Актуальные вопросы методики расчета балластировки трубопроводов

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Актуальные вопросы методики расчета балластировки трубопроводов

Аниськин А.Н.

Багдасарова Ю.А.

Лескова Е.А.

Аннотация

Статья посвящена повышению надежности эксплуатации магистральных трубопроводов на участках пересечения водных преград. Опыт эксплуатации, рассматриваемый в статье, показывает на несовершенство методик определения объемом мероприятий, требуемых при обеспечении вертикальной устойчивости трубопроводов. Предлагаемые в работе подходы позволяют разобраться в стоящей проблеме и наметить пути усовершенствования методик расчета балластировки.

Ключевые слова: магистральный трубопровод, подводные переходы, обеспечение надежности трубопровода, расчет против всплытия, балластировка.

Abstract

The article is devoted to improving the reliability of operaHon of main pipelines at the intersections of water barriers. The operating experience discussed in the article shows the imperfection of the methods for determining the scope of measures required to ensure the vertical stability of pipelines. The approaches proposed in the paper allow us to understand the problem and outline ways to improve the methods for calculating ballasting.

Key words: main pipeline, underwater crossings, ensuring the reliability of the pipeline, calculation against ascent, ballasting.

Введение

Магистральный трубопроводный транспорт - важнейшая и неотъемлемая составляющая топливно-энергетического комплекса России. Для лучшего понимания значимости трубопроводного транспорта, рассмотрим основные количественные и качественные показатели эффективности трубопроводного транспорта. По магистральным трубопроводам осуществляется перекачка 83% добываемой в России нефти. Объёмы перекачки нефти в период с 1994 по 2018 года увеличились с 300 до 480,40 миллионов тонн, а транспортировка увеличилась с 483 до 693,1 миллиардов кубометров [1].

Бесспорными преимуществами трубопроводного транспорта являются:

- возможность повсеместной укладки трубопровода по более короткому пути;

- первоначальные удельные затраты на строительство одного километра трубопровода в 2 раза ниже, чем на строительство железной или автомобильной дороги с соответствующей пропускной способностью;

- низкая себестоимость транспортировки (в два раза меньше, чем на речном транспорте, и в три раза, чем по железным дорогам);

- непрерывная эксплуатация трубопроводного транспорта независимо от климатических условий;

- сохранность качества перекачиваемого продукта благодаря полной герметизации трубы (герметичность исключает потери в 2-3 раза по сравнению с железной и автомобильной дорогой)

- полная автоматизация операций по наливу, перекачки, транспортировки и сливу.

- малочисленность персонала.

В связи с этим, трубопроводный транспорт является одним из дешевых видов транспорта, обеспечивая энергетическую безопасность страны и в то же время позволяя существенно разгрузить железнодорожный транспорт для перевозок других важных для народного хозяйства и нужд промышленности. Большие объемы и выгодное расположение трубопроводных систем на Евроазиатском континенте позволяют России оказывать влияние на геополитическое развитие энергетического рынка. Поэтому надежность трубопроводного транспорта является одним из факторов экономической, энергетической и национальной безопасности страны.

А безаварийная работа и надежность магистрального трубопроводного транспорта - залог достижения целей Федерального Закона от 30.12.2009 №384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Анализ открытых данных Ростехнадзора показал, что за последние годы число аварий на участках магистральных трубопроводах значительно снизилось (с 96 аварий в 2000 году до 12 в 2017 году) [2]. Как показывают данные Службы государственной статистики, основными причинами возникновения аварий за последние 10 лет являются:

- брак строительства/изготовления;

- механическое воздействие;

- износ оборудования;

- конструктивные недостатки;

- несанкционированные врезки;

- нарушение порядка проведения опасных работ [3].

Основные предпосылки для возникновения аварийных ситуаций, связанных с конструктивными недостатками, закладываются при проектировании и строительстве трубопроводов. Из-за несовершенной нормативно-правовой базы, в проектах не учитываются результаты специальных инженерно-геологических, геофизических исследований, а также требования к ним не соответствуют обеспечению безопасности магистральных трубопроводов.

В настоящие время строительные организации, используют несовершенные требования проекта или из-за их отсутствия проекта вообще, трубопроводы прокладывают способами и методами, позволяющими максимально сократить затраты на строительство, но не обеспечивающие безопасность окружающей среды. Стремление к максимальной оптимизации затрат не учитывает опасные процессы природного и техногенного происхождения (карсты, просадочные и набухающие грунты, эрозионные процессы, обледенение, вечная мерзлота и пр.), а также историко-культурная, социальная и экологическая ценность участков, на которых планируется строительство объектов.

Все вышеуказанные факторы являются основной причиной повышенного риска возникновения аварийной ситуации, связанной с эксплуатацией трубопроводов. Одним из путей решения проблемы повышения надежности, является правильный выбор конструктивных и технологических решений при прокладке линейной части трубопроводов, определяемых как на стадии проведения инженерных изысканий, так и на стадии проектирования. Принятие грамотных проектных решений является залогом качественного выполнения строительных работ и безопасной эксплуатации опасного производственного объекта. В процессе разработки проектной документации объектов нефтяной и газовой промышленности, проектные организации обязаны руководствоваться требованиями федеральных законов и действующей нормативно-технической документации (НТД). Но в современной НТД имеется ряд спорных вопросов. Например, в связи с введением новых нормативных документов и наличии ранее разработанных и не утративших силу регламентов, возникают противоречивые требования к объектам аналогичного назначения. Также имеет место проблема отсутствия норм технического регулирования к тем или иным объектам или их составляющим частям, присутствуют ошибки и опечатки как в государственных стандартах, так и в нормах проектирования и иных документах, определяющих порядок и требования, предъявляемые к объектам.

Одним из самых важных этапов проектирования является расчет трубопровода на прочность и устойчивость, поскольку разрушение трубопроводных конструкций происходит, когда их несущая способность оказывается недостаточной для восприятия действующих в них усилий. Данный расчет включает в себя определение толщины стенок труб и соединительных деталей, проведение проверочного расчета, принятого на основании конструктивного решения на неблагоприятные сочетания нагрузок и воздействий с оценкой прочности и устойчивости рассматриваемого трубопровода, включая оценку устойчивости положения (против всплытия).

Методика расчета на прочность и устойчивость определена в нормативно-техническом документе СП 36.13330.2020 «Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85». Ранее она в том же виде содержалась в СНиП 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы». В расчете трубопровода против всплытия основополагающим параметром исключения положительной плавучести является выталкивающая сила воды, для определения которой необходимы такие исходные данные, как плотность воды с учетом растворенных в ней солей. Но согласно п. 12.2.10 СП 36.13330.2020 при проектировании трубопроводов на участках переходов, сложенных грунтами, которые могут перейти в жидкопластическое состояние, при определении выталкивающей силы следует вместо плотности воды принимать плотность разжиженного грунта, определяемую по данным изысканий. Однако в каких именно случаях необходимо принимать плотность воды, а в каких - плотность грунта, в настоящее время нормами не регламентируется, поскольку понятие жидкопластическое состояние грунта в инженерной геологии и грунтоведении отсутствует. До сих пор возникают спорные вопросы о корректности принятой плотности среды. Например, при строительстве подводного перехода магистрального нефтепровода через р. Челна фактическое положение трубопровода оказалось выше проектных отметок. Проектная документация на этот объект разрабатывалась одним из крупнейших проектных институтов г. Самара (рис. 1). Одной из возможных причин всплытия трубопровода рассматривался вариант некорректного определения выталкивающей силы при выполнении расчета.

Рис.1. Профиль перехода трубопровода через р.Челна (проектное и фактическое положение трубы)

Сравнительные расчеты балластировки трубопровода

Для иллюстрации влияния плотности рассмотрим сравнительные расчеты балластировки трубопровода с применением пригрузов типа УБОм на примере перехода через р. Челна. После всплытия трубопровода в адрес проектного института поступили обращения о необходимости выполнения проверочных расчетов трубопровода и принятия в качестве исходных данных плотности грунта, равной 1360 кг/м³, а не плотности воды. Рассмотрим геологический разрез данного перехода (рис. 2).

Заложение трубы предусмотрено в суглинках и гравийно-галечниковых грунтах с песчано-глинистым заполнителем.

Вариант 1: принимаем плотность воды, р = 1050 кг/м³.

Результаты расчета в случае применения плотности воды при определении выталкивающей силы представлены в табл. 2:

Таблица 2