Методы пересечения искусственных и естественных препятствий трубопроводами
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Дальневосточный
Федеральный университет
Кафедра
нефтегазового дела и нефтехимии
РЕФЕРАТ
по
дисциплине «Основы нефтегазового дела»
на
тему:
«Методы
пересечения искусственных и естественных препятствий трубопроводами»
Выполнил: Воронов
Д.С. Б3103Б
Проверил: Гульков
А.Н.
Владивосток
г
Содержание
Аннотация
Особенности
сооружения переходов магистральных трубопроводов через естественные и
искусственные препятствия
Воздушные
переходы
Переходы
под железными и автомобильными дорогами
Подводные
переходы
Вывод
Литература
Анотация
Данный реферат содержит информацию о современных
методах пересечения трубопроводами препятствий, особенности и недостатки
каждого способа. Рассказывает о видах надземных воздушных переходов, о трёх
способах прокладывания магистрального трубопровода через железные и
автомобильные дороги. Также особенности прокладки трубопровода через водные
преграды.
переход магистральный трубопровод
прокладывание
Особенности сооружения переходов магистральных
трубопроводов через естественные и искусственные препятствия
Магистральные трубопроводы (МТ), являясь
линейно-протяженными сооружениями, пересекают на своем пути, как правило,
большое число естественных и искусственных препятствий.
К естественным относятся препятствия,
сформировавшиеся на земной поверхности без участия человека (реки, озера,
болота, овраги и т.п.). Под искусственными понимают препятствия, появившиеся в
результате деятельности человека (железные и автомобильные дороги, каналы,
водохранилища и т.п.).
Участки линейной части МТ на пересечениях
препятствий называются переходами.
Преодолеть данные препятствия можно по воздуху
(воздушные переходы), под землей (переходы под железными и автомобильными
дорогами) и под водой (подводные переходы).
Переходы через водные преграды, овраги, железные
и автомобильные дороги и другие инженерные коммуникации, которые не могут быть
выполнены по ходу работы передвижными механизированными колоннами или
комплексами поточным методом, должны быть закончены строительством ко времени
подхода этих колонн.
Существует много методов прокладки трубопроводов
через естественные и искусственные препятствия и конструкций таких переходов.
Выбор метода (или конструкции) в каждом конкретном случае должен основываться
на рассмотрении совокупности условий прохождения и требований к переходу -
технических, экономических, экологических и др.
Наиболее часто встречаемыми на трассах являются
переходы МТ через водные преграды, которые по способу прокладки подразделяются
на подводные и надводные (воздушные).
Воздушные переходы
Надземные воздушные переходы подразделяются на:
• балочные;
• подвесные (вантовые);
• арочные.
Воздушные переходы устраиваются при пересечении
трубопроводом нешироких болот, оврагов, рек, каналов, участков, под дневной
поверхностью которых ведется выемка породы, полезных ископаемых и т.д.
К воздушным (надводным) переходам относится
участок линейной части трубопровода, проложенный надземно, с использованием
опорных сооружений, через водные преграды шириной 10 м и более.
На основании обобщения научных публикаций может
быть предложена следующая классификация надземных трубопроводных переходов.
Рисунок 1 - Классификация надземных трубопровод
переходов по конструктивным признакам
В границы воздушного (надводного) перехода
магистрального трубопровода через водную преграду входят надземная часть и
участки подземного трубопровода длиной по 50 м от мест выхода трубопровода из
земли.
Принципиальные схемы воздушных переходов через
естественные и искусственные препятствия приведены на рис. 2.
Однопролетный балочный переход (рис. 2 а) -
переход, сооружаемый без дополнительных мероприятий, и пролёт ограничивается
опиранием на береговые опоры или береговой грунт.
Арочный переход (рис. 2 б) трубопровода не имеет
промежуточных опор и способен к некоторой компенсации температурных деформаций
труб.
Многопролетный балочный переход (рис. 2 в)
сооружают при пересечении относительно широких препятствий, дно которых сложено
из устойчивых горных пород. Включение в схему П-, Г- или Z-образных
компенсаторов позволяет избегать разрушений при удлинениях труб.
Трапецеидальный переход (рис. 2 г) отличается от
арочного способностью компенсировать удлинения труб в большей степени.
При переходе в виде самонесущей провисающей нити
(рис. 2 ж) трубопровод подвешивается к опорным устройствам и материал труб
воспринимает нагрузку от собственной массы и массы перекачиваемого продукта.
Самонесущие висячие трубопроводы применяются при
строительстве газопроводов диаметром до 100 мм.
В зависимости от условий строительства все виды
воздушных переходов объединяются в три группы: балочные, подвесные и
самонесущие.
Балочные переходы, как правило, бывают
многопролетными т.е. с несколькими промежуточными опорами. Опоры могут быть
неподвижными, шарнирными или скользящими. Шарнирные опоры отличаются от
неподвижных возможностью поворота в плане вокруг неподвижной оси. Подвижная
опора допускает перемещение трубопровода в направлении его продольной оси.
- трубопровод; 2 - опора; 3 - пилон; 4 - якорь;
5 - несущий трос
Рисунок 2 - Надземные схемы переходов через
естественные и искусственные препятствия
а) однопролетный балочный переход;
б) арочный переход;
в) многопролетный балочный переход с
компенсатором;
г) трапецеидальный переход;
д) вантовый переход;
е) висячий переход;
ж) переход в виде самонесущей провисающей нити.
Сооружение балочных переходов производится в
следующей последовательности:
устраивают опоры под трубопроводы и
компенсаторы;
монтируют трубопровод на специальной площадке
частично или полностью;
укладывают трубопровод на опоры участками или
сразу на полную длину;
замыкают стыки и производят окраску наружной
поверхности антикоррозионными покрытиями.
Подвесные (вантовые, висячие) переходы
отличаются от балочных тем, что роль промежуточных опор выполняют канаты,
удерживающие трубопровод от провисания. Для крепления несущего троса служат
пилоны и якоря (анкерные опоры). Пилоном называют опору, к которой подвешивается
несущий трос. Высота пилона должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить
необходимый прогиб каната, а также запас высоты для прохода судов под
трубопроводом. Нижняя массивная часть пилона из бетона или бутобетона опирается
на грунт, играя роль фундамента, а верхняя легкая играет роль мачты. Якорями
называют опоры, служащие для крепления концов несущего троса.
При сооружении подвесных переходов первой
операцией является сооружение опор (нижней части пилонов и якорей).
Одновременно монтируется верхняя часть пилонов. Монтаж верхней части пилонов к
опорам осуществляется после их подъема с помощью трубоукладчиков, автокранов и
т.п. После этого между пилонами натягивается несущий трос с подвесками. Далее с
помощью полиспастов, закрепленных на несущем тросе на предельно возможных
расстояниях по условиям прочности трубопровода, его поднимают на уровень
подвесок и закрепляют их.
В самонесущих (арочных, трапецеидальных, в виде
провисающей нити) переходах нагрузку трубопровод воспринимает на себя. При
монтаже арок сначала на специальном станке гнут необходимое число труб в
соответствии с ее расчетной кривизной. Затем на монтажной площадке сваривают
арку на полную длину, а также собирают на ней все элементы оснастки. Далее
подготовленную к установке арку испытывают внутренним давлением, наносят на нее
антикоррозионное покрытие, после чего перетаскивают через препятствие.
Заканчиваются работы подъемом арки и ее закреплением на опорах.
Переходы под железными и автомобильными дорогами
При пересечении железных дорог и автодорог
I...III категории (свыше 1000 автомобилей в сутки) нарушение насыпи и
образование даже минимальных просадок ее поверхности не допускается. Поэтому
сооружение подземных переходов под ними производится бестраншейным методом,
т.е. без устройства открытой траншеи.
На переходах газопроводов межтрубное
пространство в кожухе сообщается с атмосферой посредством вытяжной свечи
диаметром 100...150 мм и высотой не менее 5 м.
На переходах нефте- и нефтепродуктопроводов
вытяжные свечи не устраивают. Кожух укладывают с уклоном не менее 0,002 с тем,
чтобы при аварийном разрыве трубопровода нефть (нефтепродукты) стекала в
специальный сборный колодец.
Технология работ по бестраншейной прокладке
переходов включает следующие основные этапы:
подготовительные работы;
прокладку кожуха под полотном дороги;
прокладку трубопровода внутри кожуха;
устройство вытяжной свечи или сборного колодца.
В ходе подготовительных работ по обе стороны
дороги устраиваются котлованы: рабочий и приемный. Рабочий котлован имеет
размеры, позволяющие установить в нем все необходимые машины и механизмы и
выполнять работы, связанные с укладкой кожуха. Размеры приемного котлована
должны быть такими, чтобы в нем можно было выполнить необходимые работы по
присоединению дополнительных труб перехода.
Прокладка кожуха под полотном дороги может быть
выполнена различными способами: прокалыванием, продавливанием и горизонтальным
бурением.
Способ прокалывания заключается в том, что
лобовую часть кожуха оснащают специальным заостренным наконечником с диаметром
на 30-40 мм больше диаметра кожуха, а на заднюю часть создают давление
домкратами, упирающимися в заднюю стенку котлована. По мере вдавливания кожуха
в грунт его наращивают дополнительными заранее приготовленными секциями. Такой
способ прокладки требует очень больших усилий продавливания (при диаметре менее
100 мм - до 40 т, при 200 мм - до 100 т, при 520 мм - до 200 т).
Сущность способа продавливания состоит в том,
что кожух вдавливается в грунт открытым концом, а поступающий внутрь кожуха
грунт удаляется. При этом усилие продавливания существенно меньше, т.к.
определяется в основном силой трения грунта о наружную поверхность кожуха.
Чтобы еще больше уменьшить сопротивление головную часть кожуха снабжают
специальным режущим кольцом с диаметром на 30...40 мм больше диаметра основной
трубы. Усилие на заднюю часть кожуха также создается домкратами. Грунт из трубы
удаляется механическими приспособлениями или гидроразмывом с последующей
откачкой пульпы. Способ продавливания позволяет проходить за смену лишь 2...3 м
при диаметре труб 1000... 1200 мм. Усилие продавливания при этом составляет от
140 до 300 т.
Основным недостатком данных способов прокладки
труб под дорогами является необходимость постепенного наращивания либо длины
кожуха, либо длины толкающих элементов, поскольку длина хода поршней домкратов
составляет 1...2 м.
Способ горизонтального бурения (рис. 3)
позволяет прокладывать кожух сразу на полную длину.
В рабочий котлован 2 на ролики 8 помещают прокладываемый
кожух 9, Внутри кожуха размещается шнековый механизм 7, на конце которого
установлен буровой инструмент 1. Другой конец шнекового механизма связан с
силовой установкой 6, которая удерживается на весу трубоукладчиком 5. Подача
шнекового механизма и кожуха вперед осуществляется с помощью лебедки,
совмещенной с силовой установкой, усилие от которой передается через тросы 4 на
опору 3. Буровой инструмент режет грунт впереди трубы, а шнековый механизм
перемещает его по кожуху, из которого он высыпается в рабочий котлован.
Установки горизонтального бурения УГБ-2.ГБ-1421,
ГБ-1422 позволяют прокладывать кожухи диаметром 1220...1420мм со скоростью от
0,3 до 10 м/ч при осевом усилии от 8 до 80 т.
После прокладки кожуха через него протаскивают
заранее подготовленный трубопровод. Для этого его сваривают, изолируют,
футеруют и подвергают гидравлическим испытаниям.
С целью уменьшения усилия протаскивания на
трубопроводе закрепляют роликовые опоры.
Завершается сооружение перехода устройством
вытяжной свечи или сборного колодца, а также восстановлением придорожных
сооружений и ландшафта местности.
Рисунок 3 - Схема горизонтального бурения
- буровой инструмент;
- рабочий котлован;
- опора;
- тросы;
- трубоукладчик;
- силовая установка;
- шнековый транспортер;
- ролики;
- прокладываемый кожух;
- разрабатываемый грунт.
Подводные переходы
К подводным переходам относятся участки
магистральных трубопроводов, пересекающие естественные и искусственные водоемы
(реки, озера, водохранилища) по их дну. Границы подводного перехода
определяются уровнем, до которого вода в водоеме поднимается не чаще 10 раз за
100 лет.
ППМТ через водные преграды проектируются на
основании данных гидрологических, инженерно-геологических и топографических
изысканий с учетом условий эксплуатации в районе строительства ранее
построенных подводных переходов, существующих и проектируемых гидротехнических
сооружений, влияющих па режим водной преграды в месте перехода, перспективных
дноуглубительных и выправительных работ в заданном районе пересечения
трубопроводом водной преграды, требований по охране рыбных ресурсов и
окружающей среды.
Схема подводного перехода показана на рис. 3.
Она включает основную 2 и резервную 3 нитки трубопровода, а также береговые задвижки
(на газопроводах - краны) 1. В случае возникновения аварийной ситуации на
основной нитке, она отключается запорными устройствами 1, а транспортируемый
продукт пускается по резервной нитке (дюкеру). При ширине водной преграды в
межень (в среднем) менее 75 м резервную нитку допускается не сооружать.
Магистральные трубопроводы прокладывают, как
правило, с заглублением в дно водоемов. Земляные работы под водой выполняют с
помощью специальных землеройных машин (земснарядов, грунтососов, гидромониторов
и т.д.). Широко распространена разработка подводных траншей скреперными
установками, приводимыми в движение с обеих сторон реки либо лебедками, либо
тракторами с помощью канатов. В отдельных случаях (при глубине водоемов не
более 2...3 м) разработку подводной траншеи ведут экскаватором, установленным
на понтоне, перемещаемом в свою очередь с помощью лебедок, которые наматывают
тросы, закрепленные якорями на берегу.
Перед укладкой трубопровод сваривают, наносят на
него изоляционное покрытие, футеруют матами из деревянных реек, после чего его
балластируют.
Балластировка, или утяжеление трубопровода
производится с целью предотвращения его всплытия. Для этого используют
одиночные чугунные или железобетонные пригрузы, а также сплошные покрытия из
бетона или асфальтобетона. В настоящее время широко распространены чугунные
пригрузы в виде двух полумуфт, скрепляемых болтами. Они жестко фиксируются на
трубопроводе через определенные расстояния. Железобетонные пригрузы различны по
конструкции. Часть из них имеет седлообразную форму и жестко на трубе не
фиксируются. Другие разным образом закрепляются на трубе. Однако применение
одиночных пригрузов требует увеличения размеров отрываемой траншеи. Наиболее
перспективным является применение анкеров, утяжеление труб сплошным покрытием
из бетона или заполнение утяжеляющим раствором межтрубного пространства (при
схеме прокладки типа «труба в трубе»).
Подготовленный к укладке трубопровод состоит из
одной или нескольких секций, общая длина которых на несколько десятков метров
превышает ширину водной преграды между урезами воды.
- отключающие устройства (задвижки - на
нефтепродуктопроводах, краны - на газопроводах); 2 - основная нитка
трубопровода; 3 - резервная нитка трубопровода.
Рисунок 4 - Схема подводного перехода
В настоящее время применяется три способа
укладки трубопроводов в подводные траншеи: протаскивание по дну, погружение с
поверхности воды трубопровода полной длины и погружение с поверхности воды
последовательным наращиванием секций трубопровода. Первые два способа
аналогичны применяемым при строительстве трубопроводов на болотах и обводненных
участках трассы. В последнем случае трубопровод заглубляют по мере
присоединения к нему все новых секций.
Вывод
Проанализировав данную информацию, мы понимаем,
что существуют разные способы преодоления препятствий, как на суше, так и на
воде. Каждый способ особенен и требует тщательного внимания к его выполнению.
Технология установки занимает значительно много ресурсов и сил.
Литература
Ф.М.
Мустафин, Л.И. Быков, Г.Г. Васильев «Технология сооружения нефтепроводов» -
Учебник. - Уфа: Нефтегазовое дело, 2007. - 632 с.