книги / Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа
..pdfводительность — около 180 млрд м3. Не менее внушительны параметры системы ямбургских газопроводов: суммарная про тяженность —около 20 000 км, суммарная годовая производи тельность —до 160 млрд м3.
Для сравнения: общая протяженность газопроводов Фран ции, например, составляет 31 000 км, из которых 8500 км имеют диаметр от 400 до 900 мм; перекачку газа по ним осуществляют 35 компрессорных станций. Суммарная протяженность газопро водов стран Южной Америки составляет около 14 000 км.
Таким образом, сеть магистральных газопроводов России, так же, как сеть нефтепроводов, является уникальной и не име ет аналогов в мире.
Перспективы ее дальнейшего развития связаны с освоением газовых месторождений полуострова Ямал, а также строитель ством экспортного Северо-Европейского газопровода.
Строительство газотранспортной системы Ямал—Запад ОАО «Газпром» осуществляет с учетом прогнозируемого раз вития европейского рынка и больших потенциальных экс портных возможностей России. Газопровод будет иметь про тяженность 5350 км (до границы с Германией) и пропускную способность к 2010 г. —около 65 млрд м3 в год.
Северо-Европейский газопровод (СЕГ) предназначен для по дачи российского природного газа в Западную Европу по новому маршруту: Грязовец —Выборг —Балтийское море —территория Германии (или Дании) —Северное море —Бэктон (Англия). Об щая протяженность трубопровода составляет около 3000 км, диа метр участка Грязовец—Выборг равен 1420 мм, рабочее давление 8,3...9,8 МПа. Морской участок СЕГ протяженностью 1189 км будет проложен из труб диаметром 1067 мм, а рабочее давление в нем составит 19,6 МПа. В разных вариантах планируемый го довой объем перекачки газа составляет от 19 до 30 млрд м3.
В целом за период до 2020 г. ОАО «Газпром» предстоит по строить около 28 тыс. км магистральных газопроводов, вклю чая подводящие трубопроводы и межсистемные перемычки, преимущественно диаметром 1420 мм на давление 7,5... 10 МПа, а также 144 компрессорные станции общей мощностью бо лее 10 млн кВт. Кроме того, планируется развитие мощностей
21
подземного хранения газа до 75 млрд м3 активного газа за счет строительства новых и расширения действующих ПХГ.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.Еременко П. Т., Воробьев Н. А. Развитие трубопроводного транспорта в СССР и за рубежом. —М.: Недра, 1989. —166 с.
2.Коршак А. А. Транспортировка нефти на постсоветском про странстве. — Уфа: ООО «Дизайн ПолиграфСервис», 2004. — 176 с.
2.ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ИМЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
2.1. Порядок проектирования трубопроводов
Создание объекта строительства (магистрального трубопро вода) осуществляется в непрерывном инвестиционном процессе с момента возникновения идеи (замысла) до сдачи объекта в экс плуатацию. Неотъемлемой частью этого процесса являются про ектные работы. Схема их организации приведена на рис. 2.1.
Началу проектных работ предшествуют предварительные изыскания и исследования. В ходе них должны быть собраны сведения о ранее выполненных инженерных изысканиях и ис следованиях, данные об осложнениях, наблюдавшихся в райо не строительства трубопровода (природные и техногенные ава рийные ситуации).
Первый этап работ начинается с разработки ходатайства (дек ларации) о намерениях, которое составляется заказчиком или по его поручению проектной организацией на договорной основе.
Ходатайство (декларация) о намерениях разрабатывается на основании:
рекомендаций, принятых в схемах развития трубопроводного транспорта на ближайшую перспективу;
материалов предварительных исследований и изучения перс пективной потребности и мощности сырьевой базы нефти или газа с учетом разведанных и утвержденных запасов;
возможности сбыта на внутреннем и внешнем рынке.
В ходатайстве (декларации) о намерениях должны содержаться: наименования инвестора и заказчика; наименование трубопровода, его производительность;
предполагаемые сроки строительства и ввода в эксплуатацию;
намечаемая трасса трубопровода (по материалам изучения топографических карт);
местоположение начального и конечного пунктов трубопро вода;
Рис. 2.1. Схема организации проектных работ
предполагаемое местоположение промежуточных перекачи вающих станций и наливных пунктов;
ориентировочная потребность в земельных, водных и энерге тических ресурсах;
ориентировочная потребность в трубах и других материалах для строительства;
примерная численность рабочих и служащих;
возможное влияние проектируемого трубопровода на окру жающую среду;
ориентировочная стоимость строительства, источники фи нансирования.
Ходатайство (декларация) о намерениях представляется за казчиком на рассмотрение органам исполнительной власти.
По результатам положительного рассмотрения органами ис полнительной власти ходатайства (декларации) о намерениях заказчик принимает решение о разработке обоснования инвес тиций в строительство.
В состав второго этапа проектных работ по обоснованию ин вестиций входят:
принятие основных решений по трубопроводу, включая его производительность и перспективную потребность, исходя из наличия сырьевой базы, а также основных технологичес ких и строительных решений;
определение потребности в необходимых ресурсах для строи тельства и источников их получения;
анализ вариантов трасс трубопровода с обоснованием вы бранной трассы и краткая ее характеристика;
установление сроков и очередности строительства, его орга низации;
определение потребности в трудовых ресурсах;
определение стоимости строительства (по аналогам и укруп ненным показателям);
оценка эффективности инвестиций и уточнение возможных источников их финансирования.
На основании материалов обоснования инвестиций и пред варительно согласованного с органами исполнительной власти места расположения трассы производится оформление акта вы бора земельных участков трассы и площадок перекачивающих станций под строительство.
Необходимо отметить, что работа по обоснованию инвести ций выполняется, в основном, на основании изучения топогра фических карт, а также карт-схем природных компонентов (поч венных, геоботанических, геологических, животного мира и др.). Полевые технические изыскания производятся при этом в мини мальном объеме при прохождении трассы нефтепровода в особо сложных условиях.
На третьем этапе проектных работ осуществляется разра ботка ТЭО —технико-экономического обоснования (проекта) строительства трубопровода. ТЭО является основным проект ным документом на строительстве трубопровода. Оно выполня ется на основе одобренных обоснований инвестиций в строитель ство, при наличии утвержденного решения о предварительном согласовании места размещения объекта и материалов инже нерных изысканий, собранных на предварительном этапе. Если этих материалов недостаточно, то в ходе разработки проектной документации должен быть выполнен комплекс топографичес ких, инженерно-геологических и гидрогеологических изыска ний, а также охранных археологических исследований в зоне строительства трубопровода. Данные работы должны выпол няться специализированными подразделениями проектиров щика и другими организациями.
Проектная документация разрабатывается преимущественно на конкурсной основе, в том числе через торги подряда (тендер).
Следует иметь в виду, что двойное обозначение стадии (ТЭО и проект), единой по составу и содержанию, принято в целях преемственности действующей законодательной и норматив ной базы и совместимости с терминологией, применяемой в за рубежной практике.
В ТЭО (проекте) детализируются решения, принятые в обос нованиях, и уточняются основные технико-экономические По казатели.
Детализация решений по трассе трубопровода и площадкам перекачивающих станций выполняется, в основном, с исполь зованием данных технических изысканий.
При этом уточняются:
протяженность трассы трубопровода и ее плановое положе ние;
продольный профиль трассы, позволяющий установить окон чательное местоположение промежуточных перекачивающих станций;
створы подводных переходов, переходов железных и автомо бильных дорог, их техническая характеристика;
геологические свойства грунтов;
ведомость угодий, пересекаемых трассой трубопровода, а так же другие данные, позволяющие уточнить решения, заложен ные в обоснованиях.
Состав работ ТЭО (проекта) аналогичен перечню, приведен ному выше в обосновании инвестиций.
При разработке ТЭО (проекта) помимо детализации техни ческих решений, заложенных в обоснованиях, особое внимание уделяется вопросам:
•обеспечения надежности и экологической безопасности объ екта;
определения затрат на строительство объектов трубопровода и объектов социального и культурно-бытового назначения;
определения показателей эффективности инвестиций встрои тельство трубопровода.
В процессе разработки ТЭО (проекта) производятся согласо вания уточненных по материалам изысканий земельных участ ков под строительство объектов магистрального трубопровода.
После утверждения и одобрения Государственной экспер тизой ТЭО (проекта) может разрабатываться тендерная доку ментация, на основе которой участники торгов готовят свои предложения, после чего на конкурсной основе определяется подрядчик строительства трубопровода и начинается разработ ка рабочей документации.
На основе утвержденной проектной документации произво дится изъятие уточненных в результате изысканий земель под строительство трубопровода (для постоянного и временного пользования).
Рабочая документация разрабатывается по согласованному с заказчиком графику с учетом установленной утвержденным проектом очередности строительства.
Для технически несложных объектов магистральных тру бопроводов, строящихся по типовым или унифицированным проектам на основе утвержденных (одобренных) обоснований инвестиций в строительство, может разрабатываться рабочий проект в составе утвержденной части и рабочей документации. Стадийность исполнения проекта устанавливается заказчиком в задании на проектирование.
2.2. Определение толщины стенки трубопроводов
Около 98 % трубопроводов укладывается подземно. Поэтому рассмотрим методику расчета толщины стенки для этого случая.
Уложенный в грунт трубопровод испытывает кольцевые, про дольные и радиальные напряжения (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Расчетная схема трубопровода
Кольцевые напряжения «^возникают под действием внут реннего давления Р. Величину^ выразим следующим образом. Внутреннее давление создает на единице длины трубы разрываю щее усилие равное {Рн - 2 -8)Р. Ему противодействует сила со противления 2 а к 8. Поскольку в условиях равновесия они равны, то можем записать
|
{DH- 2 S ) P = 2-aK-S, |
(2. 1) |
где |
DH, 8 —соответственно наружный диаметр и толщина |
|
|
стенки трубы. |
|
Отсюда, обозначив DH 2 ' 8 = D (внутренний диаметр трубы), получаем
°к = |
P D |
(2.2) |
|
2-5 |
|||
|
Продольные напряжения создаются под действием внутрен него давления, температуры и изгибающих усилий. Их величи ны находятся по следующим выражениям:
М п Р Р . пр - Е •aL•АТ ; |
= ± ЕРи |
(2.3) |
2-8 ’ |
2R„ |
|
где цп —коэффициент Пуассона, для стали цп = 0,3; Е —мо дуль упругости материала труб, для стали Е= 206 000 МПа; aL — коэффициент линейного расширения, для стали aL= 1210-61/град; АТ —расчетный температурный пе репад, обусловленный различием температур эксплуа тации трубопровода и замыкания его стыков при строи тельстве; Яи —радиус изгиба трубопровода.
Знак плюс при расчете сгпр относится к растягивающим на пряжениям, а знак минус —к сжимающим. Напряжения изгиба возникают на поворотах трассы трубопровода, а также при про хождении через вершины и впадины профиля трассы.
Таким образом, суммарная величина продольных напряже ний составляет
а. = М •P-D |
- E a L-AT ± Е Р„ |
(2.4) |
2 8 |
2-R„ ’ |
|
где RH—радиус упругого изгиба трубопровода.
Радиальные напряжения малы и в расчетах не учитываются. Кроме того, при расчетах на прочность пренебрегают давлением грунта и воздействием подвижных нагрузок (автомобили, сель скохозяйственные машины, строительная техника), так как они незначительны и компенсируются внутренним давлением.
Вместе с тем необходимо иметь в виду, что магистральные трубопроводы кроме постоянных испытывают также временные нагрузки (в частности при колебаниях внутреннего давления).
Магистральные трубопроводы рассчитывают по методу пре дельных состояний. Предельным называют такое состояние конструкции, при достижении которого ее нормальная эксплуа тация становится невозможной. Подземные трубопроводы до стигают предельного состояния, когда напряжения в них дости гают предела прочности авр, наземные —предела текучести.
С учетом вышесказанного найдем расчетную толщину стенки трубопровода из уравнения (2.1 )
S' = |
PD,, |
(2.5) |
2.(*к +ру |
|
Однако учитывая, что конструкция должна иметь некоторый запас прочности, в формуле (2.5) заменим величину Р произве дением п-Р (пр —коэффициент надежности по нагрузке), х о з расчетным сопротивлением металла трубы и сварных соедине ний /?,, что дает
0= У Р— Н |
(2.6) |
2-(/г,+*„•/>) |
|
Величина коэффициента надежности по нагрузке принимает следующие значения: пр= 1,15 для нефте- и нефтепродуктопроводов, работающих по системе «из насоса в насос»; пр —1,1 —во всех остальных случаях.
Расчетное сопротивление металла вычисляют по формуле
|
ш.. |
Я. = (ув |
(2.7) |
К, К.. |
где ту —коэффициент условий работы трубопровода, зави сящий от его категории: (ту= 0,9 для трубопроводов III и IV категорий, ту= 0,75 для трубопроводов I и II кате