(57)【要約】【課題】様々な使用環境および敷設方式に応じたラインパイプの肉厚を設計する装置および方法を提供する。【解決手段】ラインパイプの使用条件、ならびに使用条件に応じた、ラインパイプの内径および降伏応力に関する情報を取得する取得部１と、ラインパイプの肉厚を設定する設定部２と、取得部１において取得された情報、および設定部２において設定された肉厚に基づき、ラインパイプの外径を算出するとともに、真円度を推定する計算部３と、予め導出された、肉厚と外径との比、真円度、および降伏応力から選択される１種以上と、予測圧潰強度との関係に基づき、設定部２において設定された肉厚でのラインパイプが、使用環境において圧潰するかどうかを判定する判定部４と、判定部４での判定結果に基づき、ラインパイプの肉厚を決定する決定部５と、を備える、ラインパイプの肉厚設計装置。【選択図】  図１
2018094612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインパイプの肉厚を設計する装置であって、
前記ラインパイプの使用条件、ならびに該使用条件に応じた、前記ラインパイプの内径および降伏応力に関する情報を取得する取得部と、
前記ラインパイプの肉厚を設定する設定部と、
前記取得部において取得された情報、および前記設定部において設定された肉厚に基づき、前記ラインパイプの外径を算出するとともに、真円度を推定する計算部と、
予め導出された、肉厚と外径との比、真円度、および降伏応力から選択される１種以上と、予測圧潰強度との関係に基づき、前記設定部において設定された肉厚での前記ラインパイプが、使用環境において圧潰するかどうかを判定する判定部と、
前記判定部での判定結果に基づき、前記ラインパイプの肉厚を決定する決定部と、
を備える、
ラインパイプの肉厚設計装置。
【請求項２】
前記ラインパイプがリールドラムに巻き付けて搬送されるラインパイプであり、
前記取得部は、前記リールドラムのドラム半径に関する情報をさらに取得し、
前記計算部は、前記取得部において取得された内径およびドラム半径、ならびに前記設定部において設定された肉厚に基づき、前記真円度を推定する、
請求項１に記載のラインパイプの肉厚設計装置。
【請求項３】
ラインパイプの肉厚を設計する方法であって、
（ａ）前記ラインパイプの使用条件、ならびに該使用条件に応じた、前記ラインパイプの内径および降伏応力に関する情報を取得する工程と、
（ｂ）前記ラインパイプの肉厚を設定する工程と、
（ｃ）前記（ａ）の工程において取得された情報、および前記（ｂ）の工程において設定された肉厚に基づき、前記ラインパイプの外径を算出するとともに、真円度を推定する工程と、
（ｄ）予め導出された、肉厚と外径との比、真円度、および降伏応力と、予測圧潰強度との関係に基づき、前記（ｂ）の工程において設定された肉厚での前記ラインパイプが、使用環境において圧潰するかどうかを判定する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）の工程での判定結果に基づき、前記ラインパイプの肉厚を決定する工程と、
を備える、
ラインパイプの肉厚設計方法。
【請求項４】
前記ラインパイプがリールドラムに巻き付けて搬送されるラインパイプであり、
前記（ａ）の工程において、前記リールドラムのドラム半径に関する情報をさらに取得し、
前記（ｃ）の工程において、前記（ａ）の工程において取得された内径およびドラム半径、ならびに前記（ｂ）の工程において設定された肉厚に基づき、前記真円度を推定する、
請求項３に記載のラインパイプの肉厚設計方法。
【請求項５】
コンピュータに、
（ａ）前記ラインパイプの使用条件、ならびに該使用条件に応じた、前記ラインパイプの内径および降伏応力に関する情報を取得するステップと、
（ｂ）前記ラインパイプの肉厚を設定するステップと、
（ｃ）前記（ａ）のステップにおいて取得された情報、および前記（ｂ）のステップにおいて設定された肉厚に基づき、前記ラインパイプの外径を算出するとともに、真円度を推定するステップと、
（ｄ）予め導出された、肉厚と外径との比、真円度、および降伏応力と、予測圧潰強度との関係に基づき、前記（ｂ）のステップにおいて設定された肉厚での前記ラインパイプが、使用環境において圧潰するかどうかを判定するステップと、
（ｅ）前記（ｄ）のステップでの判定結果に基づき、前記ラインパイプの肉厚を決定するステップと、
を実行させる、プログラム。
【請求項６】
前記ラインパイプがリールドラムに巻き付けて搬送されるラインパイプであり、
前記（ａ）のステップにおいて、前記リールドラムのドラム半径に関する情報をさらに取得し、
前記（ｃ）のステップにおいて、前記（ａ）のステップにおいて取得された内径およびドラム半径、ならびに前記（ｂ）のステップにおいて設定された肉厚に基づき、前記真円度を推定する、
請求項５に記載のプログラム。
【請求項７】
ラインパイプを製造する方法であって、
（ａ）前記ラインパイプの使用条件、ならびに該使用条件に応じた、前記ラインパイプの内径および降伏応力に関する情報を取得する工程と、
（ｂ）前記ラインパイプの肉厚を設定する工程と、
（ｃ）前記（ａ）の工程において取得された情報、および前記（ｂ）の工程において設定された肉厚に基づき、前記ラインパイプの外径を算出するとともに、真円度を推定する工程と、
（ｄ）予め導出された、肉厚と外径との比、真円度、および降伏応力と、予測圧潰強度との関係に基づき、前記（ｂ）の工程において設定された肉厚での前記ラインパイプが、使用環境において圧潰するかどうかを判定する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）の工程での判定結果に基づき、前記ラインパイプの肉厚を決定する工程と、
を備える、
ラインパイプの製造方法。
【請求項８】
前記ラインパイプがリールドラムに巻き付けて搬送されるラインパイプであり、
前記（ａ）の工程において、前記リールドラムのドラム半径に関する情報をさらに取得し、
前記（ｃ）の工程において、前記（ａ）の工程において取得された内径およびドラム半径、ならびに前記（ｂ）の工程において設定された肉厚に基づき、前記真円度を推定する、
請求項７に記載のラインパイプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラインパイプの肉厚設計装置および肉厚設計方法、プログラムならびにラインパイプの製造方法に関する。
【０００２】
原油・天然ガスの長距離輸送方式としてラインパイプが広く用いられている。なかでも海洋を渡る海底ラインパイプに対する需要はますます高まっている。海底ラインパイプの敷設深度は３０００ｍにまで及んでおり、圧潰強度の向上が求められている。
【０００３】
このようなことを背景に、例えば、特許文献１および２では、圧潰特性に優れた鋼管が開示されている。特許文献１および２においては、真円度を低減することにより圧潰特性を向上させることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４０５１９号公報
【特許文献２】特開２０１２−６０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、海底ラインパイプの敷設方式には、Ｓ−Ｌａｙ、Ｊ−ＬａｙおよびＲ−Ｌａｙという方法がある。Ｓ−ＬａｙおよびＪ−Ｌａｙは、鋼管を洋上で周溶接しながら敷設する方式である。これに対して、Ｒ−Ｌａｙでは、鋼管を予め陸上で数百から数千メートルに周溶接してからリールドラムに巻き付けて搬送し、洋上で巻き戻しながら敷設する。
【０００６】
そのため、Ｒ−Ｌａｙは、Ｓ−ＬａｙおよびＪ−Ｌａｙと比較して敷設速度が速く効率的である。一方、Ｒ−Ｌａｙでは、鋼管が巻き付けおよび巻き戻しされるため、変形によって真円度が劣化するという問題がある。すなわち、Ｒ−Ｌａｙを採用すると、真円度を特許文献１および２で規定されるような範囲に低減することが困難となる場合が生じる。
【０００７】
そのため、真円度が劣化した場合であっても必要な圧潰強度を確保する必要がある。一方、圧潰強度を高めるためには、厚肉化が有効であるが、過度の肉厚の増加は、コストの上昇を招き、経済性が悪化するため好ましくない。そのため、使用環境および敷設方式に応じた最適な肉厚を選択することが望まれる。
【０００８】
本発明は上記の問題を解決し、様々な使用環境および敷設方式に応じたラインパイプの肉厚を設計する装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のラインパイプの肉厚設計装置および肉厚設計方法、プログラムならびにラインパイプの製造方法を要旨とする。
【００１０】
（１）ラインパイプの肉厚を設計する装置であって、
前記ラインパイプの使用条件、ならびに該使用条件に応じた、前記ラインパイプの内径および降伏応力に関する情報を取得する取得部と、
前記ラインパイプの肉厚を設定する設定部と、
前記取得部において取得された情報、および前記設定部において設定された肉厚に基づき、前記ラインパイプの外径を算出するとともに、真円度を推定する計算部と、
予め導出された、肉厚と外径との比、真円度、および降伏応力から選択される１種以上と、予測圧潰強度との関係に基づき、前記設定部において設定された肉厚での前記ラインパイプが、使用環境において圧潰するかどうかを判定する判定部と、
前記判定部での判定結果に基づき、前記ラインパイプの肉厚を決定する決定部と、
を備える、
ラインパイプの肉厚設計装置。
【００１１】
（２）前記ラインパイプがリールドラムに巻き付けて搬送されるラインパイプであり、
前記取得部は、前記リールドラムのドラム半径に関する情報をさらに取得し、
前記計算部は、前記取得部において取得された内径およびドラム半径、ならびに前記設定部において設定された肉厚に基づき、前記真円度を推定する、
上記（１）に記載のラインパイプの肉厚設計装置。
【００１２】
（３）ラインパイプの肉厚を設計する方法であって、
（ａ）前記ラインパイプの使用条件、ならびに該使用条件に応じた、前記ラインパイプの内径および降伏応力に関する情報を取得する工程と、
（ｂ）前記ラインパイプの肉厚を設定する工程と、
（ｃ）前記（ａ）の工程において取得された情報、および前記（ｂ）の工程において設定された肉厚に基づき、前記ラインパイプの外径を算出するとともに、真円度を推定する工程と、
（ｄ）予め導出された、肉厚と外径との比、真円度、および降伏応力と、予測圧潰強度との関係に基づき、前記（ｂ）の工程において設定された肉厚での前記ラインパイプが、使用環境において圧潰するかどうかを判定する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）の工程での判定結果に基づき、前記ラインパイプの肉厚を決定する工程と、
を備える、
ラインパイプの肉厚設計方法。
【００１３】
（４）前記ラインパイプがリールドラムに巻き付けて搬送されるラインパイプであり、
前記（ａ）の工程において、前記リールドラムのドラム半径に関する情報をさらに取得し、
前記（ｃ）の工程において、前記（ａ）の工程において取得された内径およびドラム半径、ならびに前記（ｂ）の工程において設定された肉厚に基づき、前記真円度を推定する、
上記（３）に記載のラインパイプの肉厚設計方法。
【００１４】
（５）コンピュータに、
（ａ）前記ラインパイプの使用条件、ならびに該使用条件に応じた、前記ラインパイプの内径および降伏応力に関する情報を取得するステップと、
（ｂ）前記ラインパイプの肉厚を設定するステップと、
（ｃ）前記（ａ）のステップにおいて取得された情報、および前記（ｂ）のステップにおいて設定された肉厚に基づき、前記ラインパイプの外径を算出するとともに、真円度を推定するステップと、
（ｄ）予め導出された、肉厚と外径との比、真円度、および降伏応力と、予測圧潰強度との関係に基づき、前記（ｂ）のステップにおいて設定された肉厚での前記ラインパイプが、使用環境において圧潰するかどうかを判定するステップと、
（ｅ）前記（ｄ）のステップでの判定結果に基づき、前記ラインパイプの肉厚を決定するステップと、
を実行させる、プログラム。
【００１５】
（６）前記ラインパイプがリールドラムに巻き付けて搬送されるラインパイプであり、
前記（ａ）のステップにおいて、前記リールドラムのドラム半径に関する情報をさらに取得し、
前記（ｃ）のステップにおいて、前記（ａ）のステップにおいて取得された内径およびドラム半径、ならびに前記（ｂ）のステップにおいて設定された肉厚に基づき、前記真円度を推定する、
上記（５）に記載のプログラム。
【００１６】
（７）ラインパイプを製造する方法であって、
（ａ）前記ラインパイプの使用条件、ならびに該使用条件に応じた、前記ラインパイプの内径および降伏応力に関する情報を取得する工程と、
（ｂ）前記ラインパイプの肉厚を設定する工程と、
（ｃ）前記（ａ）の工程において取得された情報、および前記（ｂ）の工程において設定された肉厚に基づき、前記ラインパイプの外径を算出するとともに、真円度を推定する工程と、
（ｄ）予め導出された、肉厚と外径との比、真円度、および降伏応力と、予測圧潰強度との関係に基づき、前記（ｂ）の工程において設定された肉厚での前記ラインパイプが、使用環境において圧潰するかどうかを判定する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）の工程での判定結果に基づき、前記ラインパイプの肉厚を決定する工程と、
を備える、
ラインパイプの製造方法。
【００１７】
（８）前記ラインパイプがリールドラムに巻き付けて搬送されるラインパイプであり、
前記（ａ）の工程において、前記リールドラムのドラム半径に関する情報をさらに取得し、
前記（ｃ）の工程において、前記（ａ）の工程において取得された内径およびドラム半径、ならびに前記（ｂ）の工程において設定された肉厚に基づき、前記真円度を推定する、
上記（７）に記載のラインパイプの製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、使用環境および敷設方式に応じたラインパイプの肉厚を設計することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る肉厚設計装置の概略構成を示す図である。
【図２】予測圧潰強度ＰＣと真円度ｕとの関係を示したグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る肉厚設計方法を示すフロー図である。
【図４】予測圧潰強度ＰＣと真円度ｕまたは外径Ｄとの関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施形態に係るラインパイプの肉厚設計装置、肉厚設計方法、プログラムおよびラインパイプの製造方法について、図１〜４を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る肉厚設計装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る肉厚設計装置１０は、取得部１と、設定部２と、計算部３と、判定部４と、決定部５とを備える。
【００２２】
取得部１は、ラインパイプの使用条件、ならびに該使用条件に応じた、ラインパイプの内径および降伏応力に関する情報を取得する。使用条件には、例えば、使用環境（敷設深度、敷設地周辺の海水の腐食性等）、敷設方式（Ｓ−Ｌａｙ、Ｊ−Ｌａｙ、Ｒ−Ｌａｙのいずれを採用するか）、原油・天然ガスの想定輸送量等が含まれる。
【００２３】
そして、原油・天然ガスの想定輸送量に応じて、ラインパイプの内径が決まり、使用環境等に応じて、使用される鋼管の材質および降伏応力等の特性が決まる。
【００２４】
設定部２は、ラインパイプの肉厚を設定する。設定される肉厚の初期値としては、例えば、経済性を重視し、鋼管の肉厚ｔと外径Ｄとの比ｔ／Ｄが４％程度になるように設定することができる。
【００２５】
計算部３は、取得部１において取得された情報、および設定部２において設定された肉厚に基づき、ラインパイプの外径を算出するとともに、真円度を推定する。真円度の推定方法については、特に制限はない。例えば、Ｓ−ＬａｙまたはＪ−Ｌａｙを採用する場合には、曲げ変形などを受けないため、使用する鋼管の元々の真円度をそのまま有していると推定することができる。
【００２６】
一方、Ｒ−Ｌａｙを採用する場合には、真円度が変形によって劣化する。本発明者らがこれまでに行った検討により、曲げ変形を受けた鋼管の真円度は、曲げひずみに依存することを見出した。また、曲げひずみεｂｅｎｄは、鋼管の外径Ｄおよびリールドラムのドラム半径Ｒから下記（ｉ）式により求めることができる。したがって、Ｒ−Ｌａｙを採用する場合には、真円度は鋼管の外径Ｄおよびリールドラムのドラム半径Ｒに基づき推定する。
2018094612.tif 000003
【００２７】
判定部４は、設定部２において設定された肉厚でのラインパイプが、使用環境において圧潰するかどうかを判定する。判定は、予め導出された、肉厚と外径との比、真円度、および降伏応力から選択される１種以上と、予測圧潰強度との関係に基づき行われる。
【００２８】
具体的には、鋼管の予測圧潰強度ＰＣの推定式を用いて、圧潰するかどうかの判定を行うことができる。予測圧潰強度ＰＣの推定式については特に制限はない。圧潰強度に影響を及ぼす因子として、鋼管の外径Ｄ、肉厚ｔ、真円度ｕ、降伏応力ＹＳ、偏肉度ｅ、残留応力σＲ等が考えられる。本発明においては、その中でも、特に影響の大きい肉厚ｔと外径Ｄとの比ｔ／Ｄ、真円度ｕ、および降伏応力ＹＳから選択される１種以上を用いた推定式を用いる。
【００２９】
また、鋼管の予測圧潰強度ＰＣの推定式には、下記（ii）式に示すように、肉厚ｔと外径Ｄとの比ｔ／Ｄ、真円度ｕ、および降伏応力ＹＳの全てを用いることが好ましい。なお、Ｒ−Ｌａｙを採用する場合には、上述のように真円度ｕは、鋼管の外径Ｄおよびリールドラムのドラム半径Ｒに基づき推定することが可能であるため、下記（iii）式のように表わすことができる。
2018094612.tif 000004
2018094612.tif 000005
【００３０】
図２は、アメリカ石油協会（American Petroleum Institute）が定めるＡＰＩ規格で規定される鋼管グレードＸ６５に対し、ｔ／Ｄの値に応じた、予測圧潰強度ＰＣと真円度ｕとの関係の一例を上記（ii）式に基づいて導出したグラフである。設定された肉厚でのラインパイプの予測圧潰強度が使用環境での外圧より高ければ圧潰は生じず、低ければ圧潰すると判定することができる。なお、種々のグレードの鋼管に対しても、図２と同様の図を導出し、圧潰の判定に用いればよい。
【００３１】
決定部５は、判定部４での判定結果に基づき、ラインパイプの肉厚を決定する。すなわち、判定部において、設定部２で設定された肉厚が十分であり、圧潰が生じないと判定された場合には、当該肉厚を採用することとする。一方、設定された肉厚が不十分であり、圧潰すると判定された場合には、設定部２に対してより高い肉厚を設定するように指示する。上記の指示を受けた設定部２は、例えば、鋼管の肉厚ｔと外径Ｄとの比ｔ／Ｄが４％になるように肉厚の初期値が設定されていた場合には、４．５％または５％になるように再設定する。
【００３２】
次に、本発明の一実施形態に係る肉厚設計方法を、図３および４を用いて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る肉厚設計方法を示すフロー図である。なお、以降の説明においては、水深２０００ｍ（外圧２０ＭＰａ）の海底に、Ｒ−Ｌａｙ方式（リールドラムのドラム半径：８２３０ｍｍ）で内径３６０ｍｍのラインパイプを敷設する場合の肉厚設計方法を例に挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３３】
まず、前提として、図４に示すように、鋼管の降伏応力ＹＳおよびリールドラムのドラム半径Ｒを一定とした場合の、ｔ／Ｄの値に応じた、予測圧潰強度ＰＣと真円度ｕまたは外径Ｄとの関係を導出する。なお、図４は一例としてＡＰＩ規格が定める鋼管グレードＸ６５に対して導出したものであり、他のグレードの鋼管についても同様の図を導出することができる。
【００３４】
図３に示すように、肉厚設計装置１０において、取得部１が使用条件、ならびにラインパイプの内径、降伏応力、およびリールドラムのドラム半径に関する情報を取得する（ステップＡ１）。
【００３５】
次に、設定部２が肉厚を設定する（ステップＡ２）。本実施形態においては、鋼管の肉厚ｔと外径Ｄとの比ｔ／Ｄが４％になるように肉厚の初期値を設定する。内径が３６０ｍｍであることから、肉厚は１５．６５ｍｍとなる。
【００３６】
次に、計算部３は、ラインパイプの内径および肉厚に基づき、ラインパイプの外径を算出するとともに、ラインパイプの外径およびドラム半径から真円度を求める（ステップＡ３）。外径は３９１ｍｍとなる。
【００３７】
次に、判定部４は、以上の条件で圧潰が生じないか判定する（ステップＡ４）。判定は、予め導出された、肉厚と外径との比、真円度、および降伏応力と、予測圧潰強度との関係に基づき行われる。
【００３８】
図４は、鋼管の降伏応力ＹＳおよびリールドラムのドラム半径Ｒを一定とした場合の、ｔ／Ｄの値に応じた、予測圧潰強度ＰＣと真円度ｕまたは外径Ｄとの関係を上記（iii）式に基づいて導出したグラフである。上述のように、真円度ｕは、鋼管の外径Ｄおよびリールドラムのドラム半径Ｒに基づき推定することが可能であるため、ドラム半径Ｒが一定の場合、真円度ｕと鋼管の外径Ｄとは比例関係となる。
【００３９】
外径が３９１ｍｍでｔ／Ｄが４％の条件では、予測圧潰強度ＰＣは、図４の点Ａの位置となり、外圧２０ＭＰａ未満であるから、圧潰が生じると判定される。
【００４０】
設定された肉厚が不十分である場合（ステップＡ５でＮｏの場合）、決定部５は、設定部２に対してより高い肉厚を設定するように指示する。本実施形態においては、鋼管の肉厚ｔと外径Ｄとの比ｔ／Ｄが５％になるように肉厚を再設定する（ステップＡ２）。内径が３６０ｍｍであることから、肉厚は２０ｍｍとなる。
【００４１】
上記と同様に、計算部３は、ラインパイプの内径および肉厚に基づき、ラインパイプの外径を算出するとともに、ラインパイプの外径およびドラム半径から真円度を求める（ステップＡ３）。この時の外径は４００ｍｍとなる。
【００４２】
判定部４は再度、以上の条件で圧潰が生じないか判定する（ステップＡ４）。外径が４００ｍｍでｔ／Ｄが５％の条件では、予測圧潰強度ＰＣは、図４の点Ｂの位置となり、外圧２０ＭＰａ以上であるから、圧潰が生じないと判定される。
【００４３】
設定された肉厚が十分である場合（ステップＡ５でＹｅｓの場合）、決定部５は、当該肉厚を採用し、ラインパイプの肉厚を決定する（ステップＡ６）。
【００４４】
本実施形態においては、ｔ／Ｄの値が１％ずつ増加するように肉厚を再設定しているが、０．５％ずつ増加させてもよいし、肉厚が１ｍｍずつ増加するように設定してもよい。
【００４５】
本発明の一実施形態に係るプログラムは、コンピュータに、図３に示すステップＡ１〜Ａ６を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における肉厚設計装置１０を実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、取得部１、設定部２、計算部３、判定部４および決定部５として機能し、処理を行う。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明によれば、使用環境および敷設方式に応じたラインパイプの肉厚を設計することが可能となる。そして、過度の肉厚の増加を防止できるため、コストの上昇を抑制することが可能になる。
【符号の説明】
【００４７】
１  取得部
２  設定部
３  計算部
４  判定部
５  決定部
１０  肉厚設計装置
【図１】
2018094612.tif 000006
【図２】
2018094612.tif 000007
【図３】
2018094612.tif 000008
【図４】
2018094612.tif 000009