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

Расстояние между одиночными чугунными и железобетонными  грузами рассчитывается по формуле:

,

где - средняя масса одного груза.

При балластировке одиночными кольцевыми железобетонными грузами УТК 1020-24-2, масса одного груза на воздухе составляет 4048 кг.

м.

Число пригрузов, необходимое  для балластировки участка трубопровода длиной L, определяется по формуле:

.

Дробное число N округляется в большую сторону до ближайшего целого числа.

Если предусматривается  балластировка сплошным слоем бетона, то диаметр обетонированного трубопровода можно рассчитывать по формуле:

 

Толщина слоя бетона:

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

 

Исходные данные берем  из первого примера. Дополнительно: ; = 12 кПа; балластировки произведена кольцевыми железобетонными пригрузами УТК 1020-24-2, толщина груза (t = 0,2 м; м; м; ; .

Существует несколько  открытых способов и схем укладки  трубопроводов в подводные траншеи. Отметим три основных способа: протаскиванием по дну, погружение с поверхности  воды или с поверхности льда зимой  и погружение с плавучих средств последовательным наращиванием секций трубопровода.

Данная курсовая работа предусматривает рассмотрение и  расчет параметров укладки подводного трубопровода на дно траншеи методом протаскивания по дну.

Основным параметром укладки трубопровода в проектное положение протаскиванием по дну подводной траншеи с помощью заранее уложенного в неё троса является усилие протаскивания . Оно зависит от способа балластировки, вида спусковой дорожки, стадии протаскивания и др.

Первая стадия: трогание трубопровода с места по грунтовой дорожке.

В случае если балластировка выполняется одиночными пригрузами:

                                                   ,                                       (5.1)

где f – коэффициент трения трубопровода о грунт при продольном перемещении, который можно в первом приближении принять равным тангенсу угла внутреннего трения грунта , f = ;

G – общий вес офутерованного трубопровода в воздухе, равный:

                                                                                    (5.2)

L – длина протаскиваемого трубопровода, 350м;

- расчетная нагрузка от собственного веса трубопровода, = 3620 Н/м ;

- расчетная интенсивность балластировки  в воздухе, = 7569 Н/м .

- расчетная нагрузка от собственного  веса футровки:

, (5.3)

где - удельный вес деревянной футеровки, - 7600 ;

Н/м.

Определим вес офутерованного трубопровода в воздухе по формуле 5.2:

С – сопротивление  трубопровода сдвигу, обусловленное сцеплением грунта:

, (5.4)

- длина части трубы, врезавшейся в грунт, ориентировочно принимаемая равной ;

кН.

- пассивный отпор грунта движению пригрузов.

Пассивный отпор грунта найдем из выражения:

             

                    (5.5)

где N – число пригрузов на трубопроводе, N = 136;

i – длина хорды той части пригруза, которая погружена в грунт:

                                       

                                            (5.6)

t – толщина пригруза, t =0,2 ;

- удельный вес грунта в  воздухе, ;

- сцепление грунта, = 12 кПа ;

Определим пассивный  отпор грунта по формуле 5.5 :

 Определим усилие  протаскивания по формуле 5.1:

Переходим к  четвертой стадии: трогание трубопровода с места после временной (более одного часа) остановки протаскивания. Принимаем

При балластировке одиночными грузами :

                                        

                                             (5.7)

где - коэффициент трения трубопровода о грунт в воде ориентировочно

; - общий вес протаскиваемого трубопровода в воде:

                         (5.8)

Определим общий вес протаскиваемого трубопровода в воде по формуле 3.8:

- площадь поверхности контакта трубопровода и пригрузов с грунтом;

- пассивный отпор грунта в воде, определяемый по формуле:

         

                  (5.9)

Определим усилие протаскивания  по формуле 5.7:

Результаты расчетов усилия протаскивания  по формулам 5.1 и 5.7 показывают, то на первой стадии протаскивания по грунтовой дорожке значение превышает технические возможности самой мощной лебедки ЛП -15, даже при использовании подвижного блока. Для уменьшения используем рельсовую спусковую дорожку ОСД-3 с собственным весом одной, тележки =13 кН, коэффициентом трения качения = 0,0012 м; радиусом колеса тележки = 0,4 м, радиусом оси тележки = 0,09 м, грузоподъемностью 250 кН.

Значительного уменьшения можно добиться, используя рельсовую спусковую дорожку. В этом случае усилие протаскивания определяется по формуле:

,  (5.10)

где k_Тм – коэффициент трогания трубопровода с места, равен 1,5-2,0;

Т₁ – сопротивление, создаваемое трением качения колеса тележки по рельсам; 
          Т₂ – сопротивление, создаваемое трением скольжения в подшипниках осей тележки;

Т₃ – дополнительное сопротивление, создаваемое трением реборд колес о рельсы при движении;

Т₄ – сопротивление, создаваемое тернием тягового каната о грунт.

Определим сопротивление, создаваемое трением колеса тележки  по рельсам:

                                                                           (5.11)

где G_т – вес тележки;

G_г.т – грузоподъёмность тележки;

f_к – коэффициент трения качения;

R_т – радиус колеса тележки;

          Определим сопротивление, создаваемое  трением скольжения в подшипниках  осей тележки:

                      (5.12)                                          
где f_c – коэффициент трения скольжения, f_c = 0,05;

r_Т – радиус оси тележки;

Определим дополнительное сопротивление, создаваемое трением  реборд колес о рельсы при движении:

                                  (5.13) 
Т₃= 0,5(0,06173+0,2527)= 0,1572 кН/м.

Определим сопротивление, создаваемое трением тягового колеса о грунт, принимая канат для лебедки  ЛП-151 диаметром 60,5 мм:

,   (5.14)

где q_к – погонный вес тягового каната, q_к = 140 Н/м;

f_к.н – коэффициент трения каната о грунт, f_к.н = 1,0.

Определим усилие протаскивания  по формуле 3.10:

Определим расчетной  тяговое усилие Т_р:

                                                                                                 (5.15)

где - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,1, при протаскивании лебедкой;

Для четвертой стадии протаскивания  по той же формуле:

Очевидно теперь, можно  заменить лебедку ЛП -151 на ЛП – 1А  с тяговым усилием Т_тяг=720 кН. В обоих случаях условие .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

 

         1. Быков Л.И., Мустафин Ф.М., Рафиков С.К., Нечваль А.М., Лаврентьев А.Е. Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов: Учеб. Пособие. – Санкт – Петербург: Недра, 2006.- 824 с., ил.

2. С.В. Дейнеко. Обеспечение надежности систем трубопроводного транспорта нефти и газа. – М.: Издательство «Техника», ТУМА ГРУПП, 2011. – 176 с. УДК 622.692.4-192. 

3.  РД 51-4.2-003-97 Методические рекомендации по расчетам конструктивной надежности магистральных газопроводов. 

4.   ГОСТ 27.301-95 Межгосударственный стандарт надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения.

5.   Иванов В.А., Кузьмин С.В., Крамской В.Ф., Торопов С.Ю. Сооружение подводных переходов магистральных трубопроводов. – Курс лекций, Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2003.

6.   Материалы из  интернета.