7.6.1 Підготовка трубопроводу до укладання і укладання

Укладати трубопровід у підводну траншею можна за двома схемами: протягуванням та зануренням з поверхні води.

В залежності від схеми укладання визначається технологія підготовки трубопроводу.

Світовий досвід спорудження морських трубопроводів показав, що як для газопроводів, так і нафтопроводів, кращим захисним покриттям і одночасно баластом є бетонне покриття. При цьому немає необхідності заливання води в середину трубопроводу.

Укладання труб протягуванням здійснюється зазвичай з берега у напрямку моря. Протягують пліті до бетонованих труб. Бетоном труби покривають на березі, де пліті укладають на стапелі паралельно спусковій доріжці. Головна пліть оснащена спеціальним оголовком. По мірі укладання пліті по роликовій доріжці (з пневматичними роликами), відбувається стикування наступних плітей, ізолювання стику і бетонування.

Довжина трубопроводу, що укладається таким способом, лімітується перш за все міцністю труб на розтяг та можливістю створення необхідного тягового зусилля.

На рис. 7.26 наведена схема протягування. Трубопровід переміщується по роликовій спусковій доріжці. Тягове зусилля від лебідки, що встановлена на судні 3, передається по линві 2.

Рисунок 7.26 – Схема укладання трубопроводу трубоукладальним судном

На практиці таким способом укладалися трубопроводи довжиною до 15 км.

Метод протягування дуже простий, забезпечує укладання трубопроводу точно по трасі. Проте у сучасній практиці морського трубопровідного спорудження доводиться укладати трубопроводи на віддалі в декілька десятків і навіть сотень кілометрів, як наприклад освоєння морських родовищ нафти у Північному морі (до 360 км), або газопровід Росія – Терція, морська ділянка якого проходить по дну Чорного моря на глибині 2150 м довжиною 378 км.

Забезпечити протягування на такі віддалі практично неможливо. У цих випадках використовується укладання з поверхні води.

Методи укладання трубопроводів з поверхні води досить різноманітні. Проте найбільше розповсюдження отримало укладання трубопроводу за допомогою спеціальних трубоукладальних суден. На рис. 7.27 показана схема укладання.

Рисунок 7.27 – Розрахункова схема укладання

Трубоукладальне судно 4 закріплюється на якорях 6. Їх може бути до 10 шт. із загальним тримаючим (горизонтальним) зусиллям до 6 ∙ 10⁶ Н. Судно є одночасно накопичувачем секцій оббетонованих труб, що подаються спеціальними транспортними суднами. Перевантаження з транспортних суден на укладальне відбувається у місці укладання трубопроводу.

Так трубоукладальне судно типу ЕТРМ 1601 має тонаж у 60 000 т, довжину 185 м, ширину 36 м, осідання 10 м, кран вантажопідйомності 1450 т при висоті стріли від 5 до 50 м. Судно має приміщення для робочих і команди на 300 чоловік.

Трубопровід може розтягуватися зусиллям до 160 тс. На судно доставляють готові секції довжиною по 36 м. Довжина судна дозволяє збирати пліті довжиною 180 м і укладати їх у траншею. Вмістимість складів труб дозволяє створювати запас труб до 2,5 км при діаметрі до 800 мм і до 9,9 км – діаметром 600 мм.

Укладання трубопроводу 1 здійснюється наступним чином. На судні 4 (рис.7.26) зварюють чергову пліть, стики ізолюють, оббетоновують і споряджають поплавками 2. Пліть стикують з кінцем трубопроводу, укладеним раніше і утримують натяжним пристроєм і спеціальною жорсткою приставкою. Кут нахилу цієї приставки встановлюється в залежності від голубини водойми Н так, щоб напруження у трубопроводі на ділянці перехідної кривої були мінімальні. Визначенню раціональної форми перехідної кривої приділяється значна увага. На рис. 7.27 наведена розрахункова схема перехідної ділянки. Забаластований трубопровід має від’ємну плавучість (вага одиниці довжини труби у підводному положенні). Якщо підняти кінець трубопроводу у точці О^/ на величину Н, то він займе положення І.

Глибина укладання Н при такій схемі є дуже малою (до 10 м), а укладання на більшу глибину викликає у матеріалі труб напруження, що перевищують границю плинності, і, відповідно, створюють пластичне згинання труб або їх руйнування.

Тому для зменшення згинальних напружень у трубах на перехідній ділянці а, як правило, застосовують два способи: розвантаження понтонами і розтягування трубопроводу.

Розвантажувальні понтони розвантажують трубопровід на величину , тобто фактична вага одиниці довжини трубопроводу буде

.

Зовсім очевидно, що чим менше , тим меншим буде напружений стан перехідної ділянки, що витікає із відомої залежності для пружної лінії трубопроводу

. (7.56)

У цьому виразі ЕІ – величина постійна, і тому положення пружної вісі буде залежати тільки від .

Використання великої кількості розвантажувальних понтонів ускладнює процес укладання. Тому для зменшення їх кількості застосовують натяг трубопроводу поздовжньою силою Р. При цьому перехідна пряма стає пологою (положення ІІ); трубопровід працює як жорстка нитка, а згинальні напруження у трубопроводі суттєво менші.

При цьому довжина перехідної ділянки збільшується, проте і різко зростає глибина укладання. Таким способом трубопровід можна укладати на глибини до 300 м.

Для спрощення роботи труб на перехідній ділянці, укладальне судно обладнують спеціальною жорсткою приставкою 3 (рис. 7.26) довжиною 100 м .Приставка може міняти кут нахилу до горизонту а, що потрібно для регулювання положення перехідної кривої при різних глибинах укладання. По жорсткій приставці трубопровід переміщується по роликовийй доріжці.

Напружений стан трубопроводу розраховують за правилами розрахунку жорстких ниток. При цьому заданими характеристиками є: вага труби у воді (визначається з умови стійкості трубопроводу), граничний згинальний момент , де − контрольні напруження, W − момент опору перерізу труб з врахуванням захисного шару бетону.

Таким чином, при розв’язанні задачі необхідно визначити величину розвантаження , довжину перехідної ділянки і кут нахилу жорсткої приставки .

Рівняння пружної лінії жорсткої нитки має вид:

, (7.57)

де , Р − поздовжня сила у трубопроводі; розподілення навантаження.

Довільні сталі С1, С2, С3, С4 можна визначити, використовуючи граничні умови

х=0; у=0 і у^//=0; х= а, у = H і у^//= . (7.58)

Визначаючи надалі згинальні моменти по довжині перехідної ділянки а, встановлюють можливість укладання трубопроводу на задану глибину Н при відповідних q, E, I. Якщо укладання за умови міцності виявиться неможливим, тобто коли

, (7.59)

то величину q зменшують на q₁ (розвантаження понтонами) і розрахунок повторюють. Ця інтеграційна процедура повторюється до тих пір, доки не буде отриманий розв’язок.

Оскільки при укладанні не відома довжина ділянки а, то для її визначення можна використати умову х= а, . Якщо пліть, що стикується знаходиться у горизонтальному положенні, то

Таким чином, змінюючи кут нахилу жорсткої приставки, навантаження q і силу натягу Р, можна регулювати глибину укладання від Н_мін до Н_мах.

Контроль за укладанням ведуть водолази, а також команда, що знаходиться у спеціальних автономних занурювальних апаратах.