW 286,49 222,82 0 1029,2 102,92 W 203,75 158,47 0 731,98 73,198 NW 183,02 142,35 0 657,52 65,752 Vậy trọng lượng dưới nước của ống yêu cầu là 1301,28 N/m = 130,13 kG/m Mặt khác, trọng lượng ống tính toán trên 1m dài dưới nước Ws là Ws = Wt + Wbt + Wkk + Whb - Fđn (3.1) Trong đó: + Wt: là trọng lượng thép trên 1m dài dưới nước, kG/m = 120,67 kG/m + Wbt: là trọng lượng lớp bọc bê tông gia tải trên 1m dài dưới nước = 46,73 kG/m + Wkk: là trọng lượng chất vận chuyển trong ống. Trong điều kiện thi công người ta bịt đầu ống để giảm trọng lượng do đó trong ống có không khí, = 148 kG/m3 = 9,91 kG/m + Whb: là trọng lượng hà bám trên 1m dài dưới nước = 183,79 kG/m + Fđn: là lực đẩy nổi trên 1m dài dưới nước, kG/m = 229,27 kG/m Trọng lượng ống tính toán trên 1m dài trong nước Ws = 131,83 kG/m * Kết luận - Tuyến ống thỏa mãn bài toán ổn định vị trí mà ta không phải bọc thêm lớp bọc bê tông gia tải cho tuyến ống. - Trong tính toán ta thấy hướng NE là hướng có áp lực sóng và dòng chảy lên tuyến ống là lớn nhất. 3.3.2. Tính toán đoạn cong lồi Đoạn cong lồi dưới tác dụng của tải trọng bản thân, ống bị uốn cong theo đường cong của Stinger. Momen uốn tỷ lệ nghịch với bán kính cong, do vậy trong trường hợp Stinger có bán kính cong nhỏ nhất thì momen uốn xuất hiện trong ống là lớn nhất. Trong thực tế, bán kính cong của Stinger thường chỉ thay đổi được rất ít và việc thay đổi bán kính cong cũng rất phức tạp, thường có một bán kính cong nhất định khi thi công tuyến ống có độ sâu thay đổi là nhỏ nhất. Để thi công người ta thường chọn một bán kính cong nào đó thỏa mãn suốt quá trình thi công là tốt nhất và đi xác định lực kéo ống để thỏa mãn điều kiện độ bền cho ống. * Momen uốn xuất hiện trong ống được xác định từ biểu thức phương trình vi phân trong lý thuyết sức bền vật liệu [5]: (3.2) Trong đó: E: Module đàn hồi của thép ống, E = 2,1.1010 kG/m2 I: Momen quán tính của tiết diện ống, : Bán kính cong nhỏ nhất của Stinger, 192m. * Điều kiện bền của ống: (3.3) Trong đó: : Ứng suất phát sinh trong tiết diện ống ở đoạn cong của ống trong quá trình thi công SMYS: Giới hạn chảy dẻo của vật liệu thép ống, SMYS = 413.105 kG/m2 : Hệ số làm việc của vật liệu, lấy = 0,96 Từ (3.2) ta tính được (kG/m2) Mặt khác ta có: (3.4) Với W là momen chống uốn của tiết diện ống; (3.5) (kG/m2) Ta thấy = 0,177.108 (kG/m2) < = 0,396.108 (kG/m2) (thỏa mãn) Vậy tuyến ống đảm bảo bền khi thi công qua đoạn cong lồi. 3.3.3. Tính toán đoạn cong lõm Đoạn cong lõm thì đường ống ngoài chịu uốn bởi trọng lượng bản thân của ống trong nước, đường ống còn chịu tác động của tải trọng môi trường, phản lực nền lên đường ống và lực kéo xuất hiện trong ống do tác dụng làm giảm hiện tượng uốn của ống. Bài toán kiểm tra bền đoạn cong lõm trở thành bài toán phi tuyến. Coi đoạn cong lõm như một đoạn dầm tuyến tính, với giả thiết ống có chuyển vị nhỏ, có điều kiện biên: - y(0) = 0 - , x = l - , x = l - y(l) = h Phương trình vi phân đường đàn hồi của ống: (3.6) Phản lực nền: (3.7) Trong đó: - M1: là momen uốn ứng với điểm cuối Stinger M1 = = 2.104 (kG.m) Hình 3.13. Sơ đồ mô tả đoạn cong lõm của tuyến ống - Hệ số n được xác định theo công thức: (3.8) - H: là lực căng trong ống - L = n.l, chiều dài không thứ nguyên; với l là khoảng cách theo phương ngang tính từ điểm tiếp xúc giữa đường ống với điểm hạ vuông góc từ điểm cuối của Stinger - h: là khoảng cách theo phương đứng từ điểm cuối của stinger đến đáy biển, m (3.9) - : là khoảng cách theo phương đứng từ điểm cuối của Stinger đến mặt nước (3.10) + : là góc nghiêng giữa đường thi công trên mặt boong và mặt nằm ngang, . + : là góc nghiêng giữa đường thi công của đường ống tại điểm cuối của Stinger với phương nằm ngang, với y’ được xác định theo biểu thức: (3.11) - ho: là độ sâu nước tính toán tại khu vực thả ống ho = h + (3.12) - Trọng lượng ống trên 1m dài trong nước P = 131,83 kG/m * Kiểm tra độ bền cho ống: (3.13) : là bán kính cong nhỏ nhất của đường cong lõm được xác định từ biểu thức sau: với (3.14) Bán kính cong nhỏ nhất tại điểm có y” đạt max, tại đó: (3.15) Như vậy mục đích của bài toán này là tìm ra lực căng H thích hợp để ứng với nó cho ta một bán kính cong tương ứng của đoạn cong lõm sao cho thỏa mãn điều kiện bền. Ta chọn H = 8000 kG = 0,045644 Từ bảng tính ta nhận thấy với H = 8000 kG cho kết quả lặp tương đối chính xác, khi đó bán kính cong của đoạn cong lõm sẽ là 91,1m. Với bán kính cong này thì ứng suất lớn nhất xuất hiện trong đoạn cong lõm này có giá trị là: (kG/m2) (thỏa mãn) Vậy tuyến ống đảm bảo bền khi thi công qua đoạn cong lõm. 3.4. Sử dụng phần mềm ANSYS để xác định trạng thái ứng suất trên đoạn cong lõm trong quá trình thi công tuyến ống 3.4.1. Giới thiệu phần mềm ANSYS Ansys (Analysis Systems) là một hệ thống tính toán đa năng. Trong hệ thống này, bài toán cơ kỹ thuật được giải quyết bằng phương pháp phần tử hữu hạn lấy chuyển vị làm gốc. Ansys được lập ra từ năm 1970, do nhóm nghiên cứu của Dr. John Swanson, hệ thống tính toán Swanson (Swanson Analysis Systems, Inc.), tại Hợp Chủng Quốc Hoa Kỳ. Từ đó Ansys đã nhanh chóng lan sang các nước khác trên thế giới như: CHLB Đức, Áo, Thụy Sĩ, Nhật, Trung Quốc, … qua nhiều phiên bản với nhiều tính năng được cập nhật liên tục. Phiên bản mới nhất hiện nay đang dùng là phiên bản Ansys 12.0. Ansys là một phần mềm công nghiệp, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để giải các bài toán ứng suất tuyến tính, kết cấu phi tuyến tính hình học - vật liệu - phần tử, có thể phân tích các bài toán động với phương pháp Modal, phổ, điều hòa, dao động ngẫu nhiên, giải các bài toán uốn tuyến tính và phi tuyến, bài toán nhiệt ổn định, truyền nhiệt, đối lưu, bức xạ nhiệt, dòng chảy thủy lực... Ansys còn có khả năng liên kết với các phần mềm như Pro/Eng, Flotran... để phân tích và thẩm định các thiết kế, có khả năng sử dụng các văn bản thiết kế của các chương trình cơ khí khác để phân tích thông qua kỹ thuật IGE. Phần mềm này cho phép người sử dụng khai báo các thông số với trình tự như sau: - Chọn phần tử PIPE16 - Nhập hệ số Poisson, module đàn hồi E của vật liệu ống, đường kính ngoài ống, chiều dày thành ống … - Nhập mô hình mặt cắt theo kích thước hình học - Chia lưới phần tử Meshing - Nhập thông số áp suất tác động lên ống - Phần mềm tự động tính toán, xử lý số liệu và đưa ra mô phỏng phổ ứng suất của phần tử tại từng vị trí trên chiều dài ống. 3.4.2. Công dụng của phần mềm trong tính toán thiết kế cơ khí * Công dụng Nhờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật được mô hình hóa và mô phỏng toán học, cho phép lý giải trạng thái bên trong của vật thể như thực khi chịu một tác động bên ngoài. Trong chương trình này có thể giải các bài toán đàn hồi - dẻo, các kết cấu, bài toán nhiệt, bài toán dòng chảy chất lỏng nén được và chất lỏng không nén được. Ngoài ra chương trình còn tính cho các vật liệu từ, bài toán tiếp xúc… Nhờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật được mô hình hóa và mô phỏng toán học, cho phép giải trạng thái bên trong của vật thể như thực khi chịu một tác động bên ngoài. Là một chương trình mạnh, tính cho các phần tử kết cấu 2 thanh, dầm, 2D, 3D và giải các bài toán đàn hồi, đàn hồi phi tuyến, đàn hồi dẻo lý tưởng, dẻo nhớt, đàn hồi nhớt. Mỗi loại vật liệu được đưa thành một mô hình vật liệu ứng với một thuật toán. Mỗi loại vật thể được đưa thành một mô hình hình học, với cách chia các phần tử phù hợp. Các mô hình vật lý của vật liệu được xác định bằng các đặc trưng hình học, các momen quán tính, các giá trị đặc trưng mặt cắt … Chương trình có khả năng mô phỏng theo mô hình hình học với các điểm, đường, nút, diện tích…, và mô hình phần tử hữu hạn với các nút và phần tử. Hai dạng mô hình được trao đổi và thống nhất với nhau để tính toán. Để giải một bài toán cụ thể cần đưa vào điều kiện biên cho các mô hình hình học, các tác động được đưa vào là các lực, chuyển vị, nhiệt độ… Chương trình cho kết quả dưới dạng đồ họa, trường ứng suất và biến dạng được đưa ra dưới ảnh phân bố trường, cho phép quan sát và nhận biết được trường phân bố của các giá trị vật lý nghiên cứu. Ngoài ra, chương trình có các tiện ích giúp người tính toán thiết kế nhanh chóng thực hiện các nội dung nghiên cứu. Đồng thời cho phép liên kết với một số chương trình phần mềm khác và có khả năng truyền dẫn những mô hình Autocad của cấu trúc, thành phần và hệ thống. * Phạm vi sử dụng Do sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, Ansys có thể giái nhiều dạng toán với các vật liệu khác nhau và điều kiện biên khác nhau. Gốc các bài toán này là hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng, phương trình toán lý … có xét đến xác suất độ tin cậy và bài toán tối ưu - Giải các bài toán dựa trên lý thuyết cơ học môi trường liên tục, lý thuyết đàn hồi - dẻo - từ biến cho các kết cấu và chi tiết cơ khí, với bài toán tĩnh và động. Vật liệu của các chi tiết được đưa về dạng mô hình: vật liệu đàn hồi, đàn hồi phi tuyến, đàn hồi dẻo, dẻo nhớt … Các kết cấu dưới dạng thanh, dầm, khối, tấm mỏng … - Ansys giải các bài toán dòng chảy chất lỏng Newton hoặc phi Newton, trong các điều kiện biên. - Ansys có thể giải các bài toán trao đổi nhiệt giữa các vật thể kết cấu, xác định sự phân bố nhiệt độ. - Ansys có thể giải các bài toán điện trường và trường điện từ của vật thể, giải các bài toán truyền âm, cộng hưởng; xử lý bài toán ma sát và tiếp xúc giữa các phần tử. 3.4.3. Các số liệu đầu vào phục vụ quá trình tính toán Trên tuyến ống vận chuyển dầu từ giàn MSP9 đến giàn BK3 của mỏ Bạch Hổ có các thông số như sau: - Chiều dày tuyến ống: = 15,9 mm - Đường kính ngoài ống: De = 323,8 mm - Module đàn hồi của ống thép: E = 2,1.106 kG/cm2 - Hệ số Poisson: 0,3 - Áp suất thiết kế: P = 60 at = 58,86 kG/cm2 3.4.4. Quá trình thực hiện và kết quả đạt được 3.4.4.1. Quá trình thực hiện Cách 1: Cách dùng Menu Ansys /FILNAME,DATN2010 (Nhập tên chương trình) /SHOW,DATN2010,GRP (Các bản vẽ ghi vào file DATN2010) /TITLE,DUONG ONG VAN CHUYEN DAU TU MSP9 - BK3 * Bước 1: Chọn lựa phần tử ống Pipe16 Preprocessor  >Element type  > Add/Edit/Delete > (Add) > (Pipe) > (Elastic  straight 16) > OK * Bước 2: Nhập số liệu phần tử ống Preprocessor  > Real constants > Add/Edit/Delete > (Add) > Type 1 > OK   (Outside diameter - Đường kính bên ngoài ống  0.3238; Wall thickness - bề dày ống = 0.0159) > OK   * Bước 3: Nhập vật liệu (mặt cắt ngang) Preprocessor > Material properties > Material models > Structural > Linear > Elastic >  Isotropic, Nhập EX (Module đàn hồi  = 2.1E11) and PRXY (Hệ số poission = 0.3) > Close * Bước 4: Nhập mô hình hình học Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In active CS   Key point Trục X Trục Y Trục Z 1 0 0 0 2 -84.5 -56 0 * Bước 5: Tạo đường từ các điểm Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Straight lines (Click on the keypoints 1 and 2 to make line 1) * Bước 6: Hướng dẫn sơ bộ trước khi tạo nút và phẩn tử Preprocessor > Meshing > Size cntrls >Manualsize Lines > Picked lines 1 >  NDIV = 7 > OK  * Bước 7: Tạo nút và phần tử ống Preprocessor > Meshing  > Mesh > Lines > Pick line 1 > OK * Bước 8: Xem hình dạng 3D của phần tử ống Utility menu: Plot ctrls  > Style  > Size and shape  > Select the radio button  next to /ESHAPE (On) > OK  * Bước 9: Liệt kê các đặc tính phần tử Utility menu: List > Elements > Nodes and attributes > OK * Bước 10: Liệt kê các đặc tính nút Utility menu: List > Nodes Applying loads > OK * Bước 11: Đặt tải trọng - Solution > Define loads > Apply > Structural > Displacemet > On keypoints > Pick keypoint 1 và chọn All DOF > OK - Solution > Define loads > Apply > Structural > Displacemet > On keypoints > Pick keypoint 2 > UY = 27.5 > OK - Solution > Define loads > Apply > Structural > Force/ Moment > Pick All > OK > FY = - 1318.3 > OK * Bước 12: Nhập giá trị áp suất tác động lên phần tử ống Solution > Define loads > Apply > Structural > Pressure > On elements > Pick all > Lkey = 1 > Value = 58.86E5 > OK * Bước 13: Tính toán Solution > Solve > Current LS > OK * Bước 14: Khảo sát và xử lý kết quả - General Post proc > Plot results > Deformed Shape > OK - General Post proc > Plot results > Contour plot > Element solution > Stress > von Mises Stress (Ứng suất uốn) > OK * Bước 15: Lập bảng kết quả cần tính toán - General Post proc > Element table > Define table > Add > OK - General Post proc > List Element table > OK Cách 2: Cách dùng lệnh theo hướng không tạo hình học trước /FILNAME,DATN2010 /SHOW,DATN2010,GRP /TITLE,DUONG ONG VAN CHUYEN DAU TU MSP9 - BK3 /PREP7 ET,1,PIPE16 R,1,0.3238, 0.0159, , , , , RMORE, , , , , , , RMORE, , MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2.1E11 MPDATA,PRXY,1,,0.3 K,1,0,0,0, K,2,-84.5,-56,0, LSTR,1,2 FLST,5,1,4,ORDE,1 FITEM,5,1 CM,Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,Y1,LINE CMSEL,,Y LESIZE,Y1, , ,7, , , , ,1 LMESH,1 FINISH /SOL FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,1 /GO DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,2 /GO DK,P51X, ,27.5, ,0,UY, , , , , , FLST,2,2,3,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 /GO FK,P51X,FY,-1318.3 FLST,5,7,2,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-7 CM, Y,ELEM ESEL, , , ,P51X CM, Y1,ELEM CMSEL,S, Y CMDELE, Y /GO SFE,Y1,1,PRES, ,58.86E5, , , /SHRINK,0 /ESHAPE,1.0 /EFACET,1 /RATIO,1,1,1 /CFORMAT,32,0 /REPLOT ELIST,ALL,,,0,0 NLIST,ALL, , , ,NODE,NODE,NODE /STATUS,SOLU SOLVE FINISH /POST1 PLNSOL,S,EQV 3.4.4.2. Kết quả đạt được Kết quả đạt được khi biểu diễn trạng thái ứng suất tuyến ống trong quá trình thi công lắp đặt bằng phần mềm Ansys Hình 3.14. Trạng thái ứng suất uốn của tuyến ống Nhận xét: Trên hình 3.14, ta có thể nhận thấy khi thi công tuyến ống biển thì ứng suất cực đại xuất hiện trên đoạn cong lõm là 0,328E+09 N/m2 (Vùng phổ ứng suất màu đỏ là vùng phổ ứng suất cực đại, còn vùng phổ ứng suất màu xanh nước biển là vùng phổ ứng suất cực tiểu). So sánh giá trị ứng suất này với giá trị ứng suất tính toán theo phương pháp tính toán độ bền đoạn cong lõm ở trên = 0,373E+09 N/m2, ta thấy có sự chênh lệch không đáng kể và giá trị ứng suất này hoàn toàn thỏa mãn so với giá trị ứng suất cho phép là 0,396E+09 N/m2. Vậy quá trình mô phỏng trạng thái ứng suất uốn của tuyến ống bằng phần mềm Ansys có độ tin cậy cao, xác định được vùng chịu ứng suất cực đại mà tại đó dễ gây ra phá hủy ống. Việc xác định này giúp ta tìm được vị trí nguy hiểm mà ống đang gặp phải để từ đó tìm ra các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ bền cho tuyến ống, đảm bảo cho quá trình thi công lắp đặt cũng như trong quá trình vận hành. CHƯƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO ĐỘ BỀN CỦA TUYẾN ỐNG MSP9 - BK3 TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG LẮP ĐẶT 4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của đường ống trong quá trình thi công lắp đặt Theo số liệu quản lý và giám sát trong công nghiệp dầu khí của cơ quan giám sát công nghệ quốc gia Nga về những nguyên nhân kỹ thuật cơ bản của các sự cố trong quá trình vận chuyển bằng đường ống được tổng kết như sau: - Hỏng hóc do kết quả tác động của các yếu tố bên ngoài (sóng, dòng chảy, điều kiện địa chất…) chiếm 33% - Hỏng hóc trong thiết kế và thi công lắp đặt chiếm 24% - Ăn mòn do môi trường bên ngoài chiếm 20% - Hỏng hóc ống trong điều kiện sản xuất tại nhà máy chiếm 17% - Không tuân theo các quy trình khai thác chiếm 6%. Theo các số liệu ở trên, số lượng các công trình đường ống bị phá hủy do các tác nhân ăn mòn bên ngoài (chưa kể ăn mòn do tác nhân bên trong) đã là 20% và là một yếu tố rất đáng quan tâm trong thiết kế thi công lắp đặt tuyến ống biển. Ngoài ra còn có tác động của các yếu tố bên ngoài (sóng, dòng chảy, địa chất…) cũng gây ảnh hưởng lớn đến các công trình đường ống. Việc xác định được các nguyên nhân kỹ thuật cơ bản gây ra các sự cố của công trình đường ống là rất cần thiết, nó giúp ta đưa ra được các giải pháp kỹ thuật kịp thời nhằm nâng cao độ bền của các công trình đường ống. Sự an toàn của các công trình đường ống có tầm quan trọng đặc biệt, những hư hỏng đường ống dẫn đến tổn thất rất lớn về nhiều mặt của xã hội như con người, kinh tế đặc biệt là ô nhiễm môi trường. Do đó việc đưa ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ bền chống lại các nguyên nhân gây ra sự cố, hư hỏng cho đường ống được quan tâm đặc biệt ngay cả trong quá trình thiết kế lẫn thi công lắp đặt. 4.2. Các phương pháp nâng cao độ bền của đường ống trong quá trình thi công lắp đặt 4.2.1. Phương pháp hạn chế sự tác động của các yếu tố bên ngoài Đường ống sau khi được rải xuống biển theo tuyến ống thiết kế có thể bị dịch chuyển do chịu tác động của điều kiện môi trường như sóng, dòng chảy, sự vận chuyển của dòng cát, dòng bùn, đặc biệt là lực đẩy nổi. Ngoài ra khi thi công đường ống được rải xuống đáy biển mà đáy biển lại có địa hình không bằng phẳng do đó có thể đường ống sẽ đi qua các hố lõm, hoặc đỉnh lồi của địa hình. Những tác động này gây hư hỏng đường ống và có thể gây phá hủy đường ống do gây ra ứng suất lớn. Để đường ống vận hành an toàn cần thiết kế đường ống không bị dịch chuyển khỏi vị trí của nó, hoặc di chuyển trong giới hạn cho phép. Do đó việc tìm ra phương pháp ổn định vị trí và nâng cao độ bền đường ống khi qua đoạn địa hình phức tạp là nhiệm vụ quan trọng trong quá trình thi công đường ống. Từ những nguyên nhân gây ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài tác động lên đường ống ta có thể đưa ra một vài phương pháp khắc phục để nâng cao độ bền của tuyến ống thi công như: - Phương pháp thi công lắp đặt kết hợp với đào hào chôn ống, đây là một trong những phương pháp được sử dụng khá phổ biến hiện nay để chống lại tác động của sóng, dòng chảy, địa chất... Thực tế cho thấy những đường ống đã được chôn dưới đáy biển ở độ sâu nhất định không bị nguy hiểm vì hư hỏng do neo tàu, thả lưới sát đáy, cũng như tác động của sóng và dòng chảy. Ngoài ra việc chôn ống còn làm hạn chế sự dịch chuyển dọc của đường ống khi có chênh lệch nhiệt độ thành ống và áp suất của sản phẩm được bơm, giảm tác động lực lên đoạn ống cong nối giữa ống đứng của giàn cố định và đường ống. Tuy nhiên phương pháp này chỉ áp dụng với vùng biển có độ sâu mực nước vừa phải không quá lớn và độ dài các tuyến ống lớn. - Sử dụng các phương pháp thi công đường ống khác như phương pháp thi công kéo ống sát mặt biển hoặc trên mặt biển kết hợp với chôn ống dưới đáy biển cũng hạn chế được tác động của sóng và dòng chảy một cách hiệu quả. Tuy nhiên phương pháp thi công này hiện nay không được sử dụng ở Việt Nam do điều kiện thi công không cho phép và phương tiện thi công đường ống còn bị hạn chế. - Để đảm bảo ổn định vị trí đường ống chống lại tác động của sóng, dòng chảy, địa chất... người ta còn sử dụng phương pháp bọc phủ gia tải bằng bê tông để làm nặng và cố định đường ống thép. Do vậy việc lựa chọn các phương pháp phù hợp để bọc phủ và cố định các đường ống thép có ý nghĩa rất lớn. Thường thì ta dùng các lớp bê tông gia tải bố trí thép cấu tạo bên trong có chiều dày từ 4 - 10cm, tác dụng làm tăng trọng lượng cho đường ống để đảm bảo ổn định vị trí cho đường ống trong quá trình thi công. Hiện nay phương pháp bọc bê tông gia tải theo phương pháp phun bắn là một trong những phương pháp có tính công nghệ cao và hiệu quả tốt nhất. - Một số trường hợp, người ta không dùng lớp bọc bê tông gia tải mà dùng các khối gia tải cục bộ vít xoắn để cố định đường ống dưới đáy biển. Phương pháp này cũng rất hiệu quả, đặc biệt là ở những vùng biển có độ sâu lớn và địa hình phức tạp. 4.2.2. Phương pháp hạn chế hư hỏng trong thi công lắp đặt đường ống Khi thi công lắp đặt đường ống, các đoạn mối nối ống được nối lại với nhau bằng mối hàn. Việc kiểm tra chất lượng của các mối hàn trở nên ngày càng quan trọng, các vị trí hư hỏng của mối hàn được xác định và ngăn chặn bằng những phương pháp kiểm tra thích hợp. Phương pháp kiểm tra các mối hàn cũng góp phần làm giảm giá thành bởi vì phát hiện được các khuyết tật, hư hỏng ở ngay các giai đoạn đầu của quá trình gia công, giảm chi phí và kéo dài tuổi thọ của đường ống bằng việc phát hiện và sửa chữa bất cứ các khuyết tật, hư hỏng nào nhằm nâng cao độ bền của tuyến ống suốt quá trình thi công. Một số phương pháp kiểm tra, xác định vị trí hư hỏng của mối hàn được sử dụng như: kiểm tra mối hàn bằng phương pháp siêu âm, phương pháp dòng xoáy ... Ngoài ra cần phải đảm bảo quá trình lắp đặt, vận hành các thiết bị phụ trợ trên tàu phục vụ cho thi công rải ống phải chính xác và đúng kỹ thuật để hạn chế gây ra những hư hỏng và sự cố đáng tiếc có thể xảy ra với đường ống trong suốt quá trình thi công lắp đặt. 4.2.3. Phương pháp chống ăn mòn cho tuyến ống 4.2.3.1. Phương pháp bảo vệ thụ động Được tiến hành bằng cách tạo ra các lớp bảo vệ ngăn cách giữa môi trường và chất lưu với bề mặt ống, ta sử dụng cho phía trong lẫn phía ngoài. Các lớp bảo vệ ống ở thành ngoài nhằm ngăn không cho ống thép tiếp xúc trực tiếp với đất, nước, không khí và thường được chia làm hai nhóm là vật liệu bitum và polime. Chất lượng phải đảm bảo các yêu cầu: - Có độ bám dính tốt (liên kết bền) với kim loại - Có khả năng cách điện, cách nước (không thấm) tốt - Đảm bảo độ bền cơ học và khả năng chống lại những tác động cơ học trong quá trình thi công cũng như sự biến dạng do nhiệt độ của ống - Giá cả hợp lý. Ở phía trong đường ống, khi khảo sát các sự cố ta thường thấy sự phá hủy do han gỉ có đặc tính cục bộ, ở phía thấp để lại các rãnh cong vênh, gồ ghề. Trong các ống dẫn nhũ tương, sự phá hủy gây ra bởi các chất phá nhũ vì ở chế độ chảy dòng, phần thấp không tiếp cận với dầu mà là nước xâm thực làm ống gỉ nhanh. Nếu thực hiện chế độ chảy rối thì ống sẽ được bảo vệ tốt hơn. Ngoài ra để chống gỉ phía trong đường ống người ta dùng các loại sơn, nhựa epoxy, silicat kẽm và các hóa chất ức chế. Đặc biệt chất ức chế chiếm vị trí hàng đầu vì nó tạo ra tấm rào cản giữa môi trường và vật liệu. Hiệu quả của chất ức chế có thể có thể đạt đến từ 92 - 98%. 4.2.3.2. Phương pháp bảo vệ chủ động Được thực hiện đối với bề mặt tiếp xúc với môi trường, chủ yếu là mặt ngoài của thiết bị. Do tác động của môi trường, biện pháp thụ động không thể đảm bảo bảo vệ đường ống suốt thời gian sử dụng, sau 6 - 10 năm đã mất tác dụng. Vì vậy tùy theo tính chất môi trường hoặc kết quả khảo sát, sau thời gian đó phải dùng các protector và bảo vệ catot, thực hiện theo nguyên tắc ăn mòn điện hóa nhưng không phải bản thân đường ống mà vật liệu được lắp đặt chủ động ngoài đường ống. * Bảo vệ protector: được dùng cho các tuyến ống dài, đi qua các vùng xa nguồn điện. Việc bảo vệ không cần cung cấp điện cho nên dọc theo tuyến ống người ta lắp đặt (chôn) các thanh hoặc các bản kim loại có điện thế âm cao hơn sắt, chẳng hạn như kẽm, hợp kim magiê, nhôm …, chúng sẽ đóng vai trò các anot . Đường ống được nối với các thanh kim loại bằng dây dẫn có bọc cách điện. Khi đó trong dây sẽ xuất hiện dòng điện, anot sẽ bị gỉ nhanh hơn so với trường hợp không đấu dây. Còn sự han gỉ của ống (catot) thì ngược lại sẽ ít hơn hoặc hoàn toàn không xảy ra. Dòng điện xuất hiện do hiệu điện thế giữa protector và đường ống sẽ tạo ra trong ống một điện thế âm cao hơn so với trường hợp không có bảo vệ. - Ưu điểm: + Phương pháp này cho kết quả chống ăn mòn như mong muốn + Lắp đặt đơn giản + Dùng được cho các tuyến ống dài, đi qua các vùng xa nguồn điện + Nguyên vật liệu đơn giản. - Nhược điểm: + Trong điều kiện biển luôn có sinh vật sống ký sinh, do vậy bề mặt anot bị che phủ làm giảm khả năng chống ăn mòn như mong muốn + Phải khảo sát định kỳ để đánh giá lại khả năng còn, chống ăn mòn của anot. Hình 4.1. Sơ đồ nguyên tắc bảo vệ ống bằng protector 1: Anot 2: Catot 3: Dây dẫn có bọc cách điện - Các loại anot thường được sử dụng: + Anot hình vành khuyên thường được sử dụng cho những đường ống bọc gia tải + Anot hình thang được sử dụng cho những loại công trình không bọc lớp gia tải phân bố + Vật liệu để chế tạo anot thường là nhôm, kẽm hoặc hợp kim của chúng. - Các sơn phủ thường được sử dụng tại Việt Nam: + Glass flake epoxy + Fusion bonded epoxy (FBE) + Coal tar epoxy + Asphalt Enamel kết hợp Polyetylen (hoặc Polypropylen) - Các kiểu Anot hy sinh hay được sử dụng: + Kiểu hình trụ: “Slender stand - off” + Kiểu hình thang: “Elongated flush mounted” + Kiểu hình bán khuyên: “Half shell bracelet” * Bảo vệ catot cần có nguồn điện một chiều, còn anot không cần đến các kim loại có điện thế âm thấp mà chỉ cần dùng các thanh sắt bình thường. Các thanh sắt được chôn dọc theo tuyến ống và được nối với cực dương của nguồn bằng các dây dẫn có bọc cách điện. Các thanh này sẽ trở thành anot, từ đó dòng điện truyền qua đất vào đường ống qua các điểm bị bong lớp bảo vệ, tới điểm hồi vào theo dây dẫn về cực âm của nguồn. Đường ống phải có độ dẫn điện tốt vì vậy các điểm có điện trở lớn như các đầu nối, mặt bích, các van… cần phải tăng thêm độ dẫn điện, tránh biến chúng thành các vùng anot. Nguồn điện dùng cho bảo vệ catot có thể là các máy phát một chiều hoặc lấy từ lưới xoay chiều với các bộ nắn dòng. Lượng điện tiêu thụ tăng theo sự xuống cấp của lớp bảo vệ, khoảng cách các nguồn từ 525 km tùy theo điện trở của lớp bảo vệ. - Ưu điểm: + Chủ động trong công tác chống ăn mòn + Độ an toàn. - Nhược điểm: + Phụ thuộc vào điều kiện vị trí vật bảo vệ so với nguồn điện, do vậy rất khó cho việc bảo vệ những công trình chạy dài, xa khu vực có khả năng cung cấp nguồn điện ổn định + Khó kiểm soát hệ thống chống ăn mòn theo loại này. Hình 4.2. Sơ đồ nguyên tắc bảo vệ ống bằng Catot 1: Anot 2: Catot 3: Dây dẫn có bọc cách điện 4: Nguồn điện 4.2.3.3. Phương pháp bảo vệ kết hợp Trong thực tế người ta không sử dụng một biện pháp bảo vệ chống ăn mòn mà thường sử dụng kết hợp các phương pháp sao cho hợp lý, mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Như là: - Để bảo vệ các kết cấu kim loại làm việc trong nước biển người ta thường dùng kết hợp giữa phương pháp sơn phủ bảo vệ với phương pháp bảo vệ bằng protector hoặc dòng điện bên ngoài. - Để bảo vệ các ống dẫn đặt ngầm thì người ta kết hợp sử dụng các lớp bảo phủ ngăn cách (bitum, xi măng) với bảo vệ bằng dòng điện bên ngoài hoặc protector. Phương pháp bảo vệ kết hợp có những ưu điểm sau: - Phân bố dòng điện bảo vệ tốt hơn - Kinh tế hơn các phương pháp riêng lẻ - Tránh được những hạn chế các phương pháp trên khi dùng riêng lẻ - Giảm tốc độ hoà tan anot. 4.3. Các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ bền tuyến ống MSP9 - BK3 ở mỏ Bạch Hổ Do điều kiện địa hình thi công tuyến ống là tương đối bằng phẳng, ứng suất tính toán độ bền tuyến ống khi đi qua hố lõm và đoạn cong lồi đảm bảo điều kiện cho phép. Tuyến ống cũng đảm bảo ổn định vị trí dưới đáy biển khi chịu tác động của sóng và dòng chảy mà không cần lớp bọc bê tông gia tải. Tuy nhiên trong quá trình thi công tuyến ống cũng như trong quá trình vận hành, đường ống không tránh khỏi sự hư hỏng, phá hủy do nhiều tác nhân khác gây ra, đặc biệt là ăn mòn. Trong khuôn khổ của đồ án em chỉ tập trung tìm hiểu phương án tính toán thiết kế chống ăn mòn cho tuyến ống MSP9 - BK3. Đây là một trong những giải pháp tối ưu quan trọng nhằm đảm bảo nâng cao độ bền của tuyến ống trong suốt quá trình thi công lắp đặt cũng như quá trình vận hành. Qua phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp chống ăn mòn ở trên và các điều kiện của vùng biển có tuyến ống chạy qua ta thấy phương pháp bảo vệ kết hợp là phương pháp mà phù hợp nhất về mọi mặt. Vì vậy ta chọn phương pháp này cho tính toán thiết kế chống ăn mòn cho tuyến ống. Đó là kết hợp giữa sơn chống ăn mòn và hệ thống các Anot hy sinh (bảo vệ bằng protector). 4.4. Tính toán thiết kế chống ăn mòn cho tuyến ống MSP9 - BK3 4.4.1. Thiết kế lớp sơn phủ chống ăn mòn Tuyến ống được sơn phủ bởi loại sơn Asphalt Enamel với chiều dày 5mm. Tính chất cơ lý của loại sơn này: - Trọng lượng riêng γ = 1400 kG/m3 - Độ dẫn nhiệt 0,3 W/m.oC * Ta quyết định chọn loại sơn trên là do : - Các loại sơn Coal tar epoxy, Fusion bonded epoxy (FBE), Glass flake epoxy được chế tạo trên cơ sở nhựa epoxy biến tính, loại Glass flake epoxy còn có chứa các sợi thuỷ tinh có các đặc tính chống ăn mòn cao cũng như có độ bền tốt dưới các tác động cơ học. Tuy nhiên hạn chế là thời hạn làm việc của các loại sơn này chỉ xấp xỉ 10 năm. - Các loại sơn Intumescent epoxy, Asphalt Enamel không những giữ được các ưu điểm đã trình bày ở trên mà còn có tuổi thọ cao đáp ứng được yêu cầu của công trình đường ống đặt ra. 4.4.2. Thiết kế bảo vệ chống ăn mòn điện hoá Ăn mòn công trình kim loại trong môi trường nước biển là ăn mòn điện hoá chủ yếu do chất oxy hoá hoà tan trong nước biển gây ra. Nguyên nhân chính dẫn đến việc kim loại bị ăn mòn điện hoá là do sự xuất hiện dòng chuyển dịch điện tích từ kết cấu ống làm bằng vật liệu kim loại ra môi trường bởi sự chênh lệch về điện thế (xuất hiện cặp pin), kim loại ống trở thành anot và bị ăn mòn. Nguyên lý bảo vệ chống ăn mòn điện hoá cho kim loại là tìm cách bù đắp vào lượng điện tích mà anot bị mất đi bằng một lượng điện tích khác từ bên ngoài hoặc vào thay thế kim loại ống bằng một kim loại khác có điện thế cao hơn (đóng vai trò làm anot thay cho kim loại ống). 4.4.2.1. Tính toán, thiết kế hệ thống anot hy sinh * Cơ sở tính toán. - Cơ sở cho việc tính toán chống ăn mòn bằng anot theo quy phạm DnV RP-B401, Recommended Practice RP-B401 Cathodic Protection Design 2005 - Tuổi thọ của hệ thống bảo vệ bằng tuổi thọ của công trình, lấy 30 năm - Các điều kiện về môi trường biển - Hệ số phá huỷ sơn, fC , phụ thuộc vào đặc tính của chất sơn phủ được lấy theo bảng trong DnV RP-B401. * Diện tích bảo bề mặt tuyến ống cần bảo vệ A, m2. A = π.D.L (m2) (5.1) Bảng 4.1. Các số liệu đầu vào của tuyến ống MSP9 - BK3 Số Liệu Đầu Vào L(m) D(m) A(m2) Loại thép Tuổi thọ(năm) 2773 0,3238 2819,398 X60 30 * Mật độ dòng điện bảo vệ ic, A/m2 Mật độ của dòng điện bảo vệ (thiết kế ban đầu) phụ thuộc vào sự thay đổi độ sâu đáy biển và nhiệt độ vùng cần bảo vệ, được lấy theo bảng sau: Bảng 4.2. Mật độ dòng điện thiết kế ban đầu /cuối cùng cho thép trần đối với các vùng khí hậu khác nhau, (A/m2) Độ sâu m Nhiệt đới >20oC Cận nhiệt đới 12o 20oC Ôn đới 7o12o C Vùng lạnh < 7o C 0 ÷ 30 0,15 0,09 0,17 0,11 0,2 0,13 0,25 0,17 > 30 0,12 0,08 0,15 0,09 0,18 0,11 0,22 0,13 Bảng 4.3. Mật độ dòng điện thiết kế trung bình cho thép trần, A/m2 Độ sâu m Nhiệt đới >20oC Cận nhiệt đới 12o 20oC Ôn đới 7o 12o C Vùng lạnh < 7o C 0 ÷ 30 0,07 0,08 0,1 0,12 > 30 - 100 0,06 0,07 0,08 0,1 Theo như điều kiện vùng thuộc nhiệt đới, độ sâu công trình 56m lớn hơn 30 m nên ic = 0,06 A/m2. * Cường độ dòng điện yêu cầu - IYC (A) IYC = A. ic. fC (4.2) Lựa chọn loại anot theo quy phạm DnV RP-B401, tuỳ từng loại anot được chọn mà công thức xác định điện trở là khác nhau và được xác định theo bảng sau: Bảng 4.4 : Công thức xác định điện trở bề mặt anot Loại Anot Công thức xác định điện trở La 4.ra La 4.ra La 4.(bề dày) Dạng hình bán khuyên Trong đó: Ra: Điện trở bề mặt của anot, Ohm ρ: Điện trở môi trường, Ohm.m La: Chiều dài của anot, m ra: Bán kính của anot, m Nếu anot không ở dạng hình trụ thì ra = C/2 π, với C là chu vi mặt cắt ngang của anot. S: Trung bình chiều rộng và dài của anot, m Aa: Diện tích bề mặt của anot, m2. * Dòng điện ra của anot - Ia , A (A) (4.3) Trong đó, U là hiệu điện thế giữa điện thế làm việc tối thiểu của anot tuỳ thuộc vào loại anot được chọn và điện thế nhỏ nhất để bảo vệ thép trần là 0.8V. * Số lượng anot Na (4.4) * Khối lượng anot được sử dụng, M (4.5) ma: Là khối lượng tính của 1 anot u: Hệ số sử dụng anot, phụ thuộc loại anot. Bảng 4.5. Bảng tra hệ số sử dụng Anot,u Loại anot Hệ số sử dụng (u) La 4.ra 0,9 La 4.ra 0,85 La 4.(bề dày) 0,85 Dạng hình bán khuyên 0,8 4.4.2.2 Thiết kế các thông số hệ thống Anot * Các thông số thiết kế - Các thông số bảo vệ : + Điện thế bảo vệ tối thiểu để bảo vệ thép trần khỏi bị ăn mòn là -800mV theo điện cực Ag/AgCl/nước biển + Mật độ dòng điện để bảo vệ thép trần khỏi ăn mòn: 0,06 - 0,065 A/m2. - Các thông số sử dụng trong tính toán : + Điện thế của thép cacbon trong nước biển là - 650mV theo điện cực so sánh Ag/AgCl/nước biển + Hệ số phá hủy sơn lấy theo DnV RP-B401 + Hệ số sử dụng anot hy sinh được tiếp nhận là 90%. * Số lượng, phân bố và lắp đặt anot. - Số anot cần bảo vệ phần ngập nước phụ thuộc vào dung lượng điện hoá của anot, thời gian vận hành của công trình và hệ số phá huỷ sơn - Phân bố các anot tuân theo các bản vẽ thiết kế - Lắp đặt anot tuân theo các quy trình kỹ thuật ANSI/AWA D1.1- 94. * Các số liệu đầu vào - Lớp sơn phủ + Vật liệu sơn : Asphalt Enamel + Chiều dày : 5 mm - Môi trường nước biển + Nhiệt độ : 40oC + Điện trở riêng : ρ = 0,2 Ohm.m - Lựa chọn loại Anot sử dụng cho đường ống dẫn dầu MSP9 - BK3 của mỏ Bạch Hổ: Bảng 4.6. Bảng số liệu các loại Anot Loại Anot Đường kính trong (mm) Đường kính ngoài (mm) Chiều dài (mm) Khối lượng (kg) AFA B200 118 198 416 20/25 AFA B126 170 250 235 12.6/16 AFA B186 170 250 368 18.6/16 AFA B235 225 315 410 23.5/28.4 AFA B333 223,5 303,5 475 33,3/37,7 AFA B280 280 360 325 28/35 AFA B380 280 360 450 38/35 AFA B292 328 408 290 29,2/34 AFA B400 328 408 425 42/46 AFA B1200 410 492 800 120/135 AFA B350 435 515 280 35/47,5 AFA B610 512 592 450 61/85 AFA B520 520 610 315 55/69 AFA B550 550 640 300 55/70 Anot AFA B350 được chọn sử dụng cho tuyến ống với các thông số sau : + Khối lượng hợp kim nhôm 47,5 kg. + Đường kính trong 435 mm. + Đường kính ngoài 515 mm. + Chiều dài Anot 280 mm + Sơn bề mặt bên trong (CTE) dày 100 μ m. + Cáp điện 16 mm2/PVC 2 chiếc. + Điện thế làm việc tối thiểu, - 1090(Ag/AgCl/nước biển)mV + = 1,09 V điện thế thiết kế trong mạch kín của Anot. * Tính toán các thông số Anot - Diện tích bề mặt tuyến ống A = 2819,398 m2 - Hệ số phá huỷ sơn , fC : + Giai đoạn đầu : fC = a + b. (4.6) + Giai đoạn cuối : fC = a + b.tf (4.7) tf là tuổi thọ thiết kế của công trình, 30 năm. Các hệ số a, b tra theo bảng 10-4 - DnV RP-B401 - 2005 [6]. Ta lấy a = 0,05; b = 0,015 do sơn ta dùng là sơn Asphalt Enamel và có chiều dày lớp sơn trong là 100 μ m. + Giai đoạn đầu: fC = 0,05+ 0,015. = 0,275 + Giai đoạn cuối: fC = 0,05+ 0,015.30 = 0,50 - Mật độ dòng điện bảo vệ chọn là 0,06 A/m2 - Cường độ dòng điện yêu cầu bảo vệ, A: * Thông số tính toán Anot AFA B350 - Chiều dài ống cần bảo vệ 2773 (m) - Diện tích bề mặt tuyến ống, A (m2) - Cường độ dòng điện yêu cầu, Iyc (A) - Do La < 4.ra Điện trở bề mặt của anot, Ra (Ohm) = 0.0999 (Ohm) - Dòng ra của anot , Ia (A) - Số lượng anot , Na chọn số lượng Anot là Na = 35 chiếc. - Khoảng cách giữa các anot, Da (m) (4.8) 4.4.2.3 Thiết kế, bố trí chi tiết Anot Chi tiết Anot được thiết kế và bố trí cụ thể trong bản vẽ. Nó phải thỏa mãn các yêu cầu sau : - Anot dễ dàng tìm kiếm trên thị trường, giá cả hợp lý và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. - Anot phải được bố trí để có được sự phân bố đồng đều của dòng. Đặc biệt khoảng cách giữa các Anot không được vượt quá 150 m. CHƯƠNG 5 CÔNG TÁC AN TOÀN TRONG QUÁ TRÌNH BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA ĐỐI VỚI TUYẾN ỐNG 5.1. Công tác an toàn trong thi công tuyến ống biển 5.1.1. Vai trò của công tác an toàn trong khai thác dầu khí Khai thác dầu khí là công việc nặng nhọc và độc hại, công nhân phải làm việc trong điều kiện có nguy cơ xảy ra tai nạn cao. Hàng ngày họ phải đối mặt với những nguy hiểm như phải tiếp xúc với nhiều hóa chất độc hại dùng trong vùng cận đáy giếng, chất nổ, chất khí độc có thể rò rỉ từ các bộ phận thu gom vận chuyển. Dầu khí lại là một chất có khả năng gây nổ, dù chỉ một hành động không tuân theo những nguyên tắc an toàn cũng có thể gây ra cháy nổ trên giàn rất nguy hiểm. Cùng với nguy hiểm gây ra do hóa chất trong quá trình khai thác thì các thiết bị máy móc là nguồn có khả năng gây ra các tai nạn cao. Do phải thường xuyên đối mặt với các nguy hiểm như vậy, để đảm bảo không xảy ra các tai nạn đáng tiếc gây thiệt hại đối với người cũng như tài sản thì công tác an toàn được đặt lên hàng đầu trong quá trình khai thác dầu khí. Thực hiện tốt công tác an toàn không những mang lại lợi ích kinh tế mà còn đảm bảo cuộc sống, điều kiện sống an toàn đối với công nhân làm việc trên giàn khoan. Nó không những giúp chúng ta bảo vệ được những thành quả lao động mà còn mang lại cho chúng ta sức lực và ý chí để có thể lao động ngày càng tốt hơn. 5.1.2. Các yêu cầu đối với công tác an toàn lao động ở trên giàn khoan 5.1.2.1. Yêu cầu đối với người lao động Người lao động có thể làm việc được trong điều kiện này đòi hỏi sức khỏe tốt, ít bệnh tật. Yêu cầu quan trọng nhất đối với người lao động là phải nắm vững các quy tắc lao động. Muốn vậy người lao động cần phải tổ chức học các quy tắc an toàn tại trung tâm an toàn của XNLD. Phải ghi nhớ và có tiến hành thi lấy chứng chỉ trước khi ra làm việc ở ngoài giàn. Công tác này phải thực hiện một cách nghiêm ngặt có như vậy mới mang lại hiệu quả cao. Người lao động cũng cần phải có trình độ chuyên môn vững vàng để khi làm việc tránh khỏi những sai sót dẫn đến tai nạn. Họ cần nắm vững được nhiệm vụ của mình trong công việc cũng như việc tuân thủ các quy định an toàn. Cùng với việc thường xuyên giáo dục nâng cao ý thức tự giác thực hiện các quy tắc an toàn, nâng cao trình độ hiểu biết về an toàn lao động và tổ chức các đợt thực hành về công tác chống cháy nổ. Tổ chức kiểm tra các thiết bị an toàn như xuồng cứu sinh, phao cứu sinh, các đường cứu hỏa, lập kế hoạch phòng chống các sự cố và phương pháp giải quyết các sự cố có thể xảy ra. 5.1.2.2. Yêu cầu đối với các thiết bị máy móc và thiết bị an toàn Đối với các thiết bị máy móc có nguy cơ cháy nổ cao cần phải kiểm tra kỹ càng về độ an toàn của thiết bị trước khi sử dụng. Thiết bị phải được đặt ở vị trí mà khi cháy không hoặc ít ảnh hưởng đến các bộ phận khác. Trên thiết bị có các bộ phận an toàn như van an toàn (đối với các thiết bị chịu áp lực), đồng hồ báo cháy tự động... Theo thống kê những tai nạn do nguyên nhân chủ quan của người lao động là không tuân thủ các quy tắc an toàn và các tai nạn xảy ra do không kiểm tra kỹ các thiết bị đảm bảo an toàn. Do vậy vấn đề được đặt ra là phải kiểm tra tính an toàn của các thiết bị (thiết bị dễ cháy, nổ, đường dây điện...). Kiểm tra chất lượng, số lượng của các loại dụng cụ đảm bảo an toàn cho phao cứu sinh, thiết bị cứu hỏa. Thiết bị phải được thường xuyên bảo dưỡng ở những chỗ hỏng hóc, cấm đặt thiết bị nguy hiểm ở khu vực sinh sống và nên bố trí các tàu cứu hộ thường xuyên túc trực ở nơi làm việc. 5.1.3. Công tác an toàn trong thi công tuyến ống biển 5.1.3.1. Phòng cháy chữa cháy Trong quá trình thi công, xây lắp vận chuyển dầu khí thì công tác an toàn, phòng chống cháy nổ luôn phải được chú trọng đầu tiên. Tuân thủ các quy định về an toàn phòng chống cháy nổ, vận hành, quản lý, bảo vệ tuyến ống là nhiệm vụ quan trọng để không xảy ra sự cố trọng quá trình vận hành. Trong các trạm vận hành đều trang bị các thiết bị an toàn như rò lửa, rò khí, rò các tín hiệu báo động cháy. Hệ thống dập lửa bằng CO2, tất cả các thiết bị này đều được điều khiển tự động qua hệ thống chống cháy nổ FSS cài đặt trên mạng module phòng chống cháy tại trạm. Hệ thống dập lửa bằng CO2 cho mỗi khu vực gồm các dãy bình CO2 có kích thước thích hợp được nối với một đầu chung lần lượt có các ống nhánh phân phối CO2 từ vòi phun tại chỗ các thiết bị cần được bảo vệ trong khu vực. Khi xảy ra báo động có cháy phải dừng ngay công việc, khi có tín hiệu báo xả khí CO2 phải rời khỏi khu vực đó. 5.1.3.2. Rò rỉ khí Các thiết bị kiểm tra rò rỉ khí được trang bị tại các trạm phân phối khí đó là các đầu rò lửa, khí. Khi nồng độ khí trong khu vực đạt nồng độ 40% thì sẽ có tín hiệu báo dừng vận hành. Khi có tín hiệu báo rò rỉ khí cần phải cô lập khu vực và xả áp suất tại khu vực đó bằng cách đóng các van ESDV ở đầu ra, đầu vào trạm phân phối khí, mở van BDV. Trường hợp nghiêm trọng có thể khởi động hệ thống phòng chống cháy nổ FSS ở các hộp điều khiển tại chỗ. 5.2. Quy trình bảo dưỡng tuyến ống biển 5.2.1. Mục đích Việc bảo dưỡng tuyến ống phải được tiến hành theo chương trình và nội dung chi tiết do cơ quan vận hành lập ra. Kế hoạch bảo dưỡng phải đạt các mục tiêu : - Kéo dài tuổi thọ của công trình - An toàn khi vận hành - Chi phí bảo dưỡng tối thiểu Kế hoạch bảo dưỡng cần phải lập cho từng vùng riêng biệt, bao gồm: - Tuyến ống dưới biển - Tuyến ống trên bờ - Các thiết bị đường ống trong các trạm phân phối khí... 5.2.2. Bảo dưỡng tuyến ống dưới biển Phương pháp kiểm tra thăm dò đường ống có thể là kiểm tra bên trong bằng các thiết bị phóng thoi và kiểm tra bên ngoài. Các nguyên nhân gây ảnh hưởng đến sự cố đường ống: sóng biển, hải lưu, sóng thần, vận chuyển trầm tích, sự dịch chuyển của các đụm cát ngầm, trượt đất, sụt lở ngầm, các hoạt động ngư nghiệp, hàng hải, hải quân (diễn tập quân sự, bom mìn...). Để bảo dưỡng cũng cần đến các tài liệu khảo sát, thiết kế và lắp đặt, đường ống để chia ra các vùng có mức độ quan tâm khác nhau như: - Vùng nền cứng gồ ghề ống bị treo - Vùng đáy là trầm tích, cát, sét dễ bị xói mòn, cuốn trôi - Vùng ống chôn dưới lớp phủ - Vùng ống có phủ tấm đệm Việc kiểm tra giám sát tuyến ống có thể thực hiện theo phương pháp kiểm tra bên ngoài định kỳ vài năm một lần, trong 1 - 2năm đầu vận hành nên: - Khảo sát từ trên tàu - Quay phim chụp hình hiện trạng ống hoặc giám sát bằng máy bay nhờ thợ lặn, tàu lặn kiểm tra đặc biệt với các điểm trọng yếu - Kiểm tra bên trong: định kỳ vài năm một lần. Trong thời gian vận hành nên kiểm tra bằng thoi máy để có cơ sở so sánh, đánh giá diễn biến và tốc độ quá trình phá hủy hoặc sự cố. 5.2.3. Bảo dưỡng các thiết bị của hệ thống tuyến ống Nước ta có đặc thù khí hậu nhiệt đới gió mùa, mưa nắng thất thường, chênh lệch nhiệt độ trong ngày lớn làm cho thiết bị, vật liệu nhanh hư hỏng như: sơn phủ biến chất, vật liệu co giãn lớn gây nứt vỡ, tạo rò rỉ, vết xước hoặc do cọ xát với giá đỡ... Do vậy cần phải có biện pháp bảo vệ che chắn mưa nắng mà không vi phạm quy định an toàn và quy trình vận hành. Với các thiết bị cơ: chủ yếu là các van cần vệ sinh tra mỡ thường xuyên mỗi tuần vài lần, với các van làm việc lâu dài cần thao tác nhẹ nhàng. Các thiết bị trọng yếu: hoạt động liên tục, tần suất lớn cần kiểm tra theo dõi vệ sinh hàng ngày. Với các thiết bị thứ yếu như nghỉ chờ hoặc dự trữ cần kiểm tra định kỳ hàng tháng, chạy không tải và bảo quản cẩn thận. Bảo dưỡng thiết bị là yếu tố quan trọng để đảm bảo cho thiết bị hoạt động ổn định, đảm bảo tuổi thọ hoạt động của thiết bị. Yêu cầu bảo dưỡng gồm các dạng sau: - Điều chỉnh bằng bôi trơn dầu mỡ hàng ngày - Bảo dưỡng định kỳ theo tuần hoặc theo tháng - Lập kế hoạch đại tu lớn - Bảo dưỡng, sửa chữa các hư hỏng đột suất - Bảo dưỡng chung, sơn vệ sinh, kiểm tra ăn mòn Việc bảo dưỡng định kỳ và lập kế hoạch bảo dưỡng các thiết bị phải tham khảo các tài liệu bảo dưỡng cho từng thiết bị do nhà thầu cung cấp, kết hợp với kinh nghiệm thực tế trong quá trình vận hành. Việc kiểm tra độ bền (không phá hủy) của các thiết bị nên được tiến hành thường xuyên. Cần xác minh các điểm bị ăn mòn của đường ống và van để có biện pháp xử lý thích hợp. Cán bộ vận hành và bảo dưỡng thiết bị phải có những hiểu biết về thiết bị đó. Tất cả các lần bảo dưỡng đều phải ghi nhật ký đầy đủ và bảo quản cẩn thận. * Bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ Tại các trạm vận hành và trên tuyến ống khi có hỏng hóc nhỏ, cán bộ vận hành phải lập báo cáo về hỏng hóc cơ khí của thiết bị đó và gửi về tổ thiết bị sửa chữa, công việc sửa chữa chỉ được thực hiện khi đã có giấy phép thực hiện công tác sửa chữa. Để đảm bảo an toàn phải cô lập vùng sửa chữa, xả khí vào đường ống nếu nồng độ khí dưới mức cho phép mới tiến hành sửa chữa. * Đại tu thiết bị Khi đại tu thiết bị và thanh kiểm tra định kỳ hàng năm (bảo dưỡng đòi hỏi phải ngừng hoạt động trạm) nên phối hợp với giàn nén khí ngoài biển và nhà máy điện. Chu kỳ các lần kiểm tra phải thống nhất với cơ quan đăng kiểm, người cấp chứng chỉ công trình và bộ phận bảo hiểm thiết bị. Đối với các bình áp lực phải kiểm tra định kỳ 5 năm một lần và các van là 2 năm một lần quy định theo tiêu chuẩn của Hiệp hội cơ khí Mỹ (ASME). 5.3. Vấn đề bảo vệ môi trường Việc xác định rõ thể tích của dầu và khí thiên nhiên được vận chuyển từ khu mỏ đến nơi tiêu thụ, trong sự vận chuyển dầu khí có sự ghi nhận về an toàn và bảo vệ môi trường. Các đường ống có tỷ lệ xảy ra tai nạn rất thấp. Sự vận chuyển dầu thô bằng tàu chuyên chở có liên quan tới một số ít tai nạn xảy ra đã làm tập trung sự chú ý vào ảnh hưởng lớn đến đời sống cộng đồng cũng chỉ là một phần rất nhỏ trong tổng số thể tích dầu được vận chuyển bằng tàu chuyên chở. Các đường ống đạt kết quả tốt hơn trong công tác an toàn và bảo vệ môi trường hơn những loại hình vận chuyển khác, và là một trong những phương pháp có hiệu quả nhất để vận chuyển dầu khí trên đất liền và với khoảng cách ngắn trong vùng nước nông. Ở nhiều nơi người ta đã thông qua những sửa đổi về hoạt động làm trong sạch bầu không khí với mức độ đòi hỏi về độ sạch của bầu không khí cao hơn sẽ áp dụng cho quá trình vận chuyển nhiên liệu sau đó. Hầu như tất cả các công đoạn khai thác dầu khí, quá trình chế biến và vận chuyển bị ảnh hưởng bởi việc tăng mức độ về an toàn và bảo vệ môi trường. Để đáp ứng được những yêu cầu đó là rất tốn kém thậm chí khó khăn hơn nhưng những đo lường về bảo vệ môi trường vẫn được xác định rõ. Một điều lớn nhất cần đạt đến là giảm sự tiêu thụ các hydrocacbon cốt để hạn chế lượng khí CO2 thải ra. Hiệu ứng nóng lên toàn cầu và những ảnh hưởng của nó đằng sau sự di chuyển nhằm cản trở việc sử dụng dầu, khí thiên nhiên và than bằng việc áp dụng luật thuế khắc nghiệt. Hiệu ứng nhà kính, do CO2 thải ra nhiều từ việc tăng trưởng trong sử dụng năng lượng từ hydrocacbon sẽ tạo ra sự nóng lên toàn cầu. Những đòi hỏi về môi trường có ảnh hưởng tới các đường ống thường tập trung vào việc ngăn ngừa hư hại cảnh quan thiên nhiên và các di tích lịch sử trong quá trình xây dựng các đường ống mới. Dĩ nhiên là những đòi hỏi về chất lượng không khí và nước mà các đường ống phải đạt được trong quá trình vận hành cũng rất quan trọng. Phát hiện rò rỉ cũng là một phần quan trọng của an toàn đường ống. Các kỹ thuật và thiết bị phát hiện rò rỉ đã có tính tinh xảo cao như thiết bị kiểm tra và các phần mềm phân tích bằng máy tính. KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu tìm hiểu, tham khảo tài liệu cùng với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn Trần Văn Bản cùng các thầy cô giáo tại bộ môn Thiết bị Dầu khí, em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp. Trong đồ án của mình em đã trình bày về tính toán lựa chọn thi công cho tuyến ống vận chuyển dầu từ giàn MSP9 đến giàn BK3 của mỏ Bạch Hổ. Đồ án đã tìm hiểu, giới thiệu về các phương pháp thi công tuyến ống được sử dụng hiện nay và lựa chọn được phương pháp thi công phù hợp cho tuyến ống là phương pháp thi công sử dụng tàu rải ống Nam Côn Sơn, tính toán đảm bảo độ bền cho tuyến ống trong suốt quá trình thi công lắp đặt. Đồng thời em cũng đưa ra các giải pháp kỹ thuật nhằm khắc phục những hạn chế khó khăn thường xảy ra trong quá trình thi công tuyến ống để nâng cao độ bền của tuyến ống, đảm bảo quá trình thi công được thực hiện an toàn và hiệu quả. Một trong số các giải pháp đó là tính toán thiết kế phương pháp chống ăn mòn cho tuyến ống sử dụng phương pháp kết hợp sơn phủ và bảo vệ bằng Protector. Đồ án có ý nghĩa thực tiễn trong quá trình khai thác vận chuyển dầu khí. Tuy nhiên trình độ kiến thức có hạn, vấn đề nghiên cứu thuộc lĩnh vực rộng, nên đồ án không thể tránh khỏi những sai sót. Rất mong được các thầy cô giáo và các bạn đóng góp ý kiến để có thể bổ xung những thiếu sót nhằm hoàn thiện tốt hơn cuốn đồ án này. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Trần Văn Bản cùng các thầy cô giáo tại bộ môn Thiết bị Dầu khí cùng các bạn học đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.