Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6475-5:2007 về quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 5: Cơ sở thiết kế

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 6475-5:2007

QUY PHẠM PHÂN CẤP VÀ GIÁM SÁT KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG BIỂN –

PHẦN 5: CƠ SỞ THIẾT KẾ

Rules for Classification and Technical Supervision of Subsea Pipeline Systems –

Part 5: Design Premises

1.     Quy định chung

1.1.         Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu mấu chốt, cần thiết trong việc thiết kế, lắp đặt, vận hành và chứng nhận lại các hệ thống đường ống biển.

1.2.         Lắp đặt, vận hành và giải bản

1.2.1.     Việc thiết kế và lập kế hoạch vận hành đối với một hệ thống đường ống biển phải được thực hiện cho tất cả các giai đoạn phát triển mỏ bao gồm lắp đặt, vận hành và giải bản.

1.2.2.     Các kế hoạch chi tiết, bản vẽ và các quy trình phải được thiết lập cho tất cả các hoạt động lắp đặt. Các vấn đề sau đây phải được xem xét:

• Khảo sát tuyến đường ống;
• Các hoạt động trên biển;
• Lắp đặt đường ống;
• Các hoạt động ghép nối;
• Khảo sát trong khi rải ống;
• Sửa chữa nhịp hẫng và bảo vệ đường ống;
• Lắp đặt các kết cấu bảo vệ và neo;
• Lắp đặt các ống đứng;
• Khảo sát hoàn công;
• Thử lần cuối và chuản bị vận hành.

1.2.3.     Các kế hoạch vận hành, kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống đường ống phải được chuẩn bị trước khi bắt đầu vận hành.

1.2.4.     Kế hoạch vận hành hệ thống đường ống biển tối thiểu phải bao gồm các yếu tối sau đây:

• tổ chức và quản lý;
• khởi động và dừng;
• các giới hạn hoạt động;
• bảo dưỡng;
• kiểm soát ăn mòn, kiểm tra và theo dõi;
• kiểm tra tổng thể;
• các hoạt động đặc biệt.

1.2.5.     Việc giải bản hệ thống đường ống biển phải được lên kế hoạch và chuẩn bị.

1.2.6.     Việc đánh giá giải bản hệ thống đường ống biển phải bao gồm các khía cạnh sau đây:

• môi trường, đặc biệt là về ô nhiễm;
• cản trở tuyến giao thông hàng hải;
• cản trở các hoạt động đánh cá;
• tác động ăn mòn lên các kết cấu khác.

2.     Tài liệu viện dẫn

Trong tiêu chuẩn này, các tiêu chuẩn sau được viện dẫn:

• TCVN 6475-1: 2007 - Quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 1: Quy định chung;

3.     Các nguyên lý thiết kế hệ thống

3.1.         Tính toàn vẹn của hệ thống

3.1.1.     Hệ thống đường ống phải được thiết kế, chế tạo và vận hành sao cho:

• Đáp ứng được đầy đủ khả năng vận chuyển đã định;
• Đáp ứng được mục tiêu an toàn đã định và có đủ độ bền yêu cầu chống lại các tải trọng trong điều kiện vận hành đã định;
• Đủ an toàn để chống lại các tải trọng sự cố hoặc các điều kiện vận hành chưa xác định.

3.1.2.     Khả năng thay đổi về loại hoặc thành phần của sản phẩm được vận chuyển trong suốt quãng đời của hệ thống đường ống phải được xem xét ngay trong giai đoạn thiết kế.

3.2.         Theo dõi/kiểm tra trong vận hành

3.2.1.     Các thông số có thể gây ảnh hưởng xấu đến tính toàn vẹn của hệ thống đường ống phải được theo dõi và đánh giá với một tần suất sao cho các biện pháp khắc phục có thể tiến hành trước khi hệ thống bị hư hỏng.

3.2.2.     Thiết bị đo đạc của hệ thống đường ống phải được lắp đặt khi việc kiểm tra bằng mắt hoặc việc đo lường đơn giản không thực hiện được hoặc không thực tế, và khi các kinh nghiệm đã có và các phương pháp thiết kế áp dụng không đủ tin cậy để dự đoán được quá trình hoạt động của hệ thống.

3.2.3.     áp suất trong hệ thống đường ống không được vượt quá áp suất thiết kế trong điều kiện vận hành ở trạng thái ổn định thông thường (normal steady-state operation).

3.3.         Hệ thống kiểm soát áp suất

3.3.1.     Hệ thống kiểm soát áp suất phải được sử dụng để phòng ngừa việc áp suất bên trong tại một điểm bất kỳ trên hệ thống đường ống tăng quá mức cho phép. Hệ thống kiểm soát áp suất phải bao gồm hệ thống điều áp, hệ thống an toàn áp suất, các thiết bị đo đạc kèm theo và hệ thống cảnh báo.

3.3.2.     Hệ thống điều áp phải có khả năng giữ áp suất vận hành nằm trong khoảng giới hạn cho phép trong điều kiện vận hành bình thường. áp suất cài đặt của hệ thống điều áp phải được đặt sao cho áp suất thiết kế cục bộ không bị vượt quá tại một điểm bất kỳ trên hệ thống đường ống. Một lượng bù phải được đưa vào làm dung sai cho điểm đặt của hệ thống điều áp và các thiết bị đo đạc kèm theo, xem hình 3.3-1. Các thuật ngữ, giảI thích về kháI niệm áp suất được quy định tại TCVN 6475-1: 2007 mục 6.1.

Hình 3.3-1: Các khái niệm về áp suất

3.3.3.     Hệ thống an toàn áp suất được lắp đặt để bảo vệ hệ thống hạ nguồn (downstream system) trong điều kiện vận hành sự cố khi hệ thống điều áp bị hỏng. Hệ thống an toàn áp suất phải được kích hoạt tự động với điểm đặt áp suất được đặt sao cho xác suất xảy ra áp suất bên trong tại một điểm bất kỳ trên hệ thống đường ống vượt quá áp suất sự cố tại đó là thấp.

3.3.4.     Điểm đặt áp suất của hệ thống an toàn áp suất (áp suất bất thường cho phép cực đại) phải được đặt sao cho tại một điểm bất kỳ trên hệ thống đường ống áp suất bất thường tại đó không bị vượt quá. Một lượng bù phải được đưa vào làm dung sai cho điểm đặt của hệ thống an toàn áp suất như hình 3.3-1.

3.3.5.     Tỉ số cực đại cho phép giữa áp suất bất thường và áp suất thiết kế ( g_inc) là 1,10. áp suất bất thường cục bộ có thể được xác định như sau:

P_li = P_inc + r_cont.g.h = P_d. g_inc + r_cont.g.h.                                         (3.3-1)

trong đó

g – Gia tốc trọng trường;

P_li - áp suất sự cố tại điểm được xét;

P_inc­ - áp suất bất thường;

P_d - áp suất thiết kế;

g_inc – Tỉ số giữa áp suất bất thường và áp suất thiết kế;

r_cont– Khối lượng riêng của lưu chất trong đường ống;

h – Chênh lệch độ cao giữa điểm được xét và điểm gốc.

Khi các yêu cầu về hệ thống an toàn áp suất đều thỏa mãn thì tỉ số giữa áp suất bất thường và áp suất thiết kế có thể lấy nhỏ hơn 1,1 nhưng tối thiểu phải là 1,05.

3.3.6.     Không cần phải sử dụng hệ thống an toàn áp suất, khi nguồn cung cấp áp suất cho hệ thống đường ống không thể cung cấp áp suất vượt quá áp suất bất thường cực đại.

3.3.7.     Hệ thống đường ống có thể được chia thành nhiều phần với các áp suất thiết kế khác nhau với điều kiện hệ thống kiểm soát áp suất phải đảm bảo được rằng, đối với từng phần, áp suất thiết kế tại phần đó không bị vượt quá mức cho phép trong điều kiện vận hành bình thường và áp suất bất thường cực đại không vượt quá mức cho phép trong điều kiện vận hành khi sự cố.

4.     Tuyến ống

4.1.         Vị trí

4.1.1.     Tuyến ống phải được lựa chọn có tính đến các yếu tố an toàn cho cộng đồng và con người, bảo vệ môi trường, và khả năng gây ra hư hỏng cho ống hoặc các thiết bị khác. Các yếu tố sau đây cần phải được xem xét:

• Tuyến hàng hải;
• Hoạt động đánh cá;
• Các công trình ngoài khơi;
• Các đường ống và cáp hiện có;
• Đáy biển không ổn định;
• Sự sụt lún của đáy biển;
• Đáy biển không bằng phẳng;
• Các dòng xoáy;
• Hoạt động địa chấn;
• Các vật cản;
• Khu vực gom rác thải;
• Hoạt động khai mỏ;
• Khu vực tập trận (quân sự);
• Địa điểm khảo cổ;
• Các ảnh hưởng gây ô nhiễm môi trường;
• Bãi nuôi các loài hải sản.

4.1.2.     Việc phát triển mỏ và các hoạt động hàng hải dự kiến trong tương lai cũng phải được xem xét khi lựa chọn tuyến ống.

4.1.3.     Các quy định kỹ thuật trong lắp đặt cần phải định rõ dung sai vị trí nơi đường ống được rải. Dung sai vị trí là 100 m tính từ đường tâm danh nghĩa của tuyến ống, tuy nhiên dung sai này có thể lấy lớn hơn khi có đầy đủ lý do để chứng minh sự phù hợp với các yêu cầu. Tại những vùng có nhiều đường ống và đường cáp sẵn có, có thể phải áp dụng dung sai vị trí nghiêm ngặt hơn. Dung sai vị trí không được phép lớn hơn chiều rộng hành lang tuyến ống đã khảo sát. Khoảng cách gần nhất từ đường ống đến các vật cản hoặc vùng có khả năng gây nguy hiểm cho đường ống không được nhỏ hơn 500 m.

4.2.         Khảo sát tuyến

4.2.1.     Việc khảo sát phải được tiến hành dọc theo tuyến ống đã định để cung cấp đầy đủ các dữ liệu phục vụ cho công tác thiết kế và các hoạt động lắp đặt liên quan.

4.2.2.     Hành lang khảo sát (survey corridor) phải đủ rộng để xác định được hành lang của đường ống sao cho việc lắp đặt và vận hành đường ống được an toàn.

4.2.3.     Độ chính xác yêu cầu của công tác khảo sát có thể khác nhau dọc theo tuyến ống dự kiến. Các vật cản trở (địa hình đáy biển thay đổi nhiều) hoặc các tình trạng đáy biển đặc biệt có thể phải khảo sát kỹ lưỡng hơn.

4.2.4.     Cần phải khảo sát để xác định các xung đột có thể có giữa công trình dự kiến và các công trình sẵn có, xác tàu đắm và các vật cản nếu có.

4.2.5.     Kết quả khảo sát phải được thể hiện trên một bản đồ tuyến ống chính xác, trên đó chỉ rõ vị trí của đường ống và các thiết bị kèm theo cùng với đặc tính của đáy biển và các bất thường.

4.2.6.     Khảo sát tuyến đặc biệt có thể phải tiến hành tại những điểm tiếp cận bờ để xác định:

• Điều kiện môi trường do các đặc điểm địa hình của bờ biển gây ra;
• Vị trí của điểm tiếp cận bờ để thuận tiện cho việc lắp đặt;
• Vị trí để giảm thiểu các tác động của môi trường.

4.2.7.     Tất cả các đặc điểm địa hình có thể gây ảnh hưởng đến ổn định và việc lắp đặt đường ống phải được xác định trong khảo sát tuyến, bao gồm:

• Các vật cản trở ở dạng đá trồi lên mặt đất, tảng đá cuội lớn, các hố lõm…có thể cần phải tiến hành làm bằng hoặc loại bỏ trước khi rải ống;
• Các đặc điểm địa hình bao gồm các đường dốc không ổn định, sóng cát, các lũng sâu và sói mòn đáy biển hoặc vật liệu trầm tích.

4.3.         Đặc tính nền đất đáy biển

4.3.1.     Các đặc tính địa chất kỹ thuật của các lớp trầm tích đáy biển cần thiết để đánh giá các ảnh hưởng của các điều kiện tải trọng liên quan phải được xác định, bao gồm cả các lớp trầm tích không ổn định có thể có ở vùng lân cận của đường ống.

4.3.2.     Các đặc tính địa chất kỹ thuật có thể được lấy từ các thông tin sẵn có về địa chất, kết quả của các cuộc khảo sát địa chấn, khảo sát địa hình đáy biển, các cuộc thử tại hiện trường và trong phòng thí nghiệm. Các thông tin bổ sung có thể được lấy từ các cuộc khảo sát bằng mắt hoặc các cuộc thử đặc biệt như thử độ xuyên sâu của cọc.

4.3.3.     Các thông số nên đất có ảnh hưởng chính đến đường ống là:

• Các thông số độ bền cắt (độ bền cắt tĩnh và độ bền cắt không thoát nước của đất sét, và góc ma sát của cát);
• Các mô đun biến dạng liên quan.

4.3.4.     Các thông số trên phải được xác định từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc từ các thí nghiệm tại hiện trường. Các thí nghiệm sau đây phải được xem xét:

• Khối lượng riêng của đất;
• Hàm lượng nước;
• Giới hạn chảy và dẻo;
• Phân bố kích cỡ hạt;
• Hàm lượng các bon nát;
• Các cuộc thử liên quan khác.

4.3.5.     Nói chung đặc tính của lớp đất ở một vài cm phía trên sẽ quyết định sự ảnh hưởng lên đường ống nằm trên đáy biển. Việc xác định các thông số về đất của các lớp đất rất nông nêu trên là không chính xác bằng việc xác định các thông số về đất của các lớp đất sâu hơn. Đồng thời sự khác nhau của lớp đất bề mặt giữa các vị trí thử khác nhau có thể làm cho việc xác định các thông số về đất càng không chính xác hơn. Vì vậy, các thông số về đất dùng trong thiết kế phải được xác định với giới hạn trên và dưới. Giá trị đặc trưng của thông số về đất dùng trong thiết kế phải được lấy là giá trị trên hoặc dưới tùy thuộc vào giá trị nào gây nguy hiểm hơn đối với trạng thái giới hạn đang xét.

4.3.6.     Tại những vùng mà đáy biển bị bào mòn, các nghiên cứu đặc biệt về trạng thái sóng và dòng chảy gần đáy bao gồm cả các ảnh hưởng của đường biên các lớp đất phải được thực hiện để phục vụ cho việc tính toán ổn định đáy biển và tính toán nhịp hẫng của đường ống.

4.3.7.     Các cuộc khảo sát đặc biệt về vật liệu đáy biển phải được thực hiện để đánh giá các vấn đề cụ thể như:

• Các vấn đề liên quan tới hoạt động đào và chôn ống;
• Các vấn đề liên quan tới đường ống giao nhau;
• Các vấn đề liên quan tới việc đặt hệ thống đường ống và/hoặc kết cấu bảo vệ tại những vị trí có van hay đầu nối chữ T;
• Các vấn đề liên quan tới ăn mòn bên ngoài của đường ống.

5.     Điều kiện môi trường

5.1.         Quy định chung

5.1.1.     Các thông số môi trường ảnh hưởng đến chức năng hoặc làm giảm độ tin cậy cũng như an toàn của đường ống phải được xem xét là:

• Gió;
• Triều;
• Sóng;
• Sóng nội tại (internal waves) và các ảnh hưởng khác do sự chênh lệch khối lượng riêng của nước;
• Dòng chảy;
• Băng;
• Động đất;
• Điều kiện nền đất;
• Nhiệt độ;
• Sinh vật biển bám.

5.2.         Số liệu môi trường

5.2.1.     Các số liệu môi trường phải đại diện cho vùng dự định đặt đường ống. Nếu không đủ số liệu địa hình của vùng dự định đặt đường ống thì có thể xác định thông số môi trường từ số liệu đã được công nhận của các vùng có liên quan khác một cách thận trọng.

5.2.2.     Để đánh giá điều kiện môi trường dọc theo tuyến ống, đường ống có thể chia ra nhiều đoạn, mỗi đoạn đặc trưng bằng độ sâu nước, địa hình đáy biển và các yếu tố khác ảnh hưởng đến điều kiện môi trường.

5.2.3.     Các thông số môi trường phải được mô tả bằng các giá trị đặc trưng dựa trên số liệu thống kê hoặc quan sát lâu dài.

5.2.4.     Số liệu thống kê phải được sử dụng để mô tả các thông số môi trường mang tính chất ngẫu nhiên (như gió, sóng). Các thông số phải được rút ra từ những phương pháp thống kê hợp lý đã được công nhận rộng rãi.

5.2.5.     Nếu số liệu thống kê không chuẩn xác do số lượng và độ chính xác của số liệu không đủ thì ảnh hưởng đó cần phải được đánh giá và nếu ảnh hưởng đó là đáng kể thì phải xét đến trong quá trình đánh giá hiệu ứng tải trọng đặc trưng.

5.3.         Gió

5.3.1.     ảnh hưởng của gió cần được xét đến khi thiết kế ống đứng, kể cả khả năng gió làm rung các đoạn ống giữa hai nhịp. Ngoài ra, cũng cần xem xét các tác động của gió xuất hiện trong quá trình xây lắp.

5.3.2.     Nếu ống đứng đặt cạnh các bộ phận kết cấu khác, thì ảnh hưởng do nhiễu loạn trường gió phải được xét đến khi tính toán tác động của gió. Các ảnh hưởng này có thể gây ra tăng hoặc giảm vận tốc gió hoặc kích động động lực do xoáy khi bị chắn từ các bộ phận liền kề.

5.4.         Triều

5.4.1.     Các ảnh hưởng của triều phải được xét đến khi độ sâu nước là một thông số đáng kể, ví dụ như khi xác định tải trọng sóng, hoạch định việc rải ống, xác định áp lực nước cực đại, cực tiểu ...

5.4.2.     Triều cực đại tổng cộng bao gồm triều thiên văn và nước dâng do bão. Việc xác định triều cực tiểu phải dựa trên triều thiên văn và nước dâng âm do bão.

5.5.         Sóng

5.5.1.     Số liệu sóng sử dụng để thiết kế ống đứng về cơ bản giống như số liệu sóng dùng trong thiết kế các kết cấu dùng để đỡ ống đứng.

5.5.2.     Cần xem xét ảnh hưởng trực tiếp và không trực tiếp của sóng đối với cả ống đứng và đường ống. Ví dụ: sóng ảnh hưởng trực tiếp lên ống đứng và đường ống trong quá trình lắp đặt hoặc khi nằm trên đáy biển; sóng ảnh hưởng không trực tiếp khi sóng làm chuyển vị giàn, dẫn tới chuyển vị kết cấu đỡ ống đứng, gây biến dạng ống đứng và khi sóng gây chuyển dịch sà lan rải ống trong quá trình rải ống dẫn tới dịch chuyển đường ống.

5.5.3.     Lý thuyết sóng được sử dụng phải có khả năng mô tả được động học của sóng (wave kinematics) tại độ sâu nước đang xét.

5.5.4.     Cần phải xét tới các ảnh hưởng do sóng khúc xạ, sóng nước nông và sóng phản xạ.

5.5.5.     Nếu ống đứng hoặc đường ống đặt gần các bộ phận kết cấu khác thì ảnh hưởng, nếu có, do nhiễu loạn phải được xét đến khi xác định tác dụng của sóng. Các ảnh hưởng này có thể gây ra tăng hoặc giảm vận tốc phần tử nước, hoặc kích động động lực do xoáy từ các bộ phận kết cấu xung quanh.

5.5.6.     Cần xét hướng sóng và sóng đỉnh ngắn (short crestedness) nếu được.

5.6.         Dòng chảy

5.6.1.     Cần phải xét ảnh hưởng của dòng chảy lên cả đường ống lẫn ống đứng.

5.6.2.     Vận tốc dòng chảy phải bao gồm các thành phần dòng chảy do triều, gió, nước dâng do bão cũng như các thành phần có thể khác. Đối với những vùng gần bờ, dòng chảy xa bờ do sóng vỡ cũng cần được xét đến.

5.6.3.     Đối với các đường ống trong quá trình lắp đặt và các ống đứng, phải xem xét sự thay đổi độ lớn của tốc độ và hướng của dòng chảy là hàm của độ sâu nước. Phân bố tốc độ dòng chảy cho các ống đứng cũng giống như phân bố tốc độ dòng chảy được sử dụng khi thiết kế các kết cấu đỡ ống đứng.

5.7.         Nhiệt độ nước biển và không khí

5.7.1.     Các giá trị đại diện của nhiệt độ nước nước biển và không khí được sử dụng trong thiết kế phải được lấy từ số liệu thống kê.

5.7.2.     Nhiệt độ thiết kế của nước biển và không khí cực tiểu và cực đại cần được lấy dựa vào các quan trắc theo chu kỳ qua nhiều năm.

5.7.3.     Cần phải đo nhiệt độ trong quá trình chế tạo, lắp đặt và chạy thử nếu nhiệt độ và sự thay đổi nhiệt độ gây ảnh hưởng đáng kể tới an toàn của hệ thống đường ống.

5.8.         Sinh vật biển bám

5.8.1.     Cần phải xét đến ảnh hưởng của sinh vật biển bám lên ống đứng và đường ống, có tính tới cả yếu tố sinh học và hiện tượng môi trường liên quan đến vị trí đang xét.

5.8.2.     Cần phải xét đến các tải trọng thủy động tác dụng lên các đường ống bị sinh vật biển bám tập trung do đường kính hiệu dụng và độ nhám bề mặt tăng.

6.     Điều kiện trong và ngoài ống

6.1.         Các điều kiện bên ngoài ống khi vận hành

6.1.1.     Để lựa chọn và thiết kế chi tiết hệ thống kiểm soát ăn mòn bên ngoài, các điều kiện sau đây có liên quan đến môi trường phải được xác định:

• Điều kiện chôn vùi đường ống;
• Điện trở suất của trầm tích và nước biển.

6.1.2.     Các yếu tố khác ảnh hưởng tới ăn mòn bên ngoài của đường ống cần phải xác định bao gồm:

• Profil nhiệt độ vận hành trung bình và cực đại dọc theo tuyến ống và qua chiều dày thành ống;
• Quy trình chế tạo và lắp đặt đường ống;
• Các yêu cầu liên quan đến bảo vệ về mặt cơ học, trọng lượng chìm (submerged weight) và cách nhiệt trong quá trình vận hành;
• Tuổi thọ thiết kế.

6.2.         Các điều kiện bên trong ống khi lắp đặt

6.2.1.     Phải có thông số về điều kiện bên trong ống trong quá trình lưu kho, chế tạo, lắp đặt, thử áp lực và chạy thử. Cần phải xét tới khoảng thời gian ống tiếp xúc với nước biển hay không khí ẩm và sự cần thiết phải sử dụng chất ức chế hoặc các biện pháp khác để chống ăn mòn.

6.3.         Các điều kiện bên trong ống khi vận hành

6.3.1.     Để đánh giá sự cần thiết phải kiểm soát ăn mòn bên trong ống, kể cả dung sai ăn mòn và chuẩn bị cho việc kiểm tra và theo dõi, các điều kiện sau đây phải được xem xét:

• Profil áp suất/nhiệt độ trung bình và cực đại dọc theo tuyến ống và sự thay đổi của chúng trong suốt thời gian tồn tại của đường ống;
• Vận tốc dòng chảy và chế độ dòng chảy của lưu chất trong ống;
• Thành phần của lưu chất trong ống (sự thay đổi ban đầu và dự đoán sự thay đổi trong suốt thời gian tồn tại của đường ống) có chú trọng tới các yếu tố gây ăn mòn (ví dụ như sunfát hydro, cacbon dioxit, thành phần nước và thành phần muối hoà tan trong chất lỏng, ôxy dư và clo trong nước biển);
• Hoá chất bổ sung và cung cấp để làm sạch định kỳ;
• Điều kiện để kiểm tra hư hỏng do ăn mòn và khả năng mong đợi của thiết bị kiểm tra (giới hạn phát hiện khuyết tật và khả năng xác định kích thước của các dạng hư hỏng do ăn mòn liên quan);
• Khả năng mài mòn do các vật cứng trong dòng lưu chất trong ống.