Проблемы проектирования магистрального нефтепровода в условиях Крайнего севера – многолетнемерзлых грунтов

         Установка свайных фундаментов

В качестве фундаментов  под нефтепровод приняты сваи из стальных труб диаметром 219, 325, 426 и 530 мм, а при устройстве узла запорной арматуры дополнительно диаметрами 108 и 159 мм в соответствии с ГОСТ 8732-78. Длина свай принята от 8 до 20 метров.

Допустимые  отклонения размеров свай не должны превышать  следующих значений:

по длине  свай:

- при номинальном  размере до 10 м   ±  30 мм;

- при номинальном  размере более 10 м   ±  50 мм;

- по диаметру         + 5 мм; - 0 мм;

- по кривизне (максимальная стрелка)    - 10 мм.

Рабочим проектом предусматривается:

• буроопускной способ погружения в предварительно пробуренные лидерные скважины на участках распространения многолетнемерзлых грунтов;

          -   винтовой или бурозабивной способ на участках распространения талых грунтов.

В целях предохранения  свай-труб от разрывов при замерзании воды в их полости, а также для  улучшения антикоррозионных условий  и согласно рекомендациям СНиП 2.02.04-88 п.3.19 полости свай после установки  должны заполняться сухой цементно-песчаной смесью состава 1:7.

         Монтаж подвижных и неподвижных опор

До начала работ  по монтажу подвижных и неподвижных  опор трубопровода должен быть завершен и принят по акту монтаж оголовков  свай и балок опор трубопровода.

Выполним расчет максимального расстояния между  опорами (без учета компенсаторов).

 Расстояние  между подвижными опорами для  нефтепровода рассчитывается по  следующей формуле [7]:

                                                    ₍₃₅₎

где q_полн – равномерная расчетная вертикальная нагрузка, определяется по формуле(36);

      I – момент инерции сечения трубопровода, принимаем I= 228643 см² для

 D=820×11[9];

     - скорость ветра,  принимаем =2,5 м/с.

                     (36)

_{где qм- нагрузка от собственного веса металла трубы;}

      _{qиз- нагрузка от собственного веса изоляции;}

      _{qпрод- нагрузка от веса продукта;}

      _{qсн- снеговая нагрузка;}

      _{qлед- нагрузка, при возможном обледенении трубопровода.}

_{Рассчитываем  нагрузку от собственного веса металла трубы:}

    ,                        (37)

где соответственно расчетная и нормативная нагрузки;

- коэффициент надежности по  нагрузке от действия собственного веса,        равный 1,1, а при расчете на продольную устойчивость и устойчивость положения – равный 0,95;

     - удельный вес металла, из которого изготовлены трубы (для стали = 78500 Н/м³);

     - площадь поперечного сечения стенок труб;

     - внутренний диаметр трубопровода;

     - толщина стенок труб.

Рассчитываем  от собственного веса изоляции:

для ориентировочных  расчетов надземных трубопроводов  вес изоляционного покрытия и  различных устройств, которые могут  быть установлены на трубопроводе, можно принять равным 10% от собственного веса металла трубы

  ,                                                          (38)

 

Определяем  нагрузку от веса продукта:

  ,                         (39)

     _н - плотность транспортируемой нефти, кг/м³;             

     - внутренний диаметр трубы, см.

 Определяем  снеговую нагрузку:

снеговая нагрузка , приходящаяся на единицу длины надземного трубопровода, подсчитывается по формуле:

  ,                             (40)

где  - коэффициент надежности по нагрузке от веса снегового покрова,          =1,4;          

     - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной    поверхности на уровне прокладки трубопровода, Па;

     - ширина горизонтальной проекции надземного трубопровода,

Значение  находится следующим образом:

                                (41)

где - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое по [2] в зависимости от района строительства(таблица 5):

 

Таблица 5 –  Характеристика снеговых районов по территории РФ

Снеговой район  РФ по карте 1	I	II	III	IV	V	V1	VII	VIII
кПа	0,56	0,84	1,26	1,68	2,24	2,80	3,36	3,92

 

- коэффициент перехода от веса снегового покрова на единицу поверхности земли к весу снегового покрова на единицу поверхности площади на уровне прокладки трубопровода, для одиночного трубопровода   

  =0,4.

Определим нагрузки при оледенении:

гололедные  нагрузки для случаев, когда возможно обледенение надземного трубопровода, рассчитываются по формуле:

  ,            (42)

где и - соответственно расчетная и нормативная нагрузки, Н/м;

      - коэффициент надежности по гололедной нагрузке, =1,3;

      - толщина слоя гололеда, мм, принимаемая согласно СНиП 2.01.07-85*[27] в зависимости от района строительства(таблица 6);

      k – коэффициент, учитывающий изменение толщины слоя гололеда в зависимости от высоты положения трубопровода над поверхностью земли (таблица 7).

Таблица 6 –  Характеристика  гололедных районов  по территории РФ

Гололедные  районы РФ	I	II	III	IV	V
Толщина стенки гололеда b, мм	не менее 3	5	10	15	не менее 20

 

Таблица 7 –  Зависимость толщины слоя гололеда от высоты

Высота над  поверхностью земли, м	5	10	20	30	50	70	100
Коэффициент k	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0

 

Тогда,

_{Определяем  расстояние между  опорами:}

При монтаже  трубопровода применяются следующие  виды опор:

опора продольно-подвижная (ОПП) ОС1, ОС1а, ОС3;

опора свободно - подвижная (ОСП) ОС2, ОС2а, ОС4;

опора неподвижная (НО) ОН1, ОН2, ОН3.

Сварочно-монтажные  работы

Кольцевые стыки  линейной части магистрального нефтепровода выполняются ручной электродуговой сваркой электродами с основным типом покрытия.

Перед сборкой  труб необходимо убедиться в том, что используемые трубы и соединительные детали трубопроводов имеют сертификаты качества и соответствуют ТУ на их поставку. Кроме того, трубы должны пройти входной контроль в соответствии с СНиП III-42-80*[28], ВСН 012-88[29]. При отсутствии клейм, маркировки, сертификатов (или других документов, удостоверяющих их качество) трубы к сборке и сварке не допускаются.

Концы труб с  забоинами и задирами фасок глубиной более 5 мм или вмятинами глубиной более 3,5% диаметра трубы, а также  любые вмятины с надрывами  или резкими перегибами, имеющие дефекты поверхности, исправлению не подлежат и должны быть вырезаны.

После вырезки  участка трубы с недопустимыми  дефектами следует выполнить  ультразвуковой контроль (УЗК) участка, прилегающего к торцу участка  шириной не менее 40 мм по всему периметру трубы для выявления расслоений.

Во избежание получения  «косых» стыков необходимо проверить  перпендикулярность торца по проверенным  шаблонам-угольникам. Отклонение от перпендикулярности торцов (косина реза) труб, поставляемых по ТУ, не должно превышать 1,6 мм. [5].

Укладка и  крепление труб на опорах

Монтаж труб (секций) в плеть трубопровода следует  производить непосредственно в  проектном положении, то есть на опорных  балках.

Монтаж прямолинейных  участков трубопровода следует начинать с установки трубного узла, собранного в заводских условиях, на балку  неподвижной опоры. Узел в средней  части балки закрепляется с помощью  съемных стяжных устройств.

После того как  трубный узел на неподвижной опоре будет зафиксирован, следует приступать к наращиванию плети трубопровода: сначала - в одну сторону (вплоть до того места, где должна быть смонтирована S-образная часть компенсатора), а затем - в другую сторону.

При этом на все  балки промежуточных (продольно-подвижных) опор должны быть выставлены опорные (нижние) полухомуты. Их положение на балках должно соответствовать проектному положению оси трубопровода (в плане).

Подачу труб (секции труб) к месту монтажа  осуществляют с помощью трубоукладчиков. Для обеспечения соосности пристыковываемой трубы (секции) с концом наращиваемой плети необходимо использовать еще один трубоукладчик, оснащенный мягким монтажным полотенцем; он должен располагаться в 6 - 12 м от собираемого стыка и поддерживать конец наращиваемой плети.

Высота подъема  конца плети относительно проектного положения трубопровода должна составлять, как правило, 15-20 см. Исключение составляют случаи, когда собираемый стык оказался как раз в том месте, где  расположена одна из опор (точнее, вблизи нее, на расстоянии не менее 200 мм от габарита балки). В такой ситуации высота подъема конца плети должна быть увеличена до  60-70 см, что обусловлено необходимостью создания свободного пространства для работы сварщиков.

Сборку и  сварку труб (двухтрубных секций) на опорах выполнять в соответствии с операционными технологическими картами сборки и сварки неповоротных стыков труб  с использованием инвентарных подмостей или лестниц в зависимости от высоты опор.

После завершения сварочно-монтажных работ следует произвести установку и закрепление всех верхних полухомутов на продольно-скользящих опорах.

Следующим этапом работ является проверка прямолинейности  смонтированного участка. Если не обнаружено отклонений от требуемого высотного  положения рабочего участка трубопровода, то следует произвести окончательный монтаж и приварку опор к балкам свайных фундаментов в соответствии с требованиями рабочих чертежей [12].

Установка термостабилизаторов

Система температурной  стабилизации грунтов запроектирована  с учетом норм и правил пожаровзрывобезопасности, и обеспечивает надежную эксплуатацию объекта, находящегося на значительном удалении от территорий с развитой инфраструктурой.

Конструктивно система термостабилизации представлена не рисунке 7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 - Конструкция термостабилизатора

Система термостабилизации  для объектов Ванкорского месторождения  разработана и выполнена таким  образом, что при необходимости  ее мощность может быть существенно  увеличена. В обычном режиме она  действует по принципу естественной циркуляции, используя систему стальных охлаждающих труб. При необходимости существенно увеличить мощность, задействуется резервный контур из полиэтиленовых труб, уложенных параллельно стальным трубопроводам основного контура.

Буроинъекционные сваи совместно с инъекцией или без нее применяются в самых разнообразных специфических случаях: для усиления фундаментов при аварийных ситуациях; при устройстве перекрытий, пристроек, надстроек; при устройстве фундаментов вблизи существующих зданий, исключающих применение сваебойной техники (рисунок 8).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок  8 - Индивидуальные термостабилизаторы

 

     Существуют  несколько разновидностей данной  системы применяемых при строительстве  магистрального нефтепровода «Ванкорское месторождение – НПС «ПУРПЕ»:

    - система «ГЕТ» (горизонтальная, естественно действующая) предназначена для температурной стабилизации грунтов оснований зданий и сооружений с полами по грунту, расположенных на вечномерзлых грунтах сливающегося типа. Ширина зданий или сооружений - до 100 м.

    - система  «ВЕТ» (вертикальная, естественно действующая, трубчатая) предназначена для замораживания грунтов оснований и сооружений, расположенных на вечномерзлых грунтах несливающегося типа. Ширина зданий - также до 100м.

    - индивидуальные СОУ - термостабилизаторы изготавливаются длиной до 13 м. Индивидуальные термостабилизаторы (рисунок 9) устанавливаются вертикально, наклонно под углом до 45° и слабо наклонно - под углом 3…5° к горизонту.