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

Подождите немного. Документ загружается.

земельного участка и представлении его для строительства подводного пе-

рехода.

2.5. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

РЕШЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ

2.5.1. Применяемые материалы и изделия

Выбор материалов труб при проектировании ПП должен произво-

диться проектной организацией в зависимости от конкретных условий

работы ПП по действующим ТУ, ГОСТам и соответствующей главы

СНиП 2.05.06-85.

Материалы труб подводных трубопроводов должны соответствовать

материалу труб основного трубопровода.

При выборе материала труб (с учетом условий эксплуатации) за рас-

четную температуру эксплуатации принимают температуру перекачивае-

мого продукта с учетом температурного режима трубопровода (перекачка,

остановка) и взаимодействия его с окружающей средой.

Трубы, применяемые при проектировании ПП, должны иметь указа-

ние в сертификате о гарантируемой величине испытательного давления.

Трубы, применяемые при проектировании подводных трубопрово-

дов, должны иметь сварное соединение, равнопрочное основному металлу

трубы. Сварные швы труб должны быть плотными, непровары и трещины

не допускаются.

Соединительные детали трубопроводов (тройники, переходники, от-

воды и т.д.) необходимо изготавливать в соответствии с государственными

или отраслевыми стандартами или техническими условиями, утвержден-

ными в установленном порядке, из труб или листовой стали [9, 12].

2.5.2. Диаметр трубопровода

Диаметр трубопровода подводного перехода определяется при расче-

те диаметра трубопровода основной магистрали в зависимости от его рас-

четной пропускной способности, необходимости прокладки резервных ни-

ток, жесткости труб, воздействия потока воды, технологии и затрат на

строительство перехода.

При проектировании нового подводного перехода через судоходные

и сплавные реки диаметр трубы следует принимать равным диаметру ос-

новной нитки магистрали (для возможности проведения очистки и внутри-

трубного диагностирования ПП совместно с основным трубопроводом).

Выбор меньшего диаметра может быть обоснован при пересечении

водных преград со значительными глубинами, большими скоростями тече-

ния и деформациями русла, когда определяющими факторами являются

воздействие потока воды, жесткость трубопровода и невозможность за-

глубления трубопровода в дно ниже возможной зоны размыва.

2.5.3. Толщина стенки трубопровода

Толщина стенки трубопровода определяется расчетом на прочность

в зависимости от рабочих (расчетных) параметров, коррозионных свойств

перекачиваемого продукта, а также условия обеспечения необходимого

срока службы трубопровода [17].

Основными факторами, оказывающими влияние на несущую способ-

ность подводного трубопровода, которые необходимо учитывать при рас-

чете толщины стенки трубы, являются рабочее давление внутри трубопро-

вода, его стабильность в период эксплуатации, величина испытательного

давления, внешнее давление воды, изгиб и колебания отдельных участков

трубопровода под воздействием волн или течений, а также различного ро-

да механические воздействия в строительный и эксплуатационный перио-

ды.

Расчетную толщину стенки трубопровода следует определять по

формуле

)(2

npR

npD

’

(2.4)

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину

стенки следует определять из условия

)(2

npR

npD

(2.5)

где n - коэффициент надежности по нагрузке - внутреннему рабоче-

му давлению в трубопроводе по СНиП 2.05.06-85*; р - рабочее (норматив-

ное) давление, МПа; D

- наружный диаметр трубы, см; y

- коэффициент,

учитывающий двухосное напряженное состояние труб, определяемый по

формуле

,5,075,01

прN

(2.6)

где s

пр.N

- продольное осевое сжимающее напряжение, МПа, опреде-

ляемое от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической

работы металла труб в зависимости от принятых конструктивных реше-

ний.

Толщину стенки труб, определяемую по формулам (2.4) и (2.5), сле-

дует принимать не менее 1/140D

, но не менее 3 мм для труб условным

диаметром 200 мм и менее, и не менее 4 мм - для труб условным диамет-

ром свыше 200 мм.

При этом толщина стенки должна удовлетворять условию, чтобы ве-

личина давления, определяемая по формуле (2.7), была бы не менее вели-

чины рабочего (нормативного) давления:

вн

мин

(2.7)

где d

мин

- минимальная толщина стенки, см; R - расчетное значение

напряжения, принимаемое равным 95% R

МПа; D

вн

- внутренний диа-

метр трубы, см.

Увеличение толщины стенки труб при наличии продольных осевых

сжимающих напряжений должно быть обосновано технико-экономиче-

ским расчетом.

2.5.4. Участки подводного перехода

В зависимости от способов производства работ и предъявляемых

требований подводный переход подразделяют на два участка:

− подводный, в пределах которого трубопровод расположен ниже

рабочего (строительного) горизонта вод; этот участок наиболее

ответственен и труднодоступен для ремонта; здесь требуется про-

изводство специальных подводно-технических работ;

− пойменный - на обоих берегах реки; этот участок периодически

расположен ниже горизонта высоких вод, что затрудняет ремонт

трубопровода; земляные работы и укладка трубопроводов при

этом производятся, как правило, с применением механизмов, ис-

пользуемых обычно на сухопутной трассе.

2.5.5. Резервная нитка

По наличию резерва подводные переходы проектируются:

− однониточными;

− двухниточными;

− многониточными.

Прокладка резервных ниток рекомендуется при пересечении судо-

ходных рек, при ширине водных преград 75 м и более в меженный период,

а также при прокладке трубопроводов по дну водной преграды без заглуб-

ления или в зоне возможных переформирований русла реки.

Резервную нитку допускается предусматривать также при пересече-

нии водных преград шириной менее 75 м при ширине заливаемой поймы

свыше 500 м по уровню ГВВ 10%-ной обеспеченности и продолжительно-

сти подтопления паводковыми водами свыше 20 дней, а также при пересе-

чении горных рек и соответствующем обосновании в проекте (например,

труднодоступность для проведения ремонта).

Кроме того, резервная нитка предусматривается через водные пре-

грады шириной менее 75 м на нефтепроводах, транспортирующих вязкие

нефти (нефтепродукты), временное прекращение подачи которых не до-

пускается.

Прокладка подводного перехода через водную преграду шириной

свыше 75 м в одну нитку допускается при условии тщательного обоснова-

ния такого решения в проекте.

При пересечении водных преград системой трубопроводов одного

назначения на каждые две-три нитки трубопроводов обычно предусматри-

вается одна резервная нитка, если это позволяет гидравлический режим.

Для систем трубопроводов с одним и тем же числом резервных ни-

ток необходимость уровня резервирования должна быть обоснована с уче-

том следующих характеристик:

− надежности ПП на водных преградах;

− гидравлического режима;

− физико-механических свойств грунтов дна и берегов.

Для многониточных систем необходимость строительства дополни-

тельной резервной нитки устанавливается проектом.

Диаметр резервной нитки определяется с учетом гидравлического

режима перекачки.

2.5.6. Способы балластировки трубопровода

Если результаты расчета подтверждают возможность всплытия тру-

бопровода, то следует предусматривать [15]:

− на русловом участке перехода — сплошные (бетонные) покрытия

или специальные грузы, конструкция которых должна обеспечи-

вать надежное их крепление к трубопроводу для укладки ПП

способом протаскивания по дну;

− на пойменных участках — одиночные грузы или закрепление

трубопроводов анкерными устройствами.

Конструкция отдельных грузов, методы их монтажа и закрепления

на трубопроводе должны исключать необходимость последующих водо-

лазных работ.

До начала работ по балластировке одиночными железобетонными

грузами необходимо:

− уложить трубопровод в траншею;

− проверить качество изоляционно-укладочных работ;

− обустроить площадку для складирования утяжелителей;

− подготовить к работе машины и механизмы, а также инвентарь,

приспособления и средства для безопасного ведения работ.

Работы по балластировке железобетонными грузами выполняются в

следующей технологической последовательности:

− перемещают бетонные блоки;

− перемещают соединительные пояса, защитные коврики и футеро-

вочные маты для утяжелителей типов УБО, УБП;

− устанавливают защитные коврики и футеровочные маты;

− монтируют утяжелители на трубопровод;

− изолируют детали утяжелителей (для утяжелителей типов УБО,

УБП);

− возвращаются за следующим комплектом утяжелителей.

В состав работ по балластировке кольцевыми чугунными грузами

входят:

− развозка грузов вдоль плети трубопровода;

− раскладка грузов по меткам; установка грузов на трубопровод;

− закрепление грузов на трубопроводе болтовыми соединениями.

До начала балластировки чугунными грузами необходимо:

− закончить футеровку плети трубопровода;

− отметить на трубопроводе места установки грузов маркерами или

краской яркого цвета;

− проверить комплектность грузов на приобъектном складе;

− подготовить к работе машины и механизмы.

Применяемые железобетонные грузы условно можно разделить по

их конструктивным особенностям на два вида: грузы сборные поясные и

грузы моноблочные.

2.5.7. Камеры пуска и приёма средств очистки

и диагностики

Камеры пуска и приема (КПП) средств очистки и диагностики обыч-

но проектируются на резервных нитках трубопровода диаметром 219 мм и

более, основная же нитка перехода обслуживается камерами пуска и прие-

ма основного трубопровода. Камеры пуска и приема средств очистки и ди-

агностики проектируются стационарными или передвижными.

Схема устройства КПП должна обеспечивать различные варианты

технологических операций на подводных переходах: пропуск, прием и

пуск, только пуск или только прием скребка (диагностического прибора).

Рис. 2.6. Камера пуска средств очистки и диагностики

В состав устройства приема и пуска входят:

− камеры пуска, приема очистных и диагностических устройств;

− трубопроводы, арматура и соединительные детали;

− емкость для дренажа продукта из камер приема и пуска;

− механизм для извлечения, перемещения, запасовки очистных и

диагностических устройств;

− сигнализаторы прохождения очистных и диагностических уст-

ройств;

− приборы контроля давления.

2.5.8. Запорная арматуры

При проектировании подводного перехода в две и более ниток запор-

ная арматура должна быть предусмотрена на обоих берегах водной прегра-

ды и находиться не ниже отметок ГВВ 10 %-ной обеспеченности и отметок

ледохода.

На берегах горных рек отключающую арматуру размещают на от-

метках не ниже ГВВ 2 %-ной обеспеченности.

На трубопроводах при пересечении водных преград в одну нитку ме-

сто размещения запорной арматуры принимается в зависимости от рельефа

земной поверхности, примыкающей к переходу, и необходимости предот-

вращения поступления транспортируемого продукта в водоем.

На подводных переходах конструкции типа "труба в трубе" в целях

охраны окружающей среды при большой пойме запорная арматура уста-

навливается не ниже отметок ГВВ 10% обеспеченности и на концах кожу-

ха (патрона). Запорную арматуру и контрольно-измерительные приборы на

концах кожуха в районе поймы следует устанавливать в герметичных ко-

лодцах.

Запорная арматура, применяемая при проектировании подводных пе-

реходов, должна обеспечивать герметичность, соответствующую I классу

по ГОСТ 9544-75, и изготавливаться в соответствии с требованиями дейст-

вующих ГОСТов или ТУ.

Запорная арматура выбирается в зависимости от назначения трубо-

провода, конкретных условий и особенностей технологического процесса,

а также от вида и физических свойств перекачиваемой рабочей среды, ха-

рактера работы арматуры (частота срабатывания, преобладающее откры-

тое или закрытое рабочее положение), вида нагрузок в гидравлической

системе, температурного режима трубопровода и окружающей среды.

При выборе арматуры следует учитывать также ее габаритные разме-

ры и массу с учетом места для ее установки, а также необходимо учиты-

вать ее долговечность и ремонтопригодность, надежность и экономич-

ность.

Запорную арматуру диаметром 400 мм и более необходимо устанав-

ливать на фундаментные плиты, укладываемые на уплотненное основание.

По исполнению запорная арматура может быть с местным и дистан-

ционным управлением с использованием ручного, электрического, пневма-

тического и гидравлического приводов.

Конструкция привода для запорной арматуры подводного перехода

должна обеспечивать его нормальную работу в температурных диапазонах

от -40°С до +40°С и влажности воздуха до 98 % при 20°С.

Механический привод задвижки необходимо дублировать ручным

приводом, при этом должно быть обеспечено легкое закрывание задвижки

одним человеком при любых погодных условиях [3, 12].

2.5.9. Система контрольно-измерительных приборов

и автоматики (КИП и А)

При проектировании системы КИП и А предусматриваются приборы

и средства автоматизации, серийно выпускаемые промышленностью. Но-

менклатура применяемых в проекте приборов должна быть по возможно-

сти минимальной.

Система контроля и управления подводного перехода должна обес-

печивать:

− дистанционный и местный контроль давления в трубопроводе до

и после подводного перехода;

− дистанционный и местный контроль давления в межтрубном про-

странстве до и после перехода (конструкция "труба в трубе");

− передачу информации на диспетчерский пункт;

− управление отключающими задвижками по месту и из диспетчер-

ского пункта;

− сигнализацию на диспетчерский пункт о состоянии задвижек (от-

крыто - закрыто).

В качестве системы контроля и управления ПП может использовать-

ся как магистральная система телемеханики, так и самостоятельная систе-

ма.

2.5.10. Защита подводных трубопроводов от коррозии

Воздействие на трубопровод окружающей среды вызывает коррозию

его поверхности. Различают два вида коррозии: химическую и электрохи-

мическую.

Химическая коррозия - самопроизвольное окисление металла под

воздействием токонепроводящей среды (воздух, газ и т.д.).

Электрохимическая коррозия - самопроизвольное разрушение метал-

ла при взаимодействии с жидкой токопроводящей средой (электролитом).

Примером электрохимической коррозии является ржавление трубопрово-

да, уложенного в воду и заглубленного в грунт. Коррозионное разрушение

подводного трубопровода может произойти и от воздействия блуждающих

электрических токов, когда подводный переход находится в районе круп-

ного населенного пункта или электрофицированных железных дорог.

Для защиты трубопроводов от химической и электрохимической

коррозии применяют специальные изолирующие покрытия и средства

электрохимической защиты. Для обеспечения безаварийной работы ПП

МН (более качественной защиты) применяют сочетание активных (элек-

трохимическая защита) и пассивных (наружные и внутренние изоляцион-

ные покрытия) способов защиты подводного трубопровода.

Наружные противокоррозионные покрытия подводных трубопрово-

дов должны удовлетворять требованиям, обеспечивающим сохранность

покрытия в процессе строительства и эксплуатации подводного трубопро-

вода. Это прежде всего высокая механическая прочность, устойчивость к

изменению температур (или пластичность при различных температурах),

химическая и биологическая стойкость, водонепроницаемость, высокие

диэлектрические свойства, а также хорошая адгезия (прилипаемость к по-

верхности металла), достаточная долговечность. Кроме того, изоляция

должна отвечать требованиям технологии нанесения ее на трубопровод и

иметь невысокую стоимость.

В последнее время многие строительные организации в практике

строительства подводных переходов используют трубы с внутренними по-

крытиями, повышающими долговечность и пропускную способность тру-

бопровода. Конструкции покрытий различны и зависят от вида транспор-

тируемого продукта. В связи с тем, что внутренние покрытия контактиру-

ют непосредственно с продуктом, к ним предъявляются определенные тре-

бования. Эти покрытия должны обладать высокой химической стойкостью,

хорошей механической прочностью.

На подводных переходах магистральных трубопроводов применяет-

ся усиленный тип изоляции.

К наружным покрытиям должны предъявляться высокие требования,

связанные с разнохарактерным воздействием среды:

− хорошая адгезия;

− вязкость;

− пластичность;

− достаточная прочность при транспортировке, укладке и эксплуа-

тации трубопровода;

− хорошая сопротивляемость механическим воздействиям;

− малая влагопоглощаемость и проницаемость;

− высокое электрическое сопротивление и совместимость с элек-

трохимической защитой.

Эти требования должны сочетаться с умеренной стоимостью изоля-

ции и технологичностью ее нанесения на трубы. При выборе изоляцион-

ных покрытий учитываются конкретные условия строительства и эксплуа-

тации трубопровода (температура, заглубление в грунт и т.д.).

2.5.11. Берегоукрепительные сооружения

Берегоукрепительные сооружения при строительстве подводных пе-

реходов предназначаются для закрепления берегов на участке перехода [7].

Защита от размывов берегов рек в створах подводных переходов тру-

бопроводов является сложной инженерно-технической задачей, решение

которой в существенной мере повышает эксплуатационную надежность

подводных трубопроводов.

Берегоукрепление должно учитывать очертание укрепляемого берега

в плане и по вертикали, а также гидрологический, гидрогеологический и

геологический характеры участка (течение, волнение, ледовые нагрузки,

физико-механические характеристики грунтов и характер грунтовых вод),

высоту устраиваемого укрепления и наличие местных материалов.

В проекте на берегоукрепительные сооружения за основу принима-

ется пассивная защита берегов (каменно-набросные, из сборных и моно-

литных бетонных плит, гибких тюфяков, укрепление путем посева кустар-

ников и трав, вертикальные стенки из шпунта, железобетонных свай и

свай-оболочек и др.). Типы берегоукрепления и условия их применения

приведены в приложении, табл.11.

Конструкцию берегоукрепления выбирают в зависимости от скоро-

сти течения, действия ледяного покрова, местных строительных материа-

лов и периода строительства с учетом наиболее полной механизации

строительных работ.

Берегоукрепительные сооружения активной защиты (подводные вол-

ноломы, траверсы, буны, стенки берегоукрепления) возводят на открытых

водоемах, где высота волн достигает 2 м и более.

При устройстве берегоукрепления должны быть обеспечены:

− надежная защита берега от разрушения;

− наименьшая стоимость строительства и трудоемкость работ;

− широкое использование местных и новых синтетических мате-

риалов;

− применение сборных железобетонных конструкций из унифици-

рованных, стандартных и типовых элементов с наименьшим чис-

лом типоразмеров;

− возведение берегоукреплений преимущественно без водоотлива

при наименьшем объеме водолазных работ;

− применение прогрессивных методов производства работ при ми-

нимальных сроках строительства.

Границы берегоукрепления в районе перехода назначаются на осно-

вании процессов формирования русла, его размываемости и прогноза де-

формации на период срока службы подводного перехода.