Tải bản đầy đủ
2 Tính toán thiết kế chống ăn mòn cho tuyến ống từ gian MSP6 – MSP4 mỏ Bạch Hổ

2 Tính toán thiết kế chống ăn mòn cho tuyến ống từ gian MSP6 – MSP4 mỏ Bạch Hổ

Tải bản đầy đủ

67
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).
5.2.2.1. 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 RPB401, 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 5.1. Các số liệu đầu vào của tuyến ống MSP6 -MSP4
Số Liệu Đầu Vào
L(m)

D(m)

A(m2)

Loại thép

Tuổi thọ(năm)

1284

0.325

1311

CT2O

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 5.2. 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

Nhiệt đới

Cận nhiệt đới

Ôn đới

Vùng lạnh

m

>20oC

12o ÷ 20oC

7o ÷ 12o C

< 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

68
Bảng 5.3. Mật độ dòng điện thiết kế trung bình cho thép trần, A/m2
Độ sâu

Nhiệt đới

Cận nhiệt đới

Ôn đới

Vùng lạnh

m

>20oC

12o ÷ 20oC

7o ÷ 12o C

< 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

(5.2)

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 5.4. Công thức xác định điện trở bề mặt anot
Loại Anot

Công thức xác định điện trở

La ≥ 4.ra
La ≤ 4.ra

Ra =
 
ρ   2.La
Ra =
ln
2.π .La   ra

 

ρ
2.π .La

 4 .L a

 ln
− 1
ra





 ra
1 + 1 + 
 2 .L a



La ≥ 4. δ (bề
dày)
Dạng hình bán
khuyên

Ra =
Ra =





2


 ra
 r
− 1 +  a
 +
 2.La
 2.La


2
 
 
 


ρ
2.S

0,315ρ
Aa

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

69

E ac − E ao
U
Ia =
=
Ra
Ra
(A)

(5.3)

c
Trong đó, U là hiệu điện thế giữa điện thế làm việc tối thiểu của anot E a tuỳ
o
thuộc vào loại anot được chọn và điện thế nhỏ nhất để bảo vệ thép trần E a là 0.8V.

* Số lượng anot Na

Na =

I yc
I a .u

(5.4)

* Khối lượng anot được sử dụng, M

Ma =

N a .ma
u

(5.5)

ma: Là khối lượng tính của 1 anot
u: Hệ số sử dụng anot, phụ thuộc loại anot.
Bảng 5.5. 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. δ (bề dày)

0,85

Dạng hình bán khuyên

0,8

5.3.2.2 Thiết kế các thông số hệ thống Anot
* Các thông số thiết kế
- Các thông số bảo vệ :
0
+ Điện thế bảo vệ tối thiểu để bảo vệ thép trần khỏi bị ăn mòn E a 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

70
+ 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 MSP6 -MSP4
của mỏ Bạch Hổ:
Bảng 5.6. 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 B790

363

453

860

90

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

71
⇒ Anot AFA B790 được chọn sử dụng cho tuyến ống với các thông số sau :

+ Khối lượng hợp kim nhôm 90 kg.
+ Đường kính trong 363 mm.
+ Đường kính ngoài 453 mm.
+ Chiều dài Anot 860 mm
+ Chiều rộng anot 40
+ Điện dung của anot 2000A.h/kg
+ Sơn bề mặt bên trong (CTE) dày 100 μ m.
+ Cáp điện 16 mm2/PVC 2 chiếc.
c
+ E a = 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 = 1311 m2
- Hệ số phá huỷ sơn , fC :
tf

+ Giai đoạn đầu : fC = a + b. 2

(5.6)

+ Giai đoạn cuối : fC = a + b.tf

(5.7)

tf là tuổi thọ thiết kế của công trình, 30 năm.
Bảng 5.7. Quy định yếu tố a và b gây phá huỷ trong tính toán sơn phủ
Quy định yếu tố a và b gây phá huỷ trong tính toán sơn phủ
Độ sâu
(m)

Các giá trị a và b cho các cấp bọc I, II và III
I
II
III

(a = 0.10)
0-30
b = 0.10
>30
b=0.05,b=0.01
5
Các hệ số a, b tra theo Bảng 5.7

(a = 0.05)
b = 0.025
b = 0.015

(a = 0.02)
b = 0.01
b = 0.008

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.

30
+ Giai đoạn đầu: fC = 0,05+ 0,015. 2 = 0,275
+ Giai đoạn cuối: fC = 0,05+ 0,015.30 = 0,50

72
- Mật độ dòng điện bảo vệ chọn là 0,06 A/m2
- Cường độ dòng điện yêu cầu bảo vệ, A:

I yc = A. f C .ic = 1311 .0,5.0,06 = 39,33(A)
* Thông số tính toán Anot AFA B350
- Chiều dài ống cần bảo vệ 1284 (m)
- Diện tích bề mặt tuyến ống, A (m2)

A = π .Do .L = π .0,325.1284 = 1311 m 2
- Cường độ dòng điện yêu cầu, Iyc (A)

I yc = A. f C .ic = 1311 .0,5.0,06 = 39,33(A)
- Điện trở cua anot

Ra =

0,315ρ
Aa

= 0,1009

- Dòng ra của anot , Ia (A)

Ia =

U
E c − Ea0 1,09 − 0,8
= a
=
= 2,07( A)
Ra
Ra
0,1009

- Số lượng anot , Na

Na =

39,33
= 22,35( Anot )
2,07.0,85
⇒ chọn số lượng Anot là Na = 22 chiếc.

- Khoảng cách giữa các anot, Da (m)

Da =

1284.47
− 0,86 = 57,53(m)
22

(5.8)

- Khối lượng anot được sử dụng Ma :

Ma =

N a .m a
u

Trong đó ma la khối lượng của 1 anot.
Ta có bảng kết quả sau:
Bảng 5.8. Kết quả

(5.9)

73
Chiều dài đường ống (m)
Cường đọ dòng điện yêu cầu (A)
Cường độ dòng ra của anot (A)
Điện trở của anot (Ω)
Hệ số sử dụng anot
Số lượng anot (chiếc)
Khối lượng tịnh 1 anot (kg)
Khoảng cách giữa các anot (m)
Tổng khối lượng anot sử dụng (kg)

Lt
Iyc
Ia
Ra
U
Na
ma
L
Ma

1284,47
39.33
2,07
0,1009
0,85
22
133,932
57,53
3466,475

Kết luận : Đường ống ngầm dưới mặt nước biển cần có 22 anot hy sinh ,khoảng cách
giữa các anot là 57,53 m tổng khối lượng anot hi sinh là 3466,475 kg
5.3.2.3 Yêu cầu
Chi tiết Anot 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.

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 Thầy Hoàng Anh Dũng 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 MSP6-MSP4 trong nội 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. Đồng thời đưa ra giải pháp nâng cao
hiệu quả sử dụng tuyến ống MSP6-MSP4 bằng phương pháp chống ăn mòn cho tuyến
ống. Việc chống ăn mòn cho tuyến ống dẫn dầu là yêu cầu cần thiết nhằm nâng cao khả
năng vận chuyển dầu và làm giảm chi phí sản xuất.

74
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 Thầy Hoàng Anh Dũng
cùng các thầy cô giáo tại bộ môn Thiết bị Dầu khí và Công trình cùng các bạn học đã
giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

75

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS – TS Võ Xuân Minh Giáo trình cơ sở kỹ thuật nhiệt, ĐH Mỏ Địa Chất (2003).
[2]. PGS – TS Lê Xuân Lân Giáo trình thu gom xử lý dầu - khí - nước. ĐH Mỏ Địa
Chất (2005).
[3]. TH.Sĩ – Nguyễn Văn Thịnh Giáo trình đường ống bể chứa ĐH Mỏ Địa Chất.
[4]. Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 9 ĐH Bách Khoa TP.HCM (2005).
[5]. Nguyễn Hữu Chi Cơ học chất lỏng ứng dụng tập 1, (1973)
[6]. Viện dầu khí: Tuyển tập báo cáo hội nghị KHCN “Viện dầu khí 25 năm xây dựng
và trưởng thành”.
[7]. Tuyển tập báo cáo 35 năm ngành dầu khí Việt Nam.
[8].Quy phạm vận hành ,kiểm tra ,bảo dưỡng cho đường ống công nghệ ngoài khơi
và các tuyến ống trên biển Xí nghiệp liên doanh VIETSOVPERO
[9]. TS. Lê Việt Trung , ThS. Phạm Văn Chất: Tổng quan về nghành công nghiệp dầu
khí Việt Nam