Совершенствование рабочих процессов при строительстве газо-нефтепроводов

2. Технология строительства газо-нефтепровода

На тысячи километров протянулись по нашей стране трассы магистральных трубопроводов. Они прокладываются в самых разнообразных топографических, геологических, гидрогеологических и климатических условиях.

Вдоль трассы встречаются участки с просадочными грунтами, болота, зоны грунтов многолетнего промерзания. Линии магистральных трубопроводов пересекают большое число естественных и искусственных препятствий - рек, озер, железных и шоссейных дорог. В каждом конкретном случае необходимо принять соответствующее конструктивное решение, которое обеспечило бы надежную работу трубопровода и беспрепятственную эксплуатацию пересекаемых объектов.

В настоящее время  при сооружении магистральных трубопроводов  применяют подземную, полуподземную, наземную и надземную схемы укладки. Наиболее распространена подземная схема укладки. На нее приходится 98% от общего объема сооружений линейной части газонефтепроводов. В сильно обводненных и заболоченных районах применяют наземную и полуподземную схемы, так как они позволяют избежать дорогостоящей балластировки для труб средних и крупных диаметров. Надземную схему укладки трубопроводов применяют в основном при переходах через искусственные и естественные препятствия, районы горных выработок, участки грунтов многолетнего промерзания. Строительство магистральных трубопроводов сейчас ведется скоростными методами. Передовые организации практически доказали возможность прокладки магистралей больших диаметров со скоростью 3 км в сутки. Столь высокие темпы достигнуты благодаря индустриализации строительного производства, применению прогрессивной технологии и организации линейных работ.

 

2.1 Технология и организация строительства газотрубопровода

 

2.1.1 Обоснование к выбору числа трубоукладчиков в колонне при            укладке газотрубопроводов 

 

Для рассмотрения данного вопроса воспользуемся  расчётной схемой приведённой на рисунке 2.1

 

Рисунок 2.1 – Расчетно – технологическая схема

 

Задачи расчёта: определить базовое расстояние между трубоукладчиками, количество трубоукладчиков необходимых для укладки трубопровода диаметром 273 мм и толщиной стенки 20 мм.

Исходные данные: модуль упругости трубной стали Е=2,1 10⁷ Н/см ; диаметр труб = 21,9 – 2,73 см; толщина стенки труб =2,0 см; коэффи-циент, учитывающий граничные и начальные условия расчетно-технологической схемы =3,3-3,5; усилие для изгиба в горизонтальной плоскости Р₁=6000 Н; расчетное смещение оси трубопровода до укладки по отношению к оси траншеи =3 м; погонная сила тяжести 1 м трубопровода при диаметре труб 273 мм = 1,1 кН/м; жесткость трубопровода на изгиб при диаметре труб 273 мм =17300 кН/м _; высота подъема трубопровода,       h= 0,9 м.

 

При укладке в траншею  трубопроводов для газлифтных систем из труб диаметром 219 – 273 мм, с толщиной стенки 20 мм необходимо учитывать следующие обстоятельства (см. рисунок 2.1):

 

Сваренная на строительной полосе нитка газлифтного трубопровода, обладая повышенной жёсткостью EJ (по сравнению с трубами, у которых толщина стенки 8 – 10 мм), требует значительно больших усилий для изгиба в горизонтальной плоскости (Р₁ и Р₂). Однако увеличивать эти усилия сверх расчётных значений  (Р₁ = 6000 Н) недопустимо, так как при этом может произойти интенсивное  боковое смещение трубопровода на строительной полосе с порчей изоляционного покрытия, поэтому при укладке трубопровода из толстостенных труб приходится увеличивать базовое расстояние L на изгибаемом (укладываемом) участке до значения определяемого по следующей формуле /9/

 

,

(2.1)

 

где  L – базовое расстояние между трубоукладчиками, м;

       - модуль упругости трубной стали (Е=2,1 10⁷ Н/см ) /9/;

 и  - соответственно диаметр и толщина стенки труб ( =11,4-21,9 см; =2,0 см) /9/;

- коэффициент, учитывающий граничные  и начальные условия расчетно-технологической  схемы ( =3,3-3,5) /9/;

 - минимальный радиус упругого изгиба трубопровода ( =_{27300 см}) /9/;

Р₁ - усилие для изгиба в горизонтальной плоскости, Р₁=6000 Н /9/.

 

м.

 

Для трубопровода диаметром 273 мм при значении =3,5  =44,8 м. Этот же параметр (расстояние между первым и последним трубоукладчиками) при укладке трубопровода из труб с толщиной стенки 8 мм составляет всего 17,8 м; здесь достаточно иметь в колонне два трубоукладчика.

 

Кривая упругого изгиба, получаемая из условий силовых воздействий  на трубопровод и характеризуемая  параметром , должна вписываться в заданные геометрические ограничения, т.е. /9/

 

,

(2.2)

 

             где L – базовое расстояние между трубоукладчиками, м;

 - минимальный радиус упругого изгиба трубопровода ( =_{27300 см}) /9/;

- расчетное смещение оси трубопровода  до укладки по отношению к  оси траншеи ( =3 м) /9/.

 

 м.

 

В данном случае указанное  условие выполняется

 

 

При заданной высоте подъема  трубопровода (в местах установки  трубоукладчиков) над строительной полосой, которая определяется прочностью труб и находится в пределах = 0,8-1,0 м, необходимо, чтобы не было контакта трубопровода с грунтом в средней части пролета .

Зазор  в этой части  определяют из соотношения /9/

 

,

(2.3)

 

где  _{- зазор, м;}

    - погонная сила тяжести 1 м трубопровода (при диаметре труб 219 мм =0,11 т/м) /9/;

       - жесткость трубопровода на изгиб (при диаметре труб 273 мм =1730 т/м ) /9/;

        L – расстояние между трубоукладчиками, L= 44,8 м;

        h – высота подъема трубопровода, 0,9 м /9/.

 

 м.

Знак минус указывает на отсутствие зазора между трубопроводом и поверхностью строительной полосы в средней части пролета.

Для обеспечения гарантированного зазора потребовалось бы дополнительно увеличить высоту подъема трубопровода в местах установки трубоукладчиков до значений 1,2-1,3 м, что могло бы привести к поломке трубопровода.

Таким образом, для обеспечения  нормальной работы колонны по укладке  трубопровода необходимо дополнительно  поддерживать его в средней части  пролета  . Для этого здесь должен быть установлен вспомогательный трубоукладчик средней грузоподъемности.

Следовательно, для укладки  газлифтных трубопроводов диаметром 273 мм, с толщиной стенки 20 мм в колонне  необходимо иметь, по меньшей мере, три трубоукладчика.

 

Вывод:  в результате расчёта  были определены базовое расстояние между трубоукладчиками L= 44.8м, количество трубоукладчиков необходимых для укладки трубопровода диаметром 273 мм и толщиной стенки 20 мм составляет минимум три штуки.

Согласно проведённых расчетов выбираем 3 трубоукладчика марки        ТГ 124. Основные параметры трубоукладчика марки ТГ 124 указаны в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1          

Грузоподъёмность, т	12,5
Момент устойчивости, тс м	37,4
Вылет максимальный, м	5,7
Вылет минимальный, м	1,5
Высота подъема максимальная, м	5
Скорость подъёма – опускания  груза, м/с
Максимальная	0,17
Минимальная	0,058
Глубина опускания крюка, м	3
Базовая машина	Тр-р Т-130
Масса, кг	22800

 

При сопровождении очистных и изоляционных машин для поддержания  трубопровода применяются  троллейные подвески ТП371ХЛ с приведёнными в таблице 4 характеристиками.

 

Таблица 2.2

Грузоподъёмность, т	12,5
Число катков	6
Диаметры поднимаемых  трубопроводов, мм	89 – 377

 

Они состоят из подвесок опорных  катков, удерживаются на крюке с  помощью петель. Благодаря шарнирной подвеске все катки имеют контакт с трубой, что снимает удельное давление на трубу.

 

2.1.2  Расчёт параметров схем производства изоляционно-укладочных работ при строительстве трубопроводов

 

Для рассмотрения данного вопроса воспользуемся расчётной схемой приведённой на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 - Расчетно-технологическая схема

 

Задачи расчёта: определить оптимальные  расстояния между точками подвеса  трубопровода в изоляционно –  укладочной  колонне, нагрузки в точках подвеса трубопровода в изоляционно – укладочной  колонне и длины крайних пролетов технологической схемы, число трубоукладчиков в каждой точке подвеса.

 

Исходные данные: технологические  высоты подъема трубопровода =0,9м и = 0,5м, вес единицы длины трубопровода =1,1 кН/м, изгибная жесткость =1730 кН/м _.

 

Для расчетов используем следующие формулы /9/

 

,	(2.4)
,	(2.5)
,	(2.6)
,	(2.7)

 

где l₁ – расстояние между точной контакта поднятого над поверхностью земли трубопровода и первым трубоукладчиком, м;

     l₂ – расстояние между первым и вторым трубоукладчиком, м;

     l₃ – расстояние между вторым и третьим трубоукладчиком, м;

     l₄ – расстояние между точной контакта уложенного в траншею трубопровода   и третьим трубоукладчиком, м;

     - изгибная жесткость, = 17300 кН/м² /9/;

  и -  высоты подъема трубопровода, = 0,9 м, = 0,5 м /9/;

 g – погонная сила тяжести единицы длины трубопровода. g= 1,1 кН/м /9/.

 

м ,

 

м ,

 

м ,

 

м.

 

Определение нагрузок в точках подвеса.

 

Нагрузки на трубоукладчики ( и ), а также реакции грунта  и (см. рисунок 21) рассчитываем по формулам /9/

 

,	(2.8)
,	(2.9)
,	(2.10)
,	(2.11)
	(2.12)

 

где К₁ – нагрузка на трубопровод в точке подвеса его к первому трубоукладчику, кН;

К₂ – нагрузка на трубопровод в точке подвеса его ко второму трубоукладчику, кН;

К₃ – нагрузка на трубопровод в точке подвеса его к третьему трубоукладчику, кН;

g – сила тяжести единицы длины трубопровода, g= 1,1 кН/м /9/;

     Q_к – сила тяжести комбайна, Q_к=30 кН;

      l₁ – расстояние между точной контакта поднятого над поверхностью земли трубопровода и первым трубоукладчиком, l₁= 26,83 м;

      l₂ – расстояние между первым и вторым трубоукладчиком, l₂ = 13,31 м;

      l₃ – расстояние между вторым и третьим трубоукладчиком, l₃ = 11,49 м;

      l₄ – расстояние между точной контакта уложенного в траншею  трубопровода   и третьим трубоукладчиком, l₄ = 23,17м.

      R_А , R₀ – реакции в точках контакта трубопровода с поверхностью земли, кН.

 

кН,

 

кН,

 

кН,

 

 кН,

 

 кН.

 

Число трубоукладчиков  в точках подвеса рассчитывают, исходя из нагрузок , с учетом вылетов стрел у каждого трубоукладчика  в колонне.

Число трубоукладчиков  в каждой точке подвеса определяют по следующей формуле  /9/

 

(2.13)

где  N - число трубоукладчиков в каждой точке подвеса;

           К₁ – нагрузка на трубопровод в точке подвеса его к первому трубоукладчику, К₁= 27 кН;

      К₂ – нагрузка на трубопровод в точке подвеса его ко второму трубоукладчику, К₂= 13,64 кН;