ĐẠI HỌC QUỐC GIA
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN KĨ THUẬT DẦU KHÍ 2
ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ ĐƯỜNG ỐNG VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ
NGÀY NỘP: 03/06/2023
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THÁI BÁ NGỌC
SVTH: TRỊNH MINH ĐỨC QUÂN-2014284
THÁI HỮU TÂM-
TP.HỒ CHÍ MINH, 2023
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
Ngành Dầu khí là một ngành kinh tế trọng điểm Việt Nam đã và đang góp một phần
lớn cho sự phát triển của đất nước. Tuy còn non trẻ với hơn 30 năm xây dựng và phát triển
nhưng đã sớm khẳng định vị trí của nó trong nền kinh tế quốc dân, cho tới nay dầu khí vẫn
luôn được coi là ngành kinh tế mũi nhọn. Ngành Dầu khí nói chung và Petrovietnam nói
riêng luôn có những đóng góp đáng kể vào nguồn thu ngân sách Nhà nước, chiếm tỷ trọng
cao trong kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam và thu hút các nhà đầu tư nước ngoài mang
vốn và công nghệ hiện đại vào Việt Nam. Nhưng hiện nay, các nguồn dầu khí ở nước ta
khai thác tại mỏ ngày càng giảm dần không còn đa dạng như trước. Đây là một vấn đề cần
được quan tâm bởi thế Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam đang tìm kiếm, thăm dò và
phát hiện các mỏ mới.
Một trong những lĩnh vực mà nghành dầu khí quan tâm đó là thiết kế vận chuyển
đường ống dầu khí. Nó là khâu quan trọng nối liền khai thác với chế biến và tiêu thụ, mà
quá trình phát triển gắn liền với quá trình khai thác dầu khí. Đặc điểm chung của các mỏ
dầu khí là đều khai thác xa bờ nên việc vận chuyển dầu khí vào bên trong đất liền đòi hỏi
một đường ống vận chuyển lớn, có hiệu quả cao và an toàn. Với điều kiện khai thác như
vậy thì công việc thi công, lắp đặt các đường ống vận chuyển ở ngoài khơi là việc cấp bách
cần thiết hơn lúc nào hết. Xác định được tầm quan trọng của vấn đề, nhóm chúng em đã
chọn đề tài “ Thiết kế đường ống vận chuyển dầu khí ” trong đồ án kĩ thuật dầu khí 2”.
Trong quá trình thực hiên đồ án, nhờ có sự giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy Thái Bá
Ngọc. Nhóm em xin cảm ơn thầy đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho nhóm trong
suốt quá trình học tập. Mặc dù đã cố gắng để hoàn thành tốt đồ án kỹ thuật dầu khí 2 này
nhưng nhóm vẫn còn nhiều thiếu sót vì hạn chế về kinh nghiệm. Chúng em rất mong được
nhận sự giúp đỡ từ thầy cũng như bạn bè để đồ án này tiếp tục hoàn thiện hơn. Một lần nữa
chúng em xin chân thành cảm ơn và gửi lời chúc sức khỏe đến thầy, bạn bè, anh chị đã
giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình theo học ở ngôi trường đại học Bách Khoa.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ
1.1.
Tổng quan về tình hình dầu khí Việt Nam
Ngành Dầu khí là một ngành kinh tế trọng điểm bao gồm các đơn vị như Tập đoàn
Dầu khí Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam), Tập đoàn Xăng dầu Việt Nam (Petrolimex),
có đóng góp lớn cho sự phát triển của đất nước.
Theo số liệu thống kê của BP, Việt Nam là quốc gia đứng thứ 28 trên tổng số 52 nước
trên thế giới có tài nguyên dầu khí. Tính đến hết năm 2013, trữ lượng dầu thô xác minh của
Việt Nam vào khoảng 4,4 tỷ thùng đứng thứ nhất trong khu vực Đông Nam Á, còn lượng
khí xác minh của Việt Nam vào khoảng 0,6 nghìn tỷ 𝑚3 , đứng thứ 3 trong khu vực Đông
Nam Á (sau Indonesia và Malaysia).
Kể từ khi tấn dầu đầu tiên được khai thác vào năm 1986 tại mỏ Bạch Hổ, trải qua gần
ba thập kỷ, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) đã có bước trưởng thành
vượt bậc về mọi mặt để trở thành một tập đoàn kinh tế mạnh của quốc gia. Petrovietnam
đã có một vị trí quan trọng, là một mũi nhọn trọng yếu của nền kinh tế Việt Nam trong quá
trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, hàng năm đóng góp trung bình 25 - 30%
tổng thu ngân sách Nhà nước. Petrovietnam đã đưa Ngành Dầu khí Việt Nam có vị trí trong
cộng đồng các quốc gia khai thác dầu khí trên thế giới, góp phần không nhỏ trong việc
nâng cao uy tín của Việt Nam trên trường quốc tế. Đến nay, Petrovietnam đã xây dựng
được hệ thống công nghiệp dầu khí hoàn chỉnh, đồng bộ từ khâu tìm kiếm thăm dò, khai
thác – phát triển công nghiệp khí đến chế biến dầu khí và dịch vụ dầu khí.
Hình 1: Bản đồ dầu khí của Việt Nam
1.2.
Vai trò và vị trí của đường ống trong khai thác dầu khí
Ngành công nghiệp dầu khí là một ngành kinh tế lớn bao gồm nhiều khâu: tìm kiếm
– thăm dò – khai thác -vận chuyển – chế biến – phân phối sản phẩm. Và một trong những
khâu quan trọng nhất của nền công nghiệp dầu khí là: vận chuyển dầu khí, đó là giai đoạn
nối liền quá trình khai thác với chế biến và tiêu thụ mà quá trình phát triển gắn liền với quá
trình khai thác dầu khí.
Các phương pháp vận chuyển bằng đường sắt, đường thủy, đường ống đã được các
nước khai thác dầu khí sử dụng rộng rãi để vận chuyển trong đó vận chuyển bằng đường
ống được sử dụng ngày càng được rộng rãi. Vì khi xây dựng hệ thống đường ống nối liền
từ nơi khai thác đến nơi chế biến và tiêu thụ có những ưu điểm sau bao gồm:
 Đường ống có thể đặt theo các hướng tùy ý, khoảng cách tương đối lớn và thông
thường ngắn nhất sẽ là giữa hai đjia điểm cần vận chuyển.
 Bằng phương pháp đường ống có thể vận chuyển được một khối lượng dầu lớn và
sản phẩm của nó. Đặc biệt đối với khí thì đây là phương pháp duy nhất để có thể vận
chuyển, đối với khí hóa lỏng thì thực tế vận chuyển bằng đường ống là hiệu quả và có kinh
tế nhiều nhất.
 Đường ống có thể hoạt động liên tục hết công năng và ổn định đảm bảo cung cấp
thường xuyên cho người tiêu dùng.
 Vận chuyển bằng đường ống cho phép hạn chế đến mức tối thiểu nhất mất mát
trong quá trình vận hành.
 Vận chuyển bằng đường ống có thể tiến hành tự động hóa quá trình vận chuyển cao
hơn các phương pháp còn lại. Người ta tính toán rằng nếu giá thành vận chuyển bằng đường
ống là 1 thì giá thành vận chuyển bằng đường thủy sẽ là 1,5 còn giá thành vận chuyển bằng
đường sắt là 3. Tuy có những ưu điểm như vậy, song vậy việc thi công đường ống nhất là
ống ngầm dưới biển lại gặp khá nhiều khó khăn, đòi hỏi chi phí đầu tư lớn. Do đó, lựa chọn
phương pháp tối ưu vận chuyển dầu khí ở những điều kiện nhất định cũng là một bài toán
mà các chuyên gia công nghệ vận chuyển dầu khí phải có lời giải thích đáng.
Thi công lắp đặt đường ống dẫn đầu ở biển đòi hỏi vốn đầu tư lớn, như ở vùng vịnh
Mexico, vùng ven biển thuộc bang Texas (Mỹ) đường ống vận chuyển có đường kính
500mm dài 147km chi phí lên đến 50 triệu USD (1982), tức là khoảng 340000USD/km.
Trong lĩnh vực vận chuyển dầu khí bằng đường ống những năm gần đây đã đạt được
những con số kỉ lục, Liên Xô đã xây dựng 6 tuyến ống cỡ lớn để vận chuyển khí từ Siberi
sang châu Âu ( trong kế hoạch 5 năm lần thứ 11 ) với tổng chiều dài là 200 ngàn km, công
suất 200 tỷ m3 khí/ năm.
Ngày nay lĩnh vực vận chuyển dầu khí của thế giới đang đi theo chiều hướng khác
nhau trên cơ sở ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật. Đó là việc xây dựng các đường
ống đường kính lớn (1220, 1420, 1620mm...) sử dụng rộng rãi các biện pháp bọc cách nhiệt
hữu hiệu đối với đường ống ngầm, áp dụng các biện pháp thích hợp khác nhau để vận
chuyển dầu có độ nhớt cao như sử dụng các chất hoạt tính bề mặt.
Hiện nay ở Vũng Tàu ( Việt Nam ) có hai đường ống dẫn khí đi qua gồm đường ống
dẫn khí Nam Côn Sơn và Bạch Hổ. Trong đó, Nam Côn Sơn là hệ thống đường ống khí
hai pha dài nhất thế giới với tổng chiều dài là 361km dưới biển và hơn 37km trên đất liền.
1.3.
Thành phần của công trình đường ống
Thành phần chủ yếu của công trình đường ống vận chuyển dầu và các sản phẩm của
dầu gồm: công trình đường ống và công trình phụ trợ
 Công trình đường ống:
 Đường ống chính, đường ống nhánh ( kể cả những đường ống có đường kính
thay đổi), trạm bơm trên tuyển
 Các khối đỡ và khối gia tải ống
 Các van chặn, van xả nước, xả khí và các thiết bị chống ngưng tụ khí
 Các đoạn vượt qua cả chướng ngại vật thiên nhiên và nhân tạo
 Các công trình chống trượt, sạt lở, xói mòn và lún
 Công trình phụ trợ:
 Các trạm gác tuyến, các trạm bảo vệ điện hóa
 Đường dây và các trạm thông tin liên lạc
 Đường giao thông phục vụ cho việc vận hành đường ống
 Đường dây và các trạm biến thế điện, trạm phát điện cung cấp điện cho các
thiết bị điều khiển trạm bơm và bảo vệ điện hóa.
1.4.
Phân loại đường ống dẫn dầu khí
Do yêu cầu đa dạng và tính chất làm việc phức tạp nên hệ thống đường ống được
phân loại theo nhiều cách:
Theo phương pháp lắp đặt: ống ngầm dưới đất, ống ngầm dưới nước, trên mặt đất và
được treo trên không
Theo đặc tính và trị số áp lực:
 Theo đặc tính: Ta phân ra ống có áp và ống không có áp tự chảy. Loại ống có
áp lực: thông thường chất lưu lấp đầy tiết diện ống, trường hợp không lấp đầy
thì có thể có áp lực hoặc tự chảy. Các ống lấp đầy thường là ống vận chuyển
dầu thương mại, ống thu gom nước, ống thu gom trong hệ thống kín thì thường
không lấp đầy. Trong ống không áp, chuyển động được thực hiện chủ yếu do
trọng lực gây ra bởi sự chênh lệch cao trình hai đầu ống.
 Theo trị số áp lực: Đường ống dẫn được chia ra làm 2 cấp ống: cấp 1 với những
đường ống có áp suất từ 25:100 daNcm2, cấp 2 đối với những ống có áp suất
từ 12-25daNcm2.
Theo đường kính, đường ống được chia làm 5 cấp: cấp 1 với ổng có đường kính từ
1000:1400mm, cấp 2 có đường kính từ 500:1000mm, cấp 3 có đường kính từ 300:500mm,
cấp 4 có đường kính bé hơn 300mm và áp suất lớn hơn 25 daNcm2, cấp 5 có đường kính
bé hơn 300mm và áp suất từ 16 daNcm2.
Theo chất được truyền tải, đường ống chia ra làm các loại: dùng để vận chuyển khí
đốt, dùng để vận chuyển dầu và các sản phẩm dầu. Hoặc ống có chuyển động phân đoạn
các chất khác nhau bằng các nút ngăn cách.
Theo nhiệt độ chất truyền tải: ống được chia ra làm ống lạnh ≤ 0𝑜 𝐶, ống nhiệt ≥
50𝑜 𝐶 và ống bình thường.
Theo chức năng, ta chia ra: ống xả từ miệng giếng tới bình tách đo, ống gom dầu,
gom khí, gom nước và ống dẫn dầu thương mại.
Theo độ dốc thủy lực: ống được xem là đơn giản nếu như không phân nhánh, đường
kính không thay đổi và ống phức tạp.
Theo mực độ ăn mòn của chất truyền tải: ống trong môi trường không ăn mòn, ít ăn
mòn nếu như tính chất làm gỉ ống thép Cacbon ≤ 0,1 𝑚𝑚 𝑛ă𝑚, ăn mòn trung bình 0.1:0.5
mm năm và ăn mòn cao ≥ 0.5 𝑚𝑚 𝑛ă𝑚. Khi truyền tải các chất lưu ăn mòn, người ta
thường dùng ống thép Cacbon có bề dày lớn hơn quy chuẩn, thép hợp kim, ống phi kim
hoặc có biện pháp bảo vệ phía trong.
Theo điều kiện làm việc đường ống vượt qua chướng ngại vật là nước, đầm lầy, đường
sắt...
CHƯƠNG 2: CÁC BƯỚC CƠ BẢN XÂY DỰNG MỘT TUYẾN ỐNG
Ngày nay trong các ngành sản xuất công nghiệp,đường ống và bể chứa nói chung
được sử dụng rộng rãi ở nhiều phạm vi khác nhau. Nó có tác dụng quan trọng trong việc
vận chuyển và cất giữ các sản phẩm công nghiệp mà thiếu nó thì quá trình tự động hoá của
một số ngành công nghiệp sẽ gặp nhiều khó khăn, thậm chí không thực hiện được. Vì vậy,
việc xây dựng một tuyến ống phải được tuân thủ nghiêm ngặt theo các bước cơ bản sau:
- Công tác khảo sát: khảo sát chiều dài, vật liệu..; khảo sát địa hình, địa mạo; khảo
sát nền móng (ổn định đường ống)...
- Tính toán công nghệ: tính toán bền, nhiệt, thủy lực.
- Xây lắp, thi công tuyến ống: ở đất liền, trên biển.
2.1.
Công tác khảo sát
Công việc đầu tiên để tiến hành lắp đặt hệ thống đường ống là khảo sát địa hình thực
tế khu vực tuyến ống sẽ đi qua, làm cơ sở cho việc thiết kế tuyến ống và lắp đặt sau này.
Những vấn đề quan trọng cần phải quan tâm là:
Việc lựa chọn tuyến ống là công việc then chốt trong quá trình xây lắp đường ống
trên đất liền và cần xem xét toàn diện các vấn đề liên quan đến xây lắp trước khi hoàn thành
tuyến ống. Thông thường sau khi đã xác định tuyến ống sơ bộ bằng các bản đồ có sẵn, các
kỹ sư phải khảo sát dọc tuyến ống để thay đổi tuyến ống sơ bộ bằng các bản đồ có sẵn, để
thay đổi tuyến ống cho phù hợp với các vị trí gây khó khăn cho quá trình lắp ống. Trong
giai đoạn này người kỹ sư có thể lựa chọn các tuyến ống thay thế tại các đoạn trong tuyến
ống đã được xác định trước đó. Trong điều kiện hệ thống giao thông tốt, việc vận chuyển
thiết bị ra vào để lắp đặt tuyến ống trở nên dễ dàng. Tuy nhiên, nếu điều kiện giao thông
đường bộ và đường sắt yếu kém, các kỹ sư cần phải giải quyết vấn đề vận chuyển một số
lượng lớn ống đến các vị trí dọc theo tuyến ống.
Vật liệu chế tạo ống: chúng ta phải xác định được ngoại lực tác động lên đường ống
khi làm việc rồi chọn vật liệu và bề dày thích hợp để ống làm việc an toàn.
Tổn thất áp suất trên tuyến: đây là vấn đề quan trọng nhất, để đảm bảo các thông số
vận hành. Vấn đề này liên quan đến việc lựa chọn đường kính ống, lựa chọn những góc
ngoặt thay đổi hướng của tuyến ống, lựa chọn các thiết bị và phụ kiện của đường ống phải
thích hợp.Công việc lắp đặt phải thuận tiện: nơi tuyến ống lắp đặt thuận tiện khi vận chuyển
tập kết vật tư ống cùng các phụ kiện cũng như phương tiện cơ giới, sử dụng máy móc phục
vụ công tác lắp đặt.
Tuổi thọ lâu dài của đường ống thể hiện ở chất lượng thép vật liệu làm ống, độ bền
vững của các mối hàn ống, phương pháp bảo vệ ăn mòn đường ống, thiết bị cũng như việc
bảo vệ và bảo dưỡng sau này.
Đảm bảo tính ổn định của đường ống, thể hiện ở việc tính toán khối lượng, số lượng
các gối đỡ, khối bê tông gia tải (đối với đường ống trên bờ trong các trạm phân phối khí).
Để tránh hiện tượng giãn nở vi nhiệt.
Yêu cầu về môi trường: nhằm mục đích đảm bảo sức khoẻ cho con người, tuổi thọ
của thiết bị và bảo vệ môi trường trong suốt quá trình xây dựng và vận hành tuyến ống.
Luật môi trường Việt Nam được áp dụng trong phần lớn các trường hợp. Luật môi trường
Quốc tế sẽ được sử dụng chỉ khi luật môi trường Việt Nam chưa đầy đủ hoặc không thích
hợp.
2.2.
Tính toán công nghệ
Để hệ thống đi vào sử dụng, đáp ứng những thông số đặt ra, chúng ta phải tính toán
thật chi tiết.Việc tính toán công nghệ khi thiết kế, thi công đường ống bao gồm các tính
chất sau:
 Tính toán bền
 Tính toán nhiệt
 Tính toán thủy lực
2.2.1. Tính toán bền trong đường ống
Chúng ta phải xác định được ngoại lực tác động lên đường ống khi làm việc rồi chọn
vật liệu và bề dày thích hợp để ống làm việc an toàn.
 Vật liệu chế tạo ống
Trong công nghiệp dầu khí, theo vật liệu ta chia ra ống cứng và ống mềm. Ống cứng
được chế tạo từ thép Cacbon, thép không gỉ, thép hợp kim. Ngoài ra, tùy theo yêu cầu đặc
biệt ta có thể dùng các vật liệu khác như gang, kim loại màu: đồng, nhôm, titan...; ống phi
kim: bê tông, bê tông cốt thép, thủy tinh, sứ gốm; ống mềm chế tạo từ chất dẻo, cao su, sợi
kim loại.
Ống thép chiếm tỷ lệ cao nhất, chúng có yêu cầu nhất định về cơ tính và về thành
phần hóa học, nhất là hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho cùng với các tạp chất khác. Thông
thường người ta sử dụng thép hợp kim thấp, chịu gia công nhiệt và có thể được thường
hóa.
Đối với các môi trường ăn mòn, ta phải sử dụng loại thép chịu ăn mòn cao và thành
phần hóa học cũng đòi hỏi khắt khe hơn.
Theo tiêu chuẩn API, các loại thép thông thường mác 40  110 có giới hạn chảy cực
tiểu 28  77 kG/mm2 và cực đại từ 56  98 kG/mm2 và giới hạn bền kéo tối thiểu từ 42  88
kG/mm2. Hàm lượng phốt pho cực đại từ 0,04  0,11%, lưu huỳnh từ 0,06  0,065%.
Thép có độ bền cao được chế tạo ở mức độ ít hơn và không quy chuẩn, có giới hạn
chảy thấp nhất 67  120 kG/mm2 và cao nhất 77  126 kG/mm2, giới hạn bền kéo tối thiểu
từ 77  134 kG/mm2, có hàm lượng C < 0,45%; Mn 1,3  1,7%; Si 0,15  0,3%, được tôi,
ram và thường hóa. Các thép bền cao thường giòn, không phù hợp với điều kiện khí hậu
nóng lạnh đột ngột và khó gia công cắt gọt. Với thép chịu ăn mòn, thành phần cực đại các
nguyên tố như bảng sau:
Loại thép
Cmax
Mnmax
Mo
0,5
1,9
0,15- 0,3
Ni, Cr,
Cu
P
S
Si
0,44
0,06
0,35
Lò điện,
Siemem
0,5
Martin
Bảng 2.1: Thành phần phần trăm của thép chịu mòn
Để chế tạo ống, người ta dùng công nghệ chủ yếu là cán và hàn, cá biệt là có thể đúc,
ống thép cán trực tiếp thường có chất lượng không cao do bề dày không đều và có độ ôval
lớn. Ống hàn thường chế tạo từ thép tấm theo kỹ thuật hàn thẳng, để có chất lượng cao hơn
thường dùng kỹ thuật hàn xoắn ốc.
Ống mềm trong các hệ thống khai thác trên biển có 2 loại chính, khác nhau về mật
độ phù hợp với hai điều kiện nổi trên mặt nước và chìm xuống đáy biển. Đường ống mềm
có hai phần là các đầu nối bằng kim loại và phần thân ống, đầu nối liên kết với thân nhờ
keo dán chuyên dụng. Mặt cắt của thân ống mềm cứng từ ngoài vào trong thường có các
lớp: lớp vỏ, lớp vải, lớp kim loại - cao su, lớp sợi, lớp cao su, lớp dây kim loại, lớp dây sợi
thứ hai và lớp kim loại - cao su.
Khi làm việc, ống sẽ chịu kéo nén do trọng lượng bản thân, do áp suất bơm, chịu áp
suất của chất lưu và các ống ngầm còn chịu áp suất ngoài do nước biển, đất đá, các ngoại
lực do biến đổi nhiệt độ, các mạch đập áp suất. Tuy nhiên, ống dẫn được xem như là ống
nằm ngang nên tải trọng kéo nén do trọng lượng bản thân có thể bỏ qua.
Sau đây là bảng đặc tính ống thép do Nga sản xuất:
Kích thước của ống
TT
1
Các loại ống
Ống thép hàn
Quy
chuẩn
Đường kính
Bề dày
Chiều dài
ngoài (mm)
(mm)
(m)
 OCT
8  1620
14
1,5  18
10704-63
5  76
0,5  3
1,5  8,5
10704-63
426  1220
4  12
10  18
8696-62
25  530
2,5  75
4  12,5
8732-70
1  200
0,1  12
1,5  9
8734-58
4  710
0,1  32
19
9567-60
6  13
2  4,5
0,5  4
11017-72
57  325
3,5  32
1,5  10
9940-72
Ống hàn - kéo
2
nguội và cán
nguội
Ống hàn với
3
mối hàn xoắn
vít
4
Ống thép liền
cán nóng
Ống thép liền
5
kéo nguội và
cán nguội
6
7
8
Ống chế tạo
chính xác
Ống liền chịu
áp lực cao
Ống thép liền
gia công nóng
bằng thép
không gỉ
Ống liền gia
công nguội và
gia công nóng
9
5  250
0,2  22
1,5  9
9941-72
8  102
14
1,5  8
11068-64
bằng thép
không gỉ
10
Ống hàn bằng
thép không gỉ
Bảng 2.2: Đặc tính ống thép do Nga sản xuất

Tải trọng do áp suất trong ống
Là tải trọng quan trọng nhất đối với ống vận chuyển. Để tính ứng suất do áp suất
trong gây ra, người ta thường dùng công thức Barlow cho tất cả các loại vật liệu và các ống
có quy chuẩn khác nhau:
 
Pi .De
2
(2-1)
Trong đó:

: Ứng suất theo chu vi ống;
Pi : Áp suất trong, KG/cm2;
De : Đường kính ngoài ống, cm;
 : Bề dày định mức của thành ống, cm.
Nếu xem σo là giới hạn chảy đối với vỡ ống, thì áp suất gây vỡ sẽ là:
Pv=
2.𝜎𝑜 .𝛿
𝐷𝑒
Khi tính toán phải kể đến các hệ số an toàn mà trước hết là an toàn do chế tạo, thường
chấp nhận hệ số 0,875 và ngoài ra phải tính toán đến sai số khi thiết kế với hệ số 0,72 do
đó:
 2 0 .
Pv  0,72 x0,875
 D
e





(2-2)
Hoặc bề dày an toàn của ống phải là:
 
Pv .De
2 x 0,72 x 0,875 x 0
(2-3)
Trường hợp ống chịu cả hai áp suất trong Pi và ngoài Pe và thuộc vùng đàn hổi (
𝐷𝑒
𝛿
>18), ta xem thành ống như một xi lanh mỏng đàn hồi, thì giá trị ứng suất có thể theo công
thức Lamé:
 
Pi  Pe De2  2 De .  2 2 
1
 Pe
2 De   
(2-4)
Áp suất cho phép trong đường ống thường có ba giá trị (theo TCVN 1287-72);
+ Áp suất quy ước: là giá trị lớn nhất ở nhiệt độ môi trường 200C, cho phép ống và
các phụ kiện làm việc lâu dài, xác định trên cơ sở lựa chọn vật liệu và đặc tính bền của
chúng ở nhiệt độ 200C.
+ Áp suất làm việc: là giá trị lớn nhất để làm việc lâu dài ở nhiệt độ thực tế của môi
trường được vận chuyển. Với các ống thép, phạm vi này trong khoảng 0 ÷2500C, ống đồng
(Cu), đồng thau : 0 ÷1200C.
+ Áp suất thử: là áp suất thử nghiệm thủy lực bằng nước về độ bền, độ kín khi nhiệt
độ không vượt quá 1000C.

Tải trọng do áp suất ngoài ống
Tải trọng do áp suất bên ngoài ống có thể làm méo ống. Áp suất này ít gây nguy hiểm
cho ống dẫn, trừ trường hợp lắp ngầm sâu và trong ống rỗng (không có áp suất bên trong).
Giá trị áp suất bóp méo được tính bằng lý thuyết và thực nghiệm, các đường ống có độ oval
nhất định, bề dày không đều. Công thức lý thuyết quen thuộc do Sarkixốp đề xuất đã lưu ý
đến hai đặc điểm trên:
Pd  1,1K min  c  uv 

 c  uv 2  4u c 

(2-5)
u  E.K 02 .
v  1
(2-6)
3e
4 K min . 3
(2-7)
Trong đó
E: Mô đun young, 2,1.106 KG/cm2;
c :
Giới hạn chảy của thép, KG/cm2;
e: Độ oval của ống,
e2
a b
ab ;
a,b là các bán trục của elip, thường chấp nhận e = 0,01
K0 
0
De
K min 
;
 min
De

;
0
 min
 0 ,  min ,  : Bề dày trung bình, tối thiểu và định mức của thành ống, thông thường với
ống thép cán thì  0 = 0.875.δ và δmin=0.875.δ
Công thức (2-5) thuần túy lý thuyết, kết quả thấp hơn số liệu thí nghiệm từ 30 ÷
60%.
Quy chuẩn API đề nghị áp dụng các công thức thực nghiệm có lưu ý đến độ oval
của ống trong giới hạn các sai số. Khi xác định áp suất ngoài giới hạn (áp suất bóp méo),
người ta phân biệt hai trường hợp: ống thành dày và ống thành mỏng căn cứ vào tỷ số De/
 , với De/  bé thì thuộc vùng dẻo và giới hạn chảy của thép chiếm vai trò quan trọng, với
De/  lớn sẽ thuộc vùng đàn hồi, và lúc đó kích thước hình học giữ vai trò chính. Thực ra,
không tồn tại một quan điểm chính xác về sự thay đổi giữa hai vùng mà sự chuyển tiếp xảy
ra từng bước, nghĩa là có sự chuyển tiếp giữa hai vùng, các công thức phổ biến của API
như sau:
De
- Trong vùng dẻo:
D
  
Pd  0,75.2 c  e  1

 
 De 

 14
2
(2-8)
- Trong vùng đàn hồi: De  18


Pd  0,75.4,4.10 
 De
6
2
 
 

 1 
 De
 
(2-9)
- Trong vùng chuyển tiếp:




2
,
5
Pd  0,75.c
 0,046 
 De



 

(2-10)
Trong các công thức từ (2-8) đến (2-10),  c : Giới hạn chảy của vật liệu, các giá trị
Pd tính ra KG/cm2. Các giá trị tính toán lớn hơn 25 ÷ 30% so với công thức Sarkixốp.
2.2.2. Tính toán nhiệt
Khi vận chuyển trong đường ống, nhiệt độ của chất truyền tải được truyền từ ống ra
môi trường khí quyển nên nhiệt độ chất tải sẽ giảm dần theo khoảng cách.
Với khí, nhiệt độ giảm sẽ dẫn tới sự ngưng tụ các thành phần lỏng hoặc hình thành
các chất ở thể rắn.Việc tính toán nhiệt là xác định sự thay đổi nhiệt độ dọc theo tuyến ống
để xác định vị trí có thể xảy ra hiện tượng độ nhớt chất lỏng vượt quá giới hạn thiết kế hoặc
chất khí bắt đầu ngưng tụ. Từ đó, chúng ta có các giải pháp phù hợp, chủ yếu là:
- Ngăn cản hoặc giảm thiểu sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh,tức là giải quyết
bài toán về bảo ôn tuyến ống.
- Dùng các giải pháp vật lý và hóa học để hạ thấp hoặc ngăn chặn sự ngưng tụ chất
khí.
Sự hiểu biết về quy luật thay đổi nhiệt độ theo đường ống là cần thiết cho các nhà
thiết kế cũng như vận hành. Viện sỹ Sukhôp là một trong những người đầu tiên nghiên cứu
về quy luật này. Ông đã tiến hành tính toán tổn thất nhiệt cho đường ống dẫn một pha ở
chế độ ổn định cho trường hợp chung nhất. Trên tuyến ống tại khoảng x, ta khảo sát một
phân tố dx (hình 2.1) và xác định sự cân bằng nhiệt trong phân tố. Tổn hao nhiệt của phân
tố trong một đơn vị thời gian ra môi trường là:
dq = K(t - t0)Dedx
Trong đó:
t - Nhiệt độ chất lưu trong phân tố, 0C
t0 - Nhiệt độ môi trường, 0C
(2-11)
De.dx - bề mặt của phân tố
K - Hệ số truyền nhiệt từ của chất lưu ra môi trường, wat/m2.0C.
Hệ số truyền nhiệt K, thực tế khi chế độ chảy ổn định vẫn thay đổi theo chiều dài
nhưng không đáng kể (< 3%) nên có thể xem là hằng số.
Mặt khác, khi chảy qua phân tố dx, nhiệt độ sẽ giảm đi dt.0C do vậy tổn hao nhiệt sẽ
là:
dq = -G.Cp.dx
(2-12)
Trong đó:
G - Tốc độ khối, KG/sec
Cp - Tỷ lệ dung, Joul/KG.0C
Ở chế độ chảy ổn định, lượng nhiệt mất đi chính là được truyền vào môi trường nên:
K(t - t0).De.dx = -G.Cp.dt
Gộp các giá trị không đổi thành một hằng số chung là:  =
 - dt = a(t - t0)dx
(2-13)
De .K
G.Cp
(2-14)
Giả sử chiều dài tuyến ống là L, nhiệt độ đầu tuyến là t1 và cuối tuyến là t2
t
L
t t


 aL
-  dt  a  dx  - ln  t 2  t 0   .L  2 0  e
t1  t 0
1 t0
 t1  t 0 
t
0
2
1
Thay
t2 = t 
t = t0 + (t1 - t0)e-ax
Công thức (2-15) được gọi là công thức Sukhop
(2-15)
Hình 2: Sự thay đổi nhiệt độ, độ nhớt theo chiều dài
Khi xét đoán một cách chi li, ta lưu ý đến tổn hao ma sát dọc theo tuyến ống sẽ biến
thành nhiệt và nhiệt này bổ sung cho chất lưu.
Do đó viện sỹ Laybenzon về sau đã bổ sung thêm vào công thức Sukhop bằng một
hệ số b:
t = t0 + b + (t1 - t0 - b)c-al
b=
(2-15a)
G.i
.De .K.E
Trong đó:
i - Độ dốc thủy lực trung bình, tổn hao thủy lực trên một đơn vị chiều dài
E - Đương lượng cơ học của nhiệt
t = b(1 - eaL)
Ở đầu tuyến ống L = 0, t = 0
Do dòng khí chứa các thành phần nặng, quá trình làm lạnh sẽ có một số khác biệt
từ nhiệt độ đầu ống t1 đến với vị trí có nhiệt độ kết tinh của các thành phần nặng vẫn tuân
theo quy luật (2-15a). Trong phần đường ống xảy ra kết tinh, tốc độ làm lạnh chậm lại do
được bổ sung nhiệt tách ra từ quá trình kết tinh, do đó ở phần này sự biến thiên nhiệt độ
theo khoảng cách sẽ tuân theo công thức Tremrhink.
t = t0 + t K C t 0
(2-15b)
e
C=
K.De (x  1)

.X 
G C p 

t K  1x 

Một số tác giả đề nghị bổ sung vào (2-15) hiệu ứng Joul/Tomsons và chênh lệch cao
trình đường ống.
t = t0 + (t1 - t0)e
-ax
 P1  P2 1  e ax A.Z 
.
.
- Di 


Cp .l 
 1
(2-15c)
Trong đó:
Di - Hệ số Joul/Tomson, kể đến sự giảm nhiệt của khí khi giảm 1 at áp suất.
Di = 0,30C
A - Đương lượng nhiệt của công, A = 1/427 KKal Joul
% - Chênh lệch cao trình, m
tk - Nhiệt độ kết tinh của các thành phần nặng
l - Khoảng cách từ đầu tuyến (t1) đến vị trí kết tinh (tk), xác định theo công thức (215).
 - Số lượng các thành phần nặng tách ra khi tăng nhiệt độ từ tk đến tx.
x - Khoảng cách tính từ đầu tuyến, x > 1
x - Nhiệt ẩn của quá trình kết tinh
Để tính nhiệt độ dòng chảy tại điểm bất kỳ trong đường ống vận chuyển.
Hình 3: Đoạn ống tính toán nhiệt dòng chảy.
TL = TS + (T1 - TS)exp(-L/A)
(2-16)
Trong đó:
TS - Nhiệt độ môi trường xung quanh
T1 - Nhiệt độ tại điểm vào (L = 0)
TL - Nhiệt độ tại vị trí L
L - Khoảng cách nơi tính so với điểm đầu chất khí vào
A - Khoảng cách hồi phục nhiệt
A=
WC p
(2-17a)
dU
Hoặc một phương trình thực nghiệm khác của Shiu và Bégg;
A = C1 WC2 .p 3 ldC4 (API) 5  6 g
C
C
C
Trong đó:
Cp - hệ số áp nén đẳng áp
C1 = 0.0149
C2 = 0.5253
C3 = 22.9303
(2-17b)
C4 = 0.2904
C5 = 0.2608
C6 = 4.4146
W - Tổng lưu lượng khối lượng
L - Khối lượng riêng pha lỏng tại điều kiện tiêu chuẩn, 1bm/ft3
g - Tỷ trọng khi (air = 1)
D - Đường kính trong của ống
U - Hệ số truyền nhiệt
Phương trình sai số khoảng 5%
Thực tế, một đường ống có bảo ôn thường bao gồm các lớp: ống thép, lớp chống ăn
mòn, lớp cách nhiệt và lớp bảo vệ. Bài toán nhiệt phải tính toán chi tiết: Truyền từ đầu ống
và từ ống lần lượt qua các lớp được đặc trưng bởi hệ số truyền nhiệt Ki và bề dày khác
nhau.
2.2.3. Tính toán thủy lực và các phương pháp tính
Chiếm khối lượng lớn khi thiết kế các tuyến ống mới cũng như khi kiểm tra, sửa chữa
các tuyến ống sẵn có cho phù hợp với yêu cầu cụ thể. Nhiệm vụ của tính toán là phải xác
định một trong các thông số: Khả năng vận chuyển Q, áp suất đầu hoặc cuối tuyến, đường
kính ống D, hoặc cả hai thông số P và D. Quan hệ giữa P và D, P = f(Q) được gọi là đặc
tính của tuyến ống. Các kết quả tính toán phụ thuộc vào sơ đồ thủy lực, tính chất vật lý của
chất chuyển tải.
Căn cứ vào sơ đồ thủy lực, người ta phân chia ra ống đơn giản chỉ bao gồm một cấp
đường kính và không phân nhánh, còn ống phức tạp là tuyến có đường kính thay đổi hoặc
có phân nhánh. Loại ống đơn giản lại được phân chia ra ống dài và ống ngắn. Nguyên tắc
phân chia căn cứ vào tỷ lệ giữa tổn hao cục bộ và tổn hao theo chiều dài. Thông thường
khi tổn hao cục bộ bé hơn 10% tổn hao dọc đường thì được xem là ống dài và ngược lại.
Một tuyến ống phức tạp có thể được phân chia ra nhiều đoạn đơn giản cho nên việc tính
toán cho ống đơn giản là cơ bản.
Căn cứ vào tính chất chất lưu người ta phân chia ra: Khí khô (1 pha khí), khí ẩm (2
pha lỏng - khí). Mỗi một mô hình sẽ được lựa chọn cho phù hợp với điều kiện cụ thể.
2.2.3.1.
Tính toán đường ống dẫn 1 pha khí
+ Lưu lượng khí trong ống:
Với điều kiện đẳng nhiệt, phương trình chuyển động Bernouli viết cho cột áp:
dP d
dl. 2
  dz  
0
g 2g
D.2g
(2-18)
Trong đó:
dP/g - Thế năng của áp suất khí
d/2g - Tỷ động năng của khí chuyển động, qua tính toán do giá trị bé nên bỏ qua.
dz - Năng lượng vị trí, ta thường xem ống nằm ngang nghĩa là dz = 0

dl. 2
: Cột áp tổn hao
D.2g
Như vậy, phương trình có thể viết lại là:
dP
dl  2
 .  0
g
D 2g
(2-19)
Từ các phương trình tính ,  thay vào (2-19) ta có:

RZT dP
dl  G 2 .Z2 .R 2 .T 2 
.



g
P
2gD 
S2 .P 2

(2-20)
l - Chiều dài tuyến ống tính tại điểm xem xét, m:
D - Đường kính ống, m;
g: Gia tốc trọng trường, m/s2
Biến đổi (2-20) và nhân hai vế với p2, ta thu được:

P.dP
dl G 2

.
ZRT
2D S2
Lấy tích phân cho đoạn ống dài L, áp suất đầu vào P1, đầu ra P2, thay S = D2/4:
p

D 2
Giải ra tốc độ khối: G =
4
L
1 2
G2
P.dP

8

dl
ZRT p1
2 .D5 0
P
2
1
(2-21)

 P22 .D
(2-22)
ZRTL
Từ phương trình trạng thái của khí và không khí với hằng số Ra
Ra 

hoặc R  R a a  R a
R a


D 2
G=
4
Từ đó:
P
2
1

 P22 .D.
(2-23)
.Z.R a .T.L
Tính lưu lượng khí ở điều kiện đường ống q và điều kiện chuẩn với P0, T0:
Q = q.
P1 T0
.
;
P0 T.Z
G
q= G q=
a 

(2-24)
Thay (2-24) vào (2-23), ta có:


P12  P22
D5/2
1
Q=
.
.
4 a R a .Z..T.L
(2-25)
Ở điều kiện chuẩn với T0 = 200C, P = 760 mmHg, a = 1,205Kg/m3 và Ra = 287,1
Joul/Kg.0K
(𝑃12 −𝑃22 ).𝐷 5
Q=387.104.√
ʎ.𝑍.𝛾.𝑇.𝐿
Trong sách báo chuyên môn, ta có thể gặp các công thức khác song việc xác định
chúng đều được tiến hành tương tự, chẳng hạn:
T
Q = 13,3. 0 .
P0
P
2
1

 P22 D5
(2-27)
.Z..T.L
Công thức phổ biến nhất tính  là công thức Weymouth, dùng trong chế độ chảy nhám.
9, 4.103
= 3
D
(2-28)
Một số công thức tương đối tổng hợp để tính toán là:
 158 2K 3 
 = 67.10  Re  D 
0.2
2
(2-29)
K3: độ nhám tương đương
Ở chế độ thủy lực phẳng,  không phụ thuộc độ nhám ta cho K3 = 0. Và ở chế độ ma
sát bình phương,  không phụ thuộc Re nên xem Re = 0 để có các công thức đơn giản hơn.
Với một hỗn hợp khí nhiều cấu tử, thì ta tính giá trị hệ số Raynold trung bình:
Re 
.D.

(2-30)
Giá trị độ nhớt trung bình  , KG/m,s:
 = y11 + y22 + ... + ynn
(2-30a)
i - Độ nhớt của mỗi cấu tử có hàm lượng yi tính theo phần đơn vị
 - Mật độ trung bình của hỗn hợp:
p
P T0 1
. . 0
P0 T Z
(2-30b)
0 - Mật độ khí ở điều kiện bình thường
P0, P - Áp suất ở điều kiện thường và trung bình trong ống, Pa
T0, T - Nhiệt độ ở điều kiện thường 2370K và nhiệt độ trung bình trên đường ống.
2.2.3.2. Sự thay đổi áp suất trên đường ống.
Do tiêu hao năng lượng để duy trì chuyển động nên áp suất sẽ giảm liên tục. Để xác
định giá trị tại một bất kỳ có tọa độ x trên đường ống đơn A-C (hình 2.3) có đường kính D
áp dụng công thức (2-26) để tính giá trị Q vào điểm x.
Qvao = K.
P12  Px2
x
(2-31)
Hình 4: Sơ đồ đường ống đơn
Và giá trị Qra từ điểm x: Qra = K.
Px2  P22
Lx
Trong đó:
5/2
K = .D .
4
a
1
R a ..Tx .Z.
Từ điều kiện Qra cân bằng Qvào ta có:
P12  Px2 Px2  P22

x
Lx
hoặc
Px =
P12   P12  P22 
x
L
(2-32)
Giá trị áp suất trung bình trên đường ống trong công thức (2-30b) P sẽ được xác định:
L
P
 
1
1
x
Px .dx   P12  P22
.dx

L0
L
L
P
(2-33)
P22 
2
P

 1

3
P1  P2 
2.2.3.3. Tính toán đường ống áp suất cao
Tuyến ống có đường kính không thay đổi
Trên đó có các nhánh gom (nạp) phân phối (chia) như (hình 2.4).
Tuyến ống được phân nhánh với các khoảng cách l1, l2,... ln với tổng chiều dài L, từ các
nhánh vào ra  qi, do đó phải vận chuyển các giá trị Qi. Từ công thức (2-7) và (2-28) với
T0 = 2880K, p0 = 1,02 at, ta có:
Q=3,95.104.D8/3.(
𝑃12 −𝑃22 0.5
)
𝛾.𝑍.𝑇.𝐿
(2-34)
Hình 7: Sơ đồ ống dẫn thu (hoặc gom) khí
Đặt: K =
3,95.104.D8/3
 1 


 .Z.T 
0.5
2
2
Q2.L = K2  P1  Pn 1 
Và áp dụng cho từng đoạn:




Q12 .l1  K 2 P12  P22
Q 22 .l2  K 2 P22  P32
..........................

Q 2n .L n  K 2 Pn2  Pn21

Tổng tất cả các đoạn có phân nhánh:
n
 Q .l
i 1
2
i i

 K 2 P12  Pn21

(2-35)
n
K=
 Q .l
i l
2
1
P
2
i i
 Pn21

Các giá trị Qi, li, P1, Pn + 1 đã biết, tính hệ số K từ đó tính đường kính trong của ống
D:
 K. Z.T.
D = 
2
 395.10



3/8
(2-36)
* Tuyến ống có đường kính thay đổi.
Khi tuyến ống dài, số nhánh thu (nạp) hoặc cấp (chia) không nhiều thì việc vận dụng
một cấp đường kính là không kinh tế, mỗi đoạn ống giữa hai trạc ba (vào hoặc ra) sẽ được
tính toán như một ống riêng biệt theo gradient áp suất (giảm áp trên một đơn vị chiều dài)
là một hằng số.
Trên toàn tuyến: P = P1  Pn 1
L
Trên chiều dài l1, tổng giảm áp sẽ là: P1 = l1.P = P1  Pn 1 .l1
L
Áp suất cuối đoạn thứ nhất: P2 = P1 - P1 = P1 - l1 (P1 - Pn+1)
L
Tương tự, giá trị áp suất cuối của đoạn l2 sẽ là: P3 = P2 - l 2 (P1 - Pn+1)
L
Trên mỗi đoạn, ta biết li, Qi, Qi (đầu vào) và tính Pi+1 (đầu ra) để tính toán đường kính, ta
sử dụng công thức lưu lượng; chẳng hạn ta dùng công thức (2-34);
 Z..T.li 
 Q 
.x
D= 
 2 2 
2 
 395.10 
 Pi  Pi 1 
3/8
3/16
(2-37)
2.2.3.4.
Tính toán đường kính áp suất thấp
Với ống áp suất thấp và ngắn (bé hơn 10 km) có thể dùng công thức được đơn giản
hóa, coi áp suất trong tuyến là giá trị trung bình số học.
P
Q = 3,95.104.D8/3
P1  P2
2
2P  P1  P2 
(2-38)
.Z.T.L
Do giá trị áp suất thấp ta cũng có thể xem Z  l
Với các ống thu gom bằng hút chân không, ta xem P = 1at, công thức (2-38) trở thành:
Q = 7,9.104.D8/3.
 P1  P2 
.T.L
(2-39)
Nếu giữa P1 + P2 và 2 P có sự sai khác lớn hơn do chân không thì cần có thêm hiệu
chỉnh f =
P1  P2
2P0
Q = 7,9.104.
 P1  P2  .
.T.L
P1  P2
2P0
(2-40)
Đường ống thu gom ở mỗi đoạn, đường kính có thể thay đổi hoặc không thay đổi để
với áp suất thấp hoặc hút chân không, trên mỗi đoạn có lưu lượng Qi và chiều dài l, việc
tính toán tương tự như ống áp suất cao, sử dụng các giá trị lưu lượng phù hợp theo các công
thức từ (2-38) đến (2-40).
* Ống nối tiếp (hình 2.5)
Trong một số trường hợp, để thu gom hoặc cung cấp khí nén, người ta dùng ống nhiều
đoạn có đường kính khác nhau để vận chuyển Q. Với đoạn thứ i, chiều li, đường kính Di
áp suất đầu vào Pi và đầu ra Pi+1
Hình 5: Sơ đồ ống nối tiếp
Từ công thức (2-36), ta đặt:
Q = 13,3 T0
P0
D3i
.l1..T.Z
(2-41)
Q = Ci Pi2  Pi21
Q2
hoặc 2  Pi2  Pi21
Ci
n
2
2
2
lấy tổng cho n đoạn: Q . Ci  P1  Pn 1
i 1
Thay
n
1
1

, xem Pn+1 là P2, áp suất đầu ra ở cuối tuyến, ta có:

2
2
C
i 1 C1
Q = C P12  P22
(2-42)
Giả sử đã biết Di, li, , , Z và T, ta tính được các giá trị Ci và do đó tìm ra C, từ (2-42) sẽ xác
định được khả năng vận chuyển của ống mắc nối tiếp.
* Ống mắc song song (hình 8)
Hình 6: Hệ thống song song
Toàn bộ lưu lượng Q được vận chuyển trên các đoạn có đường kính khác nhau, lắp
song song, các nhánh đều có áp suất đầu vào là P1 và đầu ra P2. Lưu lượng khí vận chuyển
trên mỗi nhánh:
Qi = Ci P12  P22
b
Và lưu lượng tổng: Q =
Q
i 1
i
 P P
2
1
2
2
n
C
i 1
(2-43)
1
Trường hợp đặc biệt của tuyến ống song song là tuyến phân dòng.
Hình 7: Sơ đồ ống có tuyến phân dòng
Với đường ống dài, để tăng khả năng vận chuyển, ta lắp thêm một nhánh chiều dài l, đường
kính D2, lưu lượng tổng Q:
Q0 = 13,3. T0 .
P0
D15
P12  P22
.
..T.Z
L
(2-44)
Sau khi lắp ống nhánh, lưu lượng trên đoạn AB ở ống chính là Q1
T0
D52  P12  Px2
1  P15

Q1 = 13,3 .


P0 .T.Z  1
 2 
l
Từ đó:
P12  P82 
(2-45)
Q12 .d..T.Z

T0   D15 D52 
13,3.



.
P0   1  2 

(2-46)
Giá trị Q được vận chuyển tiếp tục trên đoạn BC, cho nên có thể viết:
Q1 = 13,3 T0 .
P0
Px2  P22 
D15
1..T.Z
Px2  P22
Ll
Q12 .(L  l)..T.Z
2

T0  D15
13,3.  .
P0  1

(2-47)
(2-48)
2
2
Cộng (2-57) và (2-59) ta có P1  P2 . Thay vào (3-54) và đặt x = l/L ta có:
2
 Q0 
x
1 x

 
2

 Q1 
D52 1 
.
1 

5


D

1
2


Q0 - Lưu lượng tổng (trước khi phân nhánh), Nm3/s;
Qi - Lưu lượng ống chính sau khi phân nhánh;
l, L - Chiều dài nhánh và chiều dài tổng, m;
D1, D2 - Đường kính ống chính và nhánh phụ, m;
1, 2 - Hệ số ma sát ở ống chính và ống nhánh.
(2-49)
Khi ta biết các giá trị ,D1,Qo,L ta cần phải xác định một trong ba giá trị Q1,D2,2
(tương ứng chiều dài L) khí biết hai giá trị kia.
2.3.
Xây lắp, thi công tuyến ống
2.3.1. Quy trình xây lắp đường ống trên đất liền
Quá trình xây lắp đường ống đất liền đòi hỏi sự chuẩn bị cẩn thận và lập kế hoạch
chi tiết, với một số đường ống có thể dài tới hàng ngàn km, các vấn đề hậu cần trở nên rất
lớn. Do đó,tất cả các công việc tiến hành quá trình xây lắp phải được phối hợp đặc biệt cẩn
thận đẻ công trường xây lắp không trải dài ra đến hàng trăm km với quá trình kiểm soát và
giám soát rất khó khăn và thiếu hiệu quả.
Quá trình xây lắp đường ống bao gồm nhiều phương tiện như các trạm bơm và máy
nén, các thiết bị đo đếm và phóng thoi, hệ thống bảo vệ cathode, các phòng điều khiển, các
trạm valve, bồn chứa…đi kèm với quá trình lắp đặt hệ thống đường ống thật sự. Đây chính
là lý do của mức độ phức tạp cao khi lắp đặt một hệ thống đường ống.
Các quá trình cơ bản xây lắp đường ống :
- Lựa chọn và đánh dấu tuyến ống,
- Quá trình đào rãnh,
- Quá trình rải ống và uốn ống,
- Quá trình hàn ống,
- Phủ ống và hạ ống xuống rãnh,
- Quá trình lấp rãnh,
- Thi công tại các vị trí cắt ngang ống qua các khu vực đặc biệt,
- Phục hồi trạng thái ban đầu.
2.3.2. Tổng quan về thi công tuyến ống biển
+ Mục đích
- Thi công đường ống là đặt ống vào đúng vị trí thiết kế dưới đáy biển
- Là giai đoạn thi công chính, chiếm nhiều thời gian và chi phí nhất
- Thường sử dụng các phương tiện thi công chuyên dụng
- Lựa chọn ra phương án thi công thích hợp nhất để vừa đảm bảo yêu
cầu kỹ thuật cũng như giá trị kinh tế…
+ Các phương pháp thi công tuyến ống biển
Hiện nay có rất nhiều phương pháp thi công đường ống ngầm, bao gồm phương
pháp thi công bằng xà lan (tàu) thả ống, phương pháp thi công kéo ống và nhiều phương
pháp khác. Việc lựa chọn phương pháp thi công thích hợp phụ thuộc vào từng điều kiện cụ
thể và đặc điểm của loại ống cần thi công như đặc trưng về kích thước ống, ống có được
bọc gia tải hay không được bọc gia tải, độ sâu thi công, điều kiện thời tiết, đội tàu thi công
sẵn có, thời gian thi công cho phép, tính kinh tế của từng phương pháp…
* Các phương pháp thi công chủ yếu:
- Thả ống theo phương ngang bằng xà lan chuyên dụng (S - lay);
- Xà lan thả ống có trống cuộn (Reel barge);
- Kéo ống trên mặt nước (Surface float);
- Kéo ống sát mặt nước (Below surface float);
- Kéo ống sát đáy biển (Controlled about bottom pull);
- Thả ống bằng ống chữ J từ platform;
- Thả ống theo phương đứng bằng xà lan chuyên dụng (J - lay);
2.3.2.1. Giới thiệu các phương pháp thi công đường ống hiện đang được áp dụng
a) Phương pháp thi công bằng xà lan thả ống (Lay - Barge Methode)
t êi kÐo
t hiÕt bÞc¨ ng
c ¸ p kÐo
®Çu kÐo
56 m
c ¸ p neo
st inger
c ¸ p neo
®- êng èng
®¸ y biÓn
0.0 m
Hình 8: Phương pháp thi công bằng xà lan thả ống
* Phân loại.
- Box shaped: là thế hệ đầu tiên, hạn chế khả năng thi công trong điều kiện thời tiết
xấu ( sóng < 5ft);
- Ship shaped: là thế hệ thứ hai, thi công được trong điều kiện sóng 12ft chính diện;
- Semi - submersible: là thế hệ thứ ba, thi công được trong điều kiện sóng từ 15 ÷
17ft, ổn định cao, thi công được ở độ sâu nước lớn.
* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
+ Cấu tạo:
Xà lan lắp đặt đường ống là loại tàu biển được trang bị các thiết bị chuyên dụng cho
việc rải ống.
- Trên boong tàu người ta lắp đặt các thiết bị dùng cho việc kiểm tra các mối hàn
ráp nối, cẩu dùng cho nâng hạ ống, các vật liệu khác nhau để thực hiện cho việc lắp ráp,
nâng ống và thả trượt, các tời neo, thiết bị động lực, thiết bị dùng cho kéo căng đường ống
Tensioner, bục điều khiển và sàn dùng cho máy bay hạ cánh.
- Trên tàu còn có nơi ăn ở và sinh hoạt, việc cung cấp ống và các vật liệu khác nhau
được trợ giúp bởi các tàu bổ trợ.
- Xà lan lắp đặt đường ống trong thời gian làm việc di chuyển nhờ hệ thống neo, hệ thống
neo này đảm bảo vị trí bền vững của xà lan khi thi công.
+ Nguyên lý hoạt động:
Công nghệ lắp đặt đường ống từ xà lan là nối theo trật tự các ống hàn thành các
nhánh. Việc hàn ống được thực hiện trên các đoạn nghiêng, hơi xoắn của boong, có trang
bị giàn con lăn và đồng thời được dùng làm thiết bị thả ống. Khi lắp đặt ở đường ống ở độ
sâu không lớn được thả trực tiếp hay gián tiếp từ thiết bị thả hay sử dụng dạng cầu trượt
thẳng. Khi độ sâu lắp đặt tăng lên, tải trọng tăng lúc đó cần thiết phải sử dụng các phương
tiện làm giảm tải trọng dư. Ứng suất lớn nhất xuất hiện ở đoạn nằm giữa điểm xuống dốc
của ống dẫn từ xà lan và đáy biển. Để hạn chế ứng suất này trên xà lan lắp đặt đường ống
có trang bị các cầu trượt cong đều và các thiết bị kéo tạo ra các ứng suất dọc. Để lắp đặt
đường ống xuống đáy người ta sử dụng Stinger hình dáng đường cong chữ S, ở đây các
ứng suất xuất hiện trên các đoạn lồi và lõm của nó. Các ứng suất xuất hiện trên đoạn cong
lồi được giới hạn bằng cầu trượt tạo cho đường ống góc nghiêng an toàn, còn trên đoạn
cong lõm nhờ thiết bị kéo tạo ra sức căng và được bố trí trên đoạn nghiêng của đường lắp
ráp. Có ba loại cầu trượt là: thẳng, cong thẳng liền và cong đều có khớp cầu.
* Ưu, nhược điểm của phương pháp
+ Ưu điểm:
- Phương pháp này cho phép thi công liên tục
- Mọi công việc từ khâu thực hiện đến khâu kiểm tra đều được thực hiện trên tàu do
vậy độ an toàn tương đối cao
- Sử dụng được với loại ống có lớp bọc gia tải hoặc không gia tải
- Sử dụng được với nhiều loại đường ống có đường kính khác nhau
- Thi công được cả trong vùng nước tương đối sâu và nước nông
- Việc hàn nối được thực hiện trên tàu đồng thời trong lúc thả ống nên không đòi
hỏi phải có xưởng thi công hàn nối trên bờ.
+ Nhược điểm:
- Đòi hỏi tàu chuyên dụng, giá thuê tàu đắt
- Luôn cần có tàu dịch vụ để phục vụ công tác thả neo cũng như cung cấp ống
- Tốc độ thi công thấp hơn so với một số phương pháp khác.
* Phạm vi áp dụng
- Áp dụng chủ yếu cho vùng nước nông
- Loại ống có đường kính vừa và nhỏ
- Áp dụng thả ống liên tục với các tuyến ống dài
- Áp dụng trong điều kiện thời tiết thuận lợi.
b) Phương pháp thi công bằng xà lan có trống cuộn (Reel - Barge Methode)
Khác với phương pháp thi công bằng xà lan thả ống, phương pháp này không thực
hiện công tác hàn nối ống trên tàu. Ống được hàn nối liên tục và được cuộn sẵn quanh các
trống có kích thước lớn đặt trên tàu. Việc thả ống cũng được sử dụng Stinger, di chuyển
bằng neo tương tự như phương pháp thả ống bằng xà lan thả ống.
Hình 9: Phương pháp thi công bằng xà lan có trống cuộn
* Phân loại
Tàu thả ống có trống cuộn bao gồm hai loại:
- Trống ngang trục xoay thẳng đứng
- Trống đứng trục xoay nằm ngang. Loại này linh hoạt hơn, ống có thể đưa từ bên
dưới hoặc bên trên nên áp dụng được cho cả vùng nước sâu và
vùng nước nông, giảm
thiểu tối đa ứng suất uốn xuất hiện trong đoạn cong lồi. Có thể không cần dùng đến Stinger.
Hình dạng ống khi thả có thể là S - lay hoặc J - lay
Hình 10: Hình dạng ống khi thả kiểu S – lay
Hình 11: Hình dạng ống khi thả kiểu J – lay
* Nguyên lý hoạt động và cấu tạo
- Đường ống được chế tạo trên bờ: hàn nối, bọc chống ăn mòn, sau đó cuộn đều lên
trống cuộn có đường kính lớn
- Tàu thả ống cùng trống cuộn di chuyển đến vị trí xây dựng và tiến hành rải ống
- Khi thả ống, đường ống được thả dần khỏi trống, ống được làm thẳng, làm tròn
sau đó đưa xuống biển
- Khi thi công ở vùng nước sâu, có thể dùng Tensioner để tạo lực căng
- Tùy điều kiện thời tiết, thường tốc độ thả ống khoảng 0,514 m/s
- Khi thả hết một cuộn ống, hàn đầu kéo vào cuối ống và thả tiếp bằng cáp, tàu quay
về cảng lấy trống cuộn thay thế.
- Tại vị trí thi công, ống đã thả được kéo ngược lên tàu để hàn vào đầu ống mới và thả tiếp.
* Ưu, nhược điểm của phương pháp
+ Ưu điểm:
- Tốc độ thi công cao, thích hợp với điều kiện thời tiết thuận lợi
- Chất lượng mối hàn, vỏ chống ăn mòn cao do được thi công và kiểm tra trong nhà
máy
- Có thể không cần Stinger.
+ Nhược điểm:
- Đường kính ống bị hạn chế, thường đường kính là 10 – 16 inch
- Không cho phép bọc gia tải
- Thi công nối cuối ống rất phức tạp và tốn thời gian
- Cần phải gia tăng chiều dày ống để tránh các hiện tượng ống bị bóp méo trong khi
cuộn hoặc thả ống.
* Phạm vi áp dụng.
- Áp dụng cho tuyến ống dài liên tục
- Thích hợp vùng nước nông.
c) Phương pháp thi công kéo ống
Thi công bằng phương pháp kéo ống trên mặt nước là các phân đoạn ống được nối
liên tiếp thành những đoạn phụ thuộc vào khả năng của tàu kéo. Để duy trì được mức nổi
sát mặt cần có hệ thống cầu phao (ponton) để nâng đỡ ống. Hệ thống ponton tạo thành
những gối đỡ, ống phải làm việc như một dầm liên tục. Các đoạn ống được kéo ra vị trí thi
công nhờ tàu kéo và tàu giữ.
* Ưu, nhược điểm của phương pháp
+ Ưu điểm:
- Thi công trên biển tương đối nhanh
- Yêu cầu sức kéo không quá lớn
- Mọi công việc hàn, kiểm tra được thực hiện trên bờ do vậy đường ống có chất
lượng cao
- Chỉ cần một loại phao phục vụ cho công tác thi công thả ống, phao có cấu tạo đơn giản.
+ Nhược điểm:
- Đòi hỏi phải chế tạo mặt bằng thi công trên bờ là lớn, độ dốc của bãi chế tạo là
nhỏ
- Phải chế tạo hệ thống ponton và các thiết bị phụ trợ cho công tác lắp ghép các
ponton vào đường ống
- Việc thi công sẽ là bất lợi khi thi công tuyến ống xa khu vực bãi lắp ráp do thời
gian di chuyển trên biển dài
- Gây cản trở các hoạt động dân sự trên biển như sự đi lại của tàu thuyền, các hoạt
động đánh cá…
* Phạm vi áp dụng
- Áp dụng cho vùng nước nông
- Tàu kéo có công suất thấp
- Tuyến ống ngắn.
Phương pháp kéo ống sát mặt biển (Below Surface Tow)
Để hạn chế tác động của sóng - dòng chảy và sự cản trở giao thông hàng hải, người
ta bố trí cho ống nổi cách mặt nước một khoảng tuỳ theo thiết kế nhờ hệ thống phao nâng
và hệ thống phao điều chỉnh khoảng cách, công tác kéo ống cũng sử dụng tàu kéo và tàu
giữ. Việc thi công diễn ra tương đối nhanh do điều kiện thi công tuyến ống khá thuận lợi,
ít gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Phương pháp thi công này sử dụng đồng
thời hai loại phao nổi khác nhau là: phao điều chỉnh và phao phụ và nó có thể áp dụng thi
công cho mọi độ sâu nước. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi mặt bằng thi công trên bờ
là lớn, độ dốc của bãi chế tạo nhỏ và thường gặp nhiều khó khăn khi thi công tuyến ống xa
khu vực bãi lắp ráp do tốn nhiều thời gian di chuyển trên biển dài.
Hình 12: Phương pháp thi công kéo ống sát mặt biển
* Ưu, nhược điểm của phương pháp
+ Ưu điểm:
- Thi công trên biển tương đối nhanh
- Hạn chế được ảnh hưởng của sóng - dòng chảy
- Ít ảnh hưởng đến các hoạt động hàng hải.
+ Nhược điểm:
- Đòi hỏi mặt bằng thi công trên bờ là lớn, độ dốc của bãi chế tạo nhỏ
- Phải chế tạo hệ thống ponton và các thiết bị phụ trợ cho công tác lắp ghép các
ponton vào đường ống
- Việc thi công sẽ là bất lợi khi thi công tuyến ống xa khu vực bãi lắp ráp do tốn thời
gian di chuyển trên biển dài
- Phải sử dụng đồng thời hai loại phao
- Yêu cầu sức kéo lớn hơn phương pháp kéo ống trên mặt.
* Phạm vi áp dụng: Áp dụng cho mọi độ sâu nước.
Phương pháp thi công kéo ống sát đáy biển (Off Bottom Tow)
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc nối ống chung như các phương pháp kéo ở
trên. Trong quá trình kéo, ống sẽ trực tiếp tiếp xúc với đáy biển và không cần sự trợ giúp
của hệ thống phao nâng.
Hình 13: Phương pháp thi công kéo ống sát đáy biển
* Ưu, nhược điểm của phương pháp
+ Ưu điểm:
- Đơn giản, không cần đòi hỏi các phương tiện phụ trợ
- Ít chịu tác động của sóng và dòng chảy
- Khi gặp điều kiện bất lợi của thời tiết có thể để ống dưới đáy biển mà không sợ hư
hỏng
- Thuận lợi cho việc lắp đặt tuyến ống.
+ Nhược điểm:
- Quá trình thi công dễ gặp sự cố do va vào các chướng ngại vật dọc tuyến ống
- Vỏ ống dễ bị hư hại nhiều trong quá trình kéo ống
- Đường ống chịu ma sát lớn với đáy nên cần có tàu có sức kéo lớn.
* Phạm vi áp dụng
- Áp dụng cho mọi độ sâu nước
- Phương pháp áp dụng cho những tuyến ống gần bờ, điều kiện địa chất thuận lợi,
đáy biển tương đối bằng phẳng
- Được sử dụng rộng rãi trong trường hợp thi công trong cảng hoặc thi công qua
sông
- Có thể thi công trong điều kiện thời tiết xấu.
2.3.2.2. Các công đoạn thi công rải ống của XNLD Vietsovpetro
Tại XNLD Vietsovpetro, việc rải ống ngầm được thực hiện bằng tàu Nam Côn Sơn,
các công đoạn chính trên tàu rải ống bao gồm:
Bước 1: Chuẩn bị mép vát
Mép vát đã được nhà sản xuất ống vát theo tiêu chuẩn, thường vát chữ V, góc vát 300.
Công việc chuẩn bị bao gồm mài sạch mép vát, sửa chữa những chỗ bị bóp méo do quá
trình vận chuyển để đảm bảo định dạng mép vát theo yêu cầu của quy trình hàn. Nhược
điểm là việc mài sạch phải sử dụng máy mài, thời gian kéo dài, đòi hỏi thợ có tay nghề cao
nếu không sẽ làm hỏng định dạng mép vát, gây khuyết tật mối hàn. Người thợ phải làm
việc với cường độ cao không duy trì được khả năng làm việc lâu dài.
Bước 2: Lắp ghép ống và hàn lớp lót
Thường dùng tời để ghép, không sử dụng định tâm hoặc sử dụng định tâm ngoài.
Nhược điểm là thời gian lắp phụ thuộc vào kỹ năng điều khiển tời và kinh nghiệm của
người lắp ghép. Nếu khe hở, mép cùn, độ lệch mép không chuẩn thì thời gian hàn sẽ tăng
lên, gây ra các khuyết tật tại lớp lót như không ngấu, lõm đáy.
Bước 3: Hàn lớp giữa.
Bước 4: Hàn lớp phủ.
Bước 5: Kiểm tra mối hàn.
Bước 6: Bọc chống ăn mòn
Bề mặt được làm sạch, được sơn lót và quấn băng keo bảo vệ.
2.3.2.3. Lựa chọn phương án thi công
Việc lựa chọn phương án thi công phải dựa trên điều kiện môi trường: độ sâu nước,
điều kiện địa chất đáy biển, địa hình nơi xây dựng, điều kiện về phương tiện thi công hiện
có, tính kinh tế của phương án thi công…
Trong điều kiện Việt nam do phương tiện thi công bị hạn chế, chúng ta hiện chỉ có
phương tiện chuyên dụng duy nhất phục vụ cho việc thi công thả ống là tàu rải ống Nam
Côn Sơn. Do đó trong đồ án này, ta chọn phương án thi công bằng tàu rải ống Nam Côn
Sơn, có sử dụng Stinger để rải ống.
2.4.
Các sự cố thường gặp trong vận chuyển dầu khí và biện pháp khắc phục
2.4.1. Lắng đọng parafin
 Nguyên nhân
 Do tốc độ giảm áp lớn.
 Do tốc độ dòng chảy thấp.
 Do nhiệt độ kết tinh của parafin cao.
 Do hàm lượng parafin trong dầu cao.
 Do bề mặt trong của ống (độ nhám của ống).
 Do khả năng hòa tan parafin trong dầu kém.
 Các biện pháp
Hiện nay đã có rất nhiều giải pháp mà việc lựa chọn phụ thuộc vào điều kiện cụ thể
của từng mỏ, từng khu vực.
 Duy trì áp suất vận chuyển cao (10 - 15at) trên tuyến ống thu gom để hạn chế viêc tách khí
và vận tốc chảy cao để gây động lực ngăn cản sự lắng đọng.
 Giải pháp gia nhiệt, còn gọi là biện pháp vận chuyển dầu nóng. Nguyên tắc là duy
trì dầu ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ đông đặc của parafin.
 Vận chuyển dầu cùng khí hoặc nước.
 Giảm độ nhám và khả năng bám dính của ống.
 Pha loãng dầu, đây là giải pháp làm giảm độ nhớt, giảm tổn hao áp suất, tăng tốc độ
vận chuyển và giảm nồng độ parafin.
 Sử dụng hóa chất, trước hết là các hóa chất bề mặt, ngăn ngừa sự hình thành nhũ
tương dầu, thành ống sẽ tiếp xúc với nước chứ không tiếp xúc với dầu, giảm khả
năng bám dính. Đồng thời hóa chất hấp phụ trên bề mặt các tinh thể, làm chậm hoặc
cản hoàn toàn sự tăng trưởng của chúng, hạn chế sự lắng đọng. Ở các nước phương
Tây, các hóa chất được chia ra làm 2 nhóm là bôi trơn và phân tán. Loại thứ nhất có
khả năng tạo một lớp màng mỏng trên bề mặt thiết bị ngăn cản sự lắng đọng, loại
thứ hai ngăn cản sự liên kết của các tinh thể parafin làm cho chúng ở trạng thái phân
tán trong suốt quá trình vận chuyển. Ở nước ta các hóa chất thường được sử dụng
có tên thương phẩm Sepaflux, Paraven, Sellowim … với hàm lượng từ 0,01-0,05%
có tác dụng hạ thấp nhiệt độ đông đặc, cải thiện tính lưu biến (400 - 10000g/tấn
dầu).
 Sử dụng các giải pháp hỗn hợp: nhiệt - hóa, nhiệt - từ.
2.4.2. Lắng đọng muối
 Nguyên nhân
 Do trong đường ống mất cân bằng cacbonat có nghĩa là xảy ra sự giải phóng CO2
khi nhiệt độ và áp suất thay đổi.
 Ngoài ra còn kể đến CO2 tự do tạo thành quá trình bão hòa.
 Các biện pháp
 Giải pháp cơ học:
Nhóm giải pháp cơ học dùng tác động cơ học để phá hủy cặn lắng đọng. Tuy nhiên,
giải pháp này phải sử dụng thiết bị chuyên dụng, tiêu tốn nhiều thời gian và tổng chi phí
lớn, do vậy nhóm giải pháp này ít được áp dụng. Nhóm giải pháp cơ học có thể phân loại
thành 3 nhóm chính:
 Sử dụng choòng hoặc dụng cụ kiểu dạng choòng: Choòng chuyên dụng là dụng cụ
phá hủy tích tụ muối vô cơ đạt năng suất phá hủy cao. Tuy nhiên, phương pháp này
khá phức tạp vì nó luôn đi kèm với các thiết bị, phương tiện chuyền động cho
choòng. Ngoài ra chi phí cho xử lý theo phương pháp này thường cao.
 Sử dụng tia nước áp suất cao: Tia nước áp suất cao được phun ra từ đầu súng bắn
chuyên dụng phá hủy nhanh vật liệu tích tụ. Để nâng cao năng suất phá hủy, có thể
dùng thêm vật liệu dạng hạt có khả năng mài mòn lớn. Phương pháp tia nước có
một số nhược điểm như: khó sử dụng cho phần giếng có độ sâu lớn; khó điều khiển
vòi phun để phun đúng chỗ.
 Dùng sóng siêu âm: Đây là phương pháp tiến tiến và thường đi kèm với thiết bị
chuyên dụng. Thiết bị siêu âm cho phép tẩy tích tụ sa lắng muối mà không làm ảnh
hưởng xấu tới bề mặt thiết bị. Tuy nhiên, phương pháp siêu âm cũng có nhược điểm
là khó có độ tin cậy cao khi làm việc với các giếng sâu, ở nơi có nhiệt độ cao.
Phương pháp này cũng không cho phép vận chuyển mảnh vụn của tích tụ lên bề
mặt. Người ta cũng có thể dùng chất nổ tạo nên các xung rung động để phá vỡ các
sa lắng muối vô cơ giòn, dễ vỡ.
 Nhóm giải pháp hóa học:
Nhóm giải pháp hóa học là dùng hóa phẩm để hòa tan sa lắng và đưa sản phẩm hòa
tan và sản phẩm bị hòa tan ra khỏi vị trí ban đầu. Nhóm các giải pháp này dễ sử dụng hơn
và thường có chi phí nhỏ hơn, nên được áp dụng phổ biến hơn.
 Xử lý loại trừ tích tụ cặn sa lắng chứa muối cacbonat: Tích tụ cặn sa lắng chứa
khoáng canxit CaCO3, có thể được xử lý bằng dung dịch axit chứa chủ yếu axit
clohyđric (HCl).
 Xử lý loại trừ cặn sa lắng chứa muối sulphat: Các hợp chất chelate thường được sử
dụng trong hệ axit với mục đích kiểm soát hiện tượng kết tủa pha rắn khi axit tương
tác với sản phẩm cần được loại trừ. Các kết tủa pha rắn này thường liên quan chủ
yếu tới ion sắt Fe3+ và ion Ca2+. Thế nhưng, trong trường hợp cặn sa lắng trong
vỉa là loại chứa nhiều muối sunphat, khi đó các hợp chất chelate là loại dùng rất tốt
cho mục đích này
2.4.3. Sự hình thành các nút trong ống dẫn khí
 Nguyên nhân
 Nút nước dầu: Xuất hiện do sự tụt áp trong đường ống gây nên sự ngưng tụ của
các thành phần nặng. Xảy ra đầu tiền với nước, sau đó đến Hydrocacbon C+5 mức
độ ngưng tụ thuộc thành phần về mật độ, độ ẩm, nhiệt độ và hệ số truyền nhiệt.
Để hạn chế thì trên tuyến ống lắp đặt buồng thu dầu nước.
 Nút hydrat: Khi khí và dầu gặp nước ở nhiệt độ, áp suất phù hợp sẽ hình thành
các hợp chất có cấu trúc xác định tương tự như tuyết, màu vàng, tỷ trọng < 1
người ta gọi đó là hydrat như CH45.75H2O; C2H6.8H2O. Đối với hydrocacbon
càng nặng thì áp suất tạo thành càng thấp và nhiệt càng cao. Nhìn chung hydrat
được hình thành ở áp suất nhiệt độ thấp. Ngoài ra khí có hàm lượng H2S tăng thì
mức độ thành tạo tăng và ngược lại đối với CO2. Mỗi một hydrocacbon đều có
thể hình thành nút hydrat gây nên tắc đường ống. Do đó ta cần phải dự báo vị trí
để tìm biện pháp ngăn chặn.
 Các biện pháp
 Sấy khô khí với chỉ tiêu đạt độ ẩm < 2%.
 Giữ ở nhiệt độ cao nơi không có khả năng tạo thành nút hydrat.
 Phá nút hydrat: giảm áp suất ở sau nút, tăng áp suất ở trước nút đồng thời bơm
chất kìm hãm.
 Dùng hóa chất để loại bỏ nước, dùng phương pháp hấp phụ hoặc hấp thụ, hoặc
kìm hãm sự hình thành hydrat hay cho hình thành ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
môi trường.
2.4.4. Han rỉ, ăn mòn đường ống
 Nguyên nhân
 Do trong sản phẩm có chất gây ăn mòn như: H2S, CO2.
 Tốc độ dòng chảy lớn sẽ đẩy nhanh quá trình ăn mòn.
 Do các lớp oxit dễ bị phá hủy tạo điều kiện hình thành các lớp oxit mới.
 Do trạng thái bề mặt.
 Do ăn mòn sinh học.
 Do tác động cơ học tạo thành biến dạng cục bộ làm thay đổi cấu trúc kim loại.
 Do nhiệt độ, áp suất sẽ làm đẩy nhanh các phản ứng cũng như quá trình điện phân.
 Ngoài ra còn có các yếu tố của môi trường làm ảnh hưởng đến độ ăn mòn của đường
ống như: độ ẩm của không khí, nhiệt độ môi trường, hàm lượng muối có trong không
khí.
 Các biện pháp
 Lớp phủ nhựa đường
 Hệ thống băng tải ứng dụng nhà máy
 Băng quấn PVC/HDPE kết hợp với chất kết dính butyl rubber
 Epoxy (liên kết nhiệt hạch)
 Hệ thống Polyolefin nhiều lớp hoặc Hệ thống Epoxy nhiều lớp
 Lớp phủ phun kim loại
 Bảo vệ Catot
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHO TUYẾN ỐNG DẪN KHÍ TỪ GIÀN CÔNG
NGHỆ TRUNG TÂM CTP2 ĐẾN GIÀN NÉN KHÍ TRUNG TÂM CKP MỎ
BẠCH HỔ
* Số liệu tuyến ống thi công
- Chiều dài tuyến ống : L = 1005 m
- Đường kính ngoài : D = 0,309 m
- Bề dày ống :  = 0,016 m
- Mác thép : API 5L X65
σc: cường độ chảy dẻo nhỏ nhất = 4800 kG/cm 2
σk: cường độ chịu kéo nhỏ nhất = 5300 kG/cm 2
- Bề dày dự trữ ăn mòn:  m = 0,004 m
- Sai số do chế tạo, do không đủ số liệu nên lấy  ’ = 5% 
- Trọng lượng riêng của nước biển:γ = 1025 kG/m 3
- Áp suất trong đường ống: Potk = 188 at =184.428 kG/cm3
- Độ sâu nước tính toán vùng thi công: d = 56 m
- Nhiệt độ môi trường nước biển: 40oC
- Áp suất đầu tuyến: P1 = 10 at
- Nhiệt độ trung bình của khí: Ttb = 40oC
- Độ nhám: e = 0,0003 m
- Lưu lượng: Q = 250000 m3/ngày đêm
-μg = 1,25.10-5 Pas = 1,25.10-5 kg/m.s
-Z=0.8515
3.1. Tính toán bền
Ở trạng thái kiểm tra hoặc khai thác đường ống đều phải chịu những áp lực
trong do dòng nước vận chuyển trong ống gây nên.Theo qui phạm DnV- Rules for
submarine pipeline systems 1996, ta kiểm tra độ bền của ống ở hai trạng thái :
3.1.1. Tính toán kiểm tra ở trạng thái thi công
Bề dày của ống ở trạng thái thi công

tc
=  –  ’ = 16 –16.5% =16 – 0.8 = 15,2 mm .
Khả năng chịu áp lực trong của đường ống
+ Trạng thái giới hạn nổ:
(Pli – Pe) .
D 
≤ k u . σk
2
(3-1)
+ Trạng thái giới hạn đàn hồi:
(Pli – Pe) .
Trong đó:
Pli
Pe
D 
≤ ks. σc
2
(3-2)
: áp lực tính toán lên đường ống.
: áp lực thuỷ tĩnh min lên đường ống.
ks , ku : hệ số tra bảng 3.1 phụ thuộc cấp an toàn.
D
: đường kính ngoài của ống.

: bề dày của ống (thi công).
Bảng 3.1. Hệ số cấp an toàn
Cấp an toàn
Thử áp lực
Hệ số
ks
Thấp
T.Bình
Cao
0,83
0,77
0,77
0,96
ku
0,72
0,67
0,64
0,84
Với: Pli = (1,1.P0tk).1,05 = 1,1.184,428.1,05 = 213,08kG/cm2.
Pe = γ.d = 1025. 56.10-4 = 5,74 kG/cm2.
D = 309 mm.
ku = 0,84 (tra bảng 3.1).
 = 15,2 mm.
ks = 0,96 (tra bảng 3.1).
Suy ra: (Pli – Pe) .
D 
309  15,2
= (213,08 – 5,74).
= 2003,83 kG/cm2.
2
2.15,2
ku. σk = 0,84.5300 = 4452 kG/cm2.
ks. σc = 0,96.4800 = 4608 kG/cm2.
Thỏa mãn (3-1) và (3-2).
Vậy đường ống đủ khả năng chịu áp lực trong trong trạng thái thử áp lực. 3.1.2.
Tính toán kiểm tra ở trạng thái vận hành
Bề dày của ống ở trạng thái vận hành

vh
=  –  ’ –  m = 16 – 0,8 – 4 = 11,2 mm.
Khả năng chịu áp lực trong của đường ống.
+ Trạng thái giới hạn nổ:
(Pli – Pe) .
D 
≤ ku.1,1. σk
2
(3-3)
+ Giới hạn chảy:
(Pli – Pe) .
Trong đó:
D 
≤ ks.1,1. σc
2
Pli
: áp lực tính toán lên đường ống.
Pe
: áp lực thuỷ tĩnh min lên đường ống.
ks , ku : hệ số tra bảng 3.1 phụ thuộc cấp an toàn.
D
: đường kính ngoài của ống.

: bề dày của ống (vận hành).
=> Pli = 1,1.P0tk = 1,1.188 = 206,8 at = 202,87 kG/cm2.
(3-4)
Pe = γ.d = 1025.53.10-4 = 5,74 kG/cm2.
D = 309 mm.
t = 11,2 mm.
+ Với đường ống nằm trong vùng 1 là vùng dọc theo tuyến ống không có hoạt
động của con người.
Tra bảng 3.1 ta có: ks = 0,83.
ku = 0,72.
=> (Pli – Pe).
D 
309  11,2
= (202,87 – 5,74).
= 2620,77 kG/cm2.
2
2.11,2
ks.1,1. σk = 0,83.1,1.5300 = 4838,9 kG/cm2.
ku.1,1. σk = 0,72.1,1.5300 = 4197,6 kG/cm2.
Thỏa mãn (3-3) và (3-4).Vậy đường ống đủ khả năng chịu áp lực trong trong
trạng thái vận hành.
3.2. Tính toán thủy lực
+ Tính tổn hao áp suất trên tuyên ống
QT 
250000
 2,89 Nm3/s
24.60.60
TTB = 40 + 273 = 3130k
μg = 1,25.10-5 Pas = 1,25.10-5 kg/m.s
+ Tính lưu lượng trong điều kiện đường ống:
q
P0 .T .Z
.Q
P1.T0
(P0 = 1at, T0 = 20+273 = 2930K ĐKTC)
Thay số vào ta có:
q
1.313.0,8515
.2,89  0,266 m3/s
10.293
+Vận tốc dòng khí trong ống:
Vg 
4.q
4.0,266

 3,55 m/s
2
 .D 3,14.(0,309) 2
+ Tính số Reynol (Re)
Re 
Vg .D. g
g

3,55.0,309.0,4
 35102
1,25.105
+ Tính độ nhám tương đối: Ɛ

2.e 2.0,0003

 19,41.104
D
0,309
+ Tìm vùng thủy lực:
R1 
R1 
59,5
 7/8

59,5
 14044
(19,41.104 )7/8
665  765.lg 

665  765.lg(19,41.104 )

 1411468
(19,41.104 )7/8
Nhận xét: R1 < Re < R2
Như vậy chế độ chảy của khí trong ống nằm ở vùng chuyển tiếp.
+ Tính hệ số sức kháng thủy lực (áp dụng công thức Weymouth):

9,4.103
9, 4.10 3
thay số  
 0,0139
3
3 0,309
D
+ Tính áp suất ở đầu ra (P2):
Áp dụng công thức:
(𝑃12 −𝑃22 ).𝐷 5
Q=387.104.√
Đặt a:
a=387.104.
ʎ.𝑍.𝛾.𝑇.𝐿
𝐷5/2
√ʎ.𝑍.𝛾.𝑇.𝐿
Khi đó
Q  a. P12  P22
Tính a:
a  387.104.

Vì:
(0,309)5/2
 0,595.104
0,4
0,0139.0,8515.
.313.1005
1,205
g
0,4

 0,332
a 1,205
Q  a. P12  P22  Q 2  a 2 .( P12  P22 )
2

P12
 P22
Q
Q
    P2  P12   
a
a
 2,89 
P2  105030  
4 
 0,595.10 
2
2
2
P2  93125,05kG / m2  9,015at
+ Hao hụt trên toàn tuyến ống
  P1  P2  10  9,015  0,985 at.
Vậy tuyến ống thỏa mãn sự giảm về áp suất theo khoảng cách của tuyến ống và tổn
hao áp suất không đáng kể.
3.3. Tính toán nhiệt
Thông số nhiệt
- Nhiệt độ đầu vào và ra tương ứng: T1 = 500C; T2 = 200C
- Hệ số truyền nhiệt từ chất lỏng ra môi trường: ɤ = 0,61
- Nhiệt dung riêng Cp = 7,15 J/kg.0K; G = 98 kg/s
Tính nhiệt độ tại khoảng cách 300 m để xác định vị trí đo nhiệt độ chất lỏng
có vượt quá giới hạn thiết kế của chất khí bắt dầu ngưng tụ.
dq  K . t  t0 . .De.dx
t: nhiệt độ chất lưu;
t0 : nhiệt độ môi trường
dq  G.C p .dt
Ở chế độ chảy ổn định lượng nhiệt mất đị bằng lượng nhiệt truyền vào môi
trường:
K . t  t0  . .De.dx  G.C p .dt
Đặt a 
 .De.K
G.C p
= 1,156.10-3 (m)
dt  a. t  t0 . dx (*)
Mặt khác: p  Z . .R.T (p = 760 mmHg)
T
P
101325

 22,20 C
Z . .R 0,9.0,61.8310
=> t0 = 22,20C
t2
Từ (*) =>
l
dt
   t  t0   a. dx
t
0
1
Tại l’ = 300 km nhiệt độ là t’
t2
l'
dt
   t  t0   a. dx
t
0
1
 ln
t ' t0
 a.l '
 t1  t0 
t ' t0
 e a.l ' (t0 = 22,20C)
t1  t0
t '  t0  (t1  t0 ).e  a.l '
t’ = 22,2 + (50 - 22,2).e-al’
t’ = 41,64oC
Ta thấy t1 = 50oC > t’ = 41,64oC > t2 = 20oC
 Thỏa mãn với sự giảm dần về nhiệt độ theo khoảng cách của tuyến ống.
Kêt luận: Từ việc tính toán công nghệ ta thu được các thông số đảm bảo an
toàn cho quá trình vận hành của tuyến ống.
KÊT LUẬN
Qua thời gian nghiên cứu tìm hiểu, tham khảo tài liệu cùng với sự hướng dẫn
tận tình của giáo viên hướng dẫn Thái Bá Ngọc cùng các thầy cô giáo tại bộ môn
Thiết bị Dầu khí, em đã hoàn thành xong đồ án kỹ thuật dầu khí 2.
Trong đồ án chúng em đã trình bày về tính toán công nghệ cho đường ống dẫn
khí từ giàn công nghệ trung tâm CPP2 đến giàn nén khí trung tâm CKP 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 công nghệ cho
toàn bộ tuyến ống.
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 sung những thiếu sót nhằm hoàn thiện tốt hơn đồ án này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS.TS Lê Xuân Lân (2005), Thu gom xử lý dầu - khí - nước, Hà Nội, tr.103232.
[2]. ThS. Nguyễn Văn Thịnh (2006), Bài giảng Công trình đường ống và bể chứa
dầu khí, Hà Nội, tr.2-127.
[3]. GV. Thái Hoàng Phong (2007), Bài giảng Sức bền vật liệu, Đà Nẵng, tr.51-74.
[4]. Det Norske Veritas (2005), Quy phạm DnV RP B401, Recommended Practice
RP B401 Cathodic Protection Design, tr.10-26.
[5]. Dr. Boyun Guo (2005), Offshore Pipelines, University of Louisiana at Lafayette,
tr.22-31.
[6]. Det Norske Veritas (2007), Submarine Pipeline Systems, tr.136.
[7]. GS Roy Johnsen (2004), Cathodic Protection, Institute of Engineering Design
and Materials, tr.2-26.
[8]. Det Norske Veritas (1988), DnV RP E305, On - bottom stability design of
submarine pipelines, tr.3-29.