TCVN6475-4:2007

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6475-4:2007 về quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 4: Nguyên tắc thiết kế TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 6475-4: 2007 QUY PHẠM PHÂN CẤP VÀ GIÁM SÁT KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG BIỂN – PHẦN 4: NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ Rules for Classification and Technical Supervision of Subsea Pipeline Systems – Part 4: Design Philosophy 1. Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về phân cấp và giám sát kỹ thuật trong quá trình thiết kế, chế tạo và khai thác các hệ thống đường ống biển, kể cả các hệ thống đường ống đặt ở các cửa sông và vùng biển Việt Nam dùng để vận chuyển riêng lẻ hoặc hỗn hợp các chất hydrô cácbon ở trạng thái lỏng hoặc khí, như dầu thô, các sản phẩm của dầu, các loại khí. Tiêu chuẩn này đưa ra các quy định về các nguyên tắc thiết kế một hệ thống đường ống biển. 2. Tài liệu viện dẫn Trong tiêu chuẩn này, các tiêu chuẩn sau đây được viện dẫn: TCVN 6475-7: 2007 - Quy phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật hệ thống đường ống biển – Phần 7: Chỉ tiêu thiết kế; 3. Nguyên tắc an toàn 3.1. Quy định chung 3.1.1. Tính toàn vẹn của hệ thống đường ống được xây dựng theo tiêu chuẩn này phải được đảm bảo thông qua một nguyên lý an toàn tích hợp các phần khác nhau như được minh họa ở hình 3.1-1. Hình 3.1-1: Nguyên lý an toàn 3.2. Mục tiêu an toàn 3.2.1. Mục tiêu an toàn tổng thể phải được xây dựng, lập kế hoạch và thực hiện, bao hàm tất cả các giai đoạn từ xây dựng cơ sở lý thuyết ban đầu cho tới khi giải bản. 3.2.2. Mục tiêu an toàn của một hệ thống đường ống cụ thể cần phải nêu các vấn đề sau: Tác động đến môi trường phải được giảm tới mức hợp lý có thể; Không chấp nhận bất kỳ sự rò rỉ nào trong khi vận hành hệ thống đường ống; Không có tai nạn nghiêm trọng hoặc gây chết người nào trong giai đoạn xây dựng; Trong bất kỳ tình huống nào việc lắp đặt đường ống cũng không được ảnh hưởng đến thiết bị đánh cá; Lắp đặt và bảo dưỡng không cần thợ lặn… 3.2.3. Trong tiêu chuẩn này, xác suất hư hỏng kết cấu được phản ánh trong việc lựa chọn ba cấp an toàn (xem mục 3.4). Khi lựa chọn cấp an toàn, cần phải xem xét đến mục tiêu an toàn đã được thể hiện. 3.3. Xem xét có hệ thống 3.3.1. Tất cả các công việc liên quan đến thiết kế, xây dựng và vận hành của hệ thống đường ống phải đảm bảo được rằng không có bất kỳ một hư hỏng đơn lẻ nào dẫn đến các tình huống gây đe dọa đến tính mạng con người, hoặc hư hỏng không chấp nhận được đến các thiết bị và môi trường. 3.3.2. Cần tiến hành xem xét có hệ thống hoặc phân tích ở tất cả các giai đoạn để xác định và đánh giá hậu quả của các hư hỏng riêng lẻ và chuỗi các hư hỏng trong hệ thống đường ống để có thể tiến hành các biện pháp khắc phục cần thiết. Mức độ xem xét có hệ thống hoặc phân tích phải phản ánh được mức độ nguy hiểm của hệ thống đường ống, mức độ nguy hiểm trong vận hành, và kinh nghiệm trước đó với các hệ thống hoặc hoạt động tương tự. 3.3.3. Phương pháp luận dùng cho việc xem xét có hệ thống là một phân tích nguy cơ định lượng (QRA). Phương pháp này có thể đưa ra ước tính về nguy cơ tổng thể đối với an toàn và sức khỏe con người, môi trường và tài sản và bao gồm: Nhận dạng hiểm họa; Đánh giá các xác suất xảy ra của các hiện tượng hư hỏng; Phân tích tai nạn; Hậu quả và đánh giá rủi ro. 3.3.4. Cần chú ý đặc biệt đến các phần gần các công trình khác hoặc nơi cập bờ là nơi có hoạt động thường xuyên của con người và vì vậy khả năng xảy ra và hậu quả của các hư hỏng đối với hệ thống đường ống sẽ lớn hơn. Điều này cũng bao gồm các khu vực nơi đường ống được lắp đặt song song với đường ống hiện có và các vị trí giao nhau của đường ống. 3.4. Phương pháp xác định cấp an toàn 3.4.1. Trong tiêu chuẩn này, an toàn kết cấu của hệ thống đường ống được đảm bảo qua việc sử dụng một phương pháp xác định cấp an toàn. Hệ thống đường ống được phân thành một hoặc nhiều cấp an toàn dựa trên các hậu quả của hư hỏng (thường được ấn định bởi nội dung và vị trí của hư hỏng). Với mỗi cấp an toàn, một tập hợp các hệ số an toàn riêng phần được ấn định cho mỗi trạng thái giới hạn. 3.5. Đảm bảo chất lượng 3.5.1. Định dạng an toàn trong khuôn khổ tiêu chuẩn này đòi hỏi các lỗi sơ đẳng (lỗi do con người) phải được kiểm soát bởi các yêu cầu đối với việc tổ chức công việc, khả năng của người thực hiện công việc, kiểm tra thiết kế, và đảm bảo chất lượng trong tất cả các giai đoạn liên quan. 3.5.2. Chủ đường ống phải xây dựng mục tiêu chất lượng. Chủ đường ống phải, về các khía cạnh liên quan đến chất lượng cả ở bên trong và bên ngoài, tìm cách đạt được mức chất lượng của sản phẩm và dịch vụ dự định trong mục tiêu chất lượng. Hơn nữa, chủ đường ống phải đảm bảo được rằng chất lượng dự định đang, hoặc sẽ đạt được. 4. Lựa chọn phương pháp thiết kế 4.1. Quy định chung 4.1.1. Lựa chọn phương pháp thiết kế trong tiêu chuẩn này dựa trên trạng thái giới hạn và phương pháp hệ số an toàn riêng phần, còn gọi là định dạng thiết kế theo hệ số tải trọng và sức bền (LRFD). 4.2. Phân loại sản phẩm chất lỏng dẫn trong đường ống 4.2.1. Các chất lỏng được vận chuyển bởi hệ thống đường ống phải được phân loại theo nguy cơ hiểm họa của chúng được quy định tại bảng 4.2-1. Bảng 4.2-1: Phân loại chất lỏng Loại Mô tả A Chất lỏng có chất nền là nước không cháy điển hình B Các chất cháy và/hoặc độc ở dạng lỏng tại các điều kiện nhiệt độ môi trường và áp suất khí quyển thông thường. Các ví dụ điển hình là các sản phẩm dầu mỏ. Methanol là một ví dụ về chất lỏng cháy và độc. C Các chất không cháy ở dạng khí không độc tại các điều kiện nhiệt độ môi trường và áp suất khí quyển thông thường. Ví dụ điển hình là nitơ, điôxit cacbon, acgôn và không khí. D Các khí tự nhiên một pha, không độc hại. E Các dung dịch cháy được và/ hoặc độc hại ở dạng khí tại các điều kiện nhiệt độ môi trường và áp suất khí quyển thông thường và được vận chuyển dưới dạng khí và/hoặc lỏng. Ví dụ điển hình là hyđrô, khí tự nhiên (ngoài loại được nêu ở loại D), êthan, êtylen, khí hóa lỏng (như propan và butan), chất lỏng khí tự nhiên, amoniac, và chlorine. 4.2.2. Các chất khí hoặc chất lỏng không được nhận diện ở bảng 4.2-1 phải được phân loại là loại chứa các chất gần giống nhất về nguy cơ hiểm họa đối với các chất được nêu. Nếu loại chất lỏng không rõ ràng, chất lỏng đó sẽ được xếp loại là loại có hiểm họa lớn nhất. 4.3. Cấp vị trí 4.3.1. Hệ thống đường ống sẽ được phân thành các cấp vị trí như quy định tại bảng 4.3-1. Bảng 4.3-1 Cấp vị trí Vị trí Định nghĩa 1 Khu vực không có các hoạt động thường xuyên của con người dọc theo tuyến đường ống. 2 Phần đường ống/ống đứng gần khu vực có giàn (có người) hoặc ở những khu vực có hoạt động thường xuyên của con người. Phạm vi của cấp vị trí 2 phải được xác định dựa trên kết quả phân tích rủi ro thích hợp. Nếu không phân tích nào như vậy được thực hiện, phạm vi của cấp vị trí 2 được lấy tối thiểu cách giàn 500 m. 4.4. Các cấp an toàn 4.4.1. Thiết kế đường ống phải được dựa trên hậu quả hư hỏng tiềm tàng. Trong tiêu chuẩn này, điều này được thể hiện bởi các cấp an toàn. Cấp an toàn có thể khác nhau tại các giai đoạn và vị trí khác nhau. Các cấp an toàn được quy định tại bảng 4.4-1. Bảng 4.4-1: Phân loại cấp an toàn Cấp an toàn Định nghĩa Thấp Khi hư hỏng mang tính rủi ro thấp về việc gây thương tật cho con người và gây ra hậu quả nhỏ đến môi trường và kinh tế. Cấp an toàn thấp thường được phân loại cho giai đoạn lắp đặt. Vừa Đối với các điều kiện tạm thời khi hư hỏng mang tính rủi ro về việc gây thương tật cho con người, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Cấp an toàn vừa thường được phân loại cho việc vận hành bên ngoài khu vực giàn. Cao Đối với các điều kiện vận hành khi hư hỏng mang tính rủi ro cao về việc gây thương tật cho con người, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Cấp an toàn cao thường được phân loại trong khi vận hành tại cấp vị trí 2. 4.4.2. Các hệ số an toàn riêng phần liên quan đến cấp an toàn được quy định ở TCVN 6475 – 7: 2007 mục 5.2. 4.4.3. Thông thường, các cấp an toàn quy định tại bảng 4.4-2 được áp dụng. Bảng 4.4-2: Phân loại thông thường của cấp an toàn Giai đoạn Loại chất lỏng A, C Loại chất lỏng B, D, E Cấp vị trí Cấp vị trí 1 2 1 2 Tạm thời 1,2 Thấp Thấp Thấp Thấp Vận hành Thấp Vừa 3 Vừa Cao Ghi chú: Các giai đoạn tạm thời từ lắp đặt đến chuẩn bị chạy thử thông thường được phân là cấp an toàn thấp. Đối với việc phân loại cấp an toàn ở các giai đoạn tạm thời sau khi chạy thử, cần tiến hành xem xét cẩn thận các hậu quả của hư hỏng, có nghĩa là các giai đoạn này mang cấp an toàn vừa. Các ống đứng trong điệu kiện vận hành bình thường sẽ được phân loại là cấp an toàn Cao. 4.5. Phương pháp hệ số an toàn riêng phần 4.5.1. Nguyên lý cơ bản của phương pháp thiết kế với hệ số an toàn riêng phần là kiểm tra các tải trọng thiết kế bao hàm hệ số không vượt quá sức bền thiết kế bao hàm hệ số đối với bất kỳ dạng hư hỏng nào được xét đến. Hiệu ứng tải trọng thiết kế bao hàm hệ số được xác định bằng cách nhân hiệu ứng tải trọng đặc trưng với hệ số hiệu ứng tải trọng. Sức bền bao hàm hệ số được xác định bằng cách chia sức bền đặc trưng cho hệ số sức bền. 4.5.2. Mức an toàn được xem là thỏa mãn nếu hiệu ứng tải trọng thiết kế ( L d ) không vượt quá sức bền thiết kế ( R d ): L d (L F , L E , L A , g F , g A , g C ) £ R d [R K (f K ), g SC , g m ] (4.5-1) trong đó: L d - hiệu ứng tải trọng thiết kế; L F – tải trọng chức năng; L E – tải trọng môi trường; L A – tải trọng sự cố; g F - Hệ số hiệu ứng tải trọng đối với tải trọng chức năng; g A - Hệ số hiệu ứng tải trọng đối với tải trọng sự cố; g C - Hệ số hiệu ứng điều kiện tải trọng; R d - sức bền thiết kế; R k – véc tơ độ bền; f k – cường độ đặc trưng của vật liệu; g SC - Hệ số sức bền theo các cấp an toàn g m - Hệ số sức bền của vật liệu. 4.5.3. Hiệu ứng tải trọng thiết kế được dựa trên, hoặc là một hàm của các hiệu ứng tải trọng bao hàm hệ số được điều chỉnh bằng hệ số hiệu ứng tải trọng trong điều kiện cụ thể, g C , một cách thích hợp. Các hiệu ứng tải trọng bao hàm hệ số được tổ hợp theo hàm trạng thái giới hạn của dạng hư hỏng cụ thể. 4.5.4. Các hệ số hiệu ứng tải trọng, các hệ số sức bền của cấp an toàn và các hệ số sức bền vật liệu liên quan đến các trạng thái giới hạn được nêu trong tiêu chuẩn này phải được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng phương pháp về độ tin cậy đối với các cấp an toàn khác nhau. 4.5.5. Các tổ hợp tải trọng và các hệ số hiệu ứng tải trọng tương ứng được quy định tại TCVN 6475 – 7: 2007 mục 5.3. Các trạng thái giới hạn và các hệ số sức bền tương ứng được quy định tại TCVN 6475 – 7: 2007 mục 5.2. 4.6. Đánh giá độ tin cậy 4.6.1. Một lựa chọn khác với phương pháp thiết kế LRFD đã được quy định và sử dụng trong tiêu chuẩn này là phương pháp thiết kế dựa vào đánh giá độ tin cậy theo một phương pháp đã được công nhận. Phương pháp thiết kế này có thể áp dụng với điều kiện: Nó được sử dụng để hiệu chuẩn các trạng thái giới hạn hiện hữu nằm ngoài phạm vi tiêu chuẩn này. Cách tiếp cận của thiết kế đã được chứng minh là đủ an toàn cho các trường hợp giống như các quy định của tiêu chuẩn này. 4.6.2. Nếu có thể, các mức của độ tin cậy phải được định chuẩn lại với các thiết kế đường ống tương tự hoặc giống hệt mà đã được biết là có tính an toàn đầy đủ dựa trên cơ sở các yêu cầu của tiêu chuẩn này. Nếu điều này là không khả thi, mức an toàn mục tiêu phải dựa trên dạng hư hỏng và cấp an toàn như quy định ở bảng 4.6-1. Bảng 4.6-1: Xác suất hư hỏng chấp nhận đối với các cấp an toàn Trạng thái giới hạn Cơ sở xác suất Cấp an toàn Thấp Vừa Cao SLS Hàng năm cho đường ống (1) 10 -2 10 -3 10 -3 ULS Hàng năm cho đường ống (1) 10 -3 10 -4 10 -5 FLS Hàng năm cho đường ống (2) ALS Hàng năm cho đường ống (3) Ghi chú: 1) hoặc khoảng thời gian của giai đoạn tạm thời; 2) xác xuất hư hỏng sẽ được điều chỉnh một cách hợp lý trong năm vận hành cuối cùng hoặc trước khi kiểm tra phụ thuộc vào nguyên tắc kiểm tra được áp dụng; 3) tham khảo xác xuất tổng thể cho phép của các hậu quả nghiêm trọng.