Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ индустриальный УНИВЕРСИТЕТ»

ВЫСШАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА EG

КАФЕДРА «транспорт углеводородных ресурсов»

Курсовая работа на тему: «Оборудование шельфовых и морских газопроводов»

По дисциплине: «Оборудование трубопроводного транспорта газа»

Руководитель проекта Д.т.н., профессор Торопов С.Ю.

Тюмень, 2021

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Условия окружающей среды Арктического шельфа

1.2 Классификация способов прокладки морских трубопроводов

1.3 Строительство трубопроводов в ледовых условиях

1.4 Рытье траншей для подводных трубопроводов

Введение

Арктика представляет собой огромное пространство с колоссальными запасами природных ресурсов. Однако специфические особенности Арктики, её суровый климат и труднодоступность осложняют и тем самым ограничивают доступ человека к её несметным богатствам.

Целью курсовой работы было показать опасные явления, возникающие при строительстве и эксплуатации морских трубопроводов в условиях арктического шельфа на примере Штокмановского газоконденсатного месторождения.

В работе приведены основные теоретические выкладки, касающиеся способов прокладки, заглубления в грунт морских трубопроводов. Также указаны условия окружающей среды, в которой происходит укладка морского трубопровода. Рассмотрены опасные явления, происходящие в процессе строительства и эксплуатации морского трубопровода.

1. Теоретическая часть

1.1 Условия окружающей среды Арктического шельфа

Арктика охватывает огромную территорию. Условия окружающей среды разных областей сильно различаются, поэтому оптимальные для одного места проектные и конструкторские решения могут быть неприменимы в другом. В Арктике существуют как обширные мелководные области (например, на север от побережья России), так и очень глубоководные (между островами Арктики и к западу от острова Гренландия); как очень высокие приливы (в Белом море), так и почти незначительные (у северных арктических островов); как суровый волновой период (в Баренцевом море и бассейне Наварин), так и период, когда волны маловероятны. Морское дно может быть ровным и илистым или, напротив, скальным и илистым.

Наиболее изменчив ледовой период. В некоторых районах устойчивый ненарушенный прибрежный лед сохраняется круглый год и может использоваться как надёжная рабочая платформа для строительства. В других областях, например, в море Бофорта и Печорском море, лед ломанный и непостоянный, движется не предсказуемо, оказывая сильное воздействие на плавучие и стационарные сооружения. В некоторых областях существует значительный безледовый период, в течение которого применимы обычные методы строительства. Максимальная глубина льдин, достигающих дна, колеблется от нескольких метров до сотен метров (айсберги). морской трубопровод арктический газоконденсатный

Штокмановское газоконденсатное месторождение расположено в центральной части шельфа российского сектора Баренцева моря в 550 км к северо-востоку от Мурманска.

Средняя скорость ветра в северной части моря составляет 8,5 -- 9,0 м/с. Максимальная скорость ветра наблюдается вокруг о-ва Медвежий и уменьшается в восточном и северном направлениях (в направлении Штокмановского месторождения). В этом же районе зарегистрированы экстремальные значения скорости ветра, превышающие 36 м/с. В центральной части моря наиболее вероятная средняя скорость -- 6-- 10 м/с; скорость порыва ветра (за 50-летний срок наблюдений) -- 40 м/с.

Минимальная температура воздуха центральной части Баренцева моря составляет -24°С.

Водные массы северо-западной части Баренцева моря, в основном, состоят из прибрежных вод Норвегии, относительно теплой воды Атлантики и холодной воды Арктики. Норвежское атлантическое течение и норвежско-прибрежные течения входят в Баренцево море с юга и юго-запада. Скорости поверхностных течений 0,75 -- 0,80 м/с замерены в зоне между прибрежным течением и норвежским атлантическим течением в Тромсофлакет. В центральной части моря на циркуляцию воды влияют Мурманское, Канинское и Колгуевское течения, и скорость течений составляет 0,5 м/с.

Северная часть Баренцева моря является зоной сезонного наличия льда. В некоторые годы летом лед тает или полностью уходит из этих вод. В другие годы лед остается в северо-западных и северо-восточных частях Баренцева моря. Обширные данные, полученные в результате ряда исследований за два последних десятилетия, показывает, что многолетний лед в западной части Баренцева моря появляется редко.

Таким образом, наиболее типичным в Баренцевом море является однолетний лед. Толщина его может доходить до 1,8 м для ровного однолетнего и 3--5 м -- для многолетнего льда.

Высота значительных волн в центральной части Баренцева моря составляет 12,5 м.

Чаще всего лед в районе Штокмановского месторождения встречается в виде айсбергов весом вплоть до 4 млн. т. Согласно данным ICEBASE о свойствах айсбергов, средняя максимальная высота айсбергов составляла 15,4 м. Айсберг наибольшей высоты имел парус 43,5 м, а вероятность встречи айсберга, превышающего 30 м, составляла 5,8%. В среднем максимальная длина айсберга достигла 118 м. Вероятность встречи айсберга массой, превышающей 1 млн. т, составляла 13,5%. Появление столообразных айсбергов было зафиксировано к югу от Свенскоя. Айсберг имел высоту надводной части 12 м, максимальную длину 500 м и массу ориентировочно 6,4 млн. т.

В 1988 г. в рамках исследований, проведенных IDAP, были осуществлены лабораторные опыты отобранных образцов льда айсбергов с целью определения его механических характеристик. Опыты показали, что среднее значение прочности на одноосное сжатие достигло 5,4 МПа, а диапазон изменения за 16 тестирований при температуре -10°С составил 2,3--7,3 МПа.

Дрейф айсберга определяется распределением давления на его поверхности. Высокие скорости ветра могут оказывать существенное влияние на дрейф айсберга. В западной части Баренцева моря проследили движение айсберга со средней скоростью 1,13 м/с в течение 31 ч. Максимальная скорость достигла 1,38 м/с в конце этого интервала времени при действии сильного ветра.

1.2 Классификация способов прокладки морских трубопроводов

При строительстве морских трубопроводов применяют различные способы их прокладки, зависящие от ряда факторов, определяющих организацию строительного процесса (наличие технических средств, конструкция и назначение трубопровода, гидрометеорологические и геологические условия района строительства, топография морского дна, период проведения работ, условия судоходства и т.д.). В последние 10--15 лет в отечественной и зарубежной практике начали применяться принципиально новые способы прокладки трубопроводов в морских условиях, показаны на рисунке 1.1.

При способе прокладке морских трубопроводов, включающем буксировку плетей трубопровода на плаву или по дну моря, для изготовления плетей на берегу моря используют две схемы организации работ. Первая схема -- секции труб изготавливают в базовых условиях, а затем перевозят на береговую монтажно-сварочную площадку, показанную на рисунке 1.2, для сварки их в длинномерные плети (до 2 км). Вторая схема предусматривает доставку труб непосредственно на береговую площадку, где их стыкуют и сваривают в плети. Подобная технология была использована при строительстве четырех ниток (протяженностью 18 км каждая) морского газопровода Апшерон -- о. Жилой на Каспийском море. На береговой монтажной площадке было организованно массовое производство секций труб длиной 100 м с применением автоматической сварки поворотных стыков труб под флюсом.

Использовалась полевая сварочная установка ПАУ-500 для сварки труб диаметром 219--1020 мм, включая сварочный агрегат АСДП-500, торцевой вращатель, шесть роликовых опор и сварочную головку ПТ-56. При изготовлении плетей трубопровода применялась неповоротная сварка межсекционных стыков вручную -- электродами УОНИ 13/45.

Монтаж трубопровода на трубоукладочном судне проводится конвейрным способом на его палубе, показанного на рисунке 1.3. Технологический процесс начинается с подачи труб с трубных стеллажей на поперечный конвейер краном грузоподъемностью 100 т. Поперечный конвейер является начальным звеном технологической линии, расположенной вдоль правого борта судна. С него труба подается на две центровочные тележки с вращающимися роликоопорами. Центровочные столы тележек могут перемещать трубу в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Когда на стыке устанавливается центратор, затем производится сварка двух первых слоев. После этого стык очищается металлической щеткой и нейлоновым шлифовальным кругом. По сигналу оператора весь трубопровод с помощью натяжного устройства перемещается на 12 м. по мере перемещения трубопровода на следующих трех сварочных постах происходит накладывание очередных слоев шва. На пятом посту осуществляется контроль качества сварного шва методом рентгеноскопии. На следующих постах -- изоляция и обетонирование стыков труб.

В процессе укладки морских трубопроводов стыковые сварные соединения труб бывают нагружены в значительно большей степени чем сухопутные, поэтому требования к их сварке повышены. Однако из-за высокой стоимости трубоукладочного судна (и по другим причинам) требуется высокая скорость изготовления трубопровода.

В связи с этим для морских трубопроводов обычно применяют наиболее прогрессивные механизированные методы сборки и сварки. Наряду с ручной широко используют автоматическую сварку.

Рисунок 1.1 - Монтажно-сварочная площадка для сборки плетей из обетонированных труб сечением 1020Х20 мм (длина плети 500 м; производительность 2км/сут; габаритные размеры площадки 500Х166 м; число обслуживающего персонала 100--110 чел.): 1 - лебедка (грузоподъемность 150 т); 2 - опора для конифас-блока; 3 - автокран (грузоподъемность 16 т); 4 - жилой поселок; 5 - кран (грузоподъемность 60 т); 6 - двухтрубные секции длиной по 24 м; 7 - кран (грузоподъемность 100 т); 8 - лебедка (грузоподъемность 5 т); 9 - полевая автоматическая сварочная станция ПАУ-1001; 10 - склад труб; 11 - лаборатория контроля сварки; 12 - установка для приготовления бетона; 13 - склад горюче-смазочных материалов; 14 - электростанция; 15 - сварочный пост; 16 - роликовая опора; 17 - склад транспортных понтонов; 18 - склад; 19 - причал

Определенный опыт сварки морских трубопроводов, особенно на трубоукладочных судах, имеется за рубежом. К основным факторам, определяющим качество сварки поперечных швов на судах, следует отнести свариваемость металла, геометрические размеры и форму концов труб, способ сварки, качество сварных материалов, квалификацию сварщика, внешние нагрузки и воздействия. Одни факторы зависят от качества изготовления труб на заводе, другие -- от организации и технологии укладки трубопровода. Повышение требований к морским трубопроводам привело и к ограничению. Овальности труб ±0,5 %, уменьшению содержания углерода в сталях, улучшению структуры металла и применению добавок ниобия, ванадия и титана. При ручной сварке заварку шва обычно выполняют одновременно несколько сварщиков. При сварке труб сечением 813Ч19 мм время одного цикла составляет 8 мин, дневная производительность 130--150 стыков. Следует отметить, что сварка труб большого диаметра требует выполнения ряда условий: применение в качестве материала труб перлитных сталей с содержанием углерода не более 0,15 %, смещение стыков труб при их сборке не более чем на 2,4 мм.

При строительстве трубопроводов в Северном море для сварки неповоротных стыков труб широко используют автоматические установки двух типов. При этом требуется тщательной подготовки стыков труб, особенно прилегание кромок с минимальным зазором. Сварка проводится в среде углекислого газа проволокой, подаваемой в зону сварки четырьмя сварочными головками, движущимися по окружности трубы вдоль шва. На установке «C. R. C. Crose» заварка корня осуществляется с внутренней стороны трубы четырьмя сварочными головками, совмещенными с внутренним центратором, что позволяет одновременно проводить сварку корневой шва и выполнять горячий проход трубы снаружи.

На установке «H. C. Price» предусматривается применение медного прокладного кольца при заварке корня шва с наружной стороны трубы. Заполняющие швы в обоих случаях выполняют с наружной стороны трубы. Сварочные дуги для уменьшения деформации трубопровода действуют в противоположных секторах. Время сварки одного кольцевого шва трубы сечением 813Ч19 мм составляет 6 мин.

Контролю подвергаются все стыки морских трубопроводов. На больших трубоукладочных суднах применяют рентгеновскую аппаратуру полуавтоматического действия с мягким излучением, которая обеспечивает просвечивание стыков (включая автоматическое проявление отснятой пленки) за 8--10 мин.

Рассмотрим характерные особенности некоторых новых способов прокладки морских трубопроводов.

Прокладка с наклонной рампы судна-трубоукладчика, показанного на рисунке 1.2, проводится с судов, оснащенных эстакадой для сборки и сварки труб в нити укладке на дно (рампы) и тяговой лебедкой для натяжения нитки трубопровода при её моря по J-образной кривой.

Рисунок 1.2 - Трубоукладочное судно с наклонной рампой: 1 -- трубопровод; 2 -- стеллаж для труб; 3 -- наклонная рампа; 4 -- кран

Преимущество такого способа -- возможность применения судов значительно меньших, чем трубоукладочные баржи, размеров, без использования громоздких стингеров. Стабилизация судна обеспечивается восемью якорными цепями или системой динамической стабилизации. При J-образном методе натяжении нитки трубопровода необходимо снижать напряжения в трубопроводе только на нижнем изгибающемся участке, что требует применения натяжных устройств значительно меньшей, чем на баржах-трубоукладчиках, мощности. Например, при укладке труб диаметром 50--250 мм на глубинах моря от 10 до 200 м усилие натяжения на судне не превышает 50--100 кН. Темп укладки трубопроводов с таких судов составляет 240--720 м/сут при работе с трубами длиной 12 м и может удвоиться при использовании секций труб длиной 24 м. При работе с трубами на резьбовых соединения эти темпы могут быть значительно увеличены.

Опыт укладки морского трубопровода диаметром 114 мм протяженностью 1 км на глубинах моря 100 м этим способом с применением резьбовых соединений труб накоплен фирмой ЭТПМ (Франция) в Бискайском заливе.

При работе с секциями труб диаметром 50--250 мм темп укладки может составить 500--1500 м/сут, с секциями труб на резьбовых соединениях -- 2--4 км/сут. Опытные работы проводятся с бурового судна «Пеликан» фирмой ЭТПМ. Преимущество данного способа -- возможность проведения одним судном ряда операций (бурение и обустройство подводных скважин, перемещение различного подводного оборудования, укладка и соединение трубопроводов, кабелей и т.п.).

Прокладка плетей трубопровода притягиванием ко дну осуществляется при проведении работ по соединению двух подводных скважин на глубинах до 1000 м.

Рисунок 1.3 -- Трубоукладочное судно с вертикальной вышкой (типа бурового судна) 1 -- трубопровод; 2 -- стеллаж для труб; 3 -- кран; 4 -- монтажная вышка

Изготовленная на берегу плеть трубопровода с понтонами (до 3 км) транспортируется (на глубине 10--15 м) двумя буксирами, расположенными в голове и хвосте плети. В районе проведения работ к концам трубопровода крепят второй комплект тросов, которые пропускают через опорные блоки анкерных оснований, расположенных на дне моря, и соединяют со второй парой буксиров. Затем отсоединяют понтоны на концах трубопровода и начинают притягивать плеть трубопровода (одновременно с обоих сторон) ко дну моря.

Когда плеть трубопровода достигает глубины, достаточной для стабилизации кривой провеса; первый комплект тросов отсоединяют от буксиров и крепят к паре мощных понтонов. Окончательное притягивание трубопровода ко дну производят вторым комплектом тросов, проходящих через блоки анкерных оснований. Этими же тросами заводят концы трубопровода в соединительные устройства анкерных оснований. По завершению монтажа концов трубопровода к анкерным основаниям плеть трубопровода полностью опускают на дно, отсоединяя от нее понтоны.

Протаскивание трубопроводов по дну

Прокладка трубопроводов путем протаскивания их по дну моря широко распространена при строительстве подводных переходов магистральных трубопроводов через реки, водохранилища, озера и в системе беспричального приема танкеров в морских условиях. Впервые он был применен на Каспийском море в 1950 г. при строительстве трубопровода сечением 168Ч8 мм и длиной 3,4 км. Соединения труб были выполнены стыковой электроконтактной сваркой. При прокладке использовалась буксирное судно, транспортирующее отдельные плети трубопровода, соединенные между собой на береговой монтажно-сварочной площадке у уреза моря. Накопленный опыт был использован в 1952 г. при прокладке на Каспии второго морского трубопровода того же диаметра протяженностью 7,2 км.

В настоящее время строительство морских трубопроводов протаскиванием осуществляется двумя способами: протаскиванием по дну моря (аналогично строительству подводных переходов через реки) и протаскиванием в непосредственной близости от дна моря.

В последнем случае применяют понтоны, оснащенные гирляндами цепей, которые не позволяют трубопроводу всплыть на поверхность моря или опуститься на грунт. Трубопровод находится в состоянии нулевой плавучести и может транспортироваться с помощью буксиров небольшой мощности на расстоянии 1--2 м от дна моря.

Для трубопровода, покрытого сплошной деревянной футеровкой, коэффициент трения при скольжении по дну равен 0,65 (разрушенная скала, скальный грунт), 0,55 (пески крупные и гравелистые), 0,45 (пески мелкие и супеси), 0,4 (грунты илистые и суглинистые). Для трубопровода с бетонным покрытием коэффициент трения при скольжении принимается равным 0,3.

Для уменьшения веса трубопровода в воде обычно используют разгружающие понтоны, применение которых позволяет доводить отрицательную плавучесть трубопровода до 50--100 Н/м.

Технологический процесс строительства трубопроводов включает в себя изготовление на берегу плетей, спуск их на воду и протаскивание по дну с применением мощных лебедок или буксиров. Спусковая дорожка для транспортировка плетей трубопровода к урезу воды может иметь различную конструкцию (узкоколейная рельсовая дорога с тележками, спусковой путь из отдельных роликоопор, ледовая спусковая дорожка, спусковая дорожка в виде траншеи, заполненной водой, и др.). При этом особое внимание обращается на защиту изоляционного покрытия от повреждений. Для создания необходимой тяги используют лебедки, установленные на буксирах или баржах, которые удерживаются на якорях. В качестве якоря часто применяют понтон со стальной лапой, погружаемый на дно путем заполнения его отсеков водой. При выборе буксирного судна для транспортировки трубопровода тягой его винтов можно воспользоваться приближенной зависимостью для определения тяги, считая, что каждые 74 кВт буксира дают 10 кН тяги.

Способ протаскивания используют при сооружении трубопроводов к пунктам беспричального налива танкеров, прибрежным платформам или между двумя нефтедобывающими платформами в море. Он рационален в тех случаях, когда мощность тяговых средств на конечной точке трубопровода позволяет протянуть его за один прием без стыковки на воде.

В последние годы делаются усилия для разработки технологии протаскивания трубопроводов на большие расстояния со стыковкой под водой в гипербарических камерах. Главной проблемой при этом остается проблема обеспечения необходимой точки укладки и стыковки каждой новой прибуксированной плети трубопровода с уже лежащей на грунте.

Протаскивание трубопроводов по дну на больших глубинах применялось в Северном море. В Норвегии были изготовленный секции трубопровода, соединенные в петли длиной 2150 м. Диаметр трубопровода составлял 934 мм, толщина стенки труб 22 мм, толщина бетонного покрытия 54 мм, плотность бетона 2,22 т/м³. Браслеты анодов устанавливались в бетонной оболочке. Вес 1 м труб под водой равнялся 147,5 Н. Плети трубопровода транспортировались по дну буксиром мощностью 16 тыс кВт с помощью троса диаметром 75 мм. Для трогания с места было приложено усилие в 1500 кН от гидравлической лебедки буксира. Сопротивление трубопровода под водой при движении составляло около 800 кН. Транспортировка на расстояние 393 км длилась 40 ч при максимальной глубине 378 м и неблагоприятных погодных условиях (высота волны доходила до 4 м). Соединения секций было проведено в подводной стыковочной камере на глубине 150 м.

Способ протаскивания плетей трубопровода по дну по сравнению с укладкой его с баржи имеет следующие преимущества: уменьшаются напряжения в трубопроводе, возрастает глубина прокладки, сокращаются простои из-за погодных условий.

1.3 Строительство трубопроводов в ледовых условиях

Шельф группы морей нашей страны находится в Арктике с исключительно суровыми климатическими и ледовыми усилиями. Продолжительность ледового периода составляет 6 мес. и более, а в некоторых районах целый год. Аналогичные условия характерны для дальневосточных морей. Опыт строительства морских трубопроводов с о. Сахалин на материк через пролив Невельского. Данный район нельзя отнести к особо сложным районам региона. Незначителен и зарубежный опыт строительства подводных трубопроводов в арктических районах Канады и США. Несмотря на публикацию в печати ряда интересных сообщений о проектах строительства морских трубопроводов в районах Канадского арктического архипелага, в настоящее время между арктическими островами построено лишь несколько экспериментальных участков трубопровода длиной в несколько километров. В заливе Кука на небольшой глубине проложено несколько трубопроводов небольшого диаметра от нефтедобывающей платформы к берегу.

Главное препятствие при строительстве трубопроводов в таких районах -- суровые климатические условия и ледовые условия, отдаленность от промышленных районов и связанная с ней трудность доставки грузов. Особенно сложно организовать прокладку трубопровода в ледовых условиях. Часто это связано с кратковременностью межледового периода, во время которого можно было бы уложить трубопровод традиционными методами, с наличием подвижных льдов в течение всего сезона ледостава, препятствующих укладке трубопровода со льда, с торосистостью льда, создающей препятствия при укладке трубопровода с припайного льда, и т.п.

На основе отечественного опыта строительства подводных трубопроводов через реки в зимних условиях во ВНИИСТе были разработаны методы прокладки морских трубопроводов в условиях прочного припайного льда. Один из таких методов -- укладка трубопроводов с применением ледового стингера. Заранее изготовленный трубопровод вмораживают в лед, показано на рисунке 1.4, например путем полива водой. Затем со стороны погружаемого конца трубопровода одновременно с двух сторон баровой машины лед прорезается насквозь. Под собственной тяжестью трубопровод вместе с ледовым покровом под ним (ледовый стингер) опускается на грунт. Ледовый стингер под трубой обладает определенной, заранее рассчитанной плавучестью и создает разгружающий эффект благодаря тому, что лед легче воды. Регулируя ширину ледового стингера, можно изменять вес трубопровода в воде, доводя его до минимального, что позволяет увеличить глубину укладки трубопровода.

Рисунок 1.4 -- Укладка трубопровода с помощью «ледовой подстилки»: 1 -- трубопровод; 2 -- прорезь во льду; 3 -- лед

Другой метод укладки, показанный на рисунке 1.5, предусматривает поэлементную сборку трубопровода из отдельных труб на платформе-трубоукладчике, предназначенном для работы в ледовых условия. Трубоукладчик состоит из сборочной платформы (из двух понтонов), на которой размещается трубопровод, лежащей на опорных роликах, грузовой лебедки, связанной тросом с анкерной сваей, и закрытого от непогоды помещения вокруг трубопровода. За кормой платформы распложены ледорезная машина и поддерживающее устройство, связанные с платформой тросовыми тягами. Поддерживающее устройство состоит из двух понтонов с полозом, соединенных между собой порталом. К центру портала подвешен полиспаст с верхним неподвижным и нижним подвижным шкивами. Шкив поддерживает подвеску с роликовыми опорами, соединенными между собой шарниром. Ледорезная машина включает в себя корпус, движущийся по льду на полозьях, и два цепных бара для разрезания льда. На корпусе машины установлен механический привод для вращения цепи баров, их подъема или опускания во время работы.

Трубоукладчик работает следующим образом. На платформе проводится сборка отдельных труб в нитку. Трубы, передвигаясь по роликам, последовательно (по одной) стыкуются к трубопроводу, центрируются, свариваются и контролируются. При использовании обетонированных труб проводится изоляция и обетонирование их стыков непосредственно на платформе. Для выполнения данных операций на платформе установлено все необходимое оборудование, включая трубный центратор, сварочные машины, рентгеновское оборудование, бетономешалку и др. По мере наращивания трубопровода платформа передвигается по льду вперед с помощью тяговых лебедок, подтягивающих платформу тросом к анкеру. Лед прорезает двухбаровая ледорезная машина. По мере продвижения платформы вперед трубопровод обламывает под собой прорезанную полосу льда и проталкивает обломки в сторону, под лед.

Рисунок 1.5 -- Ледовая платформа-трубоукладчик: 1 -- разгружающее устройство; 2 -- тяговые тросы; 3 -- роликовая опора; 4 -- кладовая материалов; 5 -- рентгеновское оборудование; 6 -- сварочное оборудование; 7 -- тельфер; 8 -- рубка управления; 9 -- автокран (грузоподъемность 25 т); 10 -- тяговая лебедка для передвижения трубоукладчика; 11 -- электростанция мощностью 400 кВт; 12 -- площадка для приготовления бетона; 13 -- корпус трубоукладчика; 14 -- лебедка; 15 -- двухбаровая ледорезная машина; 16 -- лед; 17 -- подвеска трубы; 18 -- трубопровод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для придания трубопроводу заданной кривизны за платформой тросами буксируется устройство, с помощью которого трубопровод поддерживается на заданной от поверхности льда высоте. Трубопровод при движении скатывается по роликовым опорам подвески, регулирование положения которой по высоте производится полиспастом.

Трассу перед трубоукладчиком очищают от торосов, а поверхность льда выравнивают. Производительность трубоукладчика рассчитана на изготовление 650 м трубопровода диаметром 1020 мм в 1 сут. с применением автоматической сварки неповоротных стыков труб.

Рассмотренные методы укладки трубопровода со льда испытаны на моделях в ледовой лаборатории научно-исследовательского института Арктики и Антарктики в г. Ленинграде. Для этого была изготовлена модель ледового трубоукладчика в масштабе 1:50. В качестве трубопровода использовались полиэтиленовая труба диметром 25,4 мм, армированная для придания необходимой жесткости медным стержнем диаметром 1 мм в свинцовой оболочке. Длина модели 4 м, масса 1 см трубопровода -- 8,2 г, что соответствует относительной плотности трубопровода 1,6.

Опыт проводился в лотке (4Ч2Ч1,5 м) при температуре окружающего воздуха 6--8°С, льда -- (2ч4,5)°С, воды подо льдом 0,6°С. Соленость воды составляла 9,5‰, льда -- 2,5‰. Во время эксперимента в лотке намораживался лед толщиной 2,5--5,5 см при глубине воды 100--140 см. Прочностные характеристики льда: у_изг=13Н/см², у_сж=62Н/см².

В результате проведенных экспериментов было выявлено следующее. При укладке с применением ледового стингера наибольшее опасение вызывала возможность откалывания льда от трубопровода в результате изгиба трубы во время погружения на дно.

Однако вмороженный трубопровод во время погружения до самого дна оставался сцепленным с ледовым стингером. При этом лед значительно уменьшал прогиб трубопровода по сравнению с трубой без льда. Через некоторое время ледовая подстилка под влиянием плюсовой температуры воды отсоединялась от трубы и сплывала на поверхность. Следовательно, рассеялось опасение, что трубопровод долгое время будет находиться на дне при малой отрицательной плавучести.

При укладке с ледового трубоукладчика необходимо было выяснить взаимодействие опускаемого трубопровода со льдом в майне. Выяснилось, что лед почти любой толщины без всяких поперечных надрезов беспрепятственно обламывается трубопроводом (участками до 15 м в натуре). Разломанные куски льда частично запасовываются под лед (в сторону майны), частично всплывают в майне после укладки трубопровода. Это явление благоприятствует укладке труб.

Одним из трубопроводов, проложенных в зимних условиях со льда в море, является нефтепровод сечением 426Ч11 мм через пролив Невельского с о. Сахалин на материк на глубинах до 23 м. Построенный трестом Союзподводгазстрой трубопровод имеет протяженность 9 км. Примечательно, что укладка части трубопровода в относительно мелководной зоне моря проводилась в зимний период со льда. Так как припайный лед в проливе обычно достигает толщины 0,6--1 м, при операциях по укладке использовались различные грузоподъемные машины.

Схема укладки трубопровода со льда в проливе Невельского показана на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 -- Укладка трубопровода со льда в проливе Невельского: 1 -- лед; 2 -- трос для отстропки разгружающих понтонов; 3 -- майна во льду; 4 -- разгружающий понтон; 5 -- дно пролива; 6 -- положение трубопровода после укладки очередной секции; 7 -- трубопровод

Плети трубопровода длиной 350--700 м изготавливали на берегу, покрывали футеровкой и оснащали чугунными пригрузами. Затем их буксировали по льду, раскладывали вдоль трасы и сваривали между собой в нитку длиной 2500 м. Каждый участок трубопровода длиной по 300 м оснащали грузоподъемными понтонами (7 шт. по 1,5 т). Рядом с трубопроводом ледорезной машиной во льду прорезалась майна шириной 1,5 м и длиной 300 м, в которую с помощью лебедок затаскивался трубопровод, плавающий на поверхности майны. Затем путем залива воды в головной участок плети проводилось последовательное затопление трубопровода. После опускания трубопровода на грунт понтоны отсоединяли от трубопровода и поднимали со дна моря. Процесс укладки продолжался. Трубопровод опускался на дно в траншею, открытую земснарядом до ледостава.

1.4 Рытье траншей для подводных трубопроводов

Земляные подводно-технические работы при укладке подводных трубопроводов могут производиться в двух видах: устройство траншей перед укладкой трубопровода и устройство траншей с одновременной укладкой или с заранее уложенным по дну трубопроводом.

По первой схеме траншея 2 разрабатывается рядом с уложенным на дно трубопроводом 1 или траншея разрабатывается до укладки трубопровода на дно, показанной на рисунке 1.7 а и б соответственно. Сама траншея разрабатывается подводным траншеекопателем с управлением с поверхности воды (по кабелю) Вынимаемы из траншей грунт укладывается вдоль траншеи 3. Если глубина воды не превышает 25 м, то можно траншею разрабатывать с поверхности воды с помощью земснаряда (механическая или гидравлическая разработка).

Рисунок 1.7 -- Схема разработки траншей для подводных трубопроводов

Грунт из траншеи убирается с помощью барж с открывающимся днищем. Схема показана на рисунке 1.8. Земснаряд 1 разрабатывает транше 2 и перекачивает пульпу по пульпопроводу 3 в баржу 4. В барже вода частично отфильтровывается и оставшийся грунт отвозиться к месту его выгрузки. Выгрузка производится очень быстро при открывании днищ 5.

Рисунок 1.8 -- Разработка грунта плавающим земснарядом с отгрузкой его на баржу

По второй схеме разработка траншей производится либо под уже уложенным трубопроводом, либо одновременно с укладкой трубопровода способом протаскивания.

Устройство траншеи по уже уложенным на дно трубопроводом производится с помощью трубозаглубительного устройства (снаряда). Существует много видов заглубительных снарядов.

Показанный на рисунке 1.9 трубозаглубительный снаряд состоит из судна (базы) и трубозаглубителя -- рабочего органа. На плавучей базе размещаются насосы, компрессоры, энергетические установки, крановое оборудование или лебедки для установки трубозаглубителя на трубопровод и подъема его на палубу, якорные лебедки, лебедки для перемещения снаряда, приборы контроля и управления и вспомогательные помещения.

Рисунок 1.9 -- Схема разработки грунта трубозаглубительным снарядом: 1-- якорный трос; 2 -- корпус баржи; 3 -- якорные лебедки; 4 -- насосно-компрессорное оборудование; 5 -- буксирная лебедка; 6 -- шланги для воздуха и воды; 7 -- буксирный трос; 8 -- понтоны; 9 -- трубопровод, заглубляемый в траншею; 10 -- разрабатываемая траншея; 11 -- трубозаглубитель; 12 -- опорные и фиксирующие катки; 13 -- морское дно

Основное назначение рабочего органа -- заглубление трубопровода путем разработки и удаления грунта из-под трубопровода. Трубозаглубитель состоит из несущей конструкции, опорных и фиксирующих катков, рабочих элементов (гидромониторные насадки, фрезы, грунтососы) и стабилизаторов устойчивости положения.

Несущая конструкция гидравлических трубозаглубителей выполняется трубчатой, внутренняя полость ее используется для подачи воды к рабочим элементам. Несущая конструкция воспринимает вес трубозаглубителя и передает его на трубопровод или на опорные полозья.

Размеры и вес несущей конструкции зависят от диаметра трубопровода, типа и расположения рабочих органов.

Для уменьшения нагрузок на трубопровод от трубозаглубителя используют разгружающие понтоны. Фиксирующие катки удерживают трубозаглубитель от смещений и перекосов в горизонтальной плоскости, расстояния между катками зависят от диаметра и могут регулироваться.

Для обеспечения устойчивости положения трубозаглубителя от гидродинамического воздействия потока, реактивных сил при разработке грунта применяются стабилизаторы. В качестве стабилизаторов используют опорные полозья или загружающие понтоны.

Трубопровод, уложенный на морское дно, выполняет роль направляющего устройства. Траншея расчетной глубины разрабатывается струйными насадками, в которые подается вода от насоса, расположенного на судне, и землесосом, закрепленным под водой на раме непосредственно у погружаемого трубопровода. Разрабатываемый грунт транспортируется по специальным труба к участку засыпки уложенного на заданную глубину трубопровода. Трубы, по которым транспортируется грунт, поддерживаются кранами, установленными на основном и вспомогательном судах. Основные и вспомогательные суда соединены канатами и перемещаются одновременно с помощью якорных лебедок.

Список литературы

1. Капустин, К.Я., Камышев М. Строительство морских трубопроводов [Текст] / Капустин, К.Я., Камышев М. А. - М.: Недра, 1982, - 207 с.

2. Папуша, А.Н. Проектирование морского подводного трубопровода: расчет на прочность, изгиб и устойчивость морского трубопровода в среде Mathematica [Текст]: учебное пособие / А.Н. Папуша - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»; Институт компьютерных исследований, 2006, - 328 стр.

3. Бородавкин, П.П. Морские нефтегазовые сооружения. Часть 2. Технология строительства [Текст]: Учебник для вузов / П.П. Бородавкин - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007. - 408 с.: ил.

4. Рекомендации по проектированию и строительству морских подводных нефтегазопроводов Р 412-81[Текст]. -- М.: 1981

5. Золотухин, А.Б. Основы разработки шельфовых месторождений и строительство морских сооружений в Арктике [Текст]: Учебное пособие / А.Б. Золотухин, О.Т. Гудместад, А.И. Ермаков -- М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2000. -- 770 с.

6. ГОСТ Р 54382 -- 2011 Нефтяная и газовая промышленность. Подводные трубопроводные системы. Общие технические требования [Текст]. - М.: Стандартинформ, 2012 - 270 с.

Размещено на Allbest.ru