Лекции Сооружение и экспл ГНП

Лекция 6.

Переходы магистральных трубопроводов через естественные и искусственные преграды. Морские трубопрово-

ды нефти и газа

Магистральные трубопроводы пересекают на своем пути, как правило, большое число естественных и искусственных препятствий.

К естественным относят препятствия, сформировавшиеся на земной поверхности без участия человека (реки, озера, болота, овраги и т.п.). Под искусственными понимают препятствия, появившиеся в результате деятельности человека (железные и автомобильные дороги, каналы, водохранилища и т.п.).

Сооружение переходов через естественные и искусственные препятствия выполняют специализированными подразделениями (бригадами) по отдельному проекту производства работ (или технологической карте). ППР должен быть согласован с владельцем искусственного сооружения, а по естественным препятствиям – с местной администрацией или ведомством, ответственным за эксплуатацию (охрану) природного объекта.

Строительно-монтажные работы на пересечениях с подземными коммуникациями выполняются по согласованию с владельцем коммуникации, при наличии от него письменного разрешения на производство работ (с указанием сроков и условий пересечения) и в присутствии его представителя.

При подготовке производства работ на местах пересечения трубопровода с существующими подземными коммуникациями и сооружениями используют приборы обнаружения коммуникаций и принимают меры для предохранения их от повреждений.

При строительстве трубопроводов в многониточных технических коридорах производство работ организуется таким образом, чтобы исключить повреждение ранее положенных трубопроводов. ППР по строительству нового трубопровода согласовывается с организацией, эксплуатирующей действующие трубопроводы.

Преодолеть препятствия можно по воздуху (воздушные перехо-

ды), под землей (переходы под железными и автомобильными дорогами) и под водой (подводные переходы).

Воздушные переходы

Воздушные переходы устраиваются при пересечении трубопроводом нешироких болот, оврагов, рек, каналов, участков, под днев-

61

ной поверхностью которых ведется выемка породы, полезных ископаемых и т.д.

Выделяют следующие схемы воздушных переходов:

однопролетный балочный переход применяется при пересечении узких преград с устойчивыми стенками;

арочный переход трубопровода не имеет промежуточных опор и способен к некоторой компенсации температурных деформаций труб;

многопролетный балочный переход сооружают при пересечении относительно широких препятствий, дно которых сложено из устойчивых горных пород;

трапецеидальный переход отличается от арочного способностью компенсировать удлинения труб в большей степени;

переход в виде самонесущей провисающей нити подвешивается к опорным устройствам и материал труб воспринимает нагрузку от собственной массы и массы перекачиваемого продукта. Самонесущие висячие трубопроводы применяются при строительстве газопроводов диаметром до 100 мм.

Взависимости от условий строительства все виды воздушных переходов объединяются в три группы: балочные, подвесные и самоне-

сущие.

Балочные переходы, как правило, бывают многопролетными, т.е. с несколькими промежуточными опорами. Опоры могут быть неподвижными, шарнирными или скользящими.

Подвесные (вантовые, висячие) переходы отличаются от балочных тем, что роль промежуточных опор выполняют канаты, удерживающие трубопровод от провисания. Для крепления несущего троса служат пилоны (опоры, к которым подвешивается несущий трос) и якоря (анкерные опоры). Якорями называют опоры, служащие для крепления концов несущего троса.

Всамонесущих (арочных, трапецеидальных, в виде провисающей нити) переходах нагрузку трубопровод воспринимает на себя. При монтаже арок сначала на специальном станке гнут необходимое число труб

всоответствии с ее расчетной кривизной. Затем на монтажной площадке сваривают арку на полную длину, а также собирают на ней все элементы оснастки. Далее подготовленную к установке арку испытывают внутренним давлением, наносят на нее антикоррозионное покрытие, после чего перетаскивают через препятствие. Заканчиваются работы подъемом арки и ее закреплением на опорах.

Сооружение трубопроводов традиционными траншейными методами в ряде случаев ограничены техническими, экономическими и эко-

62

логическими проблемами. В большей мере это относится к строительству переходов через искусственные и естественные преграды, например, автомобильные и железнодорожные пути сообщения, гидротехнические сооружения, реки т.д.

Переходы под железными и автомобильными дорогами

Способы и сроки производства работ по сооружению переходов под автомобильными и железными дорогами согласовывают с эксплуатирующими эти дороги организациями. На строительство таких пересечений разрабатывается отдельный проект производства работ (ППР) или технологическая карта.

В зависимости от интенсивности движения, категорийности дорог, диаметра трубопровода, методов производства работ, грунтовых условий укладка трубопроводов может осуществляться следующими способами:

открытым, при котором трубопровод с защитным футляром (кожухом) или без него укладывается в траншею, устроенную в насыпи дороги;

закрытым, при котором для укладки футляра (кожуха) через дороги применяются методы бестраншейной проходки.

При пересечении железных дорог и автодорог I...III категории (свыше 1000 автомобилей в сутки) нарушение насыпи и образование даже минимальных просадок ее поверхности не допускается. Поэтому сооружение подземных переходов под ними производится бестран-

шейным методом.

Конструкция перехода такова. Трубопровод с целью дополнительной защиты от внешних нагрузок укладывается в кожухе, длина которого на 10...40 м превышает ширину полотна дороги, а диаметр не менее, чем на 200 мм больше диаметра трубопровода. Кожух, как и основной трубопровод, покрыт антикоррозионной изоляцией.

На переходах газопроводов межтрубное пространство в кожухе сообщается с атмосферой посредством вытяжной свечи диаметром 100...

150 мм и высотой не менее 5 м. На переходах нефте- и нефтепродуктопроводов вытяжные свечи не устраивают. Кожух укладывают с уклоном не менее 0,002 с тем, чтобы при аварийном разрыве трубопровода нефть (нефтепродукты) стекала в специальный сборный колодец.

Технология работ по бестраншейной прокладке переходов включает следующие основные этапы:

63

подготовительные работы (установка по обе стороны дороги рабочего и приемного котлованов для размещения машин и механизмов и для выполнения необходимых работ по присоединению дополнительных труб перехода);

прокладка кожуха под полотном дороги (способами прокалывания, продавливания и горизонтального бурения);

Способ прокалывания заключается в том, что лобовую часть кожуха оснащают специальным заостренным наконечником с диаметром на 30...40 мм больше диаметра кожуха, а на заднюю часть создают давление домкратами, упирающимися в заднюю стенку котлована. По мере вдавливания кожуха в грунт его наращивают дополнительными заранее приготовленными секциями. Такой способ прокладки требует очень больших усилий продавливания (при диаметре менее 100 мм - до 40 т, при 200 мм - до 100 т, при 520 мм - до 200 т).

Способ продавливания состоит в том, что кожух вдавливается в грунт открытым концом, а поступающий внутрь кожуха грунт удаляется. При этом усилие продавливания существенно меньше, т.к. определяется в основном силой трения грунта о наружную поверхность кожуха. Чтобы еще больше уменьшить сопротивление головную часть кожуха снабжают специальным режущим кольцом с диаметром на 30...40 мм больше диаметра основной трубы. Усилие на заднюю часть кожуха также создается домкратами. Грунт из трубы удаляется механическими приспособлениями или гидроразмывом с последующей откачкой пульпы. Способ продавливания позволяет проходить за смену лишь 2...3 м при диаметре труб 1000... 1200 мм. Усилие продавливания при этом составляет от 140 до 300 т.

Основным недостатком данных способов прокладки труб под дорогами является необходимость постепенного наращивания либо длины кожуха, либо длины толкающих элементов, поскольку длина хода поршней домкратов составляет 1...2 м.

Способ горизонтального бурения позволяет прокладывать кожух сразу на полную длину. В рабочий котлован на ролики помещают прокладываемый кожух. Внутри кожуха размещается шнековый механизм, на конце которого установлен буровой инструмент. Другой конец шнекового механизма связан с силовой установкой, которая удерживается на весу трубоукладчиком. Подача шнекового механизма и кожуха вперед осуществляется с помощью лебедки, совмещенной с силовой установкой, усилие от которой передается через тросы на опору. Буровой инструмент режет грунт впереди трубы, а шнековый механизм перемещает его по кожуху, из которого он высыпается в рабочий котлован.

64

прокладка трубопровода внутри кожуха (трубы сваривают, изолируют, футеруют и подвергают гидравлическим испытаниям; с целью уменьшения усилия протаскивания на трубопроводе закрепляют роликовые опоры);

устройство вытяжной свечи или сборного колодца (кроме того выполняют восстановление придорожных сооружений и ландшафта местности).

Переходы через подземные и наземные коммуникации

Разработка траншеи на пересечениях через подземные коммуникации (трубопроводы, кабельные линии связи и электропередачи) производится при наличии письменного разрешения организации, эксплуатирующей эти коммуникации, и в присутствии ответственных представителей строительной и эксплуатирующей организаций.

Укладка трубопровода на переходе через подземные коммуникации производится продольным перемещением в траншее под коммуникациями предварительно заизолированной трубной плети.

Подводные переходы

В практике строительства переходов методом наклоннонаправленного бурения применяется технологическая схема, включающая:

бурение пилотной скважины;

расширение скважины;

протаскивание рабочего трубопровода.

Бурение пилотной скважины осуществляется при помощи породоразрушающего инструмента – буровой головки со скосом в передней части и встроенным излучателем. Пилотная скважина имеет размер 80– 200 мм, а далее последовательным расширением при помощи специального бурового инструмента (шаг расширения 200–250 мм) доводится до диаметра на 30–40 % превышающего диаметр трубопровода.

На всех этапах буровых работ используется промывочная жидкость, так называемый бентонит, выполняющий следующие функции: укрепление стенок скважины, разрушение породы и вынос ее на поверхность, охлаждение породоразрушающего инструмента и вмонтированного в него датчика.

Как известно, одинаковых скважин не бывает, даже, если они находятся рядом. Хотя буровой раствор и инструмент будут одними и теми же, бурение каждый раз может происходить по-разному. В данном слу-

65

чае значительная роль в технологическом процессе принадлежит компьютерными программами пилотной проходки скважины. Контроль за местоположением буровой головки осуществляется с помощью приемного устройства локатора, который принимает и обрабатывает сигналы встроенного в корпус буровой головки передатчика. На мониторе локатора отображается визуальная информация о местоположении, уклоне, азимуте буровой головки. Также эта информация отображается на дисплее оператора буровой установки.

Расширение осуществляется после завершения пилотного бурения. При этом буровая головка отсоединяется от буровых штанг и на ее место присоединяется расширитель обратного действия. Приложением тягового усилия с одновременным вращением расширитель протягивается через створ скважины в направлении буровой установки, расширяя пилотную скважину до необходимого для протаскивания трубопровода диаметра.

После выхода последнего расширителя начинается подготовка к протягиванию плети трубопровода. На стороне препятствия, противоположной месту буровой установки, готовится рабочая плеть трубопровода, которая укладывается на специальные роликовые опоры. К переднему концу рабочей плети крепится оголовок с воспринимающим тяговое усилие вертлюгом и расширителем, который крепится к промывочной буровой колонне. Вертлюг позволяет вращаться буровой колонне и расширителю, но в тоже время не передает вращательное движение на плеть трубопровода. Таким образом, вращая и протаскивая буровую колонну через створ скважины, буровая установка затягивает в скважину расширитель и рабочую плеть трубопровода.

К подводным переходам относятся участки магистральных трубопроводов, пересекающие естественные и искусственные водоемы (реки, озера, водохранилища) по их дну. Границы подводного перехода определяются уровнем, до которого вода в водоеме поднимается не чаще 10 раз за 100 лет.

Схема подводного перехода включает основную и резервную нитки трубопровода, а также береговые задвижки (на газопроводах - краны). В случае возникновения аварийной ситуации на основной нитке, она отключается запорными устройствами, а транспортируемый продукт пускается по резервной нитке (дюкеру). При ширине водной преграды в межень (в среднем) менее 75 м резервную нитку допускается не сооружать.

Магистральные трубопроводы прокладывают, как правило, с заглублением в дно водоемов. Земляные работы под водой выполняют с

66

помощью специальных землеройных машин (земснарядов, гидромониторов и т.д.). Широко распространена разработка подводных траншей скреперными установками, приводимыми в движение с обеих сторон реки либо лебедками, либо тракторами с помощью канатов. В отдельных случаях (при глубине водоемов не более 2...3 м) разработку подводной траншеи ведут экскаватором, установленным на понтоне, перемещаемом в свою очередь с помощью лебедок, которые наматывают тросы, закрепленные якорями на берегу.

Перед укладкой трубопровод сваривают, наносят на него изоляционное покрытие, футеруют матами из деревянных реек, после чего его балластируют.

Балластировка, или утяжеление трубопровода производится с целью предотвращения его всплытия. Для этого используют одиночные чугунные или железобетонные пригрузы, а также сплошные покрытия из бетона или асфальтобетона. В настоящее время широко распространены чугунные пригрузы в виде двух полумуфт, скрепляемых болтами. Они жестко фиксируются на трубопроводе через определенные расстояния. Наиболее перспективным является применение анкеров, утяжеление труб сплошным покрытием из бетона или заполнение утяжеляющим раствором межтрубного пространства (при схеме прокладки типа «труба в трубе»).

Подготовленный к укладке трубопровод состоит из одной или нескольких секций, общая длина которых на несколько десятков метров превышает ширину водной преграды между урезами воды.

В настоящее время применяется три способа укладки трубопроводов в подводные траншеи:

протаскивание по дну;

погружение с поверхности воды трубопровода полной длины;

погружение с поверхности воды последовательным наращиванием секций трубопровода.

67

Лекция 7.

Сооружение насосных и компрессорных станций магистральных трубопроводов

68

69

70