Оборудование для подземной укладки

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Тюменский государственный нефтегазовый университет

Институт Нефти и Газа

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "Машины и оборудование ГНП"

на тему "Оборудование для подземной укладки"

Тюмень 2010

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

О подводной укладке трубопровод

Строительство морских трубопроводов

Земляные работы

Подготовка трубопровода к укладке

Укладка трубопровода

Защита трубопровод

Расчет трубопровода

Заключение

Литература

Введение

В системе обеспечения надёжности и безопасности трубопроводного транспорта наибольшую сложность представляют пересечения газопроводами и нефтепроводами рек, каналов, озёр и водохранилищ подводные переходы или дюкеры.

Подавляющее большинство подводных переходов построено траншейным способом непосредственно в руслах рек и в водоёмах. Несмотря на достигнутые успехи в прокладке дюкеров таким способом, самому методу присущи недостатки, которые снижают уровень долговременной надёжности подводных переходов.

Участки подводных переходов, по указанным причинам, являются постоянными зонами риска.

Аварии на подводных переходах наносят огромный экономический ущерб, а ликвидация аварий неизмеримо более трудоёмкий и долговременный процесс, чем на сухопутной линейной части.

Технология строительства морских трубопроводов предусматривает следующие этапы: земляные работы, подготовку трубопровода к укладке, его укладку, засыпку и защиту от повреждений.

Для безопасной работы подводных переходов трубопроводов необходимо применение самых современных технических средств на этапах изысканий для проектирования, строительства и последующей диагностики.

О подводной укладке трубопровода

К подводным переходам относятся участки магистральных трубопроводов, пересекающие естественные и искусственные водоемы (реки, озера, водохранилища) по их дну. Границы подводного перехода определяются уровнем, до которого вода в водоеме поднимается не чаще 10 раз за 100 лет.

Схема подводного перехода показана на рис.1. Она включает основную 2 и резервную 3 нитки трубопровода, а также береговые задвижки (на газопроводах - краны) 1. В случае возникновения аварийной ситуации на основной нитке, она отключается запорными устройствами 1, а транспортируемый продукт пускается по резервной нитке (дюкеру). При ширине водной преграды в межень (в среднем) менее 75 м резервную нитку допускается не сооружать.

Магистральные трубопроводы прокладывают, как правило, с заглублением в дно водоемов. Земляные работы под водой выполняют с помощью специальных землеройных машин (земснарядов, грунтососов, гидромониторов и т.д.). Широко распространена разработка подводных траншей скреперными установками, приводимыми в движение с обеих сторон реки либо лебедками, либо тракторами с помощью канатов. В отдельных случаях (при глубине водоемов не более 2...3 м) разработку подводной траншеи ведут экскаватором, установленным на понтоне, перемещаемом в свою очередь с помощью лебедок, которые наматывают тросы, закрепленные якорями на берегу.

Перед укладкой трубопровод сваривают, наносят на него изоляционное покрытие, футеруют матами из деревянных реек, после чего его балластируют.

Балластировка, или утяжеление трубопровода производится с целью предотвращения его всплытия. Для этого используют одиночные чугунные или железобетонные пригрузы, а также сплошные покрытия из бетона или асфальтобетона. В настоящее время широко распространены чугунные пригрузы в виде двух полумуфт, скрепляемых болтами. Они жестко фиксируются на трубопроводе через определенные расстояния. Железобетонные пригрузы различны по конструкции. Часть из них имеет седлообразную форму и жестко на трубе не фиксируются. Другие разным образом закрепляются на трубе. Однако применение одиночных пригрузов требует увеличения размеров отрываемой траншеи. Наиболее перспективным является применение анкеров, утяжеление труб сплошным покрытием из бетона или заполнение утяжеляющим раствором межтрубного пространства (при схеме прокладки типа «труба в трубе»). Подготовленный к укладке трубопровод состоит из одной или нескольких секций, общая длина которых на несколько десятков метров превышает ширину водной преграды между урезами воды.

Рис. 1. Схема подводного перехода; 1 - отключающие устройства (задвижки - на нефтепродуктопроводах, краны - на газопроводах); 2 - основная нитка трубопровода; 3 - резервная нитка трубопровода.

В настоящее время применяется три способа укладки трубопроводов в подводные траншеи: протаскивание по дну, погружение с поверхности воды трубопровода полной длины и погружение с поверхности воды последовательным наращиванием секций трубопровода. Первые два способа аналогичны применяемым при строительстве трубопроводов на болотах и обводненных участках трассы. В последнем случае трубопровод заглубляют по мере присоединения к нему все новых секций.

Строительство морских трубопроводов

Защита трубопровода

Для защиты морских трубопроводов от повреждений в прибрежной зоне наиболее часто используется каменная наброска. Отсыпку камня производят с борта барж с наклонными бункерами и вибраторами. Нередко применяются суда с гладкой палубой, за борт которых камни сбрасывает бульдозер. Точность такой отсыпки невелика. Поэтому в настоящее время роль бульдозера выполняют специальные щиты, которыми управляют гидроцилиндры, связанные с ЭВМ. Такие устройства позволяют качественно выполнить засыпку трубопровода при волнах высотой в двухэтажный дом и скорости ветра до 15 м/с.

Другой способ защиты морских трубопроводов от повреждений - это укладка асфальта поверх траншеи. Асфальтирование морского дна производится с помощью плавучего асфальтового завода. С его палубы готовая смесь подается на дно по вертикальной трубе, в центре которой проходит труба-подогреватель с тем, чтобы из-за контакта с относительно холодной водой асфальт не успел остыть. На дне асфальт разравнивает и укатывает автоматическое устройство, аналогичное применяемым при асфальтировании площадей и улиц. За один проход укладчика на дне появляется заасфальтированный участок шириной 5 м и толщиной 85 мм.

Расчет трубопровода

Основным параметром укладки трубопровода протаскиванием по дну подводной траншеи с помощью троса является тяговое усилие, которое зависит от способа балластировки, вида спусковой дорожки, стадии протаскивания.

Расчетное тяговое усилиеопределяется по предельному сопротивлению на сдвигпротаскиваемого трубопровода из условия

где т - коэффициент условий работы тяговых средств, принимаемый 1,1 при протаскивании лебедками и 1,2 - тягачами. Рассмотрим основные расчетные случаи.

1. При протаскивании по поверхности грунта (движение установившееся, равномерное)

где- коэффициент трогания с места (на практике

- вес снаряженного трубопровода; f - коэффициент трения поверхности трубы о грунт;- сила трения тягового троса о грунт.

Коэффициент трения поверхности трубы о грунт

где- расчетное значение угла внутреннего трения грунта, , здесь- нормативное значение угла внутреннего трения грунта;- коэффициент безопасности по грунту, устанавливается в зависимости от

Значение тангенса угла внутреннего трения грунтазависит от его связности:

Песок 0,6

Супесь 0,5

Суглинок 0,4

Глина 0,3

Гравий 0,6

Галька 0,6

Усилие протаскивания при трогании трубопровода с места. В момент трогания тяговое усилие обычно бывает больше тягового усилия при равномерном движении. Это обусловлено несколькими факторами: сцеплением грунта, пассивным отпором грунта , за счет различных выступов на поверхности трубы (футеровка, балластировка отдельными грузами), сопротивлением из-за сцепления трубопровода с грунтом в момент трогания.

В общем случае усилие протаскивания трубопровода по грунту в момент трогания

где q - вес единицы длины снаряженного трубопровода;- расчетное значение угла внутреннего трения грунта; а - длина части окружности трубы, врезающейся в грунт;- восстанавливающаяся часть сцепления при скольжении трубопровода по грунту (определяетсяэкспериментально, при отсутствии экспериментальных данныхможно принять равным 0,1 структурного сцепления грунта).; / - длина трубопровода;-- пассивный отпор грунта вследствие шероховатости поверхности трубы; дополнительное сопротивление, обусловленное сцеплением трубопровода с грунтом в момент трогания (Таблица Значенияв зависимости от связности грунта).

При протаскивании трубопровода с гладкой поверхностью (бетонные покрытия)В остальных случаях

где а - длина хорды погруженной в грунт части груза (Таблица Значений для грузов); N - число грузов;- объемный вес грунта в естественном состоянии; t - толщина стенки груза.

Если трубопровод имеет выступающие элементы - футеровочные рейки, то в формуле: N - число реек по всей длине трубопровода; t - толщина футеровки. При наличии грузов футеровка не учитывается. Для футерованного трубопровода без грузов, где ,- наружный диаметр снаряженной трубы.

Таблица Значенияв зависимости от связности грунта

Таблица Значений для грузов

При вынужденных остановках протаскивания на глинистых грунтах усилие трогания иногда оказывается больше начального. Это объясняется присосом трубопровода к грунту. Сила присоса зависит от площади опирания на грунт, времени, в течение которого он находится в покое, и вида грунта. На песчаных грунтах присос практически отсутствует. На глинистых грунтах присос следует учитывать при остановках протаскивания не менее 1 ч. Сила присоса характеризуется удельной силой q на 1 м² площади опирания. В плотных глинах и суглинках q_n = 0,03 тс/м², в вязких

Таким образом, при повторном трогании

где-- площадь опирания трубопровода на водонасыщенный глинистый грунт,

Определяют расчетное тяговое усилие, на которое рассчитывают диаметр тягового троса и подбирают тяговые средства.

где- расчетное тяговое усилие; п - коэффициент перегрузки; для случая протаскивания по грунту п = 2 и по специальным дорожкам (кроме грунтовых) п = 1,3; m - коэффициент условий работы, равный 1,1;- коэффициент однородности для троса; для новых тросов= 1, для тросов, имеющих обрывы проволок, , ; t коэффициент тросового соединения:

При изгибе троса:

вокруг подвижного блока-0,43

вокруг коуша-0,67

продетого в отверстие в планке-0,35

через крюк простой петлей-0,20

через крюк закидной петлей- 0,70

При наличии на тросе расправленных узлов-0,50

При наличии оплетки-0,75

При сжатии троса специальными сжимами-0,50

При наличии простого и двойного штыков-0,50

При штыковых и полуштыковых узлах при установке менее двух

сжимов-0,70

При наличии на тросе прямого узла:

для восьмерки на металле-0,40

для двойной восьмерки на металле-0,70

При определении в формуле нужно принимать наименьшее значение t при рассмотрении фактических условий закрепления и изгибов троса.

Усилие протаскивания при скольжении по дну подводной траншеи (независимо от способа балластировки)

где- коэффициент трения трубопровода о грунт в воде, ориентировочно;-общий вес снаряженного трубопровода В пиле.

Усилие трогания трубопровода с места после временной (1 -- 1,5 ч) остановки протаскивания.

При сплошном обетонировании

где- интенсивность присоса трубопровода ко дну подводной траншеи; в суглинках и плотных глинах в вязких глинах -- площадь поверхности контакта обетонированного трубопровода с грунтом. При балластировке одиночными грузами

где- площадь поверхности контакта трубопровода и при- грузов с грунтом;- пассивный отпор грунта

- добавочное сопротивление, создаваемое трением колес о рельсы, Н:

- сопротивление, создаваемое трением тягового каната о грунт, Н:

В формулах (20) -(23):- вес снаряженного трубопровода (с учетом изоляции и балластировки), кг;- вес тележки, кг;- вес каната, кг;- радиусы соответственно колеса тележки и оси ската тележки, см; f - коэффициент трения качения;- коэффициент трения скольжения осей в подшипниках,- коэффициент трения каната о грунт,

Если не имеется достаточно мощных лебедок, то для протаскивания трубопровода иногда применяют систему талей.

подземная укладка трубопровод тяговое

Заключение

Следует также отметить, что все эксплуатируемые ныне буровые установки снабжены системой электрозащиты, предупреждающей оператора об опасности в случае соприкосновения буровой головки или расширителя с электрическим кабелем, ранее проложенным в земле.

К сожалению, в России подобное оборудование ныне не производится. Хотя прецеденты в прошлом имелись, и неплохие. Так, еще в 1985 г. Государственным комитетом по науке и технике (ГКНТ) разрабатывалась специальная программа. К ее выполнению были затем привлечены ведущие научно-исследовательские, конструкторские и производственные организации - такие, как "Уралмаш", ВНИИнефтемаш, ВНИИБТ, ВНИИСТ, СКБ "Газстроймашина" и другие.

Подключился к работе и бывший Миннефтегазстрой, создавший параметрический ряд комплексов для бестраншейной прокладки трубопроводов через водные преграды с использованием рабочего органа с забойным двигателем. (В настоящее время эти двигатели нашли широкое применение в буровых установках для проходки вертикально-горизонтальных скважин при добыче нефти и газа.)

В 1987 г. на "Уралмаше" были завершены работы по изготовлению оборудования для бестраншейной прокладки трубопровода через водные преграды диаметром 1420 мм на расстояние до 1300 м. Его первый монтаж был произведен на берегу р. Москвы в районе г. Мячково. В процессе проведения опытно-экспериментальных работ была пробурена скважина протяженностью 110 м. Результаты оказались весьма обнадеживающими, однако имелись и существенные недостатки: прежде всего, в самой новой технике, затем - в организации испытаний и уровне владения технологией. Нужна была коренная переработка проекта с устранением недостатков. Однако в его дальнейшем финансировании неожиданно было отказано, все исследовательские работы свернуты, уже готовое оборудование частично складировано, частично утилизировано.

А за рубежом метод направленного бурения для прокладки нефтепроводов в последние 10 лет как бы переживает вторую молодость. Все чаще для этих целей там применяются трубы не из стали, а из современных композиционных материалов. Например, из стекловолокнистого эпоксида.

За неимением собственного многие российские компании вынуждены покупать иностранное оборудование. В частности, в 1997 г. "Транснефть" закупила несколько единиц техники для бестраншейной прокладки труб и 410 км эпоксидных труб. Подобное оборудование приобрели и "Газпром", и "Ростелеком" - с его помощью было проложено через водные преграды 34 км пластиковых труб под кабели связи.

В общей сложности на территории России в настоящее время функционируют не более 50 таких установок. Конечно, это - капля в море, если учесть масштабы страны и ее потребности в современной бестраншейной технологии. Однако решение вопроса, как всегда, упирается в финансовую "стену": самая мощная зарубежная буровая установка для прокладки трубопровода диаметром 1400 мм через водные преграды на расстояние 1,5 км стоит около 10 млн долларов. Выход из этой ситуации - в освоении производства собственного оборудования. Тем более, что база для этого есть. В частности, "Транснефть", "Роснефтегазстрой", "Газпром", "Ростелеком" и другие холдинги обладают достаточным объемом научно-исследовательских данных, конструкторскими наработками, производственными мощностями, квалифицированными кадрами и необходимым опытом.

Вспомним, к примеру, хотя бы отечественные пневмопробойники для бестраншейной прокладки трубопроводов. Еще в начале 60-х годов их разработали в Институте горного дела Сибирского отделения Академии наук СССР, затем тогда еще "наш" Одесский завод строительно-отделочных машин быстро освоил их производство. И надо сказать, они пользовались повышенным спросом внутри страны и с успехом продавались в 30 стран мира, где их называли не иначе, как "подземные ракеты русских", "чудо ХХ века", "жемчужина России". Золотые медали, дипломы, призы многих международных выставок были достойной оценкой этих изделий. Они и лицензии на их производство охотно покупались за рубежом. Вот и сейчас завод в Одессе с успехом продолжает это дело, но уже на благо своей новой страны - Украины.

Но парадоксально даже не это, а то, что российский Институт горного дела не нашел денег на поддержание своих патентов за рубежом (более 400 в 35 странах) и потерял на них все юридические права. И уже в Россию - "родину пневмопробойников" - зарубежные фирмы не только поставляют их, но и обеспечивают надлежащим сервисным обслуживанием.

Кстати, та же участь может постичь и другой образец первоклассной российской продукции - раскатчики для бестраншейной прокладки коммуникаций, разработанные почти 10 лет назад тем же Институтом горного дела. Их первую партию изготовила российская самолетостроительная корпорация "МиГ". Именно с помощью "миговских" раскатчиков в Москве и области бестраншейным способом проложили более километра трубопроводов под газ и кабель связи. Агрегат диаметром 200 мм уложил четыре полиэтиленовые трубы через р. Пехорка в Московской области на длину 90 м.

В настоящее время корпорация "МиГ" готовит к выпуску раскатчики диаметром 300, 400 (а в перспективе - и до 1500 мм) и установку для их привода. По мнению специалистов, в будущем их можно будет использовать не только для прокладки, но и для ремонта трубопроводов, устройства набивных свай, анкеров, глубинного уплотнения грунтов и многих других строительных работ. Но все это, конечно, может случиться при наличии бюджетных или иных средств, всегда необходимых при внедрении любого смелого научно-технического начинания.

Литература

1. Цяпко Н. Ф., Чапка А. М., Гидроотбойка угля на подземных работах, М., 1960;

2. Нурок Г. А., Гидромеханизация открытых разработок, М., 1970. В.И.Шелоганов.

3. Абдурашмтов С.А., Тупиченков А.А. Трубопроводы для сжиженных газов.- М.: Недра, 1965

4. Бобровский С.А., Яковлев Е.И. Газовые сети и газохраншшща.- М.: Недра, 1980

5. Бородавкпн П.П., Березип В.Л. Сооружение магистральных трубопроводов.- М.: Недра, 1987

6. Печваль М.В., Новоселов В.Ф., Тугунов II.И. Последовательная перекачка нефтей и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам.- М.: Недра, 1976

7. Техника и технология транспорта и хранения нефти и газа/ Ф.Ф. Абузова, Р.А.Алиев, В.Ф. Новоселов и др.- М.: Недра, 1992

8. Трубопроводный транспорт нефти и газа / Р.А. Алиев, В.Б. Белоусов, А.Г Немудров и др.- М.: Недра, 1988

9. Возвращение "подземной ракеты" Леонид БОБЫЛЕВ

10. www.podvodservis.ru

11. www.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru