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SYT 7063-2016 海底管道风险评估推荐作法.pdf

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E,=0.5yD.N,·A,·*+Y..N·A

式中： 形状系数，取0.6； 冲击棱边的长度。

不同物体能量吸收情况如图6所示

要低于碎石。自然回填的细沙非常松散金盛大厦地下室施工组织设计书，管子不会在沙中成 塞。自然回填细沙抵抗外部冲击的能力可假设为碎石的2%～10%。管道埋设是一种抵抗商船拖锚风 验的有效保护措施。对于需要埋设的深度，由过往船只的锚大小及局部土壤特性决定，即由锚在土中 的嵌人深度决定。

4.6.4其他保护方法

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5. 2. 1落物概率

表9物体落入海中频率

5.2.2物体漂移和碰撞概率

落物在海中的漂移与其形状和重量有很大的关系。细长物体如管子，可能在漂移过程中经历晃动 （参考Aanesland1987和图7）。而大型物体，如箱形物通常垂直下落。

图7观察到的管段在水中下落形式（Aanesland，1987

管子实际的下落形式与其落人海中的角度有关，图7中的a)，d）和e）是主导的下落形式，在 大多数人海角度中有观测到。 推荐采用下面的数值用于计算物体在海床上的漂移。物体在海床上的漂移可假定服从正态分布， 且具有表10中的角度偏差。 正态分布定义如下：

p(r) = e()

力（r）—一落物漂移距离的概率，为落物在海床接触点与通过起始落点垂直线的距离； 海底水平距离，m； 侧向偏移量.m，参见表 1)和图8

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表10物体分类对应的角度偏移

坠落物在水平距离内碰撞海床的概率

图8公式（9）中的符号

P(r≤r) = p(r)dr

P(r≤r)=p(r)dz

在一定半径的圆环内的概率可以被分为多个圆环来计算，如图9所示。以落物点为圆心的两个 圆，内圆半径为r；，外圆半径为r。，则圆环内的击中概率为：

每个圆环的宽度可取为10m。在每一个圆环内的击中概率可依据不同偏移角度和水深来计算。 注：立管的击中概率计算，尤其是立管垂直段，宜进行特殊考虑。立管的任何垂直段都将使击中概率计算复杂 化。计算立管击中概率的一种方法如下： a）将立管分为儿段（如垂直段和水平段）。 b）计算每一段的击中概率，总击中概率可视为每一段击中概率的和。 在圆环内，击中管道或脐带缆的概率Pri.sl，可以考虑为海管或脐带缆在环内的暴露面积除以整 圆环面积，然后乘以环内击中概率，见公式（12）。

图9以落物点为圆心内圆半径为r外圆半径为r.的圆环内击中概率

B—落物宽度，m，如图10所示； 一圆环面积，m，如图9所示

B—落物宽度，m，如图10所示； A. 一圆环面积，m，如图9所示。

图10碰撞面积的定义

对于集装箱和其他大型物体，宽度B可以定义为两个最短边的平均值；对于管状物体，当正面 谨撞时B考虑为其外径，当从侧面碰撞时B考虑为其长度， 注：考虑到管状物体碰撞时的倾斜角，碰撞面积会增大。但另一方面包括了水平方向管状物的碰撞，则在第4章 中由于起始只考虑刀型荷载，因此给出的防撞能力评估可能是保守的。 初始阶段，每一个吊机可以选择一个落物点。落物点通常位于供给船和平台卸货区之间。另外 种方法是根据吊机的具体活动选择几个落点。 堆放在一起的管子一同起吊时宜考虑为一吊，但击中概率宜乘以管子数量

考虑到物体在深水中的漂移，长形/扁平形状的物体其扩散会随水深增加，直至约180m水深。 超过180m水深后，扩散不会有明显的增加，可保守的设为常量（Katteland和Oygarden，1995）。 同时，对于深水，物体在海床上的扩散不一定符合正态分布，见Katteland和Oygarden的相关文献 (1995）。

海流效应在深水中比浅水中更明显。物体到达海底的时间会随水深增加而增加。这意味着任何 流均会增大物体偏移距离（在单一方向）。在1000m水深，当平均流速为0.25m/s时，偏移距离增加 10m～25m；当平均流速为1m/s时，偏移距离增加到200m（Katteland和（)ygarden，199)5）。 如果主流向可以确定，分析可以考虑海流效应。这可以适用于短期内的钻井操作，例如钻井、完 井和修井等操作。对于固定平台的落物评估，由于流向的季节变化，很难将海流效应考虑在内。同时 对于较大的水深情况，流向也可能随水深发生变化。如果可行，这点也宜考虑在内。 当建立远离吊装作业的“安全距离”时，宜考虑海流效应。而且，物体漂移距离在确定时宜持保 守原则，包括考虑物体入水前的偏移，抛锚船舶等航行的不确定性

落物的动能与其质量和速度有关，而且落人水中的速度与物体的形状和水中质量相关。 最终速度是落物受到重力、浮力和流的阻力平衡时的速度。落物通常下降大约50m～100m达 终速度。当落物达到平衡时，以勾速（即最终速度）下降。该速度可以使用以下公式表达：

结合公式（13），动能可按下式计算

除最终能量外，有效冲击能量E:还应包括附连水质量对应的动能E^。大型物体的附连水质量非 常明显，例如集装箱。有效冲击能量按下式计算

E=Er+EA=(m+m)· U+

其中m.为附连水质量，m。=pwater·C.·V。 除非有说明密闭措施在初始与水面冲击后仍能保持足够有效，并且会在海中继续保持密闭，管状

其中m.为附连水质量，m.=Pwater·C·V 除非有说明密闭措施在初始与水面冲击后

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物体应假设为充满水。 管状物体在水中发生振荡时其速度会持续改变。观察发现50%的下落时间内，物体速度接近为 琴(Katteland和(Oygarden，1995)

5.3.2拖力系数和附连水质量系数

拖曳力系数C,和附连水质量系数C.与物体的几何形状有关。拖电力系数影响物体的最终速 付连水质量系数只在物体碰撞并停止运动时起作用，典型值见表11。

表11拖电力系数和附连水质量系数

对于细长物体，在流方向上的投影面积假定为物体倾斜一定角度时的投影面积。这意味着管子的 段影面积为： Apip=I·D·sinr°（其中r°E［0，90]°，为与垂直方向的夹角）。 如图7所示，管子落水后会不断改变方向，所以投影面积也会改变。宜采用均匀分布的倾角，或 者对于1，2，3类物体可考虑使用45°作为投射角。对于其他物体，假设其沉入时投影面积为物体表 面的最小面积

5.3.4能量与条件概率

块少精确信息的：表12 本能量划分成能量带并保守给出 每个能量带发生的条件概率。该分类适用 且冲击能量符合正态分布。对于需要 具备抵抗高冲击能量的管道

5.3. 5 击中频率和能量

根据起吊次数、单吊坠落频率和击中海底管道或脐带缆暴露段的概率，可以确定落物击中频 客物点为圆心的圆环内，落物击中频率按以下公式计算，

表12条件概率下的冲击能量（参见备注）

分布基于以下假设：只包括（开口）管子：0.51，1.01，1.5t物体各占1/3；水面人水角假设从0°～90°等量 度分布；最终速度假设随人水角线性变化，0°人水角时最小，90°入水角时最大；管子长度约12m。 分布基于以下假设：只包括管子，物体重量从21～8t等量分布；水面入水角假设从0°～90°等量分布；最终 速度假设随入水角线性变化，0°入水角时最小，90°入水角时最大；管子长度约12m。 分布基于以下假设：考虑落物： 1.51物体各占1/3；集装箱、吊笼（大体积，低密度）（占30% 数量），速度约5m/ （占70%数量），速度约10m/s 分布基于以下假设 等量分布 考虑落物为：集装箱、吊笼（大体积，低密度）（占7)% 高密度 占3%数量）， 速度约10m/s 分布基于以下 市宠 （体积大，高密度）（占70%数量），速度 约5m/s；设备 中等体积、 大质量、 高密度） （占30%数量），速度约10)m/s。 分布基于以下假设：物体为重8t以上的设备 （如大质量，高密度），速度约5m/s10m/s。 包括附连水质量 大多数井架落物的水面入水角接近90°

立管可能遭受来自于船舶的潜在干涉，宜确定船舶与立管发生碰撞的情况，从而决定： a） 是否将立管安置于导管架腿的内侧或外侧。 b）是否需要采用型管或箱体进行保护。 c）立管与装载作业的相对位置。 船舶碰撞致使立管发生的损伤并不削弱平台的完整性，但宜评估立管的损伤后果，以确保立管具 有足够的保护。 不同的方法被应用于计算各种不同类型船舶的碰撞频率。并不是船舶的类型，而是船舶围绕设施 区航行的航线影响计算方法的选择。 船舶碰撞损伤立管的频率与相关动能应基于船舶交通数据、船舶类型及几何估算进行评估。 船舶碰撞立管的频率Fl ki可以由下式表达：

Fol kiser =N. P,· P, · P, · Pr

5.4.2各种碰撞概率的计算

列于公式（18）中的各种不同概率必须按照5.4.1节中的a）～e）情况进行计算。这些计算的 基本原理将在后续的章节中进行介绍。由于立管仅为平台的一小部分，因此船舶碰撞立管的概率要小 于碰撞平台的概率。Prixr的计算应基于对已安装立管的几何估算。 注：几何估算包括立管位置、尺寸和布置。例如，柔性立管相对于金属悬链线立管达到海床的路径通常坡度较 陡。这意味金属悬链线立管暴露在船舶冲击（从特定方向）下的区域要更大。另外，也宜考虑掩护效应及其 他效应，如船舶可能碰撞其他设施或两个设施之间的栈桥，这样击中能量会减小，碰撞航线也会改变。 如果立管被碰撞，那么结果可能是发生泄漏或是完全的断裂，但是立管的损伤程度取决于其保护 形式，如果有的话。 在接下章节里介绍的方法是基于一个立管碰撞的例子，此处立管从平台下向东延伸，如图11所 示。该计算仅针对这个特殊的形态有效，只有进行认真的评估后才宜将其改编应用于其他研究或 形态。 与立管发生碰撞的整体频率可以通过将后面章节所述的不同情况下的频率进行叠加获得

5.4.2.1过往船舶的碰撞概率计算

位于10nmile以外时，发生碰撞的风险可以忽略

P, =D e() /2元0

图11几何碰撞概率的正态分布

Fal Rir = Fiu Patm x (42 P,

Riseri是立管和平台在每个方向的关系，如北向、东向、南向和西向，参见公式（20）

5.4.2.2随机分布的船舶的碰撞概率计算

Fell Riser=(365×24: D: p): P, : P3: Prix

5.4.2.3守护船的碰撞概率计算

式中： N——守护船数量（每年）：

Feollwnit = N· P, · (P, · t)· P, · Pri (24）

5.4.2.4供给船的碰撞概率计算

图12当装载/卸载时可能与供给船发生碰撞的悬链线立管暴露区域

5.4.3冲击能量的计算方法

的能量是不同的。因此，动能的划分与能 白类型有关。一般来说立管是很脆弱的，船舶对立管碰撞很可能致使其发生严重的损伤或断裂 对于直接碰撞，可通过如下公式给出动能：

E=·(M+a)·u

式中： M—排水量，kg; 附连水质量，kg，对于漂移船舶，船和船尾碰撞，取10%排水量，侧面碰撞；取40%排 水量（DNV，1988)；

M—排水量，kg； 附连水质量，kg，对于漂移船舶，船和船尾碰撞，取10%排水量，侧面碰撞；取40 水量（DNV，1988)； 船速.m/s。

注：2500)吨位的船舶在4节的航速下，相应的动能为： 船和船尾碰撞 E= 1/2 (1. 1×2.5×10°) × (4×0.514)* = 5. 8 (MJ) 船舶侧向碰撞： E= 1/2 (1. 4×2.5 ×10°) × (4× 0. 514)* = 7. 4 (MJ) 与平台发生碰撞，船舶自身可以吸收一定的冲击能量。与立管发生碰撞，般不是这种情况

5. 4. 4总碰撞频率

为了获得船舶与立管发生碰撞的总频率，可将各种不同类型的船舶产生的频率（已经在前面的章 节进行了介绍）根据冲击能量的不同以表格的形式进行表达。由于未经保护的立管被船舶碰撞时将发 主断裂，因此将概率划分为不同的能量等级的必要性值得讨论

5.4.5降低风险的方法

一个用于降低整体风险的最重要措施是避免船舶与平台相撞。进一步来说，对于低动能的冲击， 如0MJ～15MJ，安装防撞网可降低船舶与立管发生碰撞的概率。在装载/卸载的过程中碰撞的风险也 将被降低。然而，这类活动仅对立管发生碰撞总概率的一部分有效，因此成本效益的影响宜被考虑其 中。总体而宵，立管设计和立管相对于平台的位置的确定应该被重点考虑。 降低碰撞平台的失效概率（P，）的措施如下： a) 雷达信标（RACON）：当被附近船舶上的雷达触发时，该设备会发射出强烈的脉冲。这样 可使设施区很容易被辨识。假设RACON可以降低除了低速行进在平台附近区域的供给船 以外的其他所有船舶的P，值。 b) 白动雷达标绘仪（RADAR）：一个带有合格操作者的雷达可以进行24h监控，该系统能够对 进人预定范围（通常为12nmile）的所有船只进行标识和跟踪。 C 守护船的分配：假定一个专用的守护船可以降低除了低速行进在平台附近区域的供给船以外 的其他所有船舶的P值。如果发现有船舶位于碰撞航线上，例如距离设施5nmile处，守护 船会采取行动并给出故障船舶的航线、速度及尺寸方面的信息

同时作业是指管道生产继续，而同时井口或海底设施区有工作作业。失效频率的建立宜基于整个 操作，而非孤立的子操作。先前操作者的经验和通常失效数据将是频率评估的基础。 在本标准中所采用的方法，并不适用于评估在关键的孤立的操作中（如防喷器安装）突发事故产 生的风险。而这种操作风险宜通过其他方法来控制，如危险与可操作性分析（HAZ()P），尽管这科 最坏情况的评估通常只能评估事故的后果而非发生的频率

5.7.1钻井平台作业

钻井平台进人新的位置进行锚泊作业，将会给管道和脐带缆带来外部冲击的风险。这种风险可以 是锚链降落在管道/脐带缆上，或者是钻井平台漂移带动锚设备从管道/脐带缆上拖电通过。 钻井平台通常由8个锚固定，管道和脐带缆可从锚链下方通过。锚链断裂可能会碰撞管道或脐带 览，这也取决于锚链断裂点和管道/脐带缆的路由与锚链的相对位置。 可以假设锚链每年断裂的频率为0.01（DNV，1997b）。这个结果是基于对1993年以前海上钻井 平台和生产船舶上发生的锚链断裂事故的认知。 注：钻井和完井的总持续时间为70d，在钻井和完井期间锚链发生断裂的频率为0.(002。永久停泊的平台发生锚 链断裂的频率宜被单独设定，但可以假设其低于上述频率 另外，作业船舶在锚泊作业进行抛锚时，由于操纵失效的原因可致使锚发生坠落。如果该船舶位 于管道上方，下落的锚将会与管道发生碰撞。在抛锚过程中要保证与管道保持一定的安全间距。 钻井平台配备的典型锚的重量为12t。锚在下降的过程中，动能在800kJ以上，随之一起下降的 错链的动能将是错动能的1%~5%

5. 7.2钻并平台锚拖押

5.7.3一般船舶抛罐

由于船舶漂移而进行的紧急抛锚将会对海底设施区带来一定的风险，潜在危害包括船舶落锚和 锚/锚链拖拽。穿梭油轮、供给船和商船均可能发生漂移。守护船经常可以改变漂移的航线 一艘典型的穿梭油轮的锚重为10t，供给船的锚重为2t。在紧急情况下落锚的典型原因主要包 括：抛锚过程中的人为错误操作；锚链制动系统的失效；锚链制动系统丧失动力。 一条被拖拽的锚链对管道和脐带缆产生威胁（如管道涂层或管壁的磨损）取决于锚链的质量和拖 电的长度，更严重的是直接钩住管道。 穿梭油轮紧急抛锚产生的风险普遍偏低。穿梭油轮配有动力定位系统，同时机械亢余程度高。机 械失效的可能性相应的较其他船舶低。此外，应该指出的是穿梭油轮的装载作业受天气限制，即当处 于恶劣天气条件下穿梭油轮通常会停留在与设施区保持一定的安全间距的区域。 商船航线宜被评估以建立在紧急抛锚情况下碰撞管道的相应频率。对于管道穿越的相关航道宜建 立航道上的船舶尺寸与分类的分布。船舶类别给定后即可确定典型锚的尺寸，那么基于船舶类别分布 即可建立锚的尺寸分布。应建立在局部土壤条件下，不同尺寸的锚在海床上贯入的深度。通过将所关 注的区域中紧急抛锚的频率和锚贯人度的条件频率结合，可以确定管道所需要达到的挖沟深度以满足 接受标准。 注：商船一般配备无杆锚，且锚的尺寸由船舶牺装数来决定。装数是船舶排水量、船宽、干和侧面积的 函数

险等级，表13中推荐了一个单独的频率等级，从1（低频率）到5（高频率）。对于特殊情况要 认调整表13中的界限值。 将荷载频率与损伤评估相结合，进而确定失效频率。 注意到失效频率是对整条管道而言，这样管道长度不应该成为管道总体失效频率的决定性因

表13一条管道/脐带缆每年失效频率等级

表14管道与脐带缴损坏的潜在后果辨识

管道与脐带缆损坏导致的人身安全后果宜考虑如下方面： a）在公司设备上工作的相关人员（第一方人员）。 b）在公司设备外围的可能会受到公司活动影响的人员（第三方人员）

6.3泄漏对环境造成的影响

允许泄漏量相关联，这是一个更广泛的评估方法。这一评估结果也间接说明了泄漏对环境的影响作 用。表16中列出的不同级别的泄漏量可以作为指导进行使用

管道损坏的经济后果可以按照该管道生产上延误的时间来分类。生产延误成本通常要高于管道的 修复费用。然而，受影响区域的管道修理费用和生产延误成本都需要考虑在经济损失评估之中。 经济损失的分类见表17，需要注意的是，不同项目之间的变化可能会改变表中给出的界限值 此外，实际生产延误成本和维修费可以在提出的方案保护设计的成本效益评估中引人，这将影响相关 表述，有利于附加的风险降低措施，参见2.7。 总体而言，修复海上管道是一件非常耗时的工作，通常需要大约一个到三个月的时间去完成，因 为所有工作都是在海底完成的。然而实际持续时间非常依赖于动员情况、维修系统的效率以及天气状 况。一般在失效之前就已经计划好的维修操作将会花比较短的时间，反之复杂的维修操作，比如像集 束管维修这样复杂的维修工作，预计将花更长的时间。 任何保证平台正常生产的可能的关键因素都宜进行识别（例如注水管道、脐带缆）。 对于脐带缆，通常只与经济损失相关，因为管中含有少量的有毒物质，通常不会对人身安全造成 危害。

表17经济后果级别划分

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最终的风险评估就是建立相应频率等级与后果等级之间的联系，并将结果与接受标准进行对日 13所示，暗色渐变的区域标示了所定义的整体接受标准，其要求必须有额外的保护措施，

图13风险等级与接受标准关系图

风险结果的影响也宜进行讨论或通过敏感性分析进行评估， 敏感性分析或评估宜包括以下几个方面： a）装载数据的变化。 b）落物点的变化。 C） 管道与脐带缆对落物抵抗能力的变化 d）造成的影响后果的变化

附录A （资料性附录） 落物风险评估程序范例

附录A （资料性附录） 落物风险评估程序范例

本附录以一条连接到一个小平台的20in管道为例，对其进行详细的落物分析评估。范例对所参 考到的本标准中的相关章节作了说明， 图A.1给出了管道在平台附近的布置和吊机的位置。从图A.1中可以看到，吊机只能在平台西 则工作，船舶从平台北侧停靠。管道从平台东侧延伸40m之后转为正北方向

选择以下主要数据来说明如何使用本文件： 管道数据： 外径（D）：508mm; 壁厚（t）：18mm； 屈服应力（y）：450N/mm²； 混凝土厚：60mm。

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于计算落物漂移和击中概率的10m间隔圆环布置

表A.3海床上每个10m圆环内的管道长度

表A.3海床上每个10m圆环内的管道长度

“”假定平台腿和斜撑对落物有遮挡

管道在每个圆环中的长厦

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A.7不同冲击能量等级的年累积频率

A.8抗损伤能力与冲击能量的关系

图A.3不同冲击能量等级的累积年击中频率

4.2定义的每一个破坏等级（D1，D2，D3，R，R1，R2），对管道损伤的条件概率可如表4推 荐方式确定。给管道造成5%凹陷的冲击能量为：

E =16 ()*· m,· (B)· D· (哥)

=13.37×0.25×450 ×10° N × (0.018m)²× 0.508m 0.508m×(0.05) 0.018m

更大程度凹陷的计算结果见表A.8，此外60mm混凝土涂层具有一定的抗冲击能力，根据4. 得涂层的抗冲击能力计算表达式为：

附录B （资料性附录） 抗冲击性能试验程序

对于一些组件百，所还 直用，或者会导致计异结果有教大的不确 定性。如果要得到准确的抗冲击性能数据， 那可能要进行抗冲击试验。通过组件破坏性试验，建立组 件的抗冲击性能以用于风险评估，试验的程序将在下文中介绍。该程序主要在于确定直径为10in～ 12in的钢管，以及柔性管和脐带缆的抗冲击性能。 试验宜能够反映出所考虑的意外情况，并确定不同损伤等级（如D1到D3）对应的抗碰撞能力 极限，损伤等级在前面章节所述方法中已给出

试驰能量应基于最有可能碰 性动能值，具体计算可遵照5.2；或若有可能 宜增加试验能量，直到组件发生等

试验装具宜模拟出真实情况。这样的试验一般没有仪表记录材质在受冲击时的变形表现，只测量 最后的破坏程度。由于风险评估的抗冲击的计算无需细化，因此没有必要使用仪器进行记录。 试验装具最简单的形式是由一个试验吊车和一个能远程控制释放的吊钩组成，并应确保试验的重 睡在试验过程中不旋转

支撑条件宜能够代表实际组成的最复杂情况，比如，与实际情况相似的土壤条件、鹅脖结构 然而，如果试验是按照刚性支撑条件进行的话，试验就能反映组件的真实性能，也就是说， 能量都被组件所吸收，一点也没有传递到支撑条件上，这样的话，试验结果就不仅仅能用于指 ，还可能用于其他项目

试验宜能重复进行，以确保试验结论的一致性，在设计应用时宜使用试验报告给出的最小值。 对于风险评估，抗冲击能力通常取试验（平均）值。然而DL／T 5564-2019标准下载，对于某些抵抗能力对重锤前端外形敏

组件来说，其抗冲击能力宜取试

表B.1冲击试验适用的剖面、试验质量和抗冲击性能

没有其他标示，则考虑管道和脐带缆无保护

图B.1确定抗冲击性能的剖面

表B.1的使用：此表适用于海底基盘附近的作业活动。该表的使用方法如下： 对于管道/脐带缆的保护问题，试验条件要求和可采用的抗冲击性能值可以在表的相关行中得出。 例如，柔性管上任何物体的碰撞试验，应使用如下数据： a）试验剖面：R=7mm。 b）试验质量：1t。 可采用的抗冲击性能：X=0.9Xk=7mm （即适用的抗冲击性能取试验值的(.9倍）

JCT837-2013 分室反吹风清灰袋式除尘器a）试验部面：R=7m

2016年5月北京第1版2016年5月北京第1次印刷 书号：155021·7431定价：42.00)元 版权专有不得翻印