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第1篇 力学设计1

第1章 绪论1

1.1 引言2

1.2 设计阶段和设计过程3

1.2.1 设计阶段3

1.2.2 设计过程4

1.3 分析设计8

1.4 管道设计分析9

1.4.1 概述9

1.4.2 管道应力检验10

1.4.3 悬跨分析12

1.4.4 海底在位稳性分析13

1.4.5 热膨胀分析15

1.4.6 整体屈曲分析16

1.4.7 管道安装18

1.5 有限元分析20

1.6 参考文献21

第2章 管壁厚度及材料等级选择23

2.1 引言24

2.1.1 概述24

2.1.2 管道设计规范25

2.1.3 管壁厚度26

2.2 材料等级选择27

2.2.1 概述27

2.2.2 制造、安装及运行成本考虑27

2.2.3 材料等级优化28

2.3 压力容器设计29

2.3.1 概述29

2.3.2 DNV-OS-F10130

2.3.3 ABS海底管道系统建造与入级规范31

2.3.4 美国联邦法规32

2.3.5 API-RP-111133

2.4 等效应力标准35

2.5 静水压溃36

2.6 止屈器38

2.6.1 止屈器的壁厚和长度38

2.6.2 止屈器的间距40

2.7 参考文献41

第3章 金属管道的屈曲／压溃43

3.1 引言44

3.1.1 弯矩承载力44

3.1.2 失效模式46

3.2 极限弯矩的解析方法51

3.2.1 极限应力面51

3.2.2 弯矩52

3.2.3 全塑性中和轴的位置53

3.2.4 弯矩承载力53

3.2.5 弯矩承载力计算公式的适用范围54

3.3 有限元分析55

3.3.1 引言55

3.3.2 解析法与有限元分析的比较56

3.3.3 组合载荷的承载力59

3.3.4 利用系数和安全系数63

3.4 抗弯强度计算指南64

3.4.1 引言64

3.4.2 抗弯强度计算64

3.4.3 小结68

3.5 参考文献69

第4章 基于极限状态的强度设计71

4.1 引言72

4.1.1 极限状态设计73

4.1.2 失效的定义75

4.2 基于应力的设计和基于应变的设计76

4.2.1 位移和载荷控制76

4.2.2 基于应力的设计77

4.2.3 基于应变的设计78

4.2.4 基于应力的设计方法的适用范围80

4.3 最大极限状态82

4.3.1 爆破82

4.3.2 局部屈曲／压溃84

4.4 正常使用极限状态87

4.5 疲劳极限状态89

4.5.1 棘轮效应89

4.5.2 整体屈曲和轴向移动90

4.6 偶然极限状态91

4.6.1 累积塑性应变91

4.6.2 应变集中92

4.6.3 偶然载荷93

4.7 参考文献94

第2篇 管道设计97

第5章 海底管道的水力和热力分析97

5.1 引言98

5.2 输油管道99

5.2.1 概述99

5.2.2 管道沿程摩擦损失99

5.2.3 管道沿程温降101

5.2.4 管道停输后的温降105

5.2.5 水锤106

5.2.6 重启压力107

5.3 输气管道107

5.3.1 天然气的成分和性质107

5.3.2 水平管道的水动力分析109

5.3.3 起伏管道的水动力分析110

5.3.4 摩擦系数111

5.3.5 输气管道的平均压力113

5.3.6 输气管道的热力分析113

5.4 油气管道的水动力分析114

5.4.1 多相流管道的沿程压降114

5.4.2 截面含液率115

5.4.3 两相流的流型判据117

5.4.4 油气两相流的段塞118

5.4.5 两相流的摩擦系数120

5.4.6 油气两相流的侵蚀速率121

5.5 输水管道121

5.5.1 概述121

5.5.2 输水管道的尺寸122

5.5.3 输水管道的水头损失122

5.5.4 水锤问题124

5.6 商业设计分析软件128

5.7 参考文献128

第6章 管土相互作用131

6.1 引言132

6.1.1 土的类型与分类方法132

6.1.2 摩擦系数136

6.1.3 管-土模型138

6.2 管道在粘性土中的沉降139

6.2.1 引言139

6.2.2 初始沉降140

6.2.3 铺设效应145

6.3 管道在非粘性土中的沉降149

6.3.1 初始沉降149

6.3.2 液化土中的竖向稳定性150

6.4 管道的轴向载荷-位移响应152

6.4.1 粘性土153

6.4.2 非粘性土154

6.5 管道的侧向载荷-位移响应155

6.5.1 粘性土156

6.5.2 非粘性土160

6.5.3 侧向屈曲“轻”管和“重”管161

6.5.4 侧向屈曲导致的土壤隆起163

6.6 参考文献165

第7章 管道周围的水动力学167

7.1 引言168

7.1.1 概述168

7.1.2 波浪数据处理168

7.2 波浪理论170

7.2.1 概述170

7.2.2 线性波浪理论173

7.2.3 非线性波浪理论180

7.3 稳定海流180

7.4 水动力181

7.4.1 水动力拖拽力和惯性力181

7.4.2 水动力升力185

7.5 参考文献186

第8章 管道在位特性的有限元分析189

8.1 引言190

8.2 管道系统的有限元建模191

8.2.1 静态分析涉及的问题191

8.2.2 动态分析涉及的问题193

8.3 有限元分析程序和载荷步骤193

8.3.1 静态分析程序195

8.3.2 动态分析程序195

8.4 建模单元类型195

8.5 非线性模型和海床模型198

8.5.1 材料模型198

8.5.2 几何非线性199

8.5.3 边界条件199

8.5.4 海床模型199

8.6 有限元模型的验证200

8.7 动态屈曲分析202

8.8 停输操作过程中的循环在位特性204

8.9 参考文献206

第9章 热膨胀设计207

9.1 引言208

9.1.1 高压高温管道208

9.1.2 热膨胀209

9.2 管道应变210

9.2.1 引言210

9.2.2 压应变211

9.2.3 热应变212

9.2.4 摩擦应变212

9.2.5 管道总应变213

9.3 管道应力214

9.3.1 压力效应214

9.3.2 温度效应218

9.3.3 管道应力218

9.4 管道的有效轴向力220

9.5 单管管道的膨胀223

9.5.1 引言223

9.5.2 轴向应变和管端膨胀223

9.5.3 未约束边界长管的膨胀226

9.5.4 具有不同管截面的长管的膨胀227

9.5.5 具有衰减温度曲线的管道的膨胀229

9.5.6 未约束短管的膨胀230

9.6 PIP系统的膨胀232

9.6.1 引言232

9.6.2 虚拟固定点232

9.6.3 管端膨胀233

9.7 膨胀分析样例235

9.7.1 具有恒定P和T曲线的出油管的膨胀238

9.7.2 具有衰减温度曲线的出油管的膨胀239

9.8 参考文献240

第10章 侧向屈曲和管道轴向移动241

10.1 引言242

10.1.1 侧向屈曲响应243

10.1.2 Hobbs法244

10.1.3 侧向屈曲的极限状态设计246

10.2 屈曲产生247

10.2.1 有效轴向力247

10.2.2 侧向屈曲249

10.2.3 屈曲初始载荷251

10.2.4 支墩参数对临界屈曲载荷的影响252

10.2.5 屈曲启动设备的间距255

10.2.6 屈曲可靠性257

10.3 限制侧向屈曲259

10.3.1 引言259

10.3.2 蛇形铺设260

10.3.3 支墩261

10.3.4 分布式浮力262

10.3.5 限制屈曲设备的比较263

10.4 管道轴向移动265

10.4.1 引言265

10.4.2 钢悬链立管267

10.4.3 海床斜坡270

10.4.4 热瞬态271

10.4.5 多相流特性272

10.4.6 管道轴向移动的预防274

10.5 参考文献276

第11章 隆起屈曲279

11.1 引言280

11.2 隆起屈曲的解析方法283

11.2.1 概述283

11.2.2 隆起屈曲的驱动力285

11.2.3 管道稳性288

11.2.4 隆起运动分析291

11.2.5 跳跃屈曲和隆起蠕变293

11.3 隆起屈曲的有限元分析297

11.3.1 概述297

11.3.2 有限元建模297

11.3.3 设计标准300

11.4 限制隆起屈曲的稳定方法301

11.4.1 概述301

11.4.2 上拔阻力与隆起屈曲303

11.5 限制隆起屈曲的设计305

11.5.1 概述305

11.5.2 减小驱动力305

11.5.3 抛石或沉排稳定306

11.5.4 管束306

11.5.5 路径选择和轮廓平滑处理307

11.6 参考文献307

第12章 疲劳与断裂309

12.1 引言310

12.1.1 疲劳分析方法311

12.1.2 S-N法与FM分析311

12.2 S-N疲劳分析法312

12.2.1 基于S-N曲线的疲劳评估312

12.2.2 Miner准则313

12.2.3 离岸工程疲劳设计标准315

12.2.4 疲劳损伤的控制因素318

12.2.5 提高疲劳寿命的技术324

12.2.6 基于△ε-N曲线的疲劳评估325

12.3 断裂326

12.3.1 概述326

12.3.2 裂纹形成和扩展329

12.3.3 断裂韧性330

12.3.4 疲劳裂纹扩展337

12.3.5 工程临界评估338

12.3.6 失效评估图341

12.4 ECA工业规范344

12.4.1 概述344

12.4.2 PD6493345

12.4.3 BS 7910346

12.4.4 API 1104347

12.4.5 DNV-RP-F108347

12.4.6 DNV-OS-F101348

12.5 参考文献348

第13章 坐底稳性351

13.1 引言352

13.2 竖向坐底稳性353

13.3 侧向坐底稳性354

13.3.1 DNV-RP-E305354

13.3.2 DNV-RP-F109357

13.4 管／土相互作用360

13.5 稳定措施362

13.5.1 混凝土配重层362

13.5.2 壁厚363

13.5.3 开沟和回填363

13.5.4 抛石363

13.5.5 混凝土沉排364

13.5.6 锚或锚杆364

13.5.7 砂／水泥浆袋364

13.6 接受准则365

13.6.1 容许侧向位移365

13.6.2 极限状态强度标准365

13.7 稳性分析366

13.7.1 稳性分析专用软件366

13.7.2 干预设计的有限元分析367

13.8 参考文献370

第14章 管道跨段和涡致振动疲劳373

14.1 引言374

14.1.1 概述374

14.1.2 结构静态模型376

14.1.3 结构动态模型377

14.1.4 本章目的377

14.2 静态分析378

14.2.1 解析分析378

14.2.2 静态应力极限380

14.3 动态分析381

14.3.1 管道固有频率382

14.3.2 悬跨段的涡致振动分析程序384

14.3.3 疲劳损伤388

14.3.4 响应幅值389

14.3.5 模态分析392

14.4 涡致振动减缓与跨段修正393

14.4.1 概述393

14.4.2 涡致振动减缓394

14.4.3 跨段修正395

14.5 样例397

14.5.1 概述397

14.5.2 疲劳评估399

14.6 参考文献402

第15章 作用力模型和波致疲劳403

15.1 引言404

15.2 疲劳分析404

15.2.1 悬跨管道的疲劳404

15.2.2 疲劳损伤评估程序407

15.2.3 疲劳损伤接受准则408

15.2.4 时域法求解疲劳损伤408

15.2.5 频域法求解疲劳损伤409

15.3 作用力模型411

15.3.1 单跨的流向运动公式411

15.3.2 模态分析412

15.3.3 时域法414

15.3.4 频域法416

15.4 频域法和时域法比较419

15.4.1 小结420

15.5 参考文献420

第16章 拖网冲击、拖拉及坠落物体423

16.1 引言424

16.2 拖网渔具425

16.2.1 拖网渔具的基本种类425

16.2.2 目前使用的最大拖网渔具425

16.3 接受准则426

16.3.1 冲击响应分析426

16.3.2 拖拉响应分析427

16.4 冲击响应分析427

16.4.1 概述427

16.4.2 冲击响应分析方法427

16.4.3 钢管及涂层刚度430

16.4.4 拖网板刚度、质量及水动力附加质量433

16.4.5 冲击响应434

16.5 拖拉载荷436

16.6 拖拉响应分析的有限元模型437

16.6.1 概述437

16.6.2 有限元模型438

16.6.3 分析方法438

16.7 案例研究440

16.7.1 概述440

16.7.2 非平整海床管道的拖网拖拉440

16.8 参考文献446

第17章 套管系统和管束系统447

17.1 引言448

17.1.1 套管系统和管束系统449

17.2 套管系统451

17.2.1 概述451

17.2.2 套管结构451

17.2.3 结构设计和分析460

17.2.4 设计标准462

17.2.5 岸上制造接头和现场制造接头463

17.2.6 套管的安装464

17.3 管束系统465

17.3.1 概述465

17.3.2 管束结构466

17.3.3 结构设计和分析467

17.3.4 管束安装475

17.4 参考文献478

第18章 抗震设计479

18.1 引言480

18.2 地震的危害性481

18.2.1 地表断层481

18.2.2 滑坡482

18.2.3 液化483

18.3 管道抗震设计指南484

18.3.1 管道抗震设计484

18.3.2 管道设计标准485

18.4 抗震设计方法486

18.4.1 断层交错带的静态分析486

18.4.2 地面波分析487

18.4.3 设计的抗震等级488

18.5 分析样例488

18.5.1 断层交错情况下埋地管道的响应489

18.5.2 地表波作用下裸置管道的响应491

18.6 减灾方法493

18.6.1 改变载荷和边界条件494

18.6.2 改进管道结构494

18.6.3 管道路径选择的优化494

18.6.4 提高应急响应495

18.7 参考文献495

第19章 防腐及先进阴极保护设计497

19.1 引言498

19.2 阴极保护的基本原理499

19.3 管道涂层501

19.3.1 内涂层501

19.3.2 外涂层501

19.4 阴极保护设计参数502

19.4.1 设计寿命502

19.4.2 电流密度502

19.4.3 涂层击穿系数504

19.4.4 阳极材料性能505

19.4.5 电阻率507

19.4.6 阳极利用系数507

19.5 电蚀阳极系统的设计508

19.5.1 阳极选择508

19.5.2 阴极保护设计实践510

19.5.3 阳极间距的确定511

19.5.4 管道阴极保护系统的改造511

19.6 内腐蚀缓蚀剂512

19.7 参考文献513

第20章 极地管道515

20.1 引言516

20.1.1 气候数据和地貌517

20.2 极地管道需考虑的问题517

20.2.1 冰蚀518

20.2.2 漩涡式冲刷519

20.2.3 冻胀520

20.2.4 融沉521

20.2.5 隆起屈曲522

20.3 极地管道设计方法523

20.3.1 概述523

20.3.2 管道结构524

20.3.3 管道载荷525

20.3.4 应变能力及设计标准525

20.3.5 断裂力学及材料选择526

20.3.6 极地管道设计程序527

20.3.7 检测和维护527

20.4 地热分析528

20.4.1 地热设计528

20.4.2 结构分析530

20.5 冰蚀分析531

20.5.1 概述531

20.5.2 任意拉格朗日－欧拉法532

20.5.3 耦合欧拉－拉格朗日法533

20.6 安装技术535

20.6.1 开沟535

20.6.2 安装方法536

20.7 参考文献536

第21章 海底测量和定位539

21.1 引言540

21.1.1 概述540

21.2 海底测量541

21.2.1 海底测量的要求541

21.2.2 海底测量的设备要求545

21.2.3 海底剖面仪547

21.2.4 磁强计548

21.2.5 岩芯取样器和底部取样器549

21.2.6 定位系统549

21.3 海底计量与定位550

21.3.1 传感器551

21.3.2 校准551

21.3.3 水柱参数551

21.3.4 声学长基线552

21.3.5 声学短基线和超短基线554

21.4 海底土壤勘察556

21.4.1 近海土壤勘察的设备要求556

21.4.2 海底测量设备接口560

21.5 参考文献564

第22章 管道路径优化、接岸、连接及保护565

22.1 引言566

22.2 管道路由566

22.2.1 引言566

22.2.2 基本原则567

22.2.3 成本问题567

22.2.4 路径测量568

22.2.5 路径优化568

22.2.6 管道定线图569

22.3 管道接岸571

22.3.1 引言571

22.3.2 管道接岸设计571

22.3.3 管道接岸方法573

22.4 管道连接576

22.4.1 短管578

22.4.2 侧拉578

22.4.3 J型管牵引579

22.4.4 连接并埋设579

22.4.5 Stalk-on法580

22.5 出油管开沟／埋设585

22.5.1 喷水滑橇585

22.5.2 开沟犁入586

22.5.3 机械开挖机588

22.5.4 流化开沟设备589

22.6 出油管抛石590

22.6.1 侧填591

22.6.2 落石管591

22.6.3 开底抛石591

22.7 参考文献592

第23章 Asgard油田出油管设计样例593

23.1 引言594

23.2 壁厚和管线管材料选择594

23.2.1 概述594

23.2.2 管线管材料选择595

23.2.3 壁厚设计595

23.3 极限状态强度标准596

20.3.1 概述596

23.3.2 组合载荷下爆破596

23.3.3 局部屈曲／压溃597

23.3.4 断裂597

23.3.5 低循环疲劳597

23.3.6 棘轮效应599

23.4 安装和海底在位稳性601

23.4.1 安装设计601

23.4.2 海底在位稳性602

23.5 针对整体屈曲、渔具载荷和涡致振动的设计604

23.5.1 概述604

23.5.2 整体屈曲604

23.5.3 拖网板606

23.5.4 涡致振动610

23.6 参考文献612

第3篇 柔性管和增强热塑性塑料管615

第24章 柔性管615

24.1 引言616

24.2 柔性管的应用617

24.2.1 柔性立管618

24.2.2 柔性出油管621

24.2.3 装卸软管622

24.2.4 跨接管624

24.2.5 钻井立管624

24.3 柔性管系统及构件625

24.3.1 互锁钢骨架626

24.3.2 聚合物内护套627

24.3.3 铠装层627

24.3.4 聚合物外护套631

24.3.5 柔性管的其他层及结构631

24.3.6 主要辅助设备632

24.4 参考文献637

第25章 柔性管横截面和动态分析639

25.1 引言640

25.2 柔性管指南640

25.2.1 API技术规范17K641

25.2.2 API技术规范17J641

25.2.3 API推荐规程17B643

25.3 柔性管的材料和机械性能644

25.3.1 密封件性能645

25.3.2 铠装件性能646

25.4 柔性管设计中的解析公式649

25.4.1 分析和设计概述649

25.4.2 柔性管解析建模649

25.4.3 非粘接柔性管的解析方法650

25.4.4 轴对称特性652

25.4.5 抗弯特性655

25.5 非粘接柔性管的有限元分析656

25.5.1 静态分析656

25.5.2 疲劳分析657

25.6 参考文献659

第26章 增强热塑性塑料管的拉压强度661

26.1 引言662

26.1.1 增强热塑性塑料管的材料662

26.1.2 端部配件设计663

26.1.3 优点及应用664

26.2 规范要求665

26.3 RTP管受拉性能665

26.3.1 轴向拉伸试验665

26.3.2 试验结果与有限元分析的比较668

26.4 RTP管受压性能669

26.4.1 轴向压缩试验669

26.4.2 试验结果与有限元分析的比较672

26.5 参考文献674

第27章 增强热塑性塑料管的爆破强度675

27.1 引言676

27.2 实验分析677

27.2.1 材料性能677

27.2.2 爆破试验678

27.3 解析分析680

27.3.1 引言680

27.3.2 坐标系680

27.4 有限元分析681

27.5 结果与比较684

27.6 参考文献685

第28章 增强热塑性塑料管的压溃687

28.1 引言688

28.2 增强热塑性塑料管压溃的解析分析689

28.2.1 运动学689

28.2.2 增强热塑性塑料管的各层材料691

28.2.3 虚功原理694

28.2.4 半径和壁厚的修正695

28.2.5 解析方法695

28.3 增强热塑性塑料管压溃的有限元分析698

28.3.1 引言698

28.3.2 有限元建模698

28.4 增强热塑性塑料管压溃的分析样例699

28.4.1 引言699

28.4.2 输入数据699

28.4.3 压力－椭圆度曲线700

28.5 敏感性分析702

28.5.1 初始缺陷的影响702

28.5.2 剪切变形的影响703

28.5.3 初始屈曲变形的影响704

28.6 参考文献705

第29章 增强热塑性塑料管的海上安装707

29.1 引言708

29.2 规范要求711

29.3 增强热塑性塑料管安装的解析分析712

29.3.1 引言712

29.3.2 静态构形713

29.4 增强热塑性塑料管安装的有限元分析716

29.5 参数研究720

29.5.1 水深720

29.5.2 顶部铺设角度721

29.5.3 沉没重量723

29.5.4 海床刚度724

29.5.5 小结725

29.6 参考文献726

第30章 增强热塑性塑料管的坐底稳性727

30.1 引言728

30.2 稳定方法728

30.2.1 重力锚729

30.2.2 岩石锚杆730

30.2.3 混凝土沉排731

30.2.4 抛石731

30.3 增强热塑性塑料管的坐底稳性分析733

30.3.1 设计参数733

30.3.2 设计标准735

30.3.3 解析分析735

30.3.4 有限元分析736

30.3.5 实验测试739

30.3.6 小结745

30.4 参考文献745

第4篇 钢管线管、焊接和安装747

第31章 高强度管线钢的应用747

31.1 引言748

31.2 高强度钢管线管的应用749

31.2.1 X70管线管的应用749

31.2.2 X80管线管在陆地管道的应用754

31.2.3 高于X80等级的高强度钢756

31.3 高强度钢的潜在优缺点758

31.3.1 高强度钢的潜在优点758

31.3.2 高强度钢的潜在缺点759

31.4 高强度管线管的焊接761

31.4.1 标准焊接技术的适用性761

31.4.2 现场焊接项目经验763

31.5 阴极保护765

31.6 高强度钢的疲劳和断裂766

31.7 材料性能要求766

31.7.1 环向要求766

31.7.2 纵向要求767

31.7.3 材料性能要求的比较767

31.8 参考文献768

第32章 焊接和缺陷验收771

32.1 引言772

32.2 焊接修复分析772

32.2.1 塑性压溃的容许挖补长度773

32.2.2 不同评估标准下的容许挖补长度775

32.3 容许挖补长度评估777

32.3.1 安装管道的描述777

32.3.2 分析方法777

32.3.3 分析结果779

32.4 结论782

32.5 参考文献783

第33章 安装设计785

33.1 引言786

33.2 管道安装船787

33.2.1 引言787

33.2.2 半潜式铺管船790

33.2.3 铺管船和铺管驳船791

33.2.4 卷管式铺管船791

33.2.5 拖船792

33.3 铺管方法792

33.3.1 S型铺设法793

33.3.2 J型铺设法794

33.3.3 卷管式铺设法796

33.3.4 拖管法797

33.4 安装软件及规范要求798

33.4.1 OFFPIPE软件798

33.4.2 OrcaFlex软件799

33.4.3 Flexcom软件800

33.4.4 规范要求800

33.5 安装的物理背景801

33.5.1 S型铺设法801

33.5.2 静态构形802

33.5.3 下弯段和上弯段的曲率803

33.5.4 静水压力805

33.5.5 应变集中和残余应变806

33.5.6 管道中的刚性段807

33.5.7 干重／沉没重量808

33.5.8 管道旋转808

33.5.9 具有残余曲率的管道的安装特性812

33.6 S型铺设法安装的解析方法814

33.6.1 第一段815

33.6.2 第二段817

33.6.3 第三段818

33.6.4 第四段819

33.7 带流向阀的管道的安装有限元分析820

33.7.1 管道的静态构形820

33.7.2 管道在托管架上的滑动822

33.7.3 安装流向阀823

33.8 双介质管道的设计概念824

33.8.1 引言824

33.8.2 三介质和双介质管道的壁厚设计825

33.8.3 安装非水密管道826

33.8.4 S型铺设法与J型铺设法的比较828

33.8.5 费用情况830

33.9 参考文献831

第5篇 管道完整性管理833

第34章 管道试运行、运行和维护833

34.1 引言834

34.2 预试运行834

34.2.1 注水、扫线和定径835

34.2.2 压力测试836

34.2.3 除水和烘干839

34.3 试运行840

34.4 运行841

34.4.1 运行原理841

34.4.2 管道安全841

34.4.3 清管作业843

34.4.4 管道停输846

34.4.5 管道减压847

34.5 维护848

34.5.1 引言848

34.5.2 管道阀848

34.5.3 清管器接收器849

34.5.4 管道位置标识849

34.6 参考文献850

第35章 腐蚀与腐蚀管道851

35.1 引言852

35.2 腐蚀缺陷预测853

35.2.1 引言853

35.2.2 无硫腐蚀－二氧化碳腐蚀853

35.2.3 酸蚀－硫化氢腐蚀854

35.2.4 腐蚀缺陷检查855

35.2.5 腐蚀缺陷生长856

35.2.6 腐蚀预测856

35.3 腐蚀管道的剩余强度865

35.3.1 NG-18标准865

35.3.2 B31G标准866

35.3.3 现有标准的评价868

35.3.4 腐蚀机制868

35.4 参考文献872

第36章 腐蚀管道的屈曲／压溃873

36.1 引言874

36.2 组合载荷作用下管道的力矩承载力874

36.2.1 概述874

36.2.2 案例1：受压状态下的腐蚀区域875

36.2.3 全塑性中和轴876

36.2.4 弯矩承载力878

36.2.5 关于公式的讨论879

36.3 外压屈曲882

36.4 Timoshenko公式的修正885

36.5 弯曲和压力的相互作用885

36.5.1 解析结果与有限元结果的比较886

36.5.2 弯曲强度计算指南890

36.5.3 最大容许弯矩890

36.6 结论894

36.7 参考文献895

第37章 凹陷管道897

37.1 引言898

37.2 基于极限状态的凹陷管道标准898

37.2.1 概述898

37.2.2 正常使用极限状态（失圆度）899

37.2.3 凹陷管道的爆破标准900

37.2.4 含裂纹凹陷管道的断裂标准900

37.2.5 凹陷管道的疲劳标准900

37.2.6 凹陷管道屈曲和压溃的弯矩标准901

37.3 含纵向裂纹的管道的断裂903

37.3.1 含纵向裂纹的管道的失效压力903

37.3.2 含凹陷和纵向缺口的管道的爆破压力904

37.3.3 爆破强度标准908

37.4 含周向裂纹管道的断裂908

37.4.1 断裂条件和临界应力908

37.4.2 材料韧度Kmat909

37.4.3 净截面应力σn909

37.4.4 最大容许轴向应力910

37.5 基于可靠性的评估910

37.5.1 设计公式与极限状态函数910

37.5.2 不确定性的度量911

37.6 设计样例912

37.6.1 案例说明912

37.6.2 参数测量912

37.6.3 可靠性评估913

37.6.4 敏感性研究916

37.7 参考文献918

第38章 管道检测和海底修复921

38.1 管道检测922

38.1.1 引言922

38.1.2 金属损耗检测技术924

38.1.3 非金属损耗检测用途的智能清管器931

38.2 管道修理方法933

38.2.1 传统修理方法933

38.2.2 日常维护修理935

38.3 深水管道修理940

38.3.1 引言940

38.3.2 非潜水修理系统的研究和发展942

38.3.3 用于深水管道修理的智能封堵器943

38.4 参考文献946

第39章 柔性管的完整性管理947

39.1 引言948

39.1.1 概述948

39.1.2 失效统计949

39.1.3 风险管理方法950

39.2 失效模式950

39.2.1 端部配件951

39.2.2 内骨架951

39.2.3 内抗压护套952

39.2.4 抗压铠装层953

39.2.5 抗拉铠装层953

39.2.6 外护套954

39.2.7 防弯器955

39.3 失效原因和机制955

39.3.1 腐蚀955

39.3.2 疲劳957

39.3.3 侵蚀958

39.3.4 温度959

39.3.5 压力960

39.3.6 产液成分960

39.3.7 运行载荷960

39.3.8 管道堵塞或限制流动961

39.3.9 意外损伤961

39.4 完整性管理策略961

39.4.1 设计阶段的完整性管理系统962

39.4.2 制造阶段的完整性管理系统962

39.4.3 安装和试运行阶段的完整性管理系统963

39.5 检查和监控概述963

39.5.1 检查和监控方法963

39.5.2 一般目视检查／近观检查965

39.5.3 涡流965

39.5.4 射线照相966

39.5.5 超声技术967

39.5.6 声发射967

39.5.7 立管和锚链监控系统及磁各向异性和磁导率系统967

39.5.8 钻孔液体参数监控968

39.6 检测和分析方法968

39.6.1 试样取样和分析968

39.6.2 立管管道环真空试验969

39.7 参考文献969

第40章 泄漏探测系统971

40.1 引言972

40.2 泄漏探测方法973

40.2.1 概述973

40.2.2 外部泄漏探测系统975

40.2.3 内部泄漏探测系统976

40.3 不同方法的关键特征980

40.4 泄漏探测原理982

40.4.1 梯度交会法982

40.4.2 质量平衡法983

40.4.3 统计泄漏探测系统983

40.4.4 负压波法986

40.5 参考文献988

第41章 光纤监控系统989

41.1 引言990

41.2 光纤传感器技术991

41.2.1 光纤布拉格光栅传感器991

41.2.2 分布式光纤传感器993

41.3 传感光纤的种类1001

41.3.1 通信光纤1001

41.3.2 光子晶体光纤1002

41.3.3 聚合物光纤1002

41.4 光纤监控在海底管道上的应用1003

41.4.1 目的1003

41.4.2 光纤的选择1004

41.4.3 光缆的几何结构1004

41.4.4 管道接头处光纤的连接方法1005

41.4.5 增强热塑性塑料管中的光纤布局1005

41.4.6 管道光纤作业问题1006

41.5 参考文献1007

第6篇 风险与可靠性应用1011

第42章 海底管道的风险分析1011

42.1 引言1012

42.1.1 概述1012

42.1.2 风险分析的目的1012

42.1.3 风险分析概念1012

42.1.4 基于风险的检测和完整性管理1013

42.2 接受准则1014

42.2.1 概述1014

42.2.2 个体风险1015

42.2.3 社会风险1015

42.2.4 环境风险1016

42.2.5 财务风险1016

42.3 触发事件识别1017

42.4 起因分析1018

42.4.1 概述1018

42.4.2 故障树分析1018

42.4.3 事件树分析1019

42.5 触发事件的概率1019

42.5.1 概述1019

42.5.2 人为／组织失误概率1020

42.6 风险的起因1022

42.6.1 概述1022

42.6.2 处于第一方位的个体风险1023

42.6.3 社会、环境和材料损失风险1023

42.7 基于定性评价和数据库的失效概率估算1024

42.7.1 一般危险／管道损伤列表1024

42.7.2 风险评价样例1025

42.8 基于结构可靠性方法的失效概率估计1027

42.8.1 概述1027

42.8.2 可靠性指数和失效概率的简化计算1028

42.8.3 强度／抗力模型1029

42.8.4 强度不确定性评估1029

42.9 后果分析1030

42.9.1 后果建模1030

42.9.2 失效后果估计1033

42.10 样例1：海底输气管道的风险分析1035

42.10.1 概述1035

42.10.2 气体泄出1036

42.10.3 个体风险1039

42.10.4 社会风险1040

42.10.5 环境风险1042

42.10.6 物质损失风险1042

42.10.7 风险估计1044

42.11 样例2：坠落物体风险分析1044

42.11.1 概述1044

42.11.2 可接受风险水平1044

42.11.3 定量起因分析1045

42.11.4 结果1048

42.11.5 后果分析1049

42.12 样例3：使用基于风险的检测和完整性管理降低作业成本1049

42.12.1 概述1049

42.12.2 腐蚀管道的检测频率1050

42.12.3 优先任务样例1054

42.13 参考文献1055

第43章 基于风险的检测1059

43.1 引言1060

43.1.1 目的1060

43.2 风险术语的说明1061

43.2.1 概述1061

43.2.2 失效概率1061

43.2.3 失效后果1062

43.2.4 风险1062

43.3 工作程序1065

43.3.1 初步筛选1066

43.3.2 初步评估1067

43.3.3 详细评估1071

43.4 管道基于风险的检测1072

43.4.1 管道退化机制1072

43.4.2 失效概率值的评估1072

43.4.3 失效后果值的评估1079

43.4.4 风险识别和准则1081

43.5 参考文献1082

第44章 基于可靠性的管道强度设计1085

44.1 引言1086

44.2 失效概率1086

44.3 不确定性度量1087

44.3.1 分布函数的选择1087

44.3.2 确定统计值1087

44.4 标定安全系数1088

44.4.1 概述1088

44.4.2 目标可靠性水平1088

44.5 基于可靠性确定腐蚀裕量1089

44.5.1 概述1089

44.5.2 可靠性模型1090

44.5.3 设计样例1092

44.5.4 讨论1097

44.5.5 建议1098

44.6 参考文献1098

第45章 管道设计的生命周期成本建模1101

45.1 引言1102

45.1.1 概述1102

45.1.2 概率生命周期成本模型与确定性生命周期成本模型1103

45.1.3 经济价值分析1103

45.2 初始成本1104

45.2.1 概述1104

45.2.2 管理1105

45.2.3 设计／工程服务1106

45.2.4 材料和制造1107

45.2.5 海上作业1107

45.2.6 运行1107

45.3 财务风险1107

45.3.1 概述1107

45.3.2 失效概率1108

45.3.3 失效后果1108

45.4 资金的时间价值1110

45.5 使用生命周期成本模型的制造公差样例1111

45.5.1 概述1111

45.5.2 背景1111

45.5.3 使用生命周期成本模型的分析步骤1111

45.6 使用生命周期成本模型的坐底稳性样例1122

45.6.1 引言1122

45.6.2 使用生命周期成本模型的分析程序1122

45.7 参考文献1124

第46章 基于定量风险分析的基于风险的检测1127

46.1 引言1128

46.1.1 定义1128

46.1.2 动机和目的1129

46.2 方法和基本原理1130

46.2.1 失效概率1130

46.2.2 失效后果1131

46.2.3 风险确定及检测方案1132

46.3 基于定量风险分析的风险的检测程序1132

46.3.1 信息收集1133

46.3.2 风险接受准则1133

46.3.3 管道分段1134

46.3.4 定量风险评估1135

46.3.5 高风险位置和主要退化机制1139

46.3.6 检测方案1139

46.4 案例研究1140

46.4.1 管道分段1141

46.4.2 失效概率计算1141

46.4.3 失效概率修正1143

46.4.4 失效概率分析1144

46.4.5 失效后果识别1145

46.4.6 风险确定1145

46.4.7 高风险位置和主要退化机制1147

46.4.8 检测方案1148

46.4.9 小结1148

46.5 参考文献1148

第47章 基于风险和可靠性的适用性分析1151

47.1 引言1152

47.1.1 目标可靠性1153

47.1.2 数据收集1155

47.2 定量风险评估和目标可靠性1156

47.2.1 管道分段1156

47.2.2 失效概率1157

47.2.3 失效后果1158

47.2.4 目标可靠性1158

47.3 结构可靠性分析和保压能力1159

47.3.1 概述1159

47.3.2 结构可靠性评估方法1159

47.3.3 强度不确定性评估1161

47.3.4 管道保压能力1163

47.4 腐蚀速率1164

47.5 基于风险和可靠性的适用性样例1164

47.5.1 管道数据1164

47.5.2 分析结果1165

47.5.3 小结1170

47.6 参考文献1171

第48章 管道流动风险评估1173

48.1 引言1174

48.2 风险评估方法1174

48.2.1 概述1174

48.2.2 风险接受准则1175

48.2.3 定量风险评估1177

48.3 堵塞风险评估1178

48.3.1 概述1178

48.3.2 失效概率1179

48.3.3 失效后果1180

48.4 输气管道失效概率1181

48.4.1 水合物形成曲线1181

48.4.2 水合物形成概率1183

48.5 输油管道失效概率1189

48.5.1 析蜡温度曲线1189

48.5.2 结蜡概率1191

48.6 小结1197

48.7 参考文献1198

第49章 航运风险评估1199

49.1 引言1200

49.2 数据收集1200

49.3 危险识别1202

49.3.1 概述1202

49.3.2 一般航运危险1202

49.3.3 航运事故的统计数据1205

49.4 失效概率评估1206

49.4.1 概述1206

49.4.2 概率计算方法1207

49.4.3 船舶碰撞概率1209

49.4.4 船舶搁浅概率1209

49.5 失效后果评估1210

49.5.1 评估方法1210

49.5.2 成本效益分析1211

49.5.3 人员可靠性分析1211

49.6 风险评估1212

49.7 参考文献1212

第50章 油气溢出的失效后果建模1215

50.1 引言1216

50.2 详细评估1216

50.2.1 定量风险评估1216

50.2.2 失效后果1218

50.2.3 失效概率1220

50.3 溢油后果1221

50.3.1 溢油扩散机制1221

50.3.2 溢油蒸发机制1222

50.3.3 溢油乳化机制1223

50.4 溢气后果1224

50.4.1 气体溶解模型1225

50.4.2 气体溶解模型与喷流／羽状流模型的整合1226

50.5 溢油样例1229

50.6 参考文献1232

第51章 环境影响评估1235

51.1 引言1236

51.2 环境影响评估的动机和目的1236

51.3 环境影响评估程序1237

51.3.1 环境影响评估指导原则1237

51.3.2 环境影响评估程序1238

51.4 溢油影响的分析方法1240

51.4.1 环境效应1241

51.4.2 清除和恢复1241

51.4.3 溢油理论1242

51.5 环境影响1245

51.5.1 影响分类1245

51.6 评估样例1246

51.7 参考文献1249

第52章 溢油响应方案1251

52.1 引言1252

52.2 溢油后果1253

52.3 恢复计划1255

52.3.1 补偿性恢复1256

52.4 对环境的影响1257

52.4.1 对野生生物的影响1257

52.4.2 对海洋的影响1259

52.5 清除成本和清除恢复1260

52.5.1 清除成本的控制因素1261

52.5.2 清除成本的估计方法1263

52.6 参考文献1264