Подводные переходы газопроводов

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 8Следующая ⇒

Подводные трубопроводы сооружают при пересечении рек, водохранилищ, озер, морских акваторий. К подводным относятся и трубопроводы, прокладываемые в болотах, сложенных слабонесущими грунтами, не допускающими прохождения по ним обычной техники. Границы подводного перехода определяются уровнем воды в водоёме 10% обеспеченности.

Подводные трубопроводы, полностью пересекающие водную преграду в составе трубопроводов, называют переходами трубопроводов через соответствующую водную преграду.

Рис. 6.3. Схема подводного перехода

Все подводные трубопроводы классифицируются следующим образом:

1. По глубине погружения Н

ü особо глубоководные Н > 400 м;

ü глубоководные 40 < H £ 400 м;

ü средней глубины 10 < H £ 40 м;

ü мелководные Н £ 10 м.

2. По внутреннему давлению

ü высокого давления Р ³ 12 кг/см²;

ü низкого давления Р £ 12 кг/см²;

ü самотечные.

3. По виду транспортируемого продукта

4. По виду укладки на дне водоёма

ü по дну без заглубления;

ü по дну с заглублением;

ü по дну с заглублением с грунтовым или каменным;

ü выше дна с закреплением на опорах или поплавках.

5. По числу параллельно проложенных труб

6. По характеру воздействия перекачиваемого продукта на окружающую среду

ü катастрофическое;

ü особо неблагоприятное;

ü неблагоприятное;

ü нейтральное.

По конструкции подводные трубопроводы подразделяют на заглубленные трубопроводы (укладываются ниже дна), незаглубленные (на дне) и погруженные (выше дна). Наиболее распространенной является укладка труб по заглубленной схеме, позволяющей надёжно защитить их от внешних силовых воздействий.

Створы переходов через реки надлежит выбирать на прямолинейных устойчивых плесовых участках с пологими неразмываемыми берегами при минимальной ширине заливной поймы.

Надёжная работа подводных переходов в течение расчётного срока их эксплуатации обеспечиваются выбором обоснованного решения о заглублении трубопровода в русловой части и на береговых её участках, а также соответствующих конструктивных решений.

В настоящее время для оценки возможных деформаций русла рек и берегов рек в створах трубопроводов применяют гидролого-морфологическую теорию руслового процесса. Результаты обследования большого числа нефте- и газопроводов показали, что всё многообразие размывов трубопроводов, встречающихся на практике, можно отнести к следующим типам: размывы в средней части русла и размывы прирезных и береговых участков. На разных участках рек эти размывы происходят по разным причинам, которые изучает наука гидрология.

Подводный переход, как правило, представляет в плане двухтрубную систему. При меженном уровне воды 75 м и более пересечение водной преграды по СНиП 2.05.06-85 рекомендуется осуществлять с обязательной укладкой резервной нитки трубопровода. Иногда допускается, при соответствующем обосновании, укладка однониточного перехода.

Подводный трубопровод заглубляется в грунт ниже возможной границы размыва дна реки и её берегов. В этом случае не производится крепление дна, берега же реки обычно закрепляются. Если же трубопровод не может быть уложен ниже границ размыва, то участки, на которых возможен размыв, крепятся в обязательном порядке. В пределах длины подводного перехода желательно укладывать трубопроводы без кривых вставок, т.к. это усложняет условия строительства.

Иногда с целью повышения надёжности трубопроводов над ними делают каменную отсыпку или укладывают железобетонные плиты, которые предохраняют трубы от механического повреждения. Подводные газопроводы обычно изолируют, покрывают футеровкой и навешивают пригруза.

Все работы по сооружению подводных переходов подразделяются на подготовительные и основные.

К подготовительным работам относятся: геодезические и гидрометрические работы, связанные с промерами глубин в створе перехода и определением скоростей потока, планового положения траншей; подготовка спускных дорожек; футеровка и балластировка трубопровода и т.д. Трубопроводы, подготовленные к укладке под воду, размещают обычно на берегу на специальных спусковых дорожках, которые служат для спуска трубопровода с берега в подводную траншею. Выбор типа дорожки зависит от вида грунта и веса трубопровода. Трубопроводы футеруют деревянными рейками для предохранения изоляции от повреждений при укладке. Балластировка трубопровода производится при его положительной плавучести в заполненном продуктом состоянии. Балластировку выполняют чугунными и железобетонными отдельными грузами и в виде сплошных покрытий бетоном или асфальтобетоном.

Трубопровод, расположенный в подводной траншее, подвергается воздействию различных нагрузок. Под устойчивым состоянием подводного трубопровода понимается такое состояние, при котором он будет находиться в покое при самой неблагоприятной комбинации силовых воздействий, стремящихся вывести его из устойчивого положения. Такими силами и воздействиями являются: выталкивающее усилие, определяемое по закону Архимеда, горизонтальная и вертикальная составляющие гидродинамического воздействия потока, силы упругости трубопровода, сжимающее или растягивающее продольное усилие, возникающее при протаскивании трубопровода или воздействие изменения его температурного режима и внутреннего давления. Условие устойчивости не засыпанного грунтом трубопровода на сдвиг записывается в виде:

, (6.37)

где Р_х – горизонтальная составляющая силового воздействия потока;

k_ус – коэффициент устойчивости на сдвиг, принимаемый равным 1, 15; Б – вес балласта в воде; Q – вес единицы длины трубы с учётом изоляции, футеровки и продукта, заполняющего трубу; k_ув – коэффициент устойчивости на всплытие, принимаемый равным 1, 1; А – выталкивающая Архимедова сила; Р_у – вертикальная составляющая силового воздействия потока; q_и – сила, возникающая вследствие упругого изгиба трубопровода по заданной кривой; q_н – сила, обусловленная наличием продольной растягивающей силы в искривленном трубопроводе при его протаскивании по дну траншеи; f_тр – коэффициент трения трубопровода о грунт, принимаемый равным .

Вес балласта на единицу длины трубопровода может быть установлен по выше приведенной формуле. Основные расчётные случаи:

1. Трубопровод прямолинейный, течение отсутствует

. (6.38)

2. Трубопровод прямолинейный при наличии течения

. (6.39)

3. Трубопровод искривлен по профилю перехода, течение отсутствует

. (6.40)

4. Трубопровод искривлен по профилю перехода при наличии течения

. (6.41)

5. Общий случай (при протаскивании)

. (6.42)

Если Б окажется отрицательным, то балластировка не требуется, при положительной Б трубопровод нужно балластировать.

В этих формулах сила q_и определяется по формуле:

, (6.43)

где EJ – жесткость трубы; f – стрелка прогиба искривленного участка трубопровода; l_кр – длина криволинейного участка подводного перехода.

Сумма сил определится следующим образом:

, (6.44)

где Т_р – расчётное тяговое усилие при протаскивании трубопровода (определяется методом последовательного приближения).

При строительстве подводных переходов выполняют значительный объём земляных работ, связанных с устройством траншей. Эти работы ведутся с помощью специальных землеройных машин. Береговые траншеи разрабатывают с помощью одноковшовых экскаваторов, оборудованных обратной лопатой. Русловая часть перехода разрабатывается земснарядами. Время окончания земляных работ должно, как правило, совпадать с временем окончания подготовки трубопровода к укладке в подводную траншею, чтобы не произошло заиливание траншей.

При глубине водоёмов не более 2¸ 3 м и незначительной их ширине (до 200 м) для устройства траншеи в русловой части можно использовать экскаватор, установленный на барже или понтоне соответствующей грузоподъёмности. Широко распространена на практике разработка подводных траншей канатно-скреперными установками.

Ширину подводных траншей по дну следует назначать с учётом режима водной преграды, методов разработки траншеи, необходимости водолазного обследования, способа укладки трубопровода. Крутизну откосов подводных траншей следует назначать в соответствии с требованиями СНиП III-42-80.

Подготовленный к укладке в подводную траншею переход представляет отрезок или несколько отрезков трубопровода, общая длина которых на несколько десятков метров превышает ширину водной преграды между урезами воды. Сваренный в нитку, заизолированный и футерованный, утяжеленный грузами и оснащенный необходимыми приспособлениями трубопровод устанавливают в исходном перед укладкой положении. Операция по укладке является основной, завершающей большой объём подготовительных работ. Существует много способов и схем укладки трубопроводов в подводные траншеи. Все они могут быть разбиты на три способа: протаскивание по дну, погружение с поверхности воды трубопровода полной длины и погружение последовательным наращиванием секций трубопровода.

При первом способе трубопровод протаскивают по дну подводной траншеи с одного берега к другому с помощью троса, заранее проложенного в траншею. Этот способ позволяет выполнять укладку трубопровода, не создавая помех судоходству. Газопроводы укладывают протаскиванием обычно с одновременной заливкой внутрь него воды, чтобы трубопровод не всплыл при протаскивании, т.к. в незаполненном состоянии он обладает положительной плавучестью.

Для протаскивания трубопровода требуется обеспечить необходимое тяговое усилие. Расчётное тяговое усилие определяется из условия:

, (6.45)

где m – коэффициент условия работы тяговых средств, принимаемый 1, 1 при протаскивании лебедкой и 1, 2 – при протаскивании тягачами; Т_п – предельное сопротивление трубопровода на сдвиг.

Предельное сопротивление при строгании трубопровода с места будет самым большим и определяется в общем случае из условия:

, (6.46)

где q_i – вес единицы длины снаряженного трубопровода; j_р – расчётный угол внутреннего трения грунта; i – длина части окружности трубы, врезающейся в грунт; l_тр – длина протаскиваемого трубопровода; Е_пас – пассивный отпор грунта врезающимися в него неровностями на поверхности трубы. Если протаскивается трубопровод с гладкой поверхностью, то Е_пас = 0.

Суть способа укладки с поверхности воды заключается в следующем. Полностью подготовленный к укладке трубопровод устанавливают на плаву над подготовленной заранее траншеей, а затем погружают на её дно путем заполнения водой.

Метод погружения трубопровода с поверхности воды последовательным наращиванием секций трубопровода применяется при переходах водных преград большой протяженности. В этом случае укладка трубопровода производится с помощью специального трубоукладочного судна, которое закрепляется на якорях.

Известны специальные способы прокладки магистральных трубопроводов через водные преграды:

· постепенного заглубления – обетонированный трубопровод укладывают на спланированное дно водоёма, сложенное рыхлыми породами; по трубопроводу несколько раз проходит (вперед-назад) самоходный трубозаглубитель гидравлического, механического или гидромеханического типа, послойно удаляя из под него грунт; трубопровод под действием собственного веса погружается на дно водоёма (на проектную отметку); после этого он обследуется водолазами и засыпается;

· направленного бурения – с одного берега водоёма на другой методом направленного бурения под дном прокладывается труба-кожух, в которую протаскивается рабочая труба; межтрубное пространство заполняется цементным раствором или другим материалом.

Надземные трубопроводы

Надземная схема прокладки составляет лишь незначительную долю в общем объёме трубопроводного строительства.

Надземная прокладка трубопроводов или их отдельных участков допускается в пустынных и горных районах, болотистых местностях, районах распространения вечномерзлых грунтов, на неустойчивых грунтах, а также на переходах через естественные и искусственные препятствия: овраги, реки, имеющие неустойчивое русло; реки с крутыми берегами; каналы и т.д.

В трубопроводном строительстве применяются следующие основные конструктивные схемы надземных трубопроводов:

· балочные схемы, не содержащие специальных устройств для компенсации продольных удлинений трубы;

· балочные схемы, включающие различные конструктивные элементы, позволяющие компенсировать удлинения труб при изменении их температуры и внутреннего давления;

· подвесные схемы – трубопровод подвешивается к специальным несущим канатам, закрепляемым на высоких опорах;

· арочная схема – трубопровод сооружается по схеме неразрезной арки;

· схема самонесущего трубопровода – трубопровод подвешивается к опорным устройствам, и материал труб воспринимает нагрузку от веса трубопровода и транспортируемого продукта;

Технологическая схема строительства трубопроводов балочного типа на болотах включает следующие элементы работ:

ü устраивают опоры под трубопровод и компенсаторы;

ü монтируют трубопровод вдоль свайных опор;

ü укладывают трубопровод на опоры участками или сразу на полную длину;

ü замыкают монтажные стыки при температуре, указанной в проекте;

ü закрепляют трубопровод на опорах.

Надземный трубопровод на участках большой протяженности может быть уложен или в виде упругоискривленной кривой (рис. 6.4) или в виде зигзагообразной схемы (рис. 6.5).

Порядок выполнения работ при строительстве упругоискривленного трубопровода следующий:

1. На проектном расстоянии устанавливают шарнирные опоры, между которыми располагают скользящие опоры.

2. Плети длиной 500¸ 1000 м укладывают рядом с опорами.

3. трубопровод поднимают и укладывают на опоры трубоукладчиками.

4. Сначала закрепляют конец трубопровода в точке 0, затем трубопровод устанавливают в проектное положение на первом пролёте и временно закрепляют с помощью приспособлений на скользящих опорах 1, 2, 3 и 4.

5. Трубопровод закрепляют на шарнирной опоре 5 и освобождают от закрепления на опорах 1, 2, 3 и 4.

Аналогичным образом производится укладка трубопровода на других участках.

Компенсация искривлений в упругоискривленном трубопроводе достигается за счёт изменения начального положения трубопровода, уложенного в виде синусоиды на опорах. Шарнирные опоры не дают трубам перемещаться как в продольном, так и в поперечном направлениях, чем и достигается эффект компенсации.

Компенсация удлинений осуществляется за счёт изменения положения в плане начального положения трубопровода I. Если участок удлиняется, то трубопровод займет положение II, если укоротится – положение III. При этом трубопровод будет перемещаться по подвижным опорам 1¸ 7 и поворачиваться на шарнирных опорах НО, которые не дают трубе передвигаться в продольном направлении.

Изменение длины участка L на любой из рассмотренных схем от Dt и Р можно определить по формуле:

, (6.47)

при Dt > 0 – знак «+», при Dt < 0 – знак «-».

Чтобы определить напряженное состояние многопролетного надземного трубопровода, достаточно выяснить напряженное состояние одного пролёта, ибо все пролёты находятся в одинаковых статических условиях. Напряженное состояние труб изменяется от начального, возникающего в незаполненном трубопроводе в период монтажа, до эксплутационного.

В начальный момент, когда трубопровод смонтирован и не заполнен продуктом, его температура равна t₀, а интенсивность вертикальной распределенной нагрузки q₀ соответствует весу единицы длины пустого изолированного трубопровода.

В период эксплуатации трубопровод заполнен продуктом и на него могут действовать снеговая и ледовая нагрузки и тогда интенсивность вертикальной распределенной нагрузки будет равна:

, (6.48)

где q₀– вес 1 м трубы, q_п – вес продукта, приходящийся на 1 м трубы; q_доп – нагрузка от снега и льда на 1 м длины трубопровода.

Для начального состояния трубопровода изгибающие моменты в опорных сечениях и прогиб в сечении х = l/2:

; . (6.49)

При эксплуатации изгибающие моменты в опорных сечениях:

, (6.50)

где Р – осевое продольное усилие, возникающее от действия давления и температуры; f_д – действительный прогиб трубопровода от действия всех нагрузок.

Суммарные напряжения в трубопроводе при его эксплуатации определяются по формуле:

, (6.51)

где F – площадь поперечного сечения металла трубы.

Полученное значение сравнивают с допускаемым значением напряжения в соответствии со СНиП 2.05.06-85:

, (6.52)

где – коэффициент двухосного напряженного состояния;

, (6.53)

– второе расчётное сопротивление

, (6.54)

m – коэффициент условия работы трубопровода; k₂, k_н – соответственно, коэффициенты надежности по материалу трубы и по назначению трубопровода, принимаемые в соответствии со СНиП 2.05.06-85.

При известной полной расчетной нагрузке q_эиз условия недопустимости пластических деформаций определяется допускаемая длина l одного пролёта многопролетного балочного перехода:

. (6.55)

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 Следующая ⇒