Тема 4. Конструктивные решения магистральных газонефтепроводов

Основной составляющей магистрального трубопровода является линейная часть – непрерывная нить, сваренная из отдельных труб или секций и уложенная по трассе тем или иным способом.

В настоящее время существуют следующие принципиально различные конструктивные схемы прокладки магистральных трубопроводов подземная, полуподземная, наземная и надземная.

В соответствии со СНиП 2 05.06- 85* магистральные трубопроводы (газопроводы, нефтепроводы и нефтепродуктопроводы) следует прокладывать подземно (подземная прокладка). Прокладка трубопроводов по поверхности земли в насыпи (наземная прокладка) или на опорах (надземная прокладка) допускается только как исключение при соответствующем технико-экономическом обосновании. При этом должны предусматриваться специальные мероприятия, обеспечивающие надежную и безопасную эксплуатацию трубопроводов.

Подземная схема укладки является наиболее распространенной (97% от общей протяженности) и предусматривает укладку трубопровода в грунт на глубину, превышающую диаметр труб (рисунок 4.1).

При подземной укладке достигается максимальная механизация работ всех видов, не загромождается территория и после окончания строительства используются пахотные земли, отсутствует воздействие солнечной радиации и атмосферных осадков, трубопровод находится в стабильных температурных условиях. Однако на участках с вечномерзлыми, скальными и болотистыми грунтами данная схема укладки является неэкономичной из-за высокой стоимости земляных работ. Кроме того, необходимость специальной балластировки (особенно газопроводов) на участках с высоким стоянием грунтовых вод и надежного антикоррозионного покрытия от почвенной коррозии значительно удорожает стоимость строительства.

Рисунок 4.1 – Подземные схемы прокладки трубопроводов

а – прямоугольная форма траншеи, б – трапецеидальная форма траншеи, в – смешенная форма траншеи, г – укладка с седловидными пригрузами, д – укладка с использованием винтовых анкеров для закрепления против всплытия, е – укладка в обсыпке из гидрофобизированных грунтов.

Подземная прокладка магистральных газонефтепроводов характеризуется следующими основными нормами: глубина заложения h₃ газонефтепроводов до верхней образующей трубы принимается не менее 0,8м при диаметре до 1000 мм и не менее 1 м при диаметре 1000 мм и более, в болотах или торфяных грунтах, подлежащих осушению, h₃=1,1 м, в песчаных барханах h₃=1 м (считая от нижних отметок межбарханных понижений), в скальных грунтах и болотистой местности h₃ =0,6 м; для трубопроводов диаметром до 700 мм ширина траншеи по дну В принимается равной D_Y + 300 мм, для трубопроводов диаметром 700 мм и более B=l,5 D_y, для трубопроводов диаметром 1200 и 1400 мм при откосах траншей более
1: 0,5 В = D_Y + 500 мм.

Подземные газонефтепроводы в скальных и щебенистых грунтах укла­дывают на подсыпку из мягкого грунта слоем не менее 10 см и присыпают сверху также мягким грунтом слоем 20 см для защиты изоляционных покры­тий от повреждения. Кроме того, можно использовать специальные устрой­ства типа футеровочных матов и др.

Подземная прокладка газонефтепроводов на болотах в зависимости от мощности торфяного слоя и гидрорежима предусматривается либо на грунт, либо непосредственно в торфяном слое. При этом – для предотвращения всплытия участки газонефтепроводов балластируют (пригружают) специаль­ными навесными (железобетонными) грузами, сплошными покрытиями тор­кретбетоном, сборными железобетонными скорлупами, а также закрепляют винтовыми, гарпунными или раскрывающимися в минеральном грунте анке­рами.

Наземные схемы прокладки (рисунок 4.2) преимущественно используются в сильно обводненных и заболоченных районах при высоком уровне грутовых вод и очень малой несущей способности верхнею слоя грунта, на солончаковых грунтах, при наличии подстилающих скальных пород, а также при пересечении с другими коммуникациями.

Рисунок 4.2 – Наземные схемы укладки трубопровода

При наземной прокладке верхняя образующая трубопровода располагается выше отметок дневной поверхности, а нижняя образующая ниже, на уровне или выше дневной поверхности. Для уменьшения объема насыпи и увеличения устойчивости трубопровода в горизонтальной плоскости (особенно на криволинейных участках) рекомендуется проектировать прокладку трубопровода в неглубокую траншею глубиной 0,4 0,8 м с последующим сооружением насыпи необходимых размеров. При всех ее преимуществах недостатком является слабая устойчивость грунта насыпи и необходимость устройства большого числа водопропускных сооружений.

Надземная прокладка трубопроводов (рисунок 4.3) или их отдельных участков рекомендуется в пустынных и горных районах, болотистых местностях, районах горных выработок, оползней и районах распространения вечномерзлых грунтов, а также на переходах через естественные и искусственные препятствия. При надземной прокладке сводится к минимуму объем земляных работ, отпадает необходимость в дорогостоящей пригрузке, а также в устройстве защиты от почвенной коррозии и блуждающих токов.

Рисунок 4.3 – Схемы надземной прокладки трубопроводов

Однако надземная укладка имеет недостатки: загроможденность территории, устройство опор, специальных проездов для техники и миграции животных и значительная подверженность трубопровода суточным и сезонным колебаниям температуры, что требует принятия специальных мер.

Надземные трубопроводы и их участки имеют компенсирующие устройства, входящие в конструкцию: надземная прокладка «змейкой», надземные газопроводы со слабоизогнутыми участками и др. (рисунок 4.4)

Рисунок 4.4 – Надземные схемы участков прокладки линейной части магистральных трубопроводов

а – трубопровод с компенсаторами, б – трубопровод в виде зигзагообразного сомокомпенсирующего контура, в – упругоискривленный самокомпенсирующий трубопровод, г – трубопровод со слабоизогнутыми учасками. 1 – трубопровод, 2 – промежуточная продольноподвижная опора, 4 – П-образный компенсатор, 5 – промежуточная или скользящяя опора, 6 – шарнирная опора, 7 – свободно-подвижная опора, 8 – слабоизогнутый участок (компенсатор).

При надземной прокладке газонефтепроводов используют несущую способность самого трубопровода.

Наземную прокладку магистральных газопроводов применяют сравнительно редко. При этом необходимо соблюдать следующие условия:

– в болотах, заболоченной и обводненной местности газопровод следует укладывать на подготовленное основание и обваловывать торфом, а затем минеральным грунтом из канавы-резерва (реже привозным грунтом); это позволяет исключить применение дорогостоящих средств (железобетонных пригружателей, анкеров) для закрепления газопровода на проектной отметке, необходимого при подземной прокладке, но в то же время приводит к нарушению поверхностного гидрорежима в зоне полосы прокладки газопровода,

– требует устройства специальных водопропусков, дополнительных затрат на сохранение насыпи – обвалования при эксплуатации газопровода;

– скальных грунтах, покрытых слоем минерального грунта небольшой мощности, газопровод следует укладывать на спланированную поверхность и обваловывать минеральным грунтом; это позволяет исключить дорогостоя­щие работы по устройству траншеи в скальных грунтах, «постели» из мягко-то грунта под газопровод и по его присыпке мягким грунтом.

Прокладку с частичным заглублением (рисунок 4.5) применяют при строительстве магистральных газопроводов в условиях болот, скальных грунтов со вскрышным слоем минерального грунта малой мощности, заболоченной и обводненной местности. Стоимость прокладки газопроводов с частичным за­глублением меньше стоимости подземной прокладки из-за резкого сокращения объема земляных работ и возможности разработки траншеи-канавы небольшой глубины (до 0,6 – 0,8 м) навесными (к болотному трактору) канавокопателями.

Рисунок 4.5 – Схема прокладки трубопровода с частичным заглублением на болоте (а) и в слое минерального грунта (б):

1 - трубопровод; 2 - обвалование торфом; 3 - обвалование минеральным грунтом; 4 - слой минерального грунта; 5 - скальный грунт

Подземные, надземные и наземные газонефтепроводы проектируют сварными встык с установкой на них стальной запорной арматуры (кранов на газопроводах, задвижек на нефтепродуктопроводах) равнопроходного сече­ния, рассчитанной на испытательное давление трубопровода. Размещение за­порной арматуры по длине трубопровода определяют расчетом, но расстоя­ние между двумя соседними кранами (или задвижками) не должно быть бо­лее 30 км. Оптимальный профиль магистрального трубопровода определяют по ведомственной методике с помощью электронно-вычислительных машин, а допустимые радиусы изгиба трубопровода в вертикальной и гори­зонтальной плоскостях – расчетом из условия прочности и устойчивости сте­нок труб и положения трубопровода под воздействием внутреннего давле­ния, собственной массы и продольных сжимающих усилий.

Контрольные вопросы:

1. Схемы прокладки магистральных трубопроводов.

2. Подземная схема укладки магистральных трубопроводов.

3. Наземные схемы прокладки магистральных трубопроводов.

4. Надземная прокладка трубопроводов.