Проектирование опор и эстакад магистральных и технологических трубопроводов

В нефтяной и газовой промышленности используются, как магистральные, так и технологические трубопроводы. Хотя требования к их проектированию отличаются и формулируются разными нормативными документами, с точки зрения анализа несущей способности строительных конструкций общие методы расчетов будут рассмотрены в одном разделе.

К магистральным относятся протяженные трубопроводы большого диаметра. Прокладка магистральных трубопроводов на опорах (надземная прокладка) допускается только как исключение при соответствующем обосновании. В соответствии со СНиП 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы», надземная прокладка трубопроводов или их отдельных участков допускается в пустынных и горных районах, болотистых местностях, районах горных выработок, оползней и районах распространения вечномерзлых грунтов, на неустойчивых грунтах, а также на переходах через естественные и искусственные препятствия. В каждом конкретном случае надземная прокладка трубопроводов должна быть обоснована с точки зрения его надежности. При надземной прокладке трубопроводов или их отдельных участков следует предусматривать конструктивные решения по компенсации продольных перемещений.

На рисунках 8 и 9 показаны варианты надземного трубопровода, в которых используется самокомпенсация продольных перемещений за счет зигзагообразной (в том числе упругоизогнутой) траектории прокладки с применением специальных опор.

Рис. 8. Схема надземной прокладки магистрального трубопровода в виде

зигзагообразного самокомпенсирующегося контура

1 – трубопровод; 2,3 – крайние положения трубопровода при деформации;

3 – промежуточная продольно-подвижная опора; 4 – шарнирная опора

Рис. 9. Зигзагообразный надземный магистральный трубопровод

При прокладке трубопроводов и их переходов через естественные и искусственные препятствия необходимо использовать несущую способность самого трубопровода, как балки, обладающей высокой жесткостью на изгиб (рис.10).

К технологическим относятся трубопроводы, предназначенные для транспортирования различных веществ (сырья, воды, промежуточных и конечных продуктов), необходимых для ведения технологического процесса или эксплуатации оборудования в пределах промышленных предприятий. Опоры и эстакады под технологические трубопроводы представляют собой инженерные сооружения, предназначенные для размещения технологических трубопроводов. Их проектирование должно осуществляться в соответствии со СНиП 2.09.03-85 «Сооружения промышленных предприятий».

Прокладка технологических трубопроводов по несущим конструкциям, как правило, осуществляется двумя, во многом схожими, способами:

· по отдельно стоящим опорам (рис. 11);

· по эстакадам (рис. 12).

Отдельно стоящие опоры под трубопроводы состоят из одной или нескольких колонн, связей, траверс и фундамента.

Рис. 11. Схема прокладки трубопровода по отдельностоящим опорам

1 – промежуточная опора; 2 – анкерная промежуточная опора;

3 – анкерная концевая опора; 4 – компенсатор;

5 – трубопровод; 6 – опорная часть трубопровода;

7 – траверса; 8 – колонна;

9 – фундамент.

Эстакады состоят из опор (колонн, связей, ригелей, фундаментов), пролетных строений (ферм, балок), траверс и связей по фермам.

Ригель или поперечная балка в строительстве применяется как линейный несущий элемент. Он соединяет стойки и колонны, служит опорой пролетных строений. Выполняется, как правило, из стали или железобетона.

Рис. 12. Схема прокладки трубопровода по эстакаде

1 – пролетное строение; 2 - ферма

В продольном направлении отдельно стоящие опоры и эстакады разбивают на температурные блоки, длина которых принимается в зависимости от предельного расстояния между неподвижными опорными частями трубопровода в соответствии с расчетом конструкций на климатические воздействия.

Температурный блок состоит из пролетных строений, одной анкерной опоры и промежуточных опор.

Анкерные промежуточные опоры устанавливают, как правило, в середине температурного блока.

В местах поворота или конца трассы применяются анкерные угловые или концевые опоры.

Передача нагрузок на отдельно стоящие опоры и эстакады от трубопровода производится посредством подвижных и неподвижных опорных частей трубопровода.

Восприятие температурного удлинения трубопровода осуществляется компенсаторами.

В зависимости от конструктивных решений, опоры и эстакады различают по следующим признакам:

· по материалу конструкций: железобетонные, стальные, комбинированные;

· по конструктивным решениям несущих конструкций опор, пролетных строений, фундамента;

· по высоте до верхней части опор: низкие и высокие;

· по способу расположения труб на опорах и эстакадах: одноярусные, двухъярусные, многоярусные.

Прокладку трубопроводов на эстакадах применяют при большом количестве трубопроводов малых диаметров.

Для уменьшения нагрузки на опоры и пролетные строения эстакад используют самонесущую способность трубопроводов большого диаметра с их опиранием только на траверсы над опорами эстакад.

При прокладке трубопровода по отдельно стоящим опорам на анкерных опорах предусматривается неподвижное крепление трубопровода.

Расстояние между отдельно стоящими опорами под трубопровод назначаются исходя из расчета труб на прочность и жесткость.

Рекомендуется, на ряду со стальными опорами, проектировать отдельно стоящие опоры сборными из железобетонных конструкций.

Прежде чем рассмотреть конструкции опор и проектирование отдельных несущих элементов, познакомимся с основными понятиями производства и расчета строительных конструкций из железобетона.