WWW.NEW.PDFM.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Собрание документов
 

«Ключевые слова: многолетнемерзлые грунты, неткано синтетический материал, магистральный трубопровод, надежность, балластирующие устройства, ореол оттаивания Объектом исследования является ...»

РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа 146 с.,31 рис., 27 табл., 42 источников, 1 прил .

Ключевые слова: многолетнемерзлые грунты, неткано синтетический материал,

магистральный трубопровод, надежность, балластирующие устройства, ореол оттаивания

Объектом исследования является магистральный газопровод на участке «А»

Цель работы – выявление технологических и технических параметров повышения

конструктивной надежности магистральных трубопроводов в условиях распространения

многолетнемерзлых грунтов В процессе исследования проводились сбор и обработка статистических данных по отказам магистральных газопроводов выявление наиболее характерных причин отказов магистральных газопроводов, анализ напряженно-деформированного состояния газопровода в условиях Крайнего Севера, анализ и выбор существующих технических решений по обеспечению устойчивости подземных газопроводов, приведены мероприятия по охране труда и безопасности строительства, охране окружающей среды, технико-экономическая часть .

В результате исследования выполнен статистический анализ отказов магистрального газопровода «С», который показал, что: 1) наибольшее количество отказов газопровода связано с нарушением металла труб и приходится на кольцевые сварные соединения 2) наибольшее количество отказов приходиться на осенние месяцы; выполнена оценка напряженно-деформированного состояния трубопровода в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов, проведен анализ и выбор существующих технических решений по обеспечению устойчивости подземных газопроводов, который показал эффективность использования балластировки с применением гибких материалов, смоделирован участок трубопровода с применением балластировки с коврами из неткано синтетического материала .

Исходя из проведенного моделирования выявлено, что при использовании балластировки трубопроводов грунтом с применением нетканого синтетического материала (НСМ) обеспечивается более устойчивое положение на проектных отметках .

Теоретическая и практическая значимость работы:

Применение данных конструкций способов балластировки на базе гибких материалов позволит значительно снизит материальные и трудовые затраты при строительстве газотранспортных систем в условиях Крайнего Севера, обеспечивая надежность эксплуатации магистральных газопроводов в сложных условиях .

Область применения:

балластировка на базе гибких материалов может быть применена на магистральных трубопроводах, эксплуатируемых в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов .

Оглавление ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Общая часть

1.1 Общие сведения о криолитозоне

1.2 Основные сведения о трубопроводном транспорте на территории «А»..... 4

1.3 Конструктивно-технологические особенности магистральных газопроводов в условиях Крайнего Севера

1.3.1 Требования к строительству магистрального трубопровода в условиях Крайнего Севера

1.3.2 Способы прокладки трубопроводов в вечномерзлых грунтах................. 11

1.4 Анализ методов балластировки газопроводов в условиях Крайнего Севера 16 Глава 2 Надежность магистральных газопроводов

2.1 Надежность линейной части магистрального газопровода

2.2 Показатели надежности

2.3 Современные представления о надёжности магистральных газопроводов

2.4 Методические аспекты построения математических моделей надежности





2.4.1 Модель надежности МГ «М»

2.5 Статистический анализ отказов МГ «М»

Глава 4. Выбор существующих технических решений по обеспечению устойчивости подземных трубопроводов

4.1 Недостатки методов закрепления трубопроводов анкерами и железобетонными утяжелителями в «А»

4.2 Моделирование участка МГ с применением балластировки из НСМ в программном комплексе Autodesk Inventor

4.2.1 Программа Autodesk Inventor

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список использованной литературы

Приложение А

ВВЕДЕНИЕ

–  –  –

охарактеризовать отрицательной температурой пород и наличием подземных льдов. Основным породообразующим минералом в ней является лед (в виде жил, пластов), а также лед(лед–цемент) соединяющий рыхлые осадочные породы .

Вероятно продуктом значительных плейстоценовых похолоданий климата в Северном полушарии является криолитозона .

Геоэколгические последствия нарушения теплового режима при строительстве и эксплуатации трубопроводов в криолитозоне приводят к антропогенному фактору (в первую очередь нарушению или полному уничтожению растительного покрова, так же перераспределению снежного покрова), активизации геокриологических процессов и их новообразованию .

Степень активизации зависит от криогенного строения мерзлых толщ, их теплового состояния и их состава, от характера техногенных воздействий и особенностей ландшафтной обстановки. В следствии усиливается энергообмен в создаваемых и существующих природно-технических системах, выводит многолетнемерзлые породы из динамического равновесия, складывающегося на разных этапах естественного развития .

При строительстве, проектировании и эксплуатации трубопроводов на территории «А» следует учитывать природно-климатические условия, уровень развития промышленной инфраструктуры региона, месторасположения и наличия природных ресурсов, требований к промышленно-экологической безопасности объектов газового комплекса. Продолжительность зимнего периода в западной части региона составляет 6-7 месяцев, а в восточной части «А» 7...8 месяцев. Самым холодным месяцем

–  –  –

1.2 Основные сведения о трубопроводном транспорте на территории «А»

Трубопроводный транспорт в «А» играет важную роль в обеспечении предприятий и населения дешёвым топливом, Трубопроводный транспорт на территории «А» представлен трубопроводами как локального республиканского значения, так и федерального .

Федерального значения:

Нефтепроводом Восточная Сибирь – Тихий океан, который проходит через Талаканское нефтяное месторождение, Олёкминск, Ленск, Нерюнгри, Алдан. На территории «А» расположены семь нефтеперекачивающих станций. Ранее планировался южный вариант прокладки

–  –  –

Проектирование трубопроводов, предназначенных для прокладки в районах вечномерзлых грунтов, следует осуществлять в соответствии с требованиями СНиП 2.02.04-88[3], специальных ведомственных нормативных документов, утвержденных Миннефтегазстроем, Мингазпромом и Миннефтепромом по согласованию с Минстроем РФ, и дополнительными указаниями настоящих норм .

Для трассы трубопровода должны выбираться наиболее благоприятные в мерзлотном и инженерно-геологическом отношении участки по материалам опережающего инженерно-геокриологического изучения территории .

Принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве основания трубопровода должен приниматься в соответствии с требованиями СНиП 2.02.04-88[3] в зависимости от способа прокладки трубопровода, режима его эксплуатации, инженерно-геокриологических условий и возможности изменения свойств грунтов основания .

Сооружение трубопроводов, прокладываемых на многолетнемерзлых грунтах, должно осуществляться в основном в зимнее время с использованием грунтов в качестве оснований в соответствии со СНиП 2.02.04-88[3] по I принципу .

Принцип I – вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения .

В летний период при потере несущей способности деятельного слоя грунта и его использования в соответствии со СНиП 2.02.04-88[3] по II принципу выполнение линейных трассовых работ допускается только c применением Лист Глава 1. Общая часть Изм. Лист № докум. Подпись Дата специальных технологий и техники, обоснованных технико-экономическим расчетом и отвечающих требованиям охраны окружающей среды [2] .

Принцип II – вечномерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения) .

Принцип I следует применять, если грунты основания можно сохранить в мерзлом состоянии при экономически целесообразных затратах на мероприятия, обеспечивающие сохранение такого состояния. На участках с твердомерзлыми грунтами, а также при повышенной сейсмичности района следует принимать, как правило, использование вечномерзлых грунтов по принципу I .

Принцип II следует применять при наличии в основании скальных или других малосжимаемых грунтов, деформация которых при оттаивании не превышают предельно допустимых значений для проектируемого сооружения, при несплошном распространении вечномерзлых грунтов, а также в тех случаях, когда по техническим и конструктивным особенностям сооружения и инженерно-геокриологическим условиям участка при сохранении мерзлого состояния грунтов основания не обеспечивается требуемый уровень надежности строительства [3] .

Магистральные трубопроводы. По своей функциональной значимости магистральные трубопроводы подразделяются на классы: газопроводы на 2 класса, нефтепроводы на 4 .

К 1му классу газопроводов относятся трубопроводы с рабочим давлением от 2.5 до 10 Мпа, ко 2 му – от 1.2 до 2.5 Мпа .

Первый класс нефтепроводов – трубопроводы с диаметром труб от 1000 до 1200мм, второй – от 500 до 1000мм, третий – от 300 до 500мм, четвертый – менее 300мм .

Трассу магистральных трубопроводов выбирают на основе материалов инженерно-геологических изысканий с учетом мерзлотно-грунтовых условий .

Трубы стремятся прокладывать по сухим участкам с крупноскелетными Лист Глава 1. Общая часть Изм. Лист № докум. Подпись Дата грунтами в обход территорий с высокольдистыми грунтами, подземными льдами, наледями, буграми пучения, активно развивающимися термокарстом, оползнями и солифлюкцией .

Бугры пучения надо обходить с низовой стороны, оползневые участки – ниже зеркала скольжения, не рекомендуется прокладывать трубопроводы в непосредственной близости от подошвы косогора .

Существуют три способа прокладки магистральных трубопроводов:

подземный, наземный и надземный. Выбор способа зависит от температуры транспортируемого продукта и типа местности, по которой проходит трасса .

Здесь различают горячие участки трубопровода (весь год температура положительная), теплые (положительна только среднегодовая температура продукта) и холодные (среднегодовая температура продукта отрицательна). В связи с этим выделяют 4 типа местности: IV простой, III нормальный, II сложный и I очень сложный .

Отсюда, способ прокладки выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов с учетом перечисленных ниже особенностей каждого способа .

Подземный способ применяют в пределах местности II – IV типа при прокладке холодных и теплых участков трубопроводов, а также горячих участков в пределах площадок со скальными и крупнообломочными грунтами .

При прокладке трубопровода в песчаных и глинистых грунтах трубу покрывают битумным лаком и укладывают непосредственно на дно траншеи .

В скальных и крупнообломочных грунтах под трубой устраивают подсыпку из песчаных грунтов толщиной 10 см, трубу укладывают на подсыпку и засыпают тем же грунтом на высоту 20 см, от верха трубы .

В пучинистых грунтах обратная засыпка траншеи осуществляется привозным непучинистым материалом .

Наземный способ обычно применяют в тех же условиях, что и подземный, но на ограниченных участках трассы с резко пересеченным рельефом или сильной заболоченностью .

Лист Глава 1. Общая часть Изм. Лист № докум. Подпись Дата Он используется при прокладке горячих участков трубопроводов, теплые

– на местности III и IV типов и холодные на II (при этом трубы обваловывают непучинистым грунтом), III и IV .

Для прокладки теплых участков трубопровода на местности II типа в конструкции дополнительно используется тепловая изоляция в виде плоского экрана под трубой или дополнительной отсыпки грунта. Горячие участки трубопроводов на местности II – IV типов прокладывают с применением теплоизоляции и термоохладителей .

Надземная прокладка применяется при трубопроводном строительстве в пределах местности I и II типов на низких и высоких опорах. На низких опорах прокладывают теплые и горячие участки трубопровода в пределах местности II типа и теплые участки на местности I типа;

На высоких опорах – горячие участки трубопровода в пределах местности I типа. Опорой считается металическая или железобетонная конструкция, расположенная между трубой и фундаментом .

Опоры бывают в виде ригелей, рам, эстакад и т.п. Опоры подразделяются на неподвижные (мертвые) и подвижные (скользящие, катковые, роликовые и др.), обеспечивающие свободное перемещение трубопровода при температурном удлинении (сокращении) трубы. Опоры располагают на высоте не менее 0.5 м от уровня земли .

1.3.2 Способы прокладки трубопроводов в вечномерзлых грунтах

–  –  –

УБО-1020-15 1020 1100 450 550 1500 600 150 1,46 3358 УБО-1020-15 820 1100 350 550 1500 600 150 1,46 3358

–  –  –

УБО-530-10 530 700 230 300 1000 300 100 0,36 828

–  –  –

Рисунок 1.5 – Схемы балластировки трубопроводов грунтом с применением НСМ: а - для песчаных; б - для глинистых; 1 - минеральный грунт; 2 - полотно из НСМ; 3 - трубопровод В качестве балластирующего устройства может применяться грунт, закрепленный добавками вяжущих компонентов по ТУ 38-101960-83 (тяжелые крекинг-остатки, битумы и т .

д.). Балластировка трубопроводов закрепленным грунтом выполняется в виде перемычек совместно с железобетонными утяжелителями или анкерными устройствами (рис.1.6) [8] .

–  –  –

Рисунок 1.7 – Схема конструкции винтового анкерного устройства типа ВАУ: 1

- тяга анкерная; 2 - винт анкера; 3 - силовой пояс; 4 - трубопровод; 5 прокладка Свайные анкерные устройства раскрывающегося типа АР-401 и АР-401В изготавливаются по ТУ 102-318-82 и рабочим чертежам Тюменского филиала СКБ “Газстроймашина”. Анкерные устройства типа АР состоят из двух свайных анкеров и силового пояса (рис.1.8). Свайный анкер состоит из тяги, выполненной

–  –  –

Лист Глава 1. Общая часть Изм. Лист № докум. Подпись Дата проблемой. Одна из причин ухудшения работоспособности газопровода – его всплытие со сбросом утяжелителей .

Проблему устойчивости магистральных газопроводов необходимо решать не только на стадии производства, но и, как показывает практика, в периодах эксплуатации, когда проявляются участки с нарушением проектного положения .

Разработка методов повышения устойчивости северных газопроводов, включающая оценку работоспособности средств закрепления трубопроводов в сложных условиях и рекомендации по обеспечению их устойчивости, является актуальной как для строящихся, так и для действующих систем магистральных газопроводов и выполняется в соответствии с приоритетными направлениями развития науки и техники ОАО "Газпром" .

В северных районах страны МГ на балластируемых участках на значительной протяженности находятся выше проектных отметок - оголены или всплыли со сбросом утяжелителей. Обследование трасс показывает, что первоначально всплывают балластируемые участки на углах поворота оси газопровода в плане. В период следующего паводка, когда уровень воды превышает отметку средней образующей всплывшего ранее участка газопровода, последний, повторно всплывая, увлекает за собой прилегающие подземные участки газопровода, в результате длина всплывшего участка увеличивается, как принято говорить, "растет". Таким образом, в течение ряда лет газопровод может всплыть (и всплывает) на протяжении всего обводненного участка .

Основная причина - негативное влияние продольных (и, как следствие, поперечных) перемещений газопроводов в грунте на работу системы газопровод

- утяжелители .

Как правило, в северных, да и в других районах работы по строительству МГ на болотах и заболоченных участках проводятся зимой, а ввод газопровода в эксплуатацию - летом. В результате положительных приращений температуры (например, было минус 20°С, стало плюс 40°С, приращение 60°С) и давления

–  –  –

Рисунок 1.11 – Изменение пространственного положения утяжелителей УБК при поперечных перемещениях участка газопровода (горизонтальный угол – на переходе через болото протяженностью 2 км): 1- проектное положение газопровода и утяжелителя; 2-положение газопровода и утяжелителя на первой стадии всплытия; 3-то же, на второй стадии всплытия; 4- то же, на третьей стадии всплытия; 5-газопровод всплыл; 6- траншея для газопровода диаметром 1420 мм Лист Глава 1 .

Общая часть Изм. Лист № докум. Подпись Дата При перемещениях газопровода в продольном направлении утяжелители УБК, зафиксированные в грунте засыпки и потому не имеющие возможности перемещаться вместе с газопроводом, несмотря на применение защитных подкладок повреждают изоляционное покрытие газопровода, так как они имеют малую поверхность контакта с газопроводом и, следовательно, большое удельное давление на изоляционное покрытие (стенку) газопровода (около 1 МПа) .

При использовании УБО, монтируемых на газопроводе диаметром 1420 мм с шагом в осях 1,9-2,5 м, возвратно-поступательные поперечные перемещения вершины угла из гнутых кривых также приводят к сбросу утяжелителей (рис .

1.11, б) .

При продольных перемещениях газопровода (блоки утяжелителей зафиксированы в грунте засыпки и не могут перемещаться вместе с газопроводом) соединительные пояса, обжатые на поверхности газопровода весом блоков утяжелителей и грунта засыпки над ними (около 4 т на каждый конец пояса), не могут сместиться по поверхности газопровода и перемещаются вместе с ним, что приводит к значительному увеличению усилий в соединительных поясах и, как следствие, при определенной величине перемещений, к разрушению утяжелителя (разрыв поясов, вырыв крюков из тела блоков утяжелителей) с последующим всплытием газопровода .

Во ВНИИСТе была поставлена задача: исследовать работу системы газопровод диаметром 1420 мм - утяжелитель УБО при продольном перемещении газопровода в грунте; выявить численную величину допустимых перемещений газопровода с целью уточнения области применения утяжелителей УБО .

Установлена предельная величина перемещений подземного трубопровода, равная 40 мм, при которой допускается применение железобетонных утяжелителей. При использовании мягких соединительных поясов (из технической ткани) утяжелителей УБО эта величина составляет 50 мм. Для грубого расчета протяженность участков (где допускается применение Лист Глава 1. Общая часть Изм. Лист № докум. Подпись Дата железобетонных утяжелителей) от границы болота для трубопровода диаметром 1420 мм, при оговоренных приращениях температуры трубопровода и давления продукта, составляет: 40 м при металлических соединительных поясах;50 м при мягких. На остальном протяжении балластируемого участка следует применять утяжелители, отвечающие двум принципиальным подходам .

1. Утяжелитель (утяжеляющее покрытие) должен перемещаться в грунте вместе с трубопроводом без взаимных смещений, при этом утяжелитель должен иметь малое лобовое сопротивление, а лучше не иметь его, и надежное сцепление (защемление) с трубопроводом. К таким утяжелителям следует отнести:

обетонирование;

кольцевые бетонные утяжелители и чугунные грузы .

2. Трубопровод должен свободно перемещаться под утяжелителем (седлового типа) или под соединительным поясом утяжелителя (охватывающего типа) без разрушения (повреждения) утяжелителя и (или) изоляционного покрытия трубопровода .

Такие утяжелители могут (должны) иметь низкое удельное давление на поверхность трубопровода.

К ним следует отнести (из известных):

грунтозаполняемые полимерно-контейнерные балластирующие устройства (ПКБУ) и контейнер текстильный (КТ) с удельным давлением не более 0,02 МПа; способ балластировки грунтом с применением прослоек (ковров) из геотекстильного иглопробивного полотна .

Исследования показали, что широко применяемые железобетонные утяжелители УБО и УБК не удовлетворяют ни одному из двух принципов, следовательно, их применение следует максимально ограничить [9] .

Метод балластировки с применением эластичных геотекстильных материалов (ГТМ) зарекомендовал себя с положительной стороны в условиях многолетнемерзлых пород (ММП). Длительная работоспособность ГТМ в грунтовых условиях объясняется их высокой стойкостью и достаточной эластичностью, допускающими без нарушения целостности материала Лист Глава 1. Общая часть Изм. Лист № докум. Подпись Дата значительные перемещения трубопровода и одновременно предотвращающими размывы грунта-балласта, размещенного в замкнутых полостях ковров из ГТМ .

Технология балластировки состоит в раскладке ковров поперек газопровода с торцевым нахлестом, засыпке грунтом из отвала в расчетном количестве с последующим перекрытием грунта-балласта свободным краями ковров и термоспайкой их продольных и поперечных кромок в соответствии с техническим решением, защищенным патентом №2227857 на изобретение (рис .

1.12) .

Учитывая сложные природно-климатические и геологические условия регионов Крайнего Севера, специалисты ООО «Газпром трансгаз Ухта» и Филиала ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в г.Ухта разработали новые технические решения по прокладке газопроводов в условиях Крайнего Севера .

Первое техническое решение касается более полного использования деформационных и прочностных показателей ковров ГТМ для повышения балластирующего эффекта грунта засыпки (рис. 1.13). Данное техническое решение целесообразно использовать при прокладке газопровода в ММГ, где траншея прямоугольного сечения выполнена с помощью роторного экскаватора .

Рисунок 1.12 – Схема балластировки газопровода в соответствии с патентом:

–  –  –

Для технических объектов термины и определения в области надежности установлены ГОСТ 13377–75 «Надежность в технике. Термины и определения» .

В соответствии с этим ГОСТ некоторые общие понятия и показатели надежности применительно к линейной части магистральных газопроводов могут быть сформулированы в следующем виде .

Надежность – способность линейной части сохранять по всей длине неизменными условия транспорта газа: заданного количества (Q), давления (Р), температуры (Т) и степени очистки и осушки (w) в течение определенного срока службы (t) .

Работоспособность – состояние линейной части, при котором она способна транспортировать газ установленных параметров (Q, Р, Т, w) .

Безотказность – свойство линейной части непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени .

Исправное состояние – такое состояние линейной части, при котором она отвечает всем требованиям действующей нормативно-технической документации .

Технический ресурс – величина, характеризующая запас возможной суммарной наработки объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние .

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации объекта до его перехода в предельное состояние, измеряемая в единицах времени .

Различают нормативный ресурс и нормативный срок службы, определяемые на этапе разработки проектного задания с учетом современного технического состояния, мирового уровня и темпов научно-технического

–  –  –

Лист Глава 2. Надежность магистральных газопроводов Изм. Лист № докум. Подпись Дата Рисунок 2.2 – Зависимость интенсивности отказов от времени Как видно из рис. 2.2, кривая изменения интенсивности отказов имеет три характерных участка: участок приработки (от 0 до t1) при уменьшающих значениях, участок нормальной работы (от t1 до t2 при = const) и участок старения (от t2 и далее при возрастающих значениях (t)) .

Характерными физическими причинами отказов линейной части магистральных трубопроводов в этих периодах будут следующие .

Для периода приработки линейной части характерными отказами будут отказы, связанные с ошибками при проектировании или с нарушением проектных решений при строительстве, отказы эксплуатационного характера, а также отказы, вызванные наличием в теле труб и наплавленном металле сварных швов дефектов заводского и строительного характера .

Здесь под дефектами следует понимать вмятины, забоины, царапины, риски, расслоение и закат металла труб, смещение кромок сварных стыков, подрезы, непровары, поры, трещины и т. п. дефекты, по своим размерам не вписывающиеся в поле допусков внешнего осмотра и применяемых методов неразрушающего контроля .

Наличие подобных дефектов на законченном строительством трубопроводе можно объяснить различными причинами объективного и субъективного характера. В частности, такими причинами, как инженернотехническая культура строительно-монтажного производства, квалификация и производственный опыт работников и технадзора заказчика. К этим же причинам можно отнести и отсутствие строго научного обоснования дефектности сварных швов и браковочных признаков труб, правильность применения того или иного метода неразрушающего контроля и увязку его разрешающей способности с достижениями линейной механики разрушения, Лист Глава 2. Надежность магистральных газопроводов Изм. Лист № докум. Подпись Дата медленное внедрение способов и методов линейной механики разрушения в методику прочностного расчета трубопроводов .

Число отказов линейной части в приработочном периоде будет постоянно падать до момента времени t1, т. е. до наступления периода нормальной эксплуатации .

Для периода нормальной эксплуатации линейной части характерными отказами будут отказы эксплуатационного характера и отказы, вызванные наличием в теле труб и наплавленном металле сварных швов дефектов, по своим размерам не превосходящих браковочных показателей внешнего осмотра и применяемых методов неразрушающего контроля .

Под дефектами следует понимать те же дефекты, что и в приработочном периоде (за исключением трещин), но с допустимыми по нормативнотехнической документации размерами, а также макро- и микродефекты реального твердого тела .

Современные представления механики разрушения о реальном твердом теле как о среде, содержащей те или иные дефекты, вполне допускают и предполагают наличие в металле труб и сварных стыков дефектов макро- и микроуровня. История возникновения этих дефектов может быть связана с условиями испытания и загрузки трубопровода на рабочий режим или обусловлена металлургическими и технологическими факторами проката листовой или рулонной трубной заготовки, технологией переделки трубной заготовки в трубы и технологией строительно-монтажного производства при сооружении трубопроводов .

Имеющиеся на трубах и в стыках линейной части трубопровода дефекты при определенных условиях эксплуатации способны вызвать значительную концентрацию рабочих напряжений в локальных, прилегающих к дефектам, областях металла. Особенно это относится к дефектам в виде царапин, рисок, непроваров, пор, подрезов, трещин и т. п., дефектов в виде искусственных надрезов с острыми по глубине краями, сориентированных по длине вдоль или

–  –  –

Изучение надежности газопроводов строится на базе общей теории надежности технических объектов с учетом особенностей, присущих линейным сооружениям .

В исследованиях надежности газотранспортной системы обычно различают конструкционную и технологическую надежность, что обусловлено, во-первых, рассмотрением задач на разных уровнях детализации системы; вовторых, применением разного математического аппарата. В таблице 2.2 в качестве примера представлен анализ технологической и конструкционной газотранспортной системы, включали цели, понятие отказа, рассматриваемые модели и использование методов теории надежности .

Видно, что обычно две задачи (технологическая и конструктивная) изучаются автономно. В то же время необходимо поставить единую задачу с учетом их взаимодействия, что вытекает из единства требований к газотранспортной системе – надежность поставки газа потребителем .

Рассмотрим более подробно задачу оценку срока безопасной эксплуатации газопроводов как наиболее важную в практическом плане. Ее актуальность определяется увеличением возраста газотранспортной системы и необходимостью увеличения затрат на комплексную оценку технического состояния и на ремонтные работы .

В ОАО «Газпром» разработаны аналогичные комплексы, в которые входят следующие позиции (рис.

2.3):

1. Анализ исходной информации, ее обработка, накопление, выбор потенциально опасных участков .

2. Инструментальный этап – обследование потенциально опасных участков неразрушающими методами контроля и при необходимости

–  –  –

Рисунок 2.3 Концепция обеспечения работоспособности и ресурса магистральных газопроводов ОАО «Газпром»

При этом в концепции разработана методология продления ресурса для газопроводов, на которых проводится внутритрубная дефектоскопия, и для газопроводов, где внутритрубная дефектоскопия не может быть применена (рис .

2.4) .

Здесь показано, что в случае, когда нет возможности применить внутритрубную инспекцию (ВТИ), основное внимание следует уделить анализу технического состояния потенциально опасных участков .

В итоге по результатам анализа принимаются следующие варианты решений:

продолжение эксплуатации без изменения режима давления газа;

–  –  –

Оценка экономической эффективности стратегии технического обслуживания принятие решения о продлении срока безопасной эксплуатации Рисунок 2.4 Различия в методологии продления срока безопасной эксплуатации Была разработана специальная методика, основанная на вероятностном анализе, теории конечных множеств. С использованием диаграммы Венна строиться область оптимизации количества потенциально опасных участков .

Принцип – вероятность пропуска дефекта не должна превышать уровень ошибки Лист Глава 2. Надежность магистральных газопроводов Изм. Лист № докум. Подпись Дата дефектоскопа. Что касается последовательности работ инструментального и расчетного плана, то они показаны на следующих рисунках .

В северных регионах России существенные проблемы связаны с обеспечением устойчивости положения газопроводов, проложенных в вечномерзлых и слабонесущих обводненных грунтах. На таких участках выполняются комплексные диагностические и расчетные работы, по результатам которых принимается решение о методах и времени проведения ремонта .

В ОАО «Газпром» реализуется масштабная программа работ по продлению ресурса газопроводов с большими сроками эксплуатации. В соответствии с концепцией она включает в себе анализ исходной документации и проведение комплекса работ на потенциально опасных участках .

Для всех объектов проводится анализ нагрузок и воздействий с учетом их развертывания во времени, предыстории нагружения, взаимного сочетания. На основе разработанных расчетных моделей оценивается значимость отдельных видов нагрузок и воздействий, в том числе циклических и переменных нагрузок, вызванных эксплуатационными и природно-климатическими факторами .

Работы по оценке технического состояния являются достаточно объемными и трудоемкими в силу необходимости анализа большого массива разнородных данных, проведения диагностических и расчетных исследований .

Во ВНИИГАЗе разработана специализированная процедура, предназначенная для получения приближенных оценок в условиях ограниченного объема исходной информации. Принципиальная схема экспресс-метода дана на рис. 2.5 .

Здесь представлены два блока, в одном из которых приведены факторы опасности. В показатели надежности входит информация о состоянии металла, сварных швах, изоляции, уровне напряженно-деформированного состояния, электрохимической защите и т.п.; к факторам опасности относятся сведения о категории газопровода, его технологических параметрах, наличии других газопроводов в коридоре, количестве потенциально опасных участков и т.п .

–  –  –

Целью моделирования технической системы является получение количественных показателей. Модель должна адекватно отражать особенности функционирования системы. В модели целесообразно учитывать только те факторы, которые сопоставимы между собой по степени влияния на результаты расчета. И при формировании модели, и при анализе получаемых с ее помощью Лист Глава 2. Надежность магистральных газопроводов Изм. Лист № докум. Подпись Дата результатов следует принимать во внимание точность исходной информации .

Перечисленные принципы являются основополагающими при построении любых моделей, при моделировании и анализе надежности они должны соблюдаться пунктуально по следующим причинам. В число расчетных показателей надежности входят вероятности некоторых событий. Эти вероятности зачастую изменяются в сравнительно узком диапазоне (вблизи нуля или единицы) при варьировании исходной информации в широких пределах .

Малым изменениям вероятностей могут соответствовать существенные различия других показателей .

При изучении сложных трубопроводных систем приходится пользоваться моделями разных уровней и разных масштабов. Структурирование модели, выбор ее элементов должны определяться основными задачами исследования и масштабностью объекта .

Одной из краеугольных гипотез при моделировании систем, функционирование которых подвержено случайным воздействиям, является предположение о независимости отказов элементов. Оно чаще всего представляется приемлемым с технологической точки зрения. Если отказы элементов зависимы, то в модель должны быть введены количественные характеристики, отражающие эту зависимость. Получить оценки характеристик такого рода обычно бывает очень трудно из-за недостаточности или недостоверности исходной информации. Зависимые отказы могут быть учтены в модели с помощью специальных приемов. Если элементом на перекачивающей станции обычно служит агрегат, то на многониточных трубопроводных участках в качестве элементов обычно выбираются однониточные трубопроводы между перемычками. Отсекающие задвижки на концах такого трубопровода позволяют выводить его в ремонт без отключения элементов участка .

Исходной информацией в моделях служат показатели надежности элементов. Их можно оценить по статистическим данным об отказах или же получить с помощью специальных моделей, моделей низшего уровня иерархии, в которых элемент подразделения на части и рассматривается уже как система .

Лист Глава 2. Надежность магистральных газопроводов Изм. Лист № докум. Подпись Дата Показатели надежности линейных участков и перекачивающих станций служат исходной информацией в моделях единых или региональных трубопроводных систем .

Для многих технологических ситуаций оказывается полезной следующая постановка задачи. Система заданной структуры состоит из элементов, для каждого из которых известны вероятности безотказной работы за контрольный промежуток времени Т.

Система может находиться только в двух состояниях:

работоспособном и состоянии отказа. Показателем надежности служит вероятность отказа за период Т. Модели такого рода полезны при изучении автономно функционирующих и эпизодически обслуживаемых производств, например, полностью автоматизированной перекачивающей станции с периодическим (скажем, раз в месяц) обслуживанием. Модель системы без восстановления позволяет оценить вероятность безотказной работы станции за месяц .

Однако безлюдные технологии практически не встречаются на объектах газовой отрасли России. В трубопроводных системах за технологическими процессами ведется постоянное наблюдение и по мере надобности производится ремонт основного технологического оборудования. Поэтому более адекватным представлением элементов и объектов трубопроводных систем оказываются обычно модели систем с восстановлением [14] .

Математический аппарат исследования систем, подверженных случайным воздействиям, дает теория случайных процессов. Функционирование системы зачастую удается представить, как процесс блуждания по множеству М возможных состояний. В некоторых случаях множество М оказывается конечным или счетным, а процесс переходов марковским или сводимым к марковскому. Характеристики такого процесса выражаются через pk(t) вероятности пребывания в состоянии k M, которые удовлетворяют системе обыкновенных дифференциальных уравнений. Решение системы pk(t) зависит от начальных условий pk(0), т.е. от состояния, в котором система пребывала в начальный момент времени. Как правило, интерес представляют не столько Лист Глава 2. Надежность магистральных газопроводов Изм. Лист № докум. Подпись Дата функции pk(t), сколько их предельные значения, которые не зависят от начальных условий pk(0). Величины pk характеризуют долю времени пребывания процесса в состоянии к, если процесс функционирования начался довольно давно .

Функция pk(t) или константы pk дают возможность вычислить достаточно информативные показатели надежности. Обоснованность использования констант pk вместо функций pk(t) вытекает из того, что функция сравнительно быстро приближается к своему предельному значению .

В теории случайных процессов разработаны различные модели, причем в некоторых случаях аппарат исследования оказывается достаточно простым и приводит в конечном случае к реализуемым вычислительным процедурам .

Укажем здесь прежде всего марковские, полумарковские и "марковизуемые" (аппроксимирующиеся марковскими) процессы .

Функционирование технической системы иногда можно представлять себе, как движение системы (или точки, изображающей систему) по конечному или счетному множеству состояний. Пусть, например, система состоит из рабочего и резервного элементов, которые одинаковы и подлежат ремонту при выходе из строя. Резервирование ненагруженное. Ремонт начинается сразу после отказа элемента. Тогда системе будет отвечать диаграмма (граф переходов), изображенная на рис. 2.3. Состояния системы занумерованы числами 0, 1, 2 и означают: 0 оба элемента находятся в работоспособном состоянии, 1 отказал один из элементов, 2 отказали оба элемента. Стрелки символизируют возможные переходы из состояния. Если элементы были бы разными, то пришлось бы вводить большее число состояний. Приведем пример. На рис. 2.4 состояния системы занумерованы двумя цифрами, первая из них соответствует первому элементу, вторая – второму элементу. Рабочему состоянию элемента отвечает цифра 0, резерву – 1 и ремонту 2. Граф составлен для случая, при котором два отказавших элемента ремонтируются одновременно .

–  –  –

Рисунок 2.4 Граф переходов системы, состоящей из двух различных элементов Процесс будет марковским тогда и только тогда, когда время пребывания системы в состоянии i при условии перехода в состояние j для любых i и j подчиняется экспоненциальному распределению .

Этот факт заставляет при исследовании надежности технических систем всегда, где это возможно, пользоваться экспоненциальным распределением. Во многих задачах модель марковского процесса оказывается адекватной, если наработка на отказ и время восстановления каждого элемента системы хорошо аппроксимируются экспоненциальным распределением. Возможность такой аппроксимации следует обосновать, а не постулировать, ссылаясь на простоту математического аппарата .

Существует несколько способов, позволяющих убедиться в правомерности использования экспоненциальных распределений [14] .

Для того чтобы полностью охарактеризовать марковский процесс с конечным множеством состояний, достаточно задать матрицу интенсивностей (ее называют также инфинитезимальной матрицей или инфинитезимальным оператором) и начальные условия. Элементы ij (ij) матрицы означают интенсивность перехода из состояния i в состояние j; ij есть параметр экспоненциального распределения времени пребывания системы в состоянии i

–  –  –

Модели надежности произвольных многониточных участков с перемычками представляют собой комбинации предложенных выше моделей .

Универсальная модель, пригодная для любых случаев, содержала бы много обозначений и выражалась громоздкими формулами. Вместо шаблонного применения формул лучше понять принципы построения моделей, что позволит в каждом конкретном случае получить результат, максимально учитывающий технологическую специфику .

Рассмотрим двухниточный трубопровод, разбитый перемычками на три части одинаковой длины. При аварии отключается отказавшая секция нитки, а поврежденные ее секции позволяют увеличить пропускную способность участка. Построим модель функционирования участка, пренебрегая одновременными отказами трех и более элементов. Элементом в данном случае следует считать секцию. Поскольку все б элементов модели одинаковы, состояния системы целесообразно сгруппировать, связывая с укрупненным состоянием определенную пропускную способность участка [14] .

Граф переходов изображен на рис. 2.5. Здесь 0 – номинальное состояние; 1

– состояние с одним отказавшим элементов; 2 – с двумя отказавшими элементами на разных секциях; 3 – с двумя отказами на одной секции .

Интенсивности переходов, указанные на рис. 3, отвечают наличию двух ремонтных бригад. Стационарные вероятности имеют вид

–  –  –

Рисунок 2.11 – Зависимость вероятности проявления состояния Р3 от интенсивности отказов Сравнение результатов оценок надежности магистрального газопровода «М» до и после увеличения его пропускной способности за счет строительства III нитки показывает, что увеличение пропускной способности повышает вероятности проявлений состояний «0» и «3», а вероятности проявлений состояний «1» и «2» уменьшаются .

При увеличении интенсивности отказа разность между вероятностями проявлений состояний до и после строительства III нитки увеличивается .

–  –  –

Рисунок 2.14 – Зависимость отказов газопровода от времени года Выделять в году периоды с потенциально высокой частотой проявления отказов .

Одновременно с анализом вида разрушений и менее опасные отрезки времени с обязательным анализом эксплуатационных, климатических и грунтовых особенностей работы МГ «М» в этих отрезках необходимо для того, чтобы глубже понять и раскрыть реальные условия работы газопровода и причины его разрушения .

–  –  –

Взаимодействие трубопровода с многолетнемерзлым грунтом приводит к значительным деформациям трубопроводов и появлению напряженных участков. Зачастую в ММП не выполняется условие прочности, как показали расчеты нагрузок напряженно деформированного состояния трубопровода на участках МГ «М». Также исходя из проведенного статистического анализа отказов и не соответствии распространенных методов балластировки условиям обеспечения надежности и безопасности магистральных трубопроводов в районах Крайнего Севера, является актуальной задача выбора эффективных существующих технических решений по обеспечению устойчивости подземных газопроводов .

–  –  –

Обеспечение безопасной и надежной работы трубопроводного транспорта углеводородов является главной задачей, которая позволит сократить риск возникновения аварий и чрезвычайных ситуаций. Решение этой задачи улучшит экологическую обстановку, снизит невозвратимые утечки углеводородов, предотвратит разрушение трубопроводной системы и обеспечит ее оптимальное функционирование .

–  –  –

Лист Глава 4 Выбор существующих технических решений по обеспечению устойчивости подземных трубопроводов Изм. Лист № докум. Подпись Дата сэкономить значительное количество времени и средств еще до запуска изделия в производство .

Прочностной анализ в Inventor позволяет оценить поведение деталей под нагрузкой с целью обеспечения достаточной прочности проектируемых изделий .

Средства расчета на прочность тесно связаны со средствами динамического анализа. Для расчета напряжений используются данные, получаемые из динамической модели, что обеспечивает высокую точность проектирования .

Встроенная функция анализа методом конечных элементов устраняет необходимость трансляции геометрической модели и позволяет производить расчеты проще, чем в специализированных приложениях. Полученные сведения о деформациях, максимальных и минимальных напряжениях и прочих важных характеристиках дают возможность проектирования деталей более высокого качества, удовлетворяющих всем требованиям по запасу прочности .

Важнейшим свойством программы Inventor является ее поддержка ГОСТ .

При установке Inventor необходимо выбрать стандарт ГОСТ по умолчанию. В этом случае мы получаем дополнительные возможности проектирования 3D – моделей с применением стандартизованных элементов, а также оформления чертежей по правилам ЕСКД. Для того чтобы применять элементы ГОСТ при проектировании 3D – сборок, необходимо установить Библиотеку ГОСТ компонентов. Библиотека стандартных деталей содержит стандарты деталей трубопроводной арматуры, металлопроката, подшипников, крепежа и др .

–  –  –

Официального информационный портал «А». Государственная программа 1 .

«А» «Газификация населенных пунктов и обеспечение надёжности газового хозяйства «А» на 2012-2016 гг. », Указ Президента «А» от 12.10.2011 г. №967 .

СНиП 2.05 .

06-85* Магистральные трубопроводы. М.: Стройиздат, 1985. – 97 с .

2 .

СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М.:

3 .

Интститут ОАО «НИЦ «Строительство», 1990. – 117 с .

Худякова А.А Совершенствование строительства нефтепроводов в северных 4 .

регионах. – М.: Архангельск, 2010 .

Общая пояснительная записка. Книга 1. Магистральный газопровод СреднеВилюйское месторождение – «М» (IIIнитка). – Киев: Укргазпроект, 2004. – 179 с .

СП 107-34-96 Свод правил по сооружению линейной части газопроводов .

6 .

Балластировка, обеспечение устойчивости положения газопроводов на проектных отметках. М., ВНИИСТ, 1996. – 26 с .

ВСН 39-1.9-1.9.003-98 Конструкции и способы балластировки и закрепления 7 .

подземных газопроводов. М.: ВНИИСТ, 1998. – 46 с .

ВСН 007-88 Строительство магистральных и промысловых трубопроводов .

8 .

Конструкции и балластировка. М.: ВНИИСТ, 1990. – 30 c .

Мухаметдинов Х.К. Почему газопроводы всплывают Газовая 9. // промышленность. – 1999. № 8. – С. 2022 .

10. Яковлев А.Я., Филиппов А.И., Шарыгин В.М. Перспективные конструктивнотехнологические решения по прокладке и балластировке газопроводов // Газовая промышленность. – 2012. №10. – С. 1821 .

11. Рудаченко А.В. Эксплуатационная надежность трубопроводных систем. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 118 с .

12. Харионовский В.В. Надежность и ресурс конструкций газопроводов. – М.: ОАО «Издательство «Недра», 2000. – 467 с .

13. Харионовский В.В. Надежность магистральных газопроводов: современное состояние // Наука и техника в газовой промышленности. – 2007. № 3. – С. 413 .

14. Сухарев М.Г. Технологический расчет и обеспечение надежности газо- и нефтепроводов. М.: 2000 .

15. Дейнеко С.В. Оценка надежности газонефтепроводов. Задачи с решениями. – М.:

Изд-во «Техника», 2007. – 80 с .

16. Голиков Н.И. Прочность сварных соединений резервуаров и трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях Севера. – Якутск: Изд-во СВФУ, 2012. – 100 с .

17. Шарыгин В.М. Прокладка и балластировка газопроводов в сложных условиях. – М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2009. – 228 с .

18. Программный комплекс для компьютерного моделирования Autodesk Inventor [Электронный ресурс]. URL: http://www.autocads.com.ua

19. Гишкелюк И.А., Станиловаская Ю.В., Евланов Д.В. Прогнозирование оттаивания многолетнемерзлых грунтов вокруг подземного трубопровода большой протяженности//Технологии транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов – 2015 .

– № 17. – С. 20 – 25 .

20. СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05 .

06-85:2013 .

21. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Основы менеджмента». Для студентов заочной формы обучения ИГНД. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 39 с .

22. Коллективный договор ОАО «Сахатранснефтегаз» на 2014-2016 годы .

23. ГОСТ Р ИСО 26000-2012. Руководство по социальной ответственности. – М:

Стандартинформ, 2014. – 23 с .

24. ГОСТ 12.0.003–74 (с измен. № 1, октябрь 1978 г., переиздание 1999 г.) ССБТ .

Опасные и вредные производственные факторы. Классификация .

25. ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы .

Классификация .

26. ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования .

27. ГОСТ ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарногигиенические требования к воздуху рабочей зоны .

28. ГОСТ 12.1.010-76. ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования .

29. ГОСТ 12.1.011-78 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы .

Классификация .

30. ГОСТ 12.4.011–89 ССБТ Средства защиты работающих. Общие требования и классификация .

31. ГОСТ 12.0.019–79 ССБТ Электробезопасность ГОСТ 12.1 .

003–83 Шум. Общие требования безопасности. – М.: Изд-во 32 .

стандартов, 1976. – 6 с .

ГОСТ 12.1 .

005–88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху 33 .

рабочей зоны. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 50 с .

ГОСТ 12.1 .

019–79 Электробезопасность. Общие требования и номенклатура 34 .

видов защиты. – М.: Изд-во стандартов, 1979. – 5 с .

35. ГОСТ 12.4.011-89 Средства защиты работающих. Общие требования и классификация. – М.: Изд-во стандартов, 1990. – 7 с .

36. ВРД 39-1.10-006-2000. Правила технической эксплуатации магистральных газопроводов. М.: ВНИИгаз, 2000. – 132 с.СНиП 2.05.06-85* Магистральные трубопроводы. М.: Стройиздат, 1985. – 97 с .

37. ВСН 013-88 Строительство магистральных и промысловых трубопроводов в условиях вечной мерзлоты. – М.: ВНИИСТ, 1989. – 18 с .

38. Закон «А» от 19.02.2009 664-З N 209-IV (ред. от 10.06.2014) "Об охране труда (новая редакция)" (принят постановлением ГС (Ил Тумэн) РС(Я) от 19.02.2009 З N 210-IV) .

39. ГОСТ 12.4.046-78 ССБТ. Методы и средства вибрационной защиты .

40. ГОСТ Р ИСО 26000-2012. Руководство по социальной ответственности .

41. ГОСТ 12.2.007-03 Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности .

42. Правила противопожарного режима в Российской Федерации (в редакции от 06.04.2016 г.) .

Приложение А

–  –  –

To ensure position stability of pipeline in the trench at the required elevations, pipeline ballasting is applied .

For this purpose, constructions which produce pressure on the pipeline (weights) and constructions which create passive pressure at the base of the trench are used .

Depending on the specific conditions of the pipeline route, soil characteristics, groundwater level and pipeline layout, the following constructions and ballasting

methods are applied:

- pipeline wrap-around concrete weight (WCE) and V-shaped type of weights;

- Screw pipe anchorage, bascule type (SAB), and frozen;

- Mineral soil, including using roll non-woven synthetic material (NSM);

- Polymer-containing ballast unit (PCBU);

- Group method of installing concrete weighting and anchoring systems;

- Increased pipeline buried depth .

Pipeline wrap-around concrete weights (WCE) are manufactured according to 102-300-81 standard. Wrap-around concrete weights (Fig. 1.1 a) consist of two concrete blocks, two metal protected by an insulating coating or soft, made of durable synthetic material, joining girdles .

Wrap-around concrete weight specification is given in Table. 1.1 .

V-shaped concrete weights are produced in accordance with 102-421-86 standard .

Figure 1.1 – Reinforced Concrete Weight Design:

a – wrap-around concrete weights; b - V-shaped weights Weight is a saddle shaped brick (Fig. 1b), the surface of which adjoining the pipeline is formed by two intercrossing cylindrical surfaces, with a radius being greater than the radius of the pipe .

V-shaped concrete weights specification is given in Table 1.2 .

Table 1.1 Wrap-around concrete weights specification

–  –  –

Figure 1.2 Polymer-containing ballast unit:

1 – frame rigidity; 2 – the capacity of the soft tissue; 3 – lower freight tape; 4 – overhead freight tape; 5 – anti-scour baffle Tapes are produced by synthetic material. The vertical anti-scour baffles are fixed between the tapes. Polymer-containing ballast unit specification is given in Table 1.3 .

Ferro-concrete ballasting and polymer-containing ballast unit are fixed by combined method to increase productivity and forecast the volume of excavated soil to be backfilled .

Ballasting of pipelines by soil is performed by increasing the depth of the trench .

Partial or total value of the regulatory intensity of ballasting is achieved according to the backfill soil characteristics and the pipe diameter .

Table 1.3 - Polymer-containing ballast unit specification

–  –  –

Ballasting of pipelines by soil using non-woven synthetic material (NSM) is carried out by the schemes shown in Fig. 1.3. Depending on the soil characteristic, ballasting is carried out along the whole length of pipeline, as well as in the definite pipeline sections .

Figure 1.3 Schemes pipeline ballasting by soil using the use of non-woven synthetic material: a - for sand; b - for clay; 1 - mineral soil; 2 - non-woven synthetic material; 3 - pipeline Soil can be applied for ballasting by adding special binding components and substances in accordance with 38-101960-83 standard (heavy cracking residues, bitumen, etc .

). Ballasting of pipelines by stabilized soil is performed in the form of bridges with ferro-concrete weights or anchoring devices (Fig. 1.4) .

Figure 1.4 The scheme design of ballast bridges:

a - the ballast bridge by stabilized soil; b - combined ballasting; 1 - reclamate soil layer; 2 - stabilized soil; 3 - mineral soil; 4 – pipe; 5 - wrap-around concrete weight Screw anchors of SAB-1 type (Fig. 1.5) is produced according to 102-164-80 standard and operation schemes VNIIST. SAB-1 consists of two screw anchors, two anchor rods and a power belt .

Figure 1.5 Scheme construction of a screw anchor of SAB type:

1 – anchor rod; 2 – screw anchor; 3 – power belt; 4 – pipe; 5 – interlining Pile drop-down anchors of AU-401 and AU-401B types are manufactured according to 102-318-82 standard and operation schemes of the Tyumen branch of SCB «Gazstroymashina». Anchors of AT type consist of two pile anchors and power belt (Fig. 1.6). Pile anchor consists of rod with 168 mm in diameter or metallic strip to which the blades are pivotally mounted, arranged in pairs in two tiers .

Figure 1.6 The scheme design of AU-401 drop-down anchor:

1 – drop-down anchor; 2 – interlining; 3 – bowl; 4 – mat; 5 - pipeline Frozen anchors disk and rod types are produced according to 102-455-88 standard and operation schemes VNIIST, CCO Tsentrtruboprovodstroy .

Anchor disk type (Fig. 1.7) consists of two rods, with circular discs being arranged at a distance from each other, two force limiters, and power belt .

Anchor rod type (Fig. 1.8) differs from the previous one in that there are no discs and rods were made of rebar periodic profile. Limiters are used to anchor the device in case of fixing pipelines constructed in heaving soils .

Figure 1.7 The scheme design of frozen anchor disk:

1 – force limiter; 2 – rod; 3 - metal discs; 4 – ground solution

Figure 1.8 Scheme for construction of anchor rod device:

1 - anchor rod; 2 – compensator; 3 – Rod; 4 - force belt; 5 - Lining mat The type of pipeline ballasting techniques are determined by the pipeline design specifications and stated in project documentations (working drawing). In most cases

the choice between this or that ballasting techniques depends on the following factors:

the nature and type of soil (their strength and deformation characteristics);

the trench depth;

the ground water level;

depth and type of swamps;

the conditions of land lay;

laying schemes;

methods and season of construction and installation works;

economic feasibility .

Ballasting of pipelines by ferro-concrete pipe weight of УБО and УБК types can be done in the swamps of all types, with no regard to their depth, permafrost soils, floodplains. In this case, it is more cost-effective to apply a weighting agent such as WCE, especially when it is possible to use backfilling soil as additional ballast Securing pipelines by screw anchor devices SAB-1 can be produced in the swamp, the depth of which is equal to or less than the depth of the trench, with the pipeline being fixed in accordance with design specifications before backfilling. The underlying wetland soils should provide economically feasible screw anchors bearing capacity. Also, screw anchors should be used to secure pipelines, constructed in the regions where flooding is quite possible .

AP-401 and AP-401B drop-down Anchors can be used to secure pipelines, constructed in swamps and wet places, and the upper blade anchors should be in the mineral soil at a depth of not less than 3 m after their disclosure .

Screw anchors are used mainly in swamps underlain by sandy and sandy loam soils, and drop anchor type AP - clayey and loamy soils .

Ferro-concrete weights and anchors are used to ballast and secure underwater line width of 50 m or less and design taking into account the pipe longitudinal stiffness .

At the same time weights or anchors are installed on an anti-washout water front .

Polymeric-containing ballasts are used for ballasting pipelines, constructed in water-flooded areas, as well as in the regions where water-flooding is possible. When filling containers by imported mineral soil, it is possible to apply these devices in swamps no deeper than the trench depth .

Ballasting of pipe by stabilized soil can be done in the water flooding areas and with predictable water flooded sections in the case of water absence in the trench during construction activities (construction activities in winter, the removal of water using technical equipment, etc.) .

Ballasting pipelines using non-woven synthetic material (NSM) can be done in areas with predictable water flooding, inn water flooded and swamped sections along the route, in permafrost soils in the case of water absence in the trench during construction activities (construction activities in winter, the removal of water by technical means etc.) .

Ballasting using soil combined with NSM scheme Fig. 1.3a is produced when pipeline is constructed in sandy soils under the scheme Fig. 1.3b - in clay .

Securing pipelines by frozen anchors is produced in hard frozen sandy and clay soils, including peat cover thickness no more than the trench depth, provided that the load-bearing elements of frozen anchors are in the permafrost ground throughout the whole period of pipeline operation .

One of the conditions for reliable gas transmission system operation is to ensure the sustainable provision of underground pipeline on the design reference mark. It is established that the use of traditional means of ballast, such as wrap-around concrete weight (WCE), concrete V-shaped weights (WCBm) and fixing (screws and frozen anchors), can hardly contribute to ensuring pipeline stability .

The task of ensuring a high level of reliability and efficiency of the gas pipeline is a complex problem. One of the reasons for the decrease of gas pipeline efficiency is pipeline floating with release weighting .

The problem of the main gas pipelines stability should be solved not only at the production stage, but, in practice, during the operation, when it is a common place to change the designed position of pipeline .

Development of methods for improving the stability of the northern gas pipelines, including the assessment of efficiency of the piping in difficult conditions and recommendations to ensure their sustainability, is relevant for both built and operating systems for gas pipelines and is performed in accordance with the priority areas of science and technology of «Gazprom» .

In the northern parts of the country main gas pipelines on ballast sites at considerable length marks are above the design - bare or floating up pipeline with release weighting. The survey pipe ways shows that originally ballast areas at the corners of the axis of rotation of the gas pipeline in the plan emerge. In the period following the flood, when the water level exceeds the point of forming a medium floated earlier part of the pipeline, the latter re-surfacing, drags the adjacent underground sections of the pipeline, as a result of the length of the floated area increases, as they say, "growing." To sum up, for a number of years the pipeline should emerge (and pops) throughout the flooding area .

The main reason is the negative impact of the longitudinal (and, as a consequence, the transverse) motion of gas pipelines in the ground on the system pipeline - weighting .

Usually, in the north, and in other parts of the country, main gas pipeline construction in the swamps and wetlands are carried out in winter, and pipeline inlet in the summer. As a result of positive increments of temperature (for example, it was C was 40 ° C increment of 60 ° C) and pressure (was 0, was 7.5 MPa) in the first spring and summer, the pipeline extended .

When using the WCB mounting on a gas pipeline with a diameter of 1420 mm with a step in the axes of 1.5-2.5 m, entrapping in the soil backfill weighting can not move together with the gas pipeline to cross on the board, while maintaining stability and ballasting capacity (Fig. 1.9) .

Reduction of ballasted weighting ability in combination with decreasing pipeline depth in the ground as a result of the reciprocating transverse movement leads to surface area by gas initially angle that initiates, as noted, the annual growth supernatant length portion during floods .

When moved in the longitudinal direction of the pipeline weighting УБК fixed in the ground and backfill therefore not able to move together with the pipeline despite the use of protective pads damage the insulation coating of the pipeline, since they have a small contact surface to the gas, and hence a large specific pressure an insulating cover (wall) gas (about 1 MPa) .

When using WCE, mounting on a gas pipeline with a diameter of 1420 mm with a step in the axes of 1.9-2.5 m, reciprocating lateral movement of the intersection of bent curves also lead to the collapse of the weighting (Fig. 1.9b) .

Figure 1.9 Change of the WCB weight spatial position while pipeline traverse (horizontal angle - by going through the swamp 2 km long): 1 - the gas pipeline project position and weights; 2-position of the gas pipeline and weights in the first stage ascent; 3 the same as the second stage of the ascent; 4 - the same as the third stage of the ascent, 5-gas pipeline surfaced 6 - trench for the pipeline diameter 1420 mm .

When pipeline longitudinal displacements (block weighting fixed in the ground and backfill cannot move along the piping) connecting belt, crimped on the surface of the pipeline and the weighting units weight backfill soil over them (about 4 m on each end of the belt) cannot be displaced along the surface of the pipeline and move together with it, which leads to a significant increase of contact zone and, consequently, at a specific movement to the destruction weighting (rupture zones of tension load hook block weighting body) followed emerged pipeline [9] .

In VNIIST object of research was set as follows: to explore the operation of the pipeline system, with the diameter being 1420 mm - weight material WCE with longitudinal movement of the gas pipeline in the ground, identify the numerical value of admissible displacements of the gas pipeline in order to clarify the application of the weighting WCB .

Set the maximum amount of movement of underground pipeline, being equal to 40 mm, which allows the use ferro-concrete weightings. When using the limber jointing girdles (from technical fabrics) УБО weighting, this quantity is 50 mm. To calculate the length of the rough areas (where permitted to use concrete weighting) from the border of the swamp for a pipeline with a diameter of 1420 mm, in increments specified temperature and pressure of the product pipeline is 40 m - with metal connecting zones, 50 m under mild. On the other extent ballasting area weighting corresponding to the two principal approaches should be used .

1. Weights(weight coating) should move in the soil along the pipeline without mutual displacements, with a weighting agent having a low drag. Such weighting

agents include:

concreting;

radial concrete weighting and cast iron weights .

2. The pipeline must be free to move under the weighting (saddle) or by connecting belt weighting (female-type) without destruction of weighting and (or) the pipeline coating .

Such weighting can have a low specific pressure on the pipeline surface. These include ground packing polymer container ballasting (PCBU) and textile container (CT) with a specific pressure of 0.02 MPa, a method using a ballast soil layers (carpets) of geotextile needled fabric .

Studies have shown that the commonly used ferro-concrete weighting УБО and УБК do not satisfy any of the two mentioned principles, therefore, their application must be significantly reduced [9] .

Ballasting method using flexible geotextiles (GTM) has proved to be the most suitable and effective in the permafrost. Long-term performance GTM in soil conditions is explained by their high stability and sufficient flexibility which allow pipeline to move without any material damage and at the same time prevent soil erosion of the ballast-placed in the closed cavities of carpets from GTM .

Ballasting technology consists of the layout of carpets across gas pipeline, backfilled by soil and overlapped by soil ballast in accordance with the technical solution, protected by patent number 2227857 for the invention (Fig. 1.10) .

Considering the difficult climatic and geological conditions of the Far North, specialists of «Gazprom Transgaz Ukhta» and the branch of «Gazprom VNIIGAZ» in Ukhta developed new technical solutions for laying gas pipelines in the Far North .

The first solution is concerned with better use of deformation and strength characteristics of carpets GTM in order to increase the ballasting effect of backfill soil (Fig. 1.10). This solution should be used when gas pipeline is constructed in permafrost, where the trench is rectangular made with a rotary excavator

Figure 1.10 The scheme of pipeline ballasting in accordance with the patent:

a - top view; b - side view; c - a cross-section; d - a fragment of a drawing in longitudinal section of the fitting parts backfill blocks; 1 – pipeline; 2 - soil backfill; 3

– carpet geotextile; 4 – benching; 5 - roller filling; 6 - the side-wall of trench; 7 bottom of the trench; 8 – roll; 9 - the gap between the carpets; 10 - end portion of the carpet Figure 1.11 The cross-section of the gas pipeline with the use of well intervention

in the process of filling (a) and after it (b):

1 – Pipeline; 2 – cover material; 3 - fragment of the left block backfill; 4 - right block backfill; 5 - carpet ГТМ; 6 - left block backfill; 7 - outer bead filling. The second solution concerns the application of GTM in slopes over 5, folded washed out soft soil in permafrost (Fig. 1.12) .

Figure 1.12 Scheme of slope gas pipeline construction:

1 - excavated soil; 2 and 5 - Ground-ballast; 3 - outer bead filling; 4 - flexible carpet;

6 and 8 - a flexible carpet ГТМ; 7 - pipeline The application of these ballasting methods based on GTM will significantly decrease material and labor costs in the construction of gas transportation systems in


Похожие работы:

«R С. H. БЛАЖКО КУРС ПРАКТИЧЕСКОЙ АСТРОНОМИИ 15-дюймовый астрограф Московской обсерватории Государственного астрономического института им. П. К . Штернберга при МГУ. Фотография А. А. М ихайлова. Зак. 3330. Б л аж ко. 512. С. Н. Б Л А Ж К О 6 6Ь лроф ессор Московск...»

«А.Е.Веселов, В.В.Ярошевич, Е.А.Токарева, Г.П.Фастий РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 10 кВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА РОССИИ Аннотация Выполнены расчеты потерь активной электроэнергии в распределительных электрических сетя...»

«Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2014. № 1 (8). C. 81-85. ISSN 2079-6641 ФИЗИКА УДК 550.835.2 ПОЛЕВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ РАДОНА И ТОРОНА В ГРУНТЕ В.С. Яковлева Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 634050, г.Томск, пр. Ленина, 30 E-mail: vsyakovleva@tpu.ru Разработан простой и достоверный полевой...»

«ХАМЗИНА АЛЕКСАНДРА КАМИЛЕВНА ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИКРЫ ЛОСОСЕВОЙ ЗЕРНИСТОЙ ИЗ МОРОЖЕНЫХ ЯСТЫКОВ Специальность 05.18.04 – технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств Автореферат диссертации на соискание ученой степе...»

«СОЗДАНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРЯМОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА С ИСПОЛЬЗОВАНЕНИЕМ КОНВЕРТИРОВАННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА В КАЧЕСТВЕ ВОССТАНОВИТЕЛЯ (БЕЗ РЕФОРМЕРА) Поволоцкий В.Ю., Боковиков Б.А., Вохмякова И.С., Горбачев В.А., Солодухин А.А. ООО "НПВП ТОРЭКС", 620041, Екатеринбург, ул. Осн...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СЫКТЫВКАРСКИЙ ЛЕСНОЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С. М....»

«М.В.ВенгероВа а.С.ВенгероВ УЧЕБНАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПРАКТИКА Учебно-методическое пособие Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина М. В. Венгерова, А. С. Венгеров УЧЕБНАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПРАКТИКА Рекоменд...»

«TЕХНИЧЕСКИЙ ЛИСТ Decomet G 1.5 и 2.0 Decomet G 1.5 и 2.0 силоксановая штукатурка тонкослойная равномерная зернистая поверхность низкая вязкость высокая паропроницаемость Высокий водоотталкивающий эффект отличная...»








 
2018 www.new.pdfm.ru - «Бесплатная электронная библиотека - собрание документов»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.