Геологические проблемы трубопроводного транспорта

При рассмотрении многочисленных материалов для трубопроводных систем, представленных на российском рынке обычно анализируют качество труб, которые, являются основной, но не единственной составляющей трубопроводных систем.

В общем виде трубопроводная система состоит:

- из собственно трубопровода (его линейная часть с ответвлениями, соединениями, соединительными частями);

- трубопроводной арматуры (запорной, предохранительной и т. д.);

- опорных, компенсирующих, закрепляющих и балластирующих конструкций;

- узлов подключения оборудования (очистных устройств, насосов, гидрантов и т. д.);

- установок защиты металлических элементов от коррозии;

- противопожарных средств;

- защитных сооружений трубопроводов;

- технологических емкостей;

- сооружений службы эксплуатации трубопроводов;

- линий и сооружений технологической связи, средств телемеханики, линий электропередач для питания освещения, дистанционного управления арматурой и установок;

- вдольтрассовых дорог, площадок и подъездов к ним;

- опознавательных и сигнальных знаков, указателей.

При оценке качества и выборе материала трубопроводных систем необходимо учитывать все элементы, которые оказывают значительное влияние на их экономические показатели и надежность.

В общем виде эти требования следующие:

- бесперебойное обеспечение потребителей услугой (подачей необходимого количества воды, тепла, газа, отведение стоков и т. д.) заданного качества, исключающей ущерб и вред здоровью человека;

- безопасность для здоровья и жизни человека и окружающей среды;

- устойчивость к внутреннему давлению, температуре и внешним воздействиям;

- срок службы (долговечность), соизмеримая со сроком службы здания при минимальном количестве капитальных ремонтов;

- коррозионная устойчивость к транспортируемой и внешней среде. Возможность длительной работы в условиях повышенной влажности;

- герметичность во всем диапазоне рабочих давлений;

- ремонтопригодность (возможность осмотра, обслуживания, ремонта, монтажа и демонтажа);

- электро- и пожаробезопасность;

- минимальные затраты на эксплуатацию с наименьшими потерями готового продукта и ущербом;

- минимальные затраты на монтаж.

Для каждой трубопроводной системы (водоснабжение, отопление, теплоснабжение и т. д.) должны быть разработаны конкретные территориальные требования (отраслевые стандарты). При разработке этих требований можно использовать ГОСТ 4.200-78 [19].

1.3 Конструктивные схемы линейной части трубопроводов

 

Магистральные трубопроводы являются сооружениями линейного типа и предназначены, главным образом, для транспортирования газа, нефти и нефтепродуктов, а также воды от мест их добычи (нефть и газ), получения (нефтепродукты), водозабора (вода) к местам потребления. Протяженность отдельных магистральных трубопроводов может составлять тысячи километров.

Основной составляющей магистрального трубопровода является линейная часть, представляющая непрерывную нить, сваренную из отдельных труб и уложенную вдоль трассы тем или иным способом. Линейная часть (в дальнейшем будем называть ее трубопроводом) прокладывается в самых разнообразных топографических, геологических, гидрогеологических и климатических условиях. Наряду с участками, сложенными грунтами, обладающими большой несущей способностью, вдоль трассы часто встречаются участки с грунтами малой несущей способности, а также болотистые участки, участки многолетнемерзлых грунтов и др. Наличие их осложняет как процесс строительства трубопровода, так и его работу в период эксплуатации.

Кроме того, магистральные трубопроводы пересекают значительное количество естественных и искусственных препятствий (реки, озера, железные и шоссейные дороги), требующих соответствующих конструктивных решений, обеспечивающих как надежную работу трубопровода, так и беспрепятственную эксплуатацию пересекаемых искусственных сооружений по их прямому назначению.

В настоящее время при сооружении магистральных трубопроводов применяют различные конструктивные схемы укладки линейной части трубопроводов. Основными из них являются: подземная, полуподземная, наземная и надземная.

Подземная схема укладки является наиболее распространенной. По этой схеме обычно сооружается большая часть любого магистрального трубопровода. При подземной схеме (рис. 1. а) отметка верхней образующей трубы располагается ниже отметки дневной поверхности грунта на высоту засыпки. Высота засыпки определяется в зависимости от района, по которому проходит трасса трубопровода, но должна быть не меньше, чем предусмотрено строительными нормами и правилами или техническими условиями. Увеличение высоты засыпки на отдельных участках может быть обусловлено необходимостью обеспечения упругого радиуса изгиба трубы для конкретного рельефа местности, теплотехническими требованиями, а иногда необходимостью использования минерального грунта как балластировки для удержания труб от всплытия на обводненных участках.

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Конструктивные схемы укладки магистральных трубопроводов:

а--подземная;б--полуподземная; в--наземная;г--надземная

 

Полуподземная схема укладки (рис. 1. б) предусматривает сооружение трубопровода, при которой нижняя образующая трубы расположена ниже, а верхняя выше дневной поверхности грунта. Глубина траншеи и высота обвалования трубы определяются в зависимости от гидрогеологических характеристик грунтов основания-, естественного откоса грунтов обвалования, условий организации поверхностного водостока и водоотведения, а также необходимостью уменьшения или полного устранения балластировки трубопровода.

Наземная схема укладки (рис. 1. в) характеризуется тем, что нижняя образующая трубы имеет отметку на уровне дневной поверхности грунта или выше (на грунтовой подушке). При наземной укладке трубопровод обваловывается привозным или местным грунтом. Высота насыпи, ширина ее по верху и величина откосов определяются расчетами (строительными и теплотехническими) или назначаются на основании опыта, полученного при строительстве трубопроводов в аналогичных условиях.

Надземная схема укладки предусматривает сооружение трубопровода над землей (рис. 1. г) на различного рода опорных устройствах.

Рассмотрим кратко возможные области применения перечисленных конструктивных схем укладки трубопроводов.

Подземная схема укладки применима практически в любых районах России.

Однако эта схема для участков ряда районов оказывается экономически невыгодной по сравнению с другими схемами. Такими участками являются:

участки многолетнемерзлых грунтов при перекачке по трубопроводу продукта, длительное время имеющего положительную (выше 0° С) температуру;

участки горных выработок со значительными смещениями грунта, если трубопровод укладывается без специальных компенсирующих устройств;

участки активных оползней в горных районах;

участки пересечения горных рек с блуждающими и сильно размываемыми руслами.

Наземная и полуподземная схемы укладки получили распространение в последние годы в связи со строительством трубопроводов в сильно обводненных и заболоченных районах. Наземная укладка позволяет избежать дорогостоящей балластировки для труб средних и крупных диаметров. В дальнейшем наземную укладку стали применять и на участках с пылеватыми мелкодисперсными грунтами при высоком стоянии грунтовых вод (на газопроводе Игрим -- Серов, Ухта -- Торжок и др.).

Полуподземная укладка является разновидностью наземной укладки.

Область применения полуподземной и наземной схем укладки более ограничена, чем подземной. Ограничения обусловливаются тем, что устройство грунтового валика над трубой из параллельной канавы -- резерва или из привозного грунта нарушает естественное состояние поверхности земли, естественный водосток, создает искусственное препятствие для перемещения транспорта.

Применять полуподземную и наземную схемы укладки в густо заселенных районах, на сельскохозяйственных угодьях, как правило, нецелесообразно.

В связи с этим полуподземная и наземная схемы укладки могут быть рекомендованы для залесенных, заболоченных районов, на участках с высоким стоянием грунтовых вод, где не производятся сельскохозяйственные и промышленные работы. К таким районам можно отнести север и северо-восток Сибири, Якутию, ряд районов Дальнего Востока, Республику Коми, северо-запада, севера Европейской части страны.

В районах с распространением многолетнемерзлых просадочных грунтов полуподземная укладка неприемлема без специальных мер по закреплению грунтов, особенно при положительной температуре перекачиваемого продукта [2;12].

 

1.4 Трубопроводный транспорт Российской Федерации

 

Магистральный трубопроводный транспорт является важнейшей составляющей топливно-энергетического комплекса России. В стране создана разветвленная сеть магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов, которые проходят по территории большинства субъектов Российской Федерации.

Грузооборот, осуществляемый магистральным трубопроводным транспортом, приобрел большое значение в общем грузообороте страны. Степень надежности указанного вида транспорта во многом определяет стабильность доставки продукции потребителям, в том числе обеспечение регионов России важнейшими топливно-энергетическими и иными ресурсами. Для надежного и устойчивого развития общества в трубопроводных системах водоснабжения, водоотведения, тепло- и газоснабжения, нефте- и газопроводах в России уложено 2 млн км подземных трубопроводов (см. приложение 1). Во внутренних коммунальных системах зданий протяженность трубопроводных сетей составляет 3-5 млн км.

Трубопроводный транспорт России перемещает в 100 раз больше грузов, чем все транспортные отрасли. Из этого огромного количества труб примерно половина находится в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ), обеспечивая население России всеми необходимыми коммунальными услугами.

Протяженность магистральных трубопроводов, по которым осуществляется транспортировка продукции нефтегазового комплекса, составляет 215 тыс. км, в том числе газопроводные магистрали, включая газопродуктопроводы - 151 тыс. км, нефтепроводные магистрали - 48,5 тыс. км, нефтепродуктопроводные магистрали - 15,5 тыс. км. С помощью магистрального трубопроводного транспорта перемещается 100% добываемого газа, около 99% добываемой нефти, более 50% производимой продукции нефтепереработки. В общем объеме перемещаемой по магистральным транспортным трубопроводам продукции доля газа составляет 55,4%, нефти - 40,3%, нефтепродуктов - 4,3%.

Магистральный трубопроводный транспорт включает в себя большое количество технологических сооружений и агрегатов. Только на газовых промыслах, магистральных газопроводах и подземных хранилищах Единой системы газоснабжения эксплуатируются 642 компрессорных цеха, 4053 газоперекачивающих агрегата общей установленной мощностью более 42 млн. Квт. Подачу газа потребителям обеспечивают более 3300 газораспределительных станций. В состав сооружений магистральных нефтепроводов входят 395 нефтеперекачивающих станций, 868 резервуаров общей емкостью по строительному номиналу 12,7 млн. м.куб. Состояние транспортных магистральных трубопроводов нефтегазового комплекса характеризуется такими показателями: 85% газопроводов и 59% нефтепроводов имеют срок эксплуатации от 10 до 30 лет; менее 10 лет эксплуатируется около 1% газопроводов и около 1 % нефтепроводов; 40 тыс. км газопроводов выработали свой расчетный ресурс; 40% нефтепроводов к 2000 году превысят нормативный срок эксплуатации.

Системы магистрального трубопроводного транспорта нефти и газа являются важнейшими составляющими федеральных энергетических систем, ключевым звеном топливно-энергетического комплекса и крупным фактором стабильности и экономического роста в России. Указанные системы обеспечивают жизненно важные для страны валютные поступления, позволяют осуществлять государственное регулирование внутреннего нефтегазового рынка и экспорта углеводородного сырья.

Каждая система магистрального трубопроводного транспорта представляет собой уникальный хозяйственный и технологический комплекс, решающий крупную народно-хозяйственную задачу и обладающий потенциалом эффективного регулирования и контроля за поставкой и потреблением продукции, в первую очередь нефти, газа. Системы, магистрального трубопроводного транспорта имеют важнейшее значение для экономического состояния страны, для ее дальнейшего развития. По этой причине в организационную структуру систем магистрального трубопроводного транспорта заложены принципы единства и централизованного управления. Очевидно, что эти принципы должны быть сохранены и в дальнейшем использованы для достижения в государственных интересах максимального эффекта от их функционирования.

Магистральный трубопроводный транспорт является весьма опасной сферой производственной деятельности, что обусловлено высокой степенью концентрации перекачивающих мощностей, горюче- и взрывоопасностью транспортируемой продукции, ее отравляющими и иными опасными свойствами, концентрацией на отдельных направлениях до 10 ниток магистральных трубопроводов; сосредоточением в узких технических коридорах многониточных магистралей газопроводов, нефтепроводов, продуктопроводов, которые многократно пересекаются друг с другом. Применявшиеся технологии прокладки и защиты магистральных трубопроводов обусловили непродолжительный срок их эксплуатации и необходимость проведения ремонтных и защитных работ после 8-10 лет их использования, проведения дополнительных испытаний, внутритрубной диагностики [18].