Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ

Лето в Ленинградской  области умеренно теплое. В связи  с преобладанием континентальных  воздушных масс облачность в большинстве  случаев небольшая, особенно в начале лета.

Во второй половине лета ясную  и теплую погоду все чаще прерывают  циклоны. Они приносят пасмурную, ветреную и дождливую погоду. В годы с  сильной циклонической деятельностью  такая погода преобладает в течение  всего лета. В начале сентября уже  наступает осень, заморозки учащаются, начинается листопад, однако погода еще  напоминает позднее лето. Это так  называемое бабье лето, довольно теплое и сухое. С октября температура  быстро понижается, усиливаются циклоны, преобладающей становиться пасмурная, прохладная, ветреная погода с моросящими дождями и туманами, которая сохраняется  и в ноябре. Облачность и влажность  в это время года самые высокие. С конца октября и в течение всего ноября снег неоднократно выпадает и тает. В последние дни ноября среднесуточная температура падает ниже 0С. Это конец осени.

1.1.2 Гидрологические  условия

Вытекает из Ладожского озера  в районе Шлиссельбурга, протекает  по Приневской низине, впадает в  Финский залив (Балтийское море). Её длина от Шлиссельбургской губы Ладожского озера до устья, при впадении Большой  Невы в Невскую губу у Невских  ворот Санкт-Петербургского торгового  порта— 74км. Расстояние от истока до устья  Невы по прямой— 45км.

Протекая по равнинной  Невской низменности, Нева имеет  невысокие берега, почти на всём протяжении круто обрывающиеся к  воде, в среднем около 3—6 метров, в устье— 2—3 метра. Имеется 3 крутых поворота русла реки: у Ивановских порогов, у Невского лесопарка и  Усть-Славянки (так называемое Кривое Колено) и у Смольного ниже устья  реки Охты. Средний многолетний уровень  падения реки 4,27 метра. В одном  месте река пересекает моренную гряду  и образует Ивановские пороги. Здесь, напротив мыса Святки у начала порогов  находится самое узкое место  реки (210м). Средняя скорость течения  воды в стрежне Невы около 0,8—1,1 метра  в секунду. В результате дноуглубительных и очистительных работ в 1973—1978 годах была срезана каменная мель. В результате судовой ход в  районе порогов расширился с 85 до 160 метров, и тем самым удалось  обеспечить двухстороннее движение судов.

1.1.3 Гидрологический  режим р. Нева

Нева— широкая и глубокая река. Средняя ширина 400—600м. Самые  широкие места (1000—1250м)— в дельте у Невских ворот Морского торгового  порта в так называемой воронке  рукава Большая Нева, у окончания  Ивановских порогов при впадении реки Тосны и у острова Фабричный  вблизи истока. Средняя глубина 8—11м; наибольшая глубина (24м)— выше Литейного  моста в Смольнинской излучине у  правого берега, напротив Арсенальной  улицы, наименьшая (4,0—4,5м)— в Ивановских порогах.

Через Неву в Финский залив  поступает вода с площади бассейна Ладожского озера. Площадь собственного бассейна Невы составляет 5 тыс. км², включая  бассейн Ладожского озера— 281 тыс. км². На этой территории осадки значительно  превышают испарение: на него идёт лишь 37,7%, а на суммарный сток реки— 62,3%.

По многоводности Нева уступает в Европейской части  России лишь Волге, Каме и Печоре. За период наблюдения с 1859 года наибольшая водность наблюдалась в 1924 году (116 км³), наименьшая— в 1900 году (40,2 км³). Средний  многолетний годовой расход воды в Неве— 78,9 км³ (в среднем 2500 м³/с).

Из-за равномерного стока  воды из Ладожского озера у Невы в течение всего года не бывает весеннего подъёма воды и паводков. Замерзает Нева на всём протяжении. Средние сроки замерзания Невы—  первая декада декабря, а вскрытия—  первая декада апреля. Толщина льда 0,3—0,4м в черте Санкт-Петербурга, и 0,5—0,6м за его пределами. В верхнем  течении Невы зимой иногда возникают  зажоры и заторы льда, из-за этого  выше по течению происходят наводнения. Из общего объёма льда Ладожского озера (10,6 км³) в Неву выносится не более 5%. Средняя температура воды летом 17—20°C, купальный сезон длится около 1,5 месяцев. Вода в Неве пресная (средняя  минерализация 61,3 мг/л), гидрокарбонатно-кальциевая 7 мг/л, средняя мутность.

 

Таблица 4 - Объём стока  основных гидрологических величин  Невы (средний год, в скобках указан процент от годового значения)

Величина	Сапреля поиюнь	Сиюля посентябрь	Соктября поноябрь	Сдекабря помарт	Всего  загод
Сток воды, км³	22,7 (28,5%)	23,5 (29,4%)	14,1 (17,7%)	19,4 (24,4%)	79,7
Взвешенные наносы, тыс. т	162 (31,7%)	136 (26,7%)	143 (28,0%)	69 (13,6%)	510
Донные наносы, тыс. т	26,5 (40,8%)	15,8 (24,3%)	21,3 (32,7%)	1,4 (2,2%)	65,0
Ионный сток, тыс. т	735 (25,6%)	729 (25,4%)	712 (24,8%)	694 (24,2%)	2870
Тепловой сток, 1015 ккал	168 (28,4%)	359 (60,7%)	63 (10,7%)	1 (0,2%)	591
Сток льда, км³	0,57 (81,4%)	—	0,13 (18,6%)	—	0,7

1.2 Механический  расчёт трубопровода 

 

1.2.1 Выбор  труб

Обеспечение высокой степени  надёжности работы проектируемого межпромыслового  нефтепровода достигается наряду с  прогрессивными техническими решениями  выбором материалов и изделий  для строительства нефтепровода, соответствующих климатическим  условиям и технологическим параметрам эксплуатации, при этом эффективным  способом обеспечения надёжности является применение труб, обладающих повышенной коррозионной стойкостью.

Учитывая коррозионную активность перекачиваемого продукта и высокую  степень экологической уязвимости данных районов, для снижения аварийности  в проекте принимаем трубы  с заводским изоляционным покрытием, изготовленные из стали повышенной хладностойкости и коррозионной стойкости марки 16Г2СФ, по ТУ 14-157-54-97 Нижнеднепровского трубопрокатного  завода. Марка прочности стали  К52.

Характеристика конструктивных параметров труб межпромыслового нефтепровода приведена в табл. 5.

 

Таблица 5 - Характеристика конструктивных параметров труб

Pраб, МПа	Температурный перепад ∆Т,град	Диаметр Dн, мм	Толщина стенки δ, мм	Диаметр с изоляцией Dи, мм	Марка стали	, нормативное сопротивление  растяжению металла труб, МПа	, нормативное сопротивление  сжатию металла труб, МПА
5,9	55	820	12	826	16Г2СФ	510	353

определены согласно таблице 7 [3]

Эти трубы отличаются от традиционных стальных бесшовных горячедеформированных  труб по ГОСТ 8731-74 повышенной стабильностью  механических характеристик, низкой температурой вязко-хрупкого перехода, повышенной стойкостью к общей и язвенной коррозии, стойкостью к сульфидному коррозионному  растрескиванию и образованию водородных трещин. Все трубы на заводе-изготовителе подвергаются 100%-ному контролю неразрушающим  способом, гидравлическому испытанию.

Учитывая, что в проекте  приняты трубы из стали повышенной коррозионной стойкости, внутреннее антикоррозионное покрытие не предусматривается.

1.2.2 Определение  толщины стенки трубопровода

Подземные трубопроводы следует  проверять на прочность, деформативность  и общую устойчивость в продольном направлении и против всплытия.

Толщину стенки трубы находят  исходя из нормативного значения временного сопротивления на разрыв, диаметра трубы и рабочего давления с использованием предусмотренных нормами коэффициентов.

Расчетную толщину стенки труб δ, см следует определять по формуле:

 

 

где  n - коэффициент перегрузки;

Р - внутреннее давление в  трубопроводе, МПа;  

D_н - наружный диаметр трубопровода, см;

R₁ -  расчетное сопротивление металла труб растяжению, МПа.

Расчетные сопротивления  материала труб растяжению и сжатию

R₁ и R₂, МПа определяются по формулам:

;

,

где  m  -  коэффициент условий работы трубопровода;

k₁, k₂-коэффициенты надежности по материалу;

k_н  -  коэффициент надежности по назначению трубопровода.

Коэффициент условий работы трубопровода принимаем равным m=0,75.

Коэффициенты надежности по материалу принимаем k₁=1,34; k₂=1,15.

Коэффициент надежности по назначению трубопровода выбираем равным k_н=1,0

Вычисляем сопротивления  материала труб растяжению и сжатию соответственно по формулам (2) и (3)

;

 
Определяем толщину стенки по формуле (1)

Принимаем предварительное  значение толщины стенки δ=12 мм.

Внутренний диаметр трубопровода D_вн вычисляется по зависимости

 
 

Продольное осевое напряжение от расчётных нагрузок и воздействий

σ_пр.N, МПа определяем по формуле

 

где α – коэффициент  линейного расширения, град^-1,α=0,000012 град^-1 ;

Е – модуль упругости материала  трубы, МПа, Е=206000 МПа;

∆t – расчётный температурный  перепад, ˚С, ∆t =55˚С;

 
μ_пл –коэффициент поперечной деформации Пуассона пластической стадии

работы металла, μ_пл=0,3.

Коэффициент, учитывающий  двухосное напряженное состояние  металла труб Ψ₁, определяется по формуле

.

 

Подставляем значения в формулу (6) и вычисляем коэффициент, учитывающий  двухосное напряженное состояние  металла труб

Расчётная толщина стенки с учётом влияния осевых сжимающих  напряжений определяется по зависимости

 

Принимаем значение толщины  стенки δ=12 мм.

Проверка трубопровода на прочность производится по условию

,

где Ψ₂ – коэффициент, учитывающий двухосное напряжённое состояние металла труб.

Коэффициент Ψ₂ определяем по формуле

где σ_кц – кольцевые напряжения от расчётного внутреннего давления, МПа.

Кольцевые напряжения σ_кц, МПа определяем по формуле

 

Подставляем полученный результат  в формулу (9) и находим коэффициент 

Определяем максимальное значение отрицательного температурного перепада ∆t_{_},˚С по формуле

 

 

Определяем максимальное значение положительного температурного перепада ∆t₊, ˚С по формуле

 

Рассчитываем условие  прочности (8)

69,4<0,38·285,5

 
69,4<108,49

Условие прочности   выполняется.

Произведём проверку трубопровода на недопустимые пластические деформации.

 
Определяем кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления σ^н_кц, МПа по формуле

 

Коэффициент Ψ₃, учитывающий двухосное напряжённое состояние металла труб определяем по формуле

Минимальный радиус изгиба оси  трубопровода ρ, см определяем по зависимости

 

где μ_упр – коэффициент упругости металла трубы, равный μ_упр=0,3.

 
Подставляем значения в формулу (15) и рассчитываем минимальный радиус изгиба оси трубопровода