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

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

АТЫРАУСКИЙ ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА

ИНДУСТРИАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ  

КАФЕДРА «ТЕХНОЛГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ТРАНСПОРТ»

 

 

Курсовая работа

 

по дисциплине: «Сооружение подводных нефтегазопроводов»

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

 

 

 

 

                                                                      Выполнил: студент 4 курса

                                                                      группы МТТ-12/1 к/о

                                                                      Әбдіғани С.Ж.

 

                                                                     Проверил:Тулегенова О.Ш.

                                                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Атырау – 2015

Оглавление

 

Введение

1. Теоретическая часть 4

1.1 Общие сведения о подводных переходах 4

1.2 Инженерные решения по обеспечению надежности эксплуатируемых подводных переходов 6

1.3 Методы прокладки подводных переходов трубопроводов 15

ІІ. Расчетная часть 19

2.1 Определение устойчивости против всплытия подводного трубопровода с учетом гидродинамического воздействия потока воды на трубу19

2.2   Определение параметров балластировки трубопровода21

2.2 Определение параметров укладки подводного трубопровода на дно траншеи протаскиванием на первой и четвертой стадиях22

Заключение

Список использованных источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.Теоретическая часть

 

1.1.Общие сведения о подводных  переходах

 

Подводным переходом называется гидротехническая система сооружений одного или нескольких трубопроводов, пересекающая водные преграды, при строительстве которой применяются специальные методы производства подводно-технических работ. К подводным следует относить трубопроводы, уложенные по дну или ниже отметок дна водоема. Трубопроводы, прокладываемые на пойменных участках рек, следует также относить к категории подводных, т.к. при эксплуатации во время паводка они будут находиться под водой. При проектировании и строительстве таких трубопроводов необходимо соблюдать те же требования, что и при сооружении подводных трубопроводов.

Трубопроводы, прокладываемые через ручьи и речки шириной до 10 м, глубиной менее 1,5 м не относятся к подводным переходам, т.к. при их сооружении и ремонте не требуется специальное подводно-техническое оборудование.

В состав подводного перехода входят:

- участок  основной и резервных ниток, ограниченный  для многониточных переходов  запорной арматурой, установленной  на берегах водоема, а для однониточных  – горизонтом высоких вод (ГВВ), не ниже отметок 10% обеспеченности;

- берегоукрепительные  сооружения, предназначенные для  предохранения трубопроводов от  размывов, оползней и т.д.

- сооружения  для регулирования русловых деформаций  в районе перехода;

- защитные  сооружения от аварийного выхода  перекачиваемых продуктов;

- информационные  знаки ограждения охранной зоны  ПП на судоходных и сплавных  водных путях;

- вертолетные  площадки;

- специальные  защитные сооружения, предотвращающие  повреждения трубопровода тормозными  устройствами плотов, якорями на  судоходных и сплавных реках;

- плановые  магистрали (базисные линии для  наблюдения за размывом берегов, базисы, по концам которых устанавливаются  угломерные инструменты, контрольные  отводы и другие устройства, закрепленные  на местности долговременными  опорными знаками).

Трубопроводы на подводных переходах через реки и водоемы классифицируются по различным признакам. Главными из них являются ширина и глубина водной преграды.

Граничная длина подводного перехода определяется из следующих факторов:

- для многониточных  переходов - участок, ограниченный камерамипуска  приёма ОУ, установленных на берегах;

- для однониточных  переходов - участок, ограниченный запорной  арматурой и уровнем вод не  ниже отметок 10 % обеспеченности.

В соответствии со СНиП 2.05.06-85* подводные переходы через водные преграды в зависимости от условий работы, диаметра трубопровода и судоходности водной преграды относятся к категориям I, II и В.

В соответствии со СНиП 1.02.07-87 подводные переходы подразделяются по группам сложности в зависимости от ширины водного объекта (табл. 1.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.1

Группы сложности подводных переходов

 

Группа сложности

Характеристика условий пересечения водного объекта

Малые переходы       Средние переходы       Большие переходы

Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения трассой до 30 м при средних глубинах 1,5 м.   Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения трассой от 31 м до 75 м при средних глубинах 1,5 м.   Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения более 75 м. Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения менее 75 м, но зона затопления которых составляет более 500 м (10% вероятности превышения уровня воды при 20 –дневном стоянии)

С учетом факторов, влияющих на эксплуатационную надежность, подводные переходы классифицируются: по характеристике водного препятствия; по конструктивному исполнению ПП; по техническому состоянию перехода; по особенностям эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 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.