Обеспечение надежности при строительстве и эксплуатации подводных переходов трубопроводов через водные преграды

      МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

   Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 Филиал Российского государственного университета нефти и газа имени И.М.Губкина в г.Оренбурге

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

на тему: «Обеспечение надежности при строительстве и эксплуатации подводных переходов трубопроводов через водные преграды»

 

Пояснительная записка  к курсовой работе

по дисциплине «Технологическая надежность газонефтепроводов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент гр. ТП-07	Подлевских А.С.
Проверил   ст. преподаватель	Гребешков Н.Н.

 

 

 

 

 

 

 

Оренбург  2012

Содержание

 

 Введение ……………………………………………………………………...3

1. Инженерные решения  по обеспечению надежности эксплуатируемых подводных переходов ………………………………………………………..5

2. Методы прокладки подводных  переходов трубопроводов ……………12

3. Определение устойчивости против всплытия подводного трубопровода

с учетом гидродинамического воздействия потока воды на трубу ……...17

4. Определение параметров балластировки трубопровода……………….20

5. Определение параметров укладки подводного трубопровода на дно                              траншеи протаскиванием на первой и четвертой стадиях ……………….21

Используемая литература …………………………………………………..27 
Введение

Обеспечение стабильного  функционирования, надежности и безопасности магистральных нефтепроводов входит в ряд первоочередных задач при их строительстве и эксплуатации любой трубопроводной системы. С точки зрения эксплуатационной надежности магистральных трубопроводов к участкам с повышенным риском эксплуатации можно отнести переходы через естественные и искусственные преграды. Повышенный риск эксплуатации любого подводного перехода по сравнению с основной частью магистрального трубопровода определяется не сколько вероятностью возникновения аварийной ситуации, сколько большими экологическими проблемами и экономическими затратами на устранение ее последствий.

Существует  ряд нормативно-технических  документов, определяющих правила проектирования, строительства и эксплуатации подводных переходов, общим принципом которых является предупреждение аварийных разливов нефти или выхода газа при сохранении эффективности трубопроводной системы. При планировании работ по обеспечению безопасности трубопроводных систем учитывают необходимость решения ряда социальных проблем. Поэтому предприятия, эксплуатирующие и контролирующие переходы через водные препятствия, должны обеспечивать равновесие трубопроводных систем с естественной природной средой. Дальнейшее старение трубопроводов, многократное повышение уровня требований к безопасности и надежности трубопроводного транспорта, современные научные представления и инженерные разработки создают сегодня предпосылки для совершенствования концептуальных подходов к вопросу предупреждения аварийных ситуаций на подводных переходах. Для анализа риска возникновения аварий важно определить набор типичных аварийных ситуаций с той или иной степенью вероятности их возникновения в зависимости от старения металла труб, повреждения изоляции, размыва подводных переходов и других технических и антропогенных факторов.

1 Инженерные решения  по обеспечения надежности эксплуатируемых подводных переходов

 
          В отечественной практике одним из основных способов по устранению нежелательного воздействия водного потока на размытый подводный трубопровод является засыпка гравием или щебнем. Размеры гравия или щебня определяются в зависимости от скорости течения по данным НИГУ Главгидроэнергостроя СГ-24-2396. Работы по засыпке размывов могут производиться как зимой, так и летом. Зимой по льду прорубаются проруби, через которые и производят засыпку из самосвалов. Летом засыпку производят грейдером с плавсредств. При этом необходимо учитывать явление сноса щебня или гравия от течения воды. После засыпки водолаз производит контрольное обследование защитного слоя. Недостатком этого способа устранения размыва является высокая стоимость и малая эффективность ремонтных работ.

В качестве более эффективного решения предлагается балластировка размытых участков трубопровода. Пригрузы выполняются из бетонных блоков, соединенных между собой гибким элементом (рис.1.1).

Рис.1.1 – Утяжелитель трубопровода

Гибким элементом может быть металлическая лента. Бетонные блоки  нанизывают на ленту свободно с помощью монтажных петель, а к ленте любым

способом (сваркой, болтами  и др.) крепятся ограничители, препятствующие снятию блоков. В месте контакта с дюкером (дюкер – часть магистральной трубы, проходящая через водную преграду, изолированная, обернутая футеровочной рейкой и утяжеленная пригрузами) к ленте крепится в качестве упругой прокладки, например, отрезок транспортерной ленты. Один пригруз набирается из 8÷10 бетонных блоков. Бетонные пригрузы устанавливают в местах полностью оголенного дюкера. Такой вид пригруза предпочтительнее благодаря тому, что при возможных размывах он будет "следить" за профилем дна. Вес пригруза равномерно передается на газопровод. В случае, если обнаружен размытый участок трубопровода длиной более, либо равный 10·Д(где Д - внешний диаметр трубопровода), необходимо выполнить мероприятия, способствующие естественному замыву промоин течением. Одним из таких мероприятий является установка донных стенок, которые, кроме того, выполняют берегоукрепляющие функции (рис. 1 .2).

Рис. 1.2 - План берегоукрепительных сооружений на подводных переходах

В местах разрушения берега под углом  к оси газопровода (15 - 20°), несколько выше по течению, устанавливаются деревянные или металлические сваи, как показано на рис. 1.2 сеч. II-II. Между сваями укладывают бревна, образуя стенку. Опыт эксплуатации показал, что уже через летний сезон происходит замыв открытых участков дюкера, что является следствием установки стенок под углом к оси газопровода. Если подводных переходов несколько и у каждого устанавливается донная стенка, необходимо в ее вершине перпендикулярно оси установить защитные щиты (несколько метров в обе стороны, обеспечивающие берегоукрепление).

Техническим решением по повышению  надежности вновь строящихся подводных  переходов может служить утяжелитель с радиальными конусообразными опорами, рис. 1.3.

Рис. 1.3 - Подводный трубопровод с трехлучевыми утяжелителями

Трубопровод 1 оснащается разъемными утяжелителями 2, снабженными  радиальными равнорасположенными  опорами 3 с выполненными в них отверстиями 4, через которые параллельно трубопроводу пропущены предварительно напряженные тросы 5. Основная цель решения - создать постоянное опирание трубопровода на дно за счет лучей, выполненных из металлических труб.

Шаг установки лучей по длине трубопровода определяется из расчета устойчивости трубопровода от всплытия. Монтаж трубопровода производится с плавсредства, где выполняются операции сварки труб, установка утяжелителей с устройством предварительно растянутых тросов. При продвижении плавсредства трубопровод опускают на дно. Вследствие трех лучей схемы утяжелителя, трубопровод всегда опускается на два луча и сохраняет данное проектное положение в процессе эксплуатации.

Для переходов, эксплуатируемых в  условиях Севера, необходим учет температурного режима. Отсутствие этого учета приводит в зимнее время в пойменной подземной части перехода к интенсивному неравномерному пучению грунта, а в русловой части - к обмерзанию трубопровода, которое может привести к положительной плавучести. Для устранения такого негативного влияния на трубопровод необходимо применять метод подогрева газа. Перед подводным переходом на трубопроводе устанавливают подогреватель типа ПТс-160/150. Полезная мощность подогревателя 1,6 Гкал/ч КПД - 0,5÷0,7, расчетный расход подогреваемой среды при t = 70 °С по газу 1000000 м³/сут; предельный расход подогреваемой среды при t = 40 °С по газу 2000000 м³/сут; допустимый интервал температур подогреваемой среды - от минус 30 до +180 °С; вид топлива - природный газ. Вместе с тем, чтобы повысить эффективность метода теплового подогрева, необходимо устанавливать два подогревателя на два дюкера. Подогреватели следует обвязывать таким образом, чтобы они работали как раздельно, так и параллельно и последовательно на два дюкера, рис. 1.4.

Рис. 1.4 - Схема подогрева газа на пойменных участках речных переходов посредством двух подогревателей НТс 160/150

 

Обледенение открытого участка  дюкера приводит к увеличению гидродинамических сил, воздействующих на трубопровод, а также к возможности его всплытия. Поэтому важным является контроль толщины слоя льда на поверхности дюкера. Проведение контроля должно давать информацию о текущем состоянии поверхности дюкера, на основании которой принимается решение по устранению слоя льда, его полному или частичному оттаиванию. Контроль основывается на измерении толщины намерзшего слоя по длине дюкера. Свойство воды - резкое изменение проводимости при переходе её в твердое состояние - было использовано при разработке датчика обледенения. Два проводника, отстоящие друг от друга на определенное расстояние (в виде пластин конденсатора), помещены в воду и подключены к источнику питания. В цепь включен измерительный прибор. Общее сопротивление замкнутой электрической цепи складывается из сопротивления проводников и разделяющего пластины слоя воды. При превращении этого слоя в лед общее сопротивление цепи резко (на несколько порядков) возрастает, что может быть зафиксировано измерительным прибором. Поскольку изменение сопротивления, связанное с обледенением, можно контролировать по изменению силы тока в цепи, либо непосредственным изменением величины сопротивления, то в качестве измерительного прибора можно использовать амперметр или омметр.

Конструктивно датчик обледенения  выполнен с учетом специфики внешних условий измерений следующим образом (рис. 1.5).

Рис. 1.5 – Датчик обледенения

Две пластины из нержавеющего материала 1связаны в каркас для обеспечения жесткости пластинами 2 из изоляционного материала (текстолит, гетинакс и т.д.).От пластины 1 отведены два провода 3, образующих совместно с ними измерительную цепь. Для устранения механических повреждений пластины 1, 2 покрываются колпаками 4. В случае выполнения колпака 4 из электропроводящего материала необходимо предусмотреть электроизоляцию пластины 1 от колпака 4. Для обеспечения циркуляции воды и предотвращения разрушения датчика при расширении льда внутри колпака 4 в последнем делается ряд сквозных отверстий. Отверстия выполняются в одной плоскости по всей высоте колпака 4, причем плоскость отверстий целесообразно устанавливать перпендикулярно потоку воды. Диаметр отверстий можно принять около 3÷5 мм. Колпак с закрепленным в нем каркасом крепится к дюкеру посредством хомута.

Для рек, имеющих небольшую глубину (2 м), актуальной является проблема защиты дюкера от льдин в паводковый период. Технические решения, осуществляющие эту защиту, представлены на рис. 1.9 и 1.10.

Рис. 1.9 – Варианты защиты участков дюкера от торсов льда на мелководье в качестве временной меры до посадки дюкера на проектные отметки

а)

         б)

 

 

в)

г)

Рис. 1.10 – Посадка дюкера на уровень дна (верхняя образующая трубопровода)

На рис. 1.9 а, б защита предусмотрена железобетонными панелями, устанавливаемыми в виде ''крыш" с одной или обеих сторон дюкера и скрепляемых между собой. На рис. 1.9 в представлено решение, в котором используются трубы, разрезанные на скорлупки и образующие кожух над трубой. Обеспечение устойчивости кожухов производится якорными устройствами с тросом. Кожух можно создать и установкой железобетонных пригрузов (рис. 1.9 г). С точки зрения устойчивости и безопасности трубопровода предпочтительней вариант на рис. 1.10,в котором предусматривается заглубить участки дюкера по верхней образующей до уровня дна или вариант рис. 1.9 в.

Инспекция состояния подводного трубопровода проводится различными методами. Очень важным элементом инспекции является её периодичность. Так, например, в Великобритании подводный трубопровод обследуют сразу после окончания строительства и через 6 месяцев после начала эксплуатации. Данные этих обследований сравниваются и, если они не различаются, следующее обследование выполняется через год, причем обнаруженные отклонения от правил эксплуатации должны быть исправлены. В Нидерландах требуется ежегодное обследование подводных трубопроводов, если их укладка выполнена в соответствии с проектом. В случае отклонения от проекта обследования могут быть назначены два раза в год.

Наибольшие по величине гидродинамические  нагрузки дюкер с размытым участком будет испытывать в паводковый период. Следовательно, целесообразно обследование производить зимой, перед паводком. Наиболее подходящим временем для обследования является январь или февраль. В случае обнаружения размытого участка ремонтные и профилактические работы проще производить зимой, перевозя бетонные блоки или щебень, гравий по льду реки к вырезанным во льду прорубям.

Одним из методов инспекции  подводных трубопроводов может  служить техническое решение, предложенное английской компанией "Britsh gas". Фирма разработала и, по опубликованным в печати данным, с успехом применяет для обследования магистральных газопроводов прибор, перемещающийся внутри трубопровода и определяющий высотное положение газопровода, толщину слоя грунта под трубопроводом и толщину его стенки.