Сооружение подводных трубопроводов

ще М - изгибающий момент; D - диаметр; / - момент инерции поперечного сечения трубы.

Поскольку

Намотка барабана осуществляется в доке. Предварительно сва­ риваются плети длиной до 1 км, просвечиваются рентгенметодом и изолируются эпоксидным покрытием. Баржа швартует­ ся кормой, конец первой плети фиксируется сваркой на сер­ дечнике барабана и наматывается на него. К другому концу этой плети приваривается следующая плеть и т.д. Процесс на­ мотки барабана занимает 1-3 суток.

Емкость барабана с диаметром фланцев 17 м (сердечника 12 М) и шириной 5 м составляет около 66 км трубы диаметром 100 мм (11 км - для трубы 250 мм и 7 км - 300 мм).

При полной разгрузке барабана укладку приостанавливают, конец трубы фиксируют специальными зажимами и к нему при­ варивают заглушку. К заглушке присоединяют трос с буем, после чего трубу опускают на дно. Баржа в это время направ­ ляется на базу, где производят ’’зарядку” барабана, и воз­ вращается к месту укладки, которое предварительно было обо­ значено буем. Конец трубы поднимают на борт баржи, где приваривают к концу намотанной на барабан трубы, и процесс укладки возобновляется.

Необходимость намотки трубной плети на барабан и после­ дующей размотки в процесс укладки обусловливает появление в трубе остаточной овальности и спиральности. Поэтому трубо­ укладочное баржи, оборудованные барабаном, целесообразно применять только при сооружении внутри- и межпромысловых, а также Магистральных трубопроводов небольших диаметров.

5.5.УСТОЙЧИВОСТЬ ТРУБОПРОВОДОВ В ПРОЦЕССЕ УКЛАДКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

Впроцессе укладки морские трубопроводы подвергаются воздействию изгибающего момента, гидростатического давления, натяжения, а также волн и течения. В случае временного уменьшения натяжения, например, при отказе натяжного уст­ ройства или анкерной лебедки, изгибные напряжения на вог­ нутом участке трубопровода могут привести к местной потере устойчивости трубы. При наличии внешнего давления, превы­ шающего некоторую пороговую величину, зона потери устойчи­ вости может распространиться по трубопроводу на значительнее расстояние от места начального повреждения. Это явление по­ лучило название лавинного сминания, в связи с большой ско­ ростью распространения вмятины по длине трубопровода.

После пуска трубопровода в эксплуатацию возникают допол­ нительные нагрузки, обусловленные внутренним давлением и

температурой перекачиваемого продукта. В результате действия этих нагрузок, особенно на размытых участках, у трубопровода может иметь место потеря устойчивости. Наиболее распрост­ раненные формы поперечного сечения трубы при потере устой­ чивости приведены на рис. 5.11.

Рис. 5.11. Конфигу­ рация поперечного се­ чения трубы при поте­ ре устойчивости:

а - v-образная; б

Как в процессе укладки, так и эксплуатации, поврежденные участки трубопровода подлежат замене, что предопределяет значительный материальный ущерб подобных аварий и актуаль­ ность научных разработок и технических решений, позволяющих контролировать устойчивость трубопроводов.

5.5.1.Методы расчета устойчивости поперечного сечения морских трубопроводов

Совокупность видов потерь устойчивости поперечного сече­ ния трубопроводов, наиболее характерных для практики их со­ оружения и эксплуатации, можно разделить на три группы: местное смятие, лавинное сминание и излом.

Местное смятие происходит под действием продольной силы, изгибающего момента и наружного давления. Условие устойчи­ вости поперечного сечения в этом случае имеет вид:

В данном случае к временным отнесены нагрузки, обуслов­ ленные действием природных факторов (волны, ветер, течение и т.п.) и человеческой деятельностью (якорями судов, тралами

и Т .Д .).

Трубопроводы 1-й зоны включают трубопроводы, проложенные на расстоянии более 500 м от платформы и других морских со­ оружений. Остальные трубопроводы отнесены ко 2-й зоне. Про­ дольные и кольцевые напряжения рассчитываются по формулам:

ще N и М - продольная сила и изгибающий момент; F и W площадь поперечного сечения трубы и момент сопротивления се­ чения; Р и 8 - наружный диаметр и толщина стенки трубы; Рн и Рви - наружное и внутреннее давление.

Критическое продольное напряжение

Критическое значение кольцевых напряжений

(5.15)

где Е - модуль упругости; <гт- предел текучести.

Лавинное сминание. Причинами, инициирующими лавинное сминание, являются овальность и локальные повреждения, на­ пример, вмятины на теле трубы, нанесенные якорем, тяжелым инструментом, стингером и т.п.

Лавинное сминание происходит до тех пор, пока наружное

для распространения лавины, или пока лавина не достигает ка­ кого-либо физического препятствия, способного противостоять сминанию. Это пороговое давление называют давлением распро­ странения лавины (Рр), а такие препятствия - гасителями.

Если Рр представляет нижнюю границу области давлений, в пределах которой смятие распространяется по трубе, то верх­ ней границей области является внешнее давление Ре, необходи­ мое для сминания поперечного сечения абсолютно круглой трубы при отсутствии изгибающего момента. Для тонкостенных труб (D/S > 25), выполненных из стали с пределом текучести при­ мерно 345 МПа,

(5.16)

ще fi - коэффициент Пуассона.

В табл. 5.7 приведены результаты сравнения значений давления Рр (в МПа) распространения лавины для трубы D = 1020 мм из стали 17Г1С.

Столь существенная разница в результатах расчета значе­ ний Рр свидетельствует о несовершенстве методик и необходи­ мости проведения дальнейших исследований.

Излом имеет место, на размытых, свободно провисающих уча­ стках трубопроводов в процессе эксплуатации. Трубопровод в этом случае рассматривается как стержень, нагруженный про­

5.5.2.Влияние остаточной деформации и овальности на устойчивость поперечного сечения трубопроводов

Укладка трубопроводов по 5-образной кривой предполагает последовательный изгиб трубопровода на выпуклом участке - стингере и вогнутом - вблизи дна. Поскольку для многих мор­ ских трубопроводов отношение D/б < 80, что обеспечивает сни­ жение жесткости, то изгиб их на выпуклом участке кривой ча­ сто приводит к пластическим деформациям. Поэтому после про­ хождения стингера в трубопроводе наблюдаются остаточные де­ формации и овальность, которые, как показывает практика строительства, снижают устойчивость поперечного сечения труб. Особое значение указанные факторы приобретают при ук­ ладке трубопроводов на большие глубины. Влияние овальности на устойчивость поперечного сечения труб при совместном дей­ ствии изгиба и наружного давления, изучалось эксперименталь­ но специалистами США.

Эксперименты выполнялись на образцах труб диаметром от

значения составляло после обработки труб ±12,7-10‘3 мм. Образцы труб подвергались изгибу и наружному давлению, соот­ ветствующему гидростатическому давлению на глубине укладки 300-900 м. Ниже приведены характеристики труб и результаты экспериментов (табл. 5.8). На основании обработки результа­ тов экспериментов получено соотношение между наружным дав­ лением Рн и деформацией труб с:

ще Ркр предельное значение внешнего давления смятия поперечного сечения трубы с начальной овальностью v при от­ сутствии изгибающего момента; скр' - предельная деформация трубы при чистом изгибе.

Значения е*р, Ркр и v определяются из выражений:

ное и номинальное значения наружного диаметра трубы. Полученные экспериментальные данные позволяют рассчитать

важный для укладки параметр - радиус стингера, который оп­ ределяет деформацию трубопровода на выпуклом участке 5-об­ разной кривой.

Деформация трубопровода после стингера радиусом R равна

сечения трубы изучалось также экспериментально. Образцы труб изгибались моментом М0 по заданному радиусу до достижения в трубе пластической деформации е. Затем нагрузка снималась и замерялась остаточная деформация Сосг. На следующем этапе труба нагружалась давлением до потери устойчивости попереч­ ного сечения. Результаты проведенных экспериментов и харак­ теристики труб представлены в табл. 5.9.

На основании экспериментальных данных получена зави­

зависимость допустимой дополнительной деформации трубо­ провода на вогнутом участке от параметров укладки.

Графики функции (5.26) для труб с начальной овальностью

ипунктирная с точкой - v - 5%).

Гл а в а 6. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

ИРЕМОНТ ПОДВОДНЫХ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ

6.1.ПЛАНОВО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫ Е И РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Как правило, в процессе функционирования подводных пе­ реходов происходят существенные изменения условий эксплуа­ тации и состояния работоспособности трубопровода. Для вы­ явления неблагоприятных деформаций проводят периодические обследования перехода в целях ликвидации их при ремонте.

Система планово-предупредительных ремонтов (ППР) вклю­ чает комплекс организационных и инженерно-технических меро­ приятий по надзору, обслуживанию и ремонту перехода, про­ водимых по заранее составленному плану и направленных на предотвращение неблагоприятных изменений работоспособного состояния подводного трубопровода.

Сущность системы ППР заключается в том, что через опреде­ ленное время производят обследования н ремонты переходов, чередования и периодичность которых определяется конструк­ тивными особенностями подводных трубопроводов и условиями их эксплуатации. При системе ППР своевременно обнаруживаются прогрессирующие изменения, которые могут повлиять на эк­ сплуатационную надежность перехода и привести к его вынуж­ денной остановке, и предоставляется возможность осуществить подготовку ремонтных работ и выполнить их в кратчайшие сро­ ки. Таким образом создаются предпосылки для наиболее эф­ фективной эксплуатации перехода.