Федеральное агентство по государственным резервам

Федеральное государственное образовательное

учреждение

Торжокский политехнический колледж

Прокладка магистральных трубопроводов в вечномёрзлых грунтах и обводнённой местности

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

КП.130502.Н-30.11.ПЗ

Студент (Сушинин А.И.)

Преподаватель (Матвеева А.А.)

Торжок 2011

Содержание

Лист

ВВЕДЕНИЕ

1. Общая часть

1. Конструктивные схемы и способы прокладки

магистральных трубопроводов в вечномёрзлых грунтах

1.2 Конструктивные схемы и способы прокладки магистральных трубопроводов на обводненной местности

1.3 Технология сооружения магистральных трубопроводов

в вечномёрзлых грунтах

1.4 Технология сооружения магистральных трубопроводов на обводнённой местности

1.5 Машины и механизмы, применяемые при строительстве магистральных трубопроводов, проложенных в особых условиях

2. Расчетная часть

2.1 Определить глубину протаивания грунта при прокладке магистрального трубопровода на вечной мерзлоте

2. Механический расчет трубопровода

3 Заключительная часть

3.1 Техника безопасности при строительстве трубопроводов в особых условиях

2. Охрана окружающей среды при строительстве трубопроводов в особых условиях

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Магистральным трубопроводом называется сложное инженерно техническое сооружение предназначенное для транспортировки нефти, нефтепродуктов и газа, и характеризующиеся 4 основными признаками:

- большой диаметр,

- высокое давление,

- большая протяженность,

- наличие перекачивающих станций.

При прокладке магистрального трубопровода на трассе встречаются различные препятствия – как естественные, так и искусственные. Под естественными понимают препятствия сформировавшиеся на земной поверхности без участия человека (реки, озера, болота, участки вечномерзлых грунтов и т. п.), а к искусственным относятся препятствия появившиеся в результате деятельности человека (населенные пункты, железные и шоссейные дороги, кабели связи, каналы, искусственные водохранилища и т. п.). Рассмотрим прокладку в вечномёрзлых грунтах и на обводнённой местности так, как это те зоны в которых трубопровод прокладывается более часто.

Добыча природного газа ведётся в северных районах нашей страны и магистральный трубопровод приходится прокладывать от места добычи к потребителю через вечномёрзлые грунты.

Во времена СССР трубопроводы не разрешалось прокладывать на сельскохозяйственных землях поэтому все трубопроводы шли через земли которые были не пригодны для сельского хозяйства в частности это были болота.

1 Общая часть.

1.1 Конструктивные схемы и способы прокладки магистральных трубопроводов в вечномёрзлых грунтах

В настоящее время применяют три основных схемы: подземную, наземную и надземную. Применимость каждой из них в тех или иных конкретных условиях определяется прежде всего тепловым взаимодействием труб с окружающей их средой. Если температура транспортируемого продукта отрицательная, мёрзлый грунт вокруг трубы оттаивать не будет, и следовательно, его несущая способность будет достаточной для нормальной работы трубопровода при любой конструктивной схеме. Если же температура продукта положительная, то грунт вокруг трубы оттаивает. Несущая способность его резко снижается, что приведет к просадкам трубы и другим нежелательным последствием.

Подземная схема прокладки трубопровода

При температуре стенки трубы t_тр > 0^оС вокруг неё образуется зона оттаивания грунта, называемая ореолом оттаивания. Граница ореола оттаивания не является постоянной; она перемещается в зависимости от изменения температуры как грунта, так и трубы.

Для прогноза возможных изменений положения трубопровода достаточно иметь такую характеристику, как глубина протаивания грунта под трубой. Определяется глубина протаивания в произвольном сечении, но поскольку трубопровод является линейным сооружением, то даже при постоянных по его длине характеристиках грунта h_п не будет постоянной, если t_тр будет изменяться по длине. Известно, что температура трубопровода меняется по длине прежде всего за счёт передачи тепла в окружающий трубу грунт.

а) в летний период; б) в зимний период

Рис.2 Изменение температуры по длине трубопровода

Рис.1 Ореол оттаивания грунта

Например, газ в летний период поступает в трубопровод в КС, имея температуру до 70^оС, а подходит к следующей КС с температурой 20-35^оС; в зимний период температура может изменяться от плюс 30-40^оС до минус 30^оС ( в зависимости от температуры окружающей среды). Графически изменение температуры по длине трубопровода для одного и того же участка можно представить, как показано, например, на рисунке 2.

Как видно из рисунка 2, на участке до сечения I-I трубопровод в любой период года находится в горячем состоянии, а на участке от сечения I-I до II-II в течение некоторого времени – в горячем состоянии, а оставшееся время года в холодном.

Следовательно, в течении всего периода эксплуатации на участке до сечения

I-I в грунт будет поступать тепло, и он будет не прерывно оттаивать. На участке

I-II грунт будет периодически оттаивать и замерзать. В связи с этим приведём существующую в настоящее время классификацию ( разработанную Гипроспецгазом), согласно которой участки трубопроводов делятся на горячие, холодные и тёплые.

Под горячим понимается участок, температура которого в течение всего года выше 0^oC; под теплым – участок, на котором температура может быть выше и ниже 0^оС, но среднегодовая – ниже нуля; под холодным – участок, температура труб на котором ниже 0^оС в любое время года (могут быть лишь эпизодические повышения температуры выше 0^оС).

Таким образом, определив принадлежность участка трубопровода к одному из перечисленных типов, можно заранее сказать, что на горячем участке будет происходить только оттаивание грунта, на тёплом – периодическое оттаивание – замерзание, а на холодном оттаивания не будет. Это позволяет заранее наметить возможные конструктивные схемы трубопровода.

Наземная схема прокладки

Так же, как и в предыдущем случае, необходимо определить глубину протаивания грунта h_п под трубопроводом, уложенным в насыпи.

С учётом сезонного протаивания грунта от солнечной радиации к величине h_п , необходимо добавить сезонное протаивание h_с.п.

В зависимости от теплового режима трубопровода устанавливают, к какому типу относится тот или иной участок (горячему, тёплому или холодному). Поскольку на горячих участках сохраняется постоянная температура стенки труб, то оттаивание грунта будет происходить непрерывно с момента пуска трубопровода. На тёплых участках оттаивание будет наблюдаться только в течении времени, когда трубопровод имеет положительную температуру. За один год таких дней может быть 50, 100, 120 и т.д.

На холодных участках положительная температура стенок труб бывает эпизодической т во внимание не принимается.

Нельзя сказать заранее, какая из схем для вечномёрзлых грунтов наилучшая. Любая из существующих в настоящее время схем может быть хороша для одних условий и совершенно непригодна для других.

В результате проведённых исследований составлена таблица рекомендуемых систем (табл. 1) прокладки трубопроводов в условиях вечномёрзлых грунтов. Она составлена с учётом несущей способности мёрзлого грунта при различных температурных состояниях трубопровода в соответствии с приведённым выше определением горячих, тёплых и холодных участков.

Рекомендуемые системы прокладки трубопроводов в условиях вечномерзлых грунтов. Таблица 1

Тип участка по сложности геокриологических условий	Группа типов местности	Характеристика грунтов по просадочности	Методика определения осадок	Рекомендуемые системы прокладки газопровода в зависимости от характеристики участка
				Горячий	Тёплый	Холодный
Нормальный	IV группа Речные трассы, занесенная пойма	I категория Непросадочные при оттаивании, дающие незначительную равномерную осадку	Практически не учитываются	Подземная и наземная	Подземная и наземная	Подземная и наземная
	III группа Болота в междуречьях, надпойменные террасы		Фильтрационная	Подводная с пригрузкой и в насыпи	Подводная с пригрузкой и в насыпи	Подводная с пригрузкой и в насыпи
Сложный	II группа Тундровые и лесотундровые плохо дренированные местности	II категория Малопросадочные, дающие равномерную осадку до 10% от мощности оттаявшего слоя	Фильтрационная	Надземная на свайных и наземных опорах	Надземная и наземная на теплоизоляционной подушке	Наземная на выравнивающей подсыпке без обвалования и подземная
Особо сложный	I группа Бугристые и плоские торфяники, склоны с развитием солифлюкционных процессов	III категория Льдонасыщенные, дающие неравномерную осадку 10-40% мощности оттаявшего слоя	Опытным путём и методика вязкой жидкости	Надземная на свайных опорах	Надземная с теплоизолиционной подушкой и обвалованием	Надземная с теплоизолиционной подушкой и
		IV категория Содержат крупные включения подземного льда, в результате протаивания образуются термокаркарсты и провалы

Методы уменьшения теплового воздействия трубопровода на окружающую среду