Иванов В.А., Кузьмин С.В. и др. Сооружение подводных переходов магистральных трубопроводов Курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Министерство образования Российской Федерации

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Иванов В.А., Кузьмин С.В., Крамской В.Ф., Торопов С.Ю.

СООРУЖЕНИЕ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ

МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Курс лекций

Тюмень 2003

УДК 622

Иванов В.А., Кузьмин С.В. и др. Сооружение подводных переходов

магистральных трубопроводов: Курс лекций. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2003.

217 – с.

Рассматриваются вопросы проектирования и строительства подводных пе-

реходов магистральных нефтепроводов. Изложены основные инженерные реше-

ния и методики расчета, используемые при проектировании и сооружении подвод-

ных переходов.

Предназначен для студентов очной и заочной форм обучения, специаль-

ность которых связана с проектированием, строительством и эксплуатацией неф-

тегазовых месторождений, трубопроводов различного назначения и других нефте-

газовых объектов.

Рецензенты: Ю.Д. Земенков, д.т.н., профессор, зав. каф. «Проектиро-

вание и эксплуатация нефтегазопроводов и хранилищ» ТюмГНГУ; С.П. За-

мякин, начальник технического отдела ОАО «Сибнефтепровод».

ISBN 5 – 88465 – 233 – X © Тюменский государственный

нефтегазовый университет, 2003

Содержание

Введение ………………………………………………………………………..6

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДАХ……………..8

1.1. Классификация подводных переходов……………………….………8

1.2. Охранная зона подводных переходов………………………………16

1.3. Техническая документация на строительство

и эксплуатацию подводных переходов……………………………..17

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ………………22

2.1. Инженерные изыскания……………………………………….……..22

2.1.1. Топографо-геодезические и гидрографические

работы………………………………………………………………23

2.1.2. Гидрологические изыскания………………………………………28

2.1.3. Инженерно-геологические изыскания……………………………33

2.2. Типизация русловых процессов……………………………………..34

2.3. Выбор створа перехода………………………………………………38

2.4. Состав проекта на строительство

подводного перехода…………………………………………………44

2.4.1. Разработка проектно – сметной

документации……………………………………………………….45

2.4.2. Основные требования оценки безопасности подводных

переходов…………………………………………………………...45

2.4.3. Порядок разработки, согласования и утверждения

проектной документации…………………………………………..49

2.5. Основные конструктивные и технологические решения

при проектировании подводного перехода…………………..……..50

2.5.1. Применяемые материалы и изделия……………………………..50

2.5.2. Диаметр трубопровода……………………………………………50

2.5.3. Толщина стенки трубопровода…………………………….…….51

2.5.4. Участки подводного перехода……………………………………52

2.5.5. Резервная нитка…………………………………………………...52

2.5.6. Способы балластировки трубопровода………………………….53

2.5.7. Камеры пуска и приема средств очистки и

диагностики………………………………………………………..54

2.5.8. Запорная арматура………………………………………….……..55

2.5.9. Система контрольно – измерительных приборов и

автоматики………………………………………………………...57

2.5.10. Защита подводных трубопроводов от

коррозии…………………………………………………….……..57

2.5.11. Берегоукрепительные сооружения………………………………59

2.5.12. Проектное исполнение укладки трубопровода…………………60

2.6. Основные расчеты при сооружении подводных

переходов магистральных трубопроводов.…………………………68

2.6.1. Расчет трубопровода на устойчивость

от всплытия…………………………………………………………68

2.6.2. Расчет тягового усилия при укладке подводного

трубопровода способом протаскивания дюке

ра….……………...70

2.4.3. Расчет тягового усилия при протаскивании трубопровода

по роликовой дорож

ке……………………………………….…….74

СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ…………………76

3.1. Организационно – техническая подготовка

строительства…………………………………………………………76

3.2. Земляные работы……………………………………………………..89

3.2.1. Разработка подводных траншей земснарядами и

гидромониторами…………………………………………………101

3.2.2. Разработка подводных траншей гидромониторными

снарядами………………………………………………………….114

3.2.3. Разработка подводных траншей скреперным

и ковшовым оборудованием……………………………………...116

3.2.4. Разработка береговых и приурезных траншей………………….121

3.2.5. Засыпка грунтом трубопроводов, уложенных в подводные

траншеи……………………………………………………….…...124

3.3. Сварочно-монтажные работы……………………………………...126

3.4. Очистка внутренней полости трубопровода………………………128

3.5. Испытание на прочность и проверка на герметичность…….……129

3.6. Очистка, изоляция, футеровка и балластировка

трубопровода…………………………………………………….….134

3.7. Подготовка спусковой дорожки и тяговой лебедки……………...144

3.8. Укладка подводного трубопровода………………………………..148

3.8.1. Укладка трубопровода свободным погружением………….…...156

3.8.2. Укладка трубопровода с плавучих опор………………………...160

3.8.3. Укладка трубопровода в зимних условиях……………………...163

БЕСТРАНШЕЙНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ………………………………………...173

4.1. Наклонно-направленное бурение………………………………….173

4.2. Микротоннелирование……………………………………………...190

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ………………………………..193

5.1. Декларация безопасности объекта…………………………………193

Список литературы………………………………………………………198

Приложение……………………………………………………………...200

Условные обозначения и сокращения

ВИП

- внутритрубный инспекционный прибор

ВТД

- внутритрубная диагностика

ГГТН

- Госгортехнадзор России

ГНБ

- горизонтально-направленное бурение

МН

- магистральный нефтепровод

МГ

- магистральный газопровод

ОУ

- очистное устройство

ПОС

- проект организации строительства

КППСОД

- камеры пуска приема средств очистки и диагностики

ПП

- подводный переход

ППР

- проект производства работ

ПСД

- проектно-сметная документация

ПТЭО

- предварительная технико-экономическая оценка

РД

- руководящий документ

РНУ

- районное нефтепроводное управление

РЭ

- руководство по эксплуатации

СКЗ

- система катодной защиты

ТЗ

- техническое задание

ТУ

- технические условия

УГНБ

- установка горизонтально-направленного бурения

УЗК

- ультразвуковой контроль

УРЭ

- установка разделения эмульсий

ЭХЗ

- электрохимическая защита

Введение

Трубопроводный транспорт газа, нефти и нефтепродуктов в настоя-

щее время является основным средством доставки этих продуктов от мест

добычи, переработки или получения к местам потребления. Для транспор-

тировки нефти и газа в центральные и западные районы сооружаются тру-

бопроводы длиной до 5000 км. Трубопроводы такой протяженности пере-

секают огромное число разнообразных водных препятствий: малых и боль-

ших рек, водохранилищ, озер, глубоких болот и т.д. Пересечение водных

преград магистральными трубопроводами чаще всего решается путем

строительства подводных переходов.

Подводный переход – особый конструктивный элемент линейной

части магистрального трубопровода, который представляет потенциаль-

ную опасность для окружающей среды. Поэтому был выпушен ряд норма-

тивно-технических документов, определяющих правила проектирования,

строительства и эксплуатации подводных переходов, общим принципом

которых является предупреждение аварийных разливов нефти или выхода

газа при сохранении эффективности трубопроводной системы.

При планировании работ по обеспечению безопасности трубопро-

водных систем учитывают необходимость решения ряда социальных про-

блем. Как и в любой инженерной задаче, необходимо стремиться к поиску

оптимального решения. Платежи за загрязнение окружающей природной

среды существенно деформируют экономику предприятий. Так, в 1993 г.

по сравнению с 1992 г. платежи только в газовой отрасли выросли в 44

раза, а в нефтяной - в 85 раз. Поэтому предприятия, эксплуатирующие и

контролирующие переходы через водные препятствия, должны обеспечи-

вать равновесие трубопроводных систем с естественной природной сре-

дой. Если это равновесие при активизации опасных природных процессов

нарушается, то оно приводит к авариям, иногда катастрофическим [5].

Дальнейшее старение трубопроводов, многократное повышение

уровня требований к безопасности и надежности трубопроводного транс-

порта, современные научные представления и инженерные разработки соз-

дают сегодня предпосылки для совершенствования концептуальных под-

ходов к вопросу предупреждения аварийных ситуаций на подводных пере-

ходах.

Для анализа риска возникновения аварий важно определить набор

типичных аварийных ситуаций с той или иной степенью вероятности их

возникновения в зависимости от старения металла труб, повреждения изо-

ляции, размыва подводных переходов и других технических и антропоген-

ных факторов.

Техническая политика должна быть постоянно направлена на сниже-

ние риска аварий и повышение надежности трубопроводного транспорта.

Ибо, как сказано в Декларации, принятой на Всемирном форуме по окру-

жающей среде: «Любая деятельность, если польза от неё обществу не пре-

вышает ущерба от связанного с ней риска, не может быть оправдана».

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ

Подводным переходом называется гидротехническая система соору-

жений одного или нескольких трубопроводов, пересекающая водные пре-

грады, при строительстве которой применяются специальные методы про-

изводства подводно-технических работ. К подводным следует относить

трубопроводы, уложенные по дну или ниже отметок дна водоема.

Трубопроводы, прокладываемые на пойменных участках рек, следу-

ет также относить к категории подводных, т.к. при эксплуатации во время

паводка они будут находиться под водой. При проектировании и строи-

тельстве таких трубопроводов необходимо соблюдать те же требования,

что и при сооружении подводных трубопроводов.

Трубопроводы, прокладываемые через ручьи и речки шириной до 10

м, глубиной менее 1,5 м не относятся к подводным переходам, т.к. при их

сооружении и ремонте не требуется специальное подводно-техническое

оборудование.

В состав подводного перехода входят [5, 9, 17] (рис. 1.1):

- участок основной и резервных ниток, ограниченный для многони-

точных переходов запорной арматурой, установленной на берегах

водоема, а для однониточных – горизонтом высоких вод (ГВВ), не

ниже отметок 10% обеспеченности;

- берегоукрепительные сооружения, предназначенные для предо-

хранения трубопроводов от размывов, оползней и т.д.

- сооружения для регулирования русловых деформаций в районе

перехода;

- защитные сооружения от аварийного выхода перекачиваемых

продуктов;

- информационные знаки ограждения охранной зоны ПП на судо-

ходных и сплавных водных путях;

- вертолетные площадки;

- специальные защитные сооружения, предотвращающие повреж-

дения трубопровода тормозными устройствами плотов, якорями

на судоходных и сплавных реках;

- плановые магистрали (базисные линии для наблюдения за размы-

вом берегов, базисы, по концам которых устанавливаются угло-

мерные инструменты, контрольные отводы и другие устройства,

закрепленные на местности долговременными опорными знака-

ми).

Трубопроводы на подводных переходах через реки и водоемы клас-

сифицируются по различным признакам. Главными из них являются шири-

на и глубина водной преграды (рис. 1.2).

Граничная длина подводного перехода определяется из следующих

факторов:

- для многониточных переходов - участок, ограниченный камерами

пуска приёма ОУ, установленных на берегах;

- для однониточных переходов - участок, ограниченный запорной

арматурой и уровнем вод не ниже отметок 10 % обеспеченности.

В соответствии со СНиП 2.05.06-85* подводные переходы через вод-

ные преграды в зависимости от условий работы, диаметра трубопровода и

судоходности водной преграды относятся к категориям I, II и В.

В соответствии со СНиП 1.02.07-87 подводные переходы подразде-

ляются по группам сложности в зависимости от ширины водного объекта

(табл. 1.1).

Таблица 1.1

Группы сложности подводных переходов

Группа сложности Характеристика условий пересече-

ния водного объекта

Малые переходы

Средние переходы

Большие переходы

Ширина зеркала воды в межень для

створа пересечения трассой до 30 м

при средних глубинах 1,5 м.

Ширина зеркала воды в межень для

створа пересечения трассой от 31 м

до 75 м при средних глубинах 1,5 м.

Ширина зеркала воды в межень для

створа пересечения более 75 м.

Ширина зеркала воды в межень для

створа пересечения менее 75 м, но

зона затопления которых составляет

более 500 м (10% вероятности пре-

вышения уровня воды при 20 –

дневном стоянии)