1.本发明涉及海洋工程技术领域，具体而言，特别是涉及一种基于锚固件位置分布的双层海底管道止屈器设计方法。
背景技术：2.在海底管道的全生命周期中，因外部超静水压及其它外力等作用，可能会发生屈曲传播现象，一旦发生屈曲传播，对其整体安全性是非常不利的，会使整个海底管道结构发生失效破坏，为了解决屈曲传播问题，常用的做法是在海底管道上安装止屈器。我国常用的原油输送海底管线有很大一部分采用双层保温管结构，在设计中会基于破损降温计算获取保温失效长度，加装锚固件，以符合海管工艺输送要求。现有的止屈器设计通常是基于计算结果，沿海管长度方向每隔一段间距单独设置止屈器，由此产生的材料、设计及施工费用较高。
技术实现要素：3.本发明要解决的技术问题是提供一种安装于双层海底管道、兼顾止屈器功能的锚固件的位置分布设计方法。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于锚固件位置分布的双层海底管道止屈器设计方法，包括以下步骤：
5.s1：评估海底管道是否发生扩展屈曲，如不发生，则无需安装止屈器，若发生，则执行步骤s2-s7；
6.s2：计算海底管道最大允许保温失效长度；
7.s3：依据保温失效长度确定锚固件布置距离；
8.s4：判断锚固件是否满足防止屈曲传播的要求，计算公式如下：
[0009][0010][0011]
s5：计算止屈器发生总费用，公式如下：
[0012]ctotal
＝c
ba
·
x+c
fp
·
p
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0013]cba
＝c
man
+c
mar-c
lp
ꢀꢀꢀ
(4)
[0014][0015][0016]cfp
＝cf+c
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0017]cf
＝t
·
(c
lv
+c
dsv
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0018][0019][0020][0021]
s6：依据步骤s5，确定允许的最大止屈器间距，公式如下：
[0022][0023]
s7：判断锚固件布置间距是否满足止屈管间距的要求，如满足，则完成设计。
[0024]
根据本发明优选的一个实施例，步骤s1中，根据项目水深、管道尺寸多个输入参数和dnvgl-st-f101规范来进行评估。
[0025]
根据本发明优选的一个实施例，步骤s2中依据流动保障原则进行计算。
[0026]
根据本发明优选的一个实施例，步骤s2的计算原理如下：假设发生保温失效的管道为连续管段；选择稳态情况下的最小出口温度作为典型情况；如果保温失效，流体输送时出口温度应比凝固点高3℃。
[0027]
根据本发明优选的一个实施例，步骤s4式(2)中：pr为止屈器扩展压力，p
pr,ba
为无限长止屈器的扩展屈曲能力，l
ba
为止屈器长度。
[0028]
根据本发明优选的一个实施例，步骤s4中如锚固件不满足防止屈曲传播的要求，通过调整锚固件设计参数直至满足要求。
[0029]
根据本发明优选的一个实施例，步骤s4依据dnvgl-st-f101规范进行。
[0030]
根据本发明优选的一个实施例，步骤s5中：
[0031]
式(3)中：c
total
为考虑止屈器的总费用；c
ba
为单个止屈器的费用；c
fp
为施工作业期间发生扩展屈曲对海管进行替换的费用；x为依据止屈器间隔确定的数量；p为施工时发生扩展屈曲的概率。
[0032]
式(4)中：c
man
和c
mar
分别为单个止屈器制作费及材料费；c
lp
为安装屈器节省的普通管费用；
[0033]
式(5)中：c
bas
为止屈器用钢成本；ρs为钢材密度；t
ba
为止屈管的壁厚；d
ba
为止屈器外径；l
ba
为止屈管单管长度；
[0034]
式(6)中：cs为每吨普通管材制造费用；t为普通管材壁厚；d为普通管材外径；
[0035]
式(7)中：cf为发生屈曲进行海管更换时船舶资源固定费用；c
p
为发生屈曲进行海管更换时管材费用；
[0036]
式(8)中：c
lv
为铺管船的日费率；c
dsv
为潜水支持船的日费率；t为屈曲发生、海管更换直至海管开始重新铺设的预估时间；
[0037]
式(9)中：s为止屈器间距；h为海管更换区域最大水深；
[0038]
式(10)中：c
total
(s)为止屈器发生总费用；l
total
为设计海管的总长度；
[0039]
根据本发明优选的一个实施例，步骤s5中，屈曲扩展发生概率取值1，当c
′
total
(s)＝0时，止屈器发生总费用最少。
[0040]
根据本发明优选的一个实施例，步骤s7中如不满足，则调整锚固件布置间距直至满足要求。
[0041]
本发明的技术效果在于：本专利公开了一种基于锚固件位置分布的双层保温海底管道止屈器设计方法，该方法针对绝大多数双层保温海底管道均采用每隔一段距离布置锚固件的形式，根据相关计算分析，使锚固件兼顾止屈器功能，不再另设止屈器，同时保持了管道的整体性，在经济性和安全性中间取得了较好的平衡，使材料耗费最小化，节约了大量设计、施工成本，对常用的止屈器设计方法是一个很好的补充，在工程实践中具有较好的推广价值。
附图说明
[0042]
图1是本发明一种基于锚固件位置分布的双层海底管道止屈器设计方法的设计流程示意图；
[0043]
图2是本发明一种基于锚固件位置分布的双层海底管道止屈器设计方法的锚固件连接剖面示意图；
[0044]
图3是本发明一种基于锚固件位置分布的双层海底管道止屈器设计方法的锚固件结构示意图。
[0045]
附图标记：1-锚固件；2-海底管道。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对发明的限定。
[0047]
如图1至图3所示，一种基于锚固件位置分布的双层海底管道止屈器设计方法，包括以下步骤：
[0048]
s1：根据项目水深、管道尺寸等输入参数，依据dnvgl-st-f101规范，评估海底管道2是否发生扩展屈曲，如不发生，则无需安装止屈器，若发生，则执行步骤s2-s8；
[0049]
s2：依据流动保障原则计算海底管道2最大允许保温失效长度，计算原理如下：
[0050]
假设发生保温失效的海底管道2为连续管段；
[0051]
选择稳态情况下的最小出口温度作为典型情况；
[0052]
如果保温失效，流体输送时出口温度应比凝固点高3℃；
[0053]
s3：依据海底管道2保温失效长度确定较合理的锚固件1布置距离；
[0054]
s4：依据dnvgl-st-f101规范，判断锚固件1是否满足防止屈曲传播的要求，计算公式如下：
[0055][0056][0057]
式中：pr为止屈器扩展压力，p
pr,ba
为无限长止屈器的扩展屈曲能力，l
ba
为止屈器长度；
[0058]
如不满足，通过调整锚固件1设计参数直至满足要求；
[0059]
s5：根据实际项目的经验计算方法，得到止屈器发生总费用，公式如下：
[0060]ctotal
＝c
ba
·
x+c
fp
·
p
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0061]cba
＝c
man
+c
mar-c
lp
ꢀꢀꢀ
(4)
[0062][0063][0064]cfp
＝cf+c
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0065]cf
＝t
·
(c
lv
+c
dsv
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0066][0067][0068][0069]
式(3)中：c
total
为考虑止屈器的总费用；c
ba
为单个止屈器的费用；c
fp
为施工作业期间发生扩展屈曲对海管进行替换的费用；x为依据止屈器间隔确定的数量；p为施工时发生扩展屈曲的概率。
[0070]
式(4)中：c
man
和c
mar
分别为单个止屈器制作费及材料费；c
lp
为安装屈器节省的普通管费用；
[0071]
式(5)中：c
bas
为止屈器用钢成本；ρs为钢材密度；t
ba
为止屈管的壁厚；d
ba
为止屈器外径；l
ba
为止屈管单管长度；
[0072]
式(6)中：cs为每吨普通管材制造费用；t为普通管材壁厚；d为普通管材外径；
[0073]
式(7)中：cf为发生屈曲进行海底管道2更换时船舶资源固定费用；c
p
为发生屈曲进行海底管道2更换时管材费用；
[0074]
式(8)中：c
lv
为铺管船的日费率；c
dsv
为潜水支持船的日费率；t为屈曲发生、海底管道2更换直至海底管道2开始重新铺设的预估时间；
[0075]
式(9)中：s为止屈器间距；h为海底管道2更换区域最大水深；
[0076]
式(10)中：c
total
(s)为止屈器发生总费用；l
total
为设计海底管道2的总长度；
[0077]
保守考虑，屈曲扩展发生概率取值1，当c
′
total
(s)＝0时，止屈器发生总费用最少；
[0078]
s6：依据步骤s5，确定允许的最大止屈器间距，公式如下：
[0079][0080]
s7：判断锚固件1布置间距是否满足止屈管间距的要求，如不满足，则调整锚固件1布置间距直至满足要求；
[0081]
s8：完成基于锚固件1位置分布的双层保温海底管道2止屈器设计。
[0082]
实施例一：以12"/18"双层保温海底管道2止屈器设计作为案例(内外管壁厚分别为14.3mm、15.9mm)，对本发明技术方案做出更为具体说明：
[0083]
1、依据dnvgl-st-f101规范，评估海底管道2的扩展屈曲能力，计算得到内外管不发生扩展屈曲的最小壁厚分别为13.20mm、18.23mm，外管不满足规范要求，需要设置止屈器阻止屈曲传播；
[0084]
2、输送介质的凝固点为46.1℃，表1保温失效工况的计算结果
[0085]
保温失效长度(m)进口温度(℃)出口温度(℃)100080.749.7120080.746.8150080.742.8
[0086]
结果显示，流体输送过程中，最大允许绝缘失效长度不超过1000m；
[0087]
3、依据步骤2的结果，确定整个海管路由锚固件1布置间距为1000m；
[0088]
4、表2锚固件1主要参数
[0089]
描述数值外径457mm壁厚80.85mm最小长度200mm材料atsm a694 f65
[0090]
根据以下公式，计算得到锚固件1作为止屈器需要的最小壁厚为25.953mm，满足要求；
[0091][0092][0093]
5、表3止屈器间距计算所需主要参数
[0094]
[0095][0096]
依据以下公式，计算得到允许的最大止屈器间距为1630m；
[0097]ctotal
＝c
ba
·
x+c
fp
·
p
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0098]cba
＝c
man
+c
mar-c
lp
ꢀꢀꢀ
(4)
[0099][0100][0101]cfp
＝cf+c
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0102]cf
＝t
·
(c
lv
+c
dsv
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0103][0104][0105][0106][0107]
6:依据步骤3和步骤5的结果可以判断，锚固件1布置间距满足止屈管间距要求；
[0108]
7:完成基于锚固件1位置分布的双层保温海底管道2止屈器设计。
[0109]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。