Определим молекулярную массу газа:

, (1.1)

где - молекулярная масса смеси газов,

- молекулярная масса i-го компонента смеси газов,

- объёмная доля i-го компонента смеси

Определяем газовую постоянную для смеси:

, (1.2)

где R=8314Дж/К - универсальная газовая постоянная

Относительная плотность по воздуху:

, (1.3)

где - молекулярная масса воздуха

Определение расчетной производительности

Расчёт производится согласно [2].

Суточное потребление газа:

, (1.4)

где Q - годовой расход газа.

Расчёт толщины стенки трубы

Методика определения толщины стенки основана на принципе предельных состояний. За предельное состояние, при котором трубопровод перестает удовлетворять предъявляемым требованиям к нему требованиям, принимается состояние разрушения. Поэтому расчетное сопротивление определяется исходя из временного сопротивления материала труб (предела прочности).

В качестве материала труб для газопровода-отвода в соответствии с рекоме подбираем трубную сталь ВСТ2сп3 с временным сопротивлением _{min вр}= 330МПа [2].

Определяем расчётные сопротивления растяжению по формуле:

, (1.5)

где 330МПа - нормативное сопротивление растяжению,

=0,75-коэффициент условий работы газопровода;

=1,55-коэффициент надёжности по материалу;

=1-коэффициент надёжности по назначению.

Толщину стенки найдём по формуле:

, (1.6)

где =1,1 - коэффициент надёжности по нагрузкам,

= 3,6МПа - рабочее давление,

= 21,9см - наружный диаметр газопровода.

.

Внутренний диаметр газопровода:

, (1.7)

.

Проверка на прочность подземного газопровода в продольном направлении

Прочность подземных газопроводов проверяется исходя из условия [2 стр.38]:

 (1.8)

где:- продольное осевое напряжение от расчетных нагрузок;

- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла трубы.

При растягивающих продольных напряжениях:

Если 0, то ₂ = 1

При сжимающих продольных напряжениях:

Если <0, то

(1.9)

(1.10)

где: б - коэффициент линейного расширения металла трубы,

б = 1210^-6 град^-1 [с. 179, (5)]

E - параметр упругости (модуль Юнга),

E = 2,110⁵ МПа

t - расчетный температурный перепад, t = 40C

M - коэффициент Пуассона, M = 0,3

D_вн - внутренний диаметр газопровода;

д - толщина стенки трубы;

Тогда условие прочности принимает вид:

Условие прочности выполняется.

Проверка предотвращения недопустимых пластических деформаций подземного газопровода

Проверку необходимо производить при условии [2,стр40]:

(1.11)

где - кольцевые напряжения от рабочего давления, МПа;

- предел текучести, МПа;

Расчет параметров перекачки

Определяем среднюю температуру (без учёта эффекта Джоуля-Томпсона):

, (1.12)

где - температура грунта, С,

- температура газа в начале участка, С,

-длина участка газопровода, м.

, (1.13)

где - коэффициент теплоотдачи от газа в грунт, =1740Вт/м² ?К,

- удельная теплоёмкость газа, =2,72 кДж/кгК,

- наружный диаметр трубопровода,

,

,

,

Определим температуру в конечной точке участка:

, (1.14)

.

Определим коэффициент сжимаемости газа:

, (1.15)

где - приведённое давление газовой смеси в газопроводе, МПа,

- приведённая температура газовой смеси, К.

, (1.16)

, (1.17)

где - рабочие давление и температура,

, (1.18)

, (1.19)

где критическое давление смеси газов, МПа,

критическая температура смеси газов, К?,

критическое давление -го компонента смеси, МПа,

критическая температура -го компонента смеси, К?,

,

,

,

.

Определим режим течения газа:

, (1.20)

где - коэффициент шероховатости труб,

- внутренний диаметр труб, мм.

Фактическое значение числа Re:

, (1.21)

где - коэффициент динамической вязкости газа, =10,6я10^-7.

ReRe_пер, т.е, течение газа происходит в режиме квадратичного трения.

Найдём коэффициент гидравлического трения:

, (1.22)

Для учёта падения давления в местных сопротивлениях полученное значение коэффициента гидравлического трения увеличиваем на 5:

,

Определим давление в конечной точке участка:

, (1.23)

где - секундный расход газа, м³/с

,

Найдём среднее давление на участке:

, (1.24)

.

Температура газа в конце перегона с учетом эффекта Джоуля-Томпсона:

(1.25)

Коэффициент Джоуля-Томпсона:

Средняя температура газа на перегоне с учетом эффекта Джоуля-Томпсона:

(1.26)

Уточненное значение давления в конце перегона:

2. Технология строительства газопровода-отвода

2.1 Подготовительные работы

Подготовка строительной полосы

При строительстве газопровода следует выделять внетрассовые работы (сооружение подъездных и вдольтрассовых дорог с мостами и водопропусками-трубами, устройство прирельсовых складов труб и материалов, карьеров, жилых полевых городков, трубосварочных баз и др.) и внутритрассовые работы (расчистка строительной полосы от леса, кустарника, её планировка, срезка косогоров, устройство вдольтрассовых проездов, рекультивационные работы и др.)

При строительстве линейной части газопровода подготовительные работы нужно выполнять в составе единого трубопроводостроительного потока.

Так, внутритрассовые подготовительные работы могут опережать следующие за ними СМР на 10-15 км, что, в частности, позволяет «просушить» строительную полосу. Внетрассовые (особенно строительство подъездных и вдольтрассовых дорог и карьеров) - могут опережать на время, обеспечивающее сохранность временных объектов до начала строительства газопровода.

Переходы газопровода через естественные преграды и инженерные сооружения (крупные и малые реки, ручьи, овраги, балки, железные и шоссейные дороги, подземные коммуникации различной степени сложности и др.) следует рассматривать как сосредоточенные строительные объекты, а подготовительные работы при их сооружении заканчивать до начала производства основных видов сварочно-монтажных, земляных, изоляционно-укладочных и других работ.

Вынос осей и границ строительной полосы

При прокладке ось трубопровода должна совпадать с вертикальной плоскостью, проходящей через ось строительной полосы, делящей ширину самой полосы на две части соотношением примерно как 3:2 [14].

Так как в отношении отводимой ширины полосы земли не учитывается направление хода линейных строительных потоков (по ходу транспортируемого продукта или навстречу ему), принимаем следующее:

Табл.2.1.

Во всех случаях прокладки газопровода вначале должна быть определена и закреплена знаками полоса укладки трубопровода или полоса рытья траншеи, и только затем следует определять другие полосы по ширине полосы строительства - отвала грунта, размещения нитки (плети), работы бульдозера и т.д.

Горизонтальные углы поворотов газопровода разбиваются:

при будущей разработке траншеи одноковшовыми экскаваторами - по ходу восстановления и фиксирования оси трассы,

при будущей разработке траншеи роторными экскаваторами - после планировки микрорельефа строительной полосы.

Пересечение трассы газопровода подземными сооружениями и коммуникациями фиксируются специальными знаками, которые устанавливаются на его оси. Пикетажные знаки по всей длине газопровода устанавливаются через 100 м.

Знаки, фиксирующие изменения в направлении газопровода, рекомендуется устанавливать высотою не менее 2.0 м. Это относится и к километровым знакам и точкам, где газопровод изменяет свои конструкционные характеристики (толщину стенки, диаметр, марку стали труб, тип или конструкцию изоляционного покрытия, глубину заложения)[16].

Разбивку и фиксирование оси прокладки линий связи (кабеля) столбами следует производить после засыпки газопровода.

Подготовка строительной полосы в условиях болот

При подготовке работ учитываются условия:

технология прокладки (с бровки траншеи; методом сплава по траншее, заполненной водой; методом протаскивания по траншее);

сезон строительства трубопровода (летний/зимний сезон).

Подготовка строительной полосы в условиях болот при прокладке трубопровода с бровки траншеи при неразложившемся торфе (или частично разложившемся), в любой сезон требует сооружения временной технологической дороги (лежневого типа) для работы сварочно-монтажных бригад и прохода изоляционно-укладочной колонны.

Подготовка строительной полосы в условиях болот при прокладке трубопровода методом сплава или протаскивания (летний сезон работ) обеспечивается созданием на берегу болота монтажно-сварочно-изоляционной базы и устройством прохода по болоту экскаватора на болотном ходу или экскаватора на сланях.

Планировка строительной полосы

Планировка строительной полосы включает в себя срезку косогоров и бугров, склонов оврагов и балок с одновременной подсыпкой низинных мест местным или привозным грунтом и планировку микрорельефа с геодезическим контролем на полосе рытья траншеи, благодаря которой обеспечивается профиль траншеи, соответствующий упругому изгибу газопровода при его укладке.

Планировку строительной полосы выполняют бульдозером ДЗ-171.

Расчистка строительной полосы от леса

В летнее время расчистка производиться специализированной бригадой, которая выполняет взаимосвязанные, но технологически разнородные виды работ, охватывающие весь производственный процесс. Бригада делится на звенья, которые выполняют следующие виды работ:

разбивку строительной полосы (засечками на деревьях);

уборку зависших деревьев и крон;

уборку мелколесья (до 15 см по комлю) и кустарника;

валку крупных деревьев;

устройство разделочных площадок;

устройство трелевочного волока;

обрубку и уборку сучьев;

трелевку хлыстов;

разделку хлыстов на сортамент;

складирование (вывозку) древесины;

пакетирование порубочных остатков на переработку;

корчёвку пней (бульдозерами, корчевателями) и их уборку;

планировку строительной полосы;

использование порубочных остатков (например, для строительства временных дорог).

При выполнении работ по расчистке строительной полосы от леса следует руководствоваться данными по ориентировочным объёмам работ, соответствующим лесу средней крупности (средний объём хлыста 0.55 м³, пня - 0.3 м³), приведенным в таблицах на 1 км полосы [14].

Табл. 2.2.

Табл. 2.3.

Табл. 2.4.

Места сжигания и захоронения (закапывания) порубочных остатков при расчистке трассы от леса, если остатки не могут быть использованы, должны определяться с учётом противопожарной и экологической безопасности (исключение распространения огня, образования промоин и просадки грунта в захоронении).

Для вывозки хлыстов в сплошной нитке трубопровода оставляются технологические разрывы через 2.0 - 2.5 км один от другого.

Расчистка строительной полосы от леса ведётся поточным методом, обеспечивающем непрерывность производства работ специализированными механизированными звеньями при строго определённых размерах захваток в установленной технологической последовательности.

Фронт работ специализированной бригады определяется густотой и крупностью леса, грунтовыми, погодными и другими условиями и характеристикой средств механизации (лесоповалочные, пакетопогрузочные, трелевочные машины, бензомотопилы, сучкорезные машинки и др.) и может колебаться от 150 до 300 м с учётом требований техники безопасности.

Строительство временных дорог

Выделяют следующие виды дорог, прокладываемых при строительстве трубопровода [14]:

Вдольтрассовые. Предназначены для осуществления перевозок по трассе строящегося газопровода. Проходят как по полосе строительства, так и в непосредственной близости от нее. Основные транспортируемые грузы: трубы, оборудование, строительная и специальная техника. Являются основными для перевозки людей, ГСМ, межобъектной связи и т.п.

Подъездные дороги. Являются основными связующими для пунктов назначения или перевалки строительных грузов с трубосварочными и другими базами, жилыми полевыми городками и непосредственно трассой газопровода (с выходом на вдольтрассовые дороги). Связывают трассу с карьерами песка, щебня, сырьевыми базами и др.

Технологические дороги. Сооружаются и используются для производственного прохождения механизированных колонн и бригад. Переходы от технологических дорог к вдольтрассовым включаются в состав технологических.

В отличие от постоянных дорог, срок эксплуатации которых без ремонта превышает 5-7 лет, временные дороги эксплуатируются в течении подготовки к строительству и всего срока строительства газопровода.

Наиболее практичные конструкции временных дорог, учитывающие нагрузку тяжёлой строительной техники - лежневые дороги различных типов.

Все дороги должны сооружаться с соблюдением определённых параметров:

Ширина проезжей части и полотна.

Пропускная способность дороги.

Краевые устройства дороги.

Поперечные уклоны участков дороги,

Ускоренное движение пневмоколёсного транспорта.

Инерционное преодоление подъёмов.

Наибольшие продольные уклоны, учитывающие перевозки секций труб (длиной до 36 м).

Радиусы кривых в плане.

Виражи.

Мосты и трубы.

Прохождение гусеничного транспорта.

Прохождение специального (вездеходного) транспорта.

По продолжительности эксплуатации, грузонапряженности и расположению на местности, все дороги можно подразделить на:

Регулярные (используются в течение двух и более сезонов)

Разового пользования (для разового прохождения транспорта)

Сухопутные (прокладываются на грунтовом основании)

Автомобильные, тракторные, автотракторные (то есть смешанного использования транспорта) - по назначению.

2.2 Трубосварочная база

Общие положения

Промежуточные сварочно-монтажные базы предназначены для сварки секций труб в плети большой длины, что позволяет уменьшить объём сварочных работ непосредственно при монтаже трубопровода, и повысить качество исполнения сварных швов.

В настоящем случае при строительстве газопроводоа применяем трубосварочные базы типа ТБС

Таблица 2.5. Схема трубосварочной базы

Простейшие трубосварочные базы в зависимости от требуемого темпа сварочно-монтажных работ имеют различное количество стендов

Таблица 2.6.

В нашем случае оптимальным решением является выбор простейшей трубосварочной базы с одним стендом, поскольку объём сварочно-монтажных работ небольшой.

На трубосварочной базе планируется производить сварку труб в плети, контроль сварных швов, входной контроль труб, изоляцию стыков, а также складирование труб, плетей и материалов.

Кроме того, планируется создание помещений для питания, обеденного отдыха и хранения личного имущества во время производства работ.

Так как продолжительность производства работ небольшая, принимаем минимум необходимых временных зданий.

Временными зданиями называют надземные подсобно-вспомогательные и обслуживающие объекты, необходимые для обеспечения производства строительно-монтажных работ.

Временные здания сооружают только на время строительства.

Сварочные работы

Сварочные работы на строительстве газопровода будут выполняться в соответствии с требованиями [16].

Поступившие на трассу материалы должны быть подвергнуты входному контролю и подготовлены к работе.

Сварочные материалы следующих видов будут подвергнуты приемке и оценке качества перед их применением:

штучные электроды с целлюлозным (Ц) или основным (Б) покрытием для ручной дуговой сварки поворотных и неповоротных стыков труб;

флюс и сварочная проволока для автоматической сварки поворотных стыков труб;

самозащитная порошковая проволока для автоматической сварки неповоротных стыков труб с принудительным формированием шва.

Сварочные материалы (электроды, сварочная проволока, порошковая проволока) будут храниться в закрытых помещениях в условиях, предохраняющих от загрязнения, увлажнения, ржавления и механических повреждений.

Сварочные электроды, флюсы, порошковая проволока непосредственно перед выдачей в производство будут прокалены в печах типа СШО и СНО согласно режимам, приведенным в таблице 2.7.

Табл. 2.7.

База типа ТСБ состоит из сборочного стенда, который используется для подварки корня шва, линии автоматической сварки под флюсом заполняющих и облицовочных слоев.

Во избежание порчи материала труб на базе будут применены обрезиненные ролики. Загрузку приемного стеллажа трубами и транспортировку сваренных секций труб будут обеспечивать четыре трубоукладчика Т-1224В, оснащенные соответственно трубчатой траверсой с автоматической расстроповкой и мягким полотенцем ПМ-623. Центровка труб будет осуществляться внутренним центратором ЦВ-219.

Технология сборки и сварки

Перед сборкой должны быть выполнены операции по визуальному осмотру поверхности труб и сварочных кромок, очистке полости труб от загрязнений и посторонних предметов, допустимой правке концов труб, зачистке кромок и прилегающих к ним поверхностей труб до металлического блеска на ширину не менее 10мм электрической шлифмашинкой, оснащенной стальной круглой щеткой.

Подготовленные трубы должны собираться на внутреннем центраторе с зазором не менее 1,5мм и смещением кромок не более 3мм. Непосредственно перед сваркой корня шва концы труб будут подогреты кольцевой газовой горелкой при любой температуре окружающего воздуха до температуры 100С.

Сварка корня шва будет выполняться электродами с основным видом покрытия диаметром 3,25мм. Тип электродов 350А, марки ЛБ-52У. Сварочный ток в нижнем, вертикальном и потолочном положениях соответственно 90 - 130А, 80 - 120А, 90 - 110А. Центратор должен быть убран ранее, чем будет сварено 3/4корня шва по периметру трубы. Прихватка и начало сварки корня шва на расстоянии менее 100мм от продольного шва трубы не допустимы.

Внутренняя подварка корня шва может быть выполнена ручной дуговой сваркой и автоматической под слоем флюса.

Ручная подварка будет выполняться по всему периметру стыка на тех же режимах и теми же электродами, что и при сварке корня шва. При этом подварочный слой должен иметь ширину 8-10мм и высоту усиления 1-3мм.

Сварка заполняющих и облицовочного слоев без учета подварочного будет выполнена на установке ПАУ 1001В одной сварочной головкой ГДФ1001.

2.3 Погрузочно-разгрузочные работы

Грузозахваточные приспособления

Использование для погрузочно-разгрузочных работ захвата из стального каната типа "удавка" недопустимо, поскольку это может привести к порче материала труб и к высокому проценту брака.

В качестве грузозахваточного приспособления используется траверса МЗЛМК и трубчатая траверса с автоматической расстроповкой. Использование траверсы рекомендуется на всех этапах погрузочно-разгрузочных работ.

Траверсы представляют собой несущую раму, на концах которой подвешиваются два или четыре стропа с крюками. Сама траверса при помощи серьги подвешивается на крюк грузоподъемного механизма. Для предохранения торцов труб от повреждений, крюки снабжены дополнительными капроновыми вставками.

На траверсе МЗЛМК для полного обеспечения сохранности материала труб и сварных стыков внешние поверхности крюков и стропы на расстоянии 200 мм покрыты полиуретаном.

2.4 Транспортировка труб

При сооружении трубопроводов основной объём транспортных работ приходится на перевозку отдельных труб и их секций и включает:

1) перевозку отдельных труб с железнодорожных станций на промежуточные трубосварочные базы или непосредственно на трассу;

2) перевозку секций труб на трассу;

В зависимости от конкретных условий для перевозки труб и секций труб используется как колёсный (автомобили с прицепами), так и гусеничный транспорт (гусеничные тракторы с колёсными или гусеничными прицепами).

При решении транспортных вопросов решается несколько задач, главными из которых являются выбор типа (марки) транспортных средств и определение необходимого числа транспортных средств на период строительства трубопровода.

В нашем случае постановка транспортной задачи сводится к определению марки и количества транспортных средств для перевозки 25,4 км стальных труб диаметром 219 мм от железнодорожной станции к промежуточным ТСБ и от ТСБ непосредственно на трассу строящегося газопровода в течение 6 месяцев.

Доставка труб железнодорожным транспортом осуществляется до станции Ропно, далее производится погрузка на трубовозы и транспортировка непосредственно на трассу,для трассовой сварки участка длиной 6,4 км, и до двух промежуточных ТСБ. После сварки труб в секции плетевозы доставляют их с ТСБ непосредственно на места производства монтажных работ.

В зависимости от степени точности определения расстояний и местных условий транспортировки материалов, расчетная величина средней дальности возки обычно увеличивается на 515%.

Средняя дальность возки труб от железнодорожных станций разгрузки до ТСБ-1 составляет 18 км, ТСБ-2 - 40км, от ТСБ до трассы газопровода - 11км и 12 км соответственно(см. транспортную схему).

Принимаем, что средняя скорость движения машины с грузом равна 22 км/ч, скорость порожней машины - 30 км/ч; время погрузки - 20 мин, разгрузки - 15 мин. Транспортные работы будут производиться в одну смену в сутки.

Для выбора марки транспортного средства необходимо знать вес трубы и секции из трёх труб:

, (2.1)

где - объём единицы длины трубы,

- плотность трубной, .

Вес трубы длиной 12 м:

,

вес секции из трёх труб длиной 36 м:

Далее, назначаем марку трубовоза-плетевоза ПТВ-8 на базе автомобиля ЗИЛ-157.

Таблица 2.8. Параметры транспортного средства

Определяем фактическую грузоподъёмность трубовоза:

(2.2)

с учетом допустимого перегруза (15%, здесь 0,48%) принимаем число одиночных труб, погружаемых на трубовоз, равным16. Вес труб - .

Общий вес перевозимых до ТСБ труб:

Необходимое число трубовозов находится по формуле:

, (2.3)

где - необходимое число одновременно работающих машин,

G - общий вес намечаемого к перевозке груза, т,

q - грузоподъёмность машины, т,

l - расстояние перевозки груза, км,

V_пог, V_выг - скорость движения машин соответственно с грузом и без него, км/ч,

t_пог, t_выг - время, необходимое для погрузки и выгрузки груза, ч,

К - коэффициент использования рабочего времени, учитывающий состояние дорог, климатические условия и другие факторы, принимаемый в расчётах 0,8 для зимы и 0,9 для лета,

Т - общая продолжительность работы машин, заданная для перевозки груза, дни,

t_сут - продолжительность работы машин в течение суток, ч.

Отсюда необходимое количество одновременно работающих трубовозов ПТВ-8:

,

с учётом коэффициента организационно-технических перерывов К_от=0,7

.

Назначаем марку трубовоза-плетевоза для транспортировки секций труб с промежуточных ТСБ, аналогичную трубовозу. Это делается для сокращения трудоёмкости технического обслуживания автомобилей.

Фактическая грузоподъёмность плетевоза:

,

с учётом допустимого недогруза (здесь 5,7%) принимаем число секций труб равным 5, вес секций .

Необходимое число плетевозов:

,

с учётом К_от=0,7

В данном случае к железнодорожной станции и ТСБ прикреплёны свой трубовоз и плетевоз. Каждая ТСБ обслуживает свою часть трассы.

2.5 Земляные работы

Земляные работы в нормальных условиях - это работы, связанные с рытьем траншеи для укладки трубопровода. При рытье траншеи необходимо соблюдать следующие важнейшие условия: профиль траншеи, углы поворота и радиусы кривизны ее в плане должны выдерживаться в полном соответствии с проектным. Если фактический профиль не соответствует проектному, то это приводит, как правило, к появлению в трубопроводе дополнительных изгибающих моментов и, соответственно, дополнительных к расчетным напряжениям. Невыполнение этого условия приводит к тому, что трубопровод не опускается в траншею при укладке, и его приходится резать, а затем после укладки сваривать. Это резко снижает темп работ по укладке.

Траншеи в нормальных условиях разрабатываются роторными или одноковшовыми экскаваторами.

Производительность одноковшовых экскаваторов определяется по формулам [15]: техническая:

(2.4.).

эксплуатационная:

(2.5.).

где:

q -объем ковша;

n - число циклов копания в минуту;

К_п - коэффициент потерь времени на передвижение экскаватора, К_п= 0,95;

К_э - коэффициент организационных потерь, К_э=0,95.

м³/ч

м³/ч

Перед снятием плодородного слоя почвы по оси траншеи устанавливаются вешки высотой 2-2,5м. На прямых участках вешки устанавливаются в пределах видимости, на кривых участках - через 510м.

Земляные работы при строительстве газопровода выполняются в следующей последовательности:

срезка почвенно-растительного слоя бульдозером;

разработка траншеи экскаватором на полную глубину;

разработка траншеи вручную в местах прокладки кабелей связи и объёктов ЭХЗ;

- после укладки в траншею сваренного газопровода производится присыпка траншеи мягким грунтом и последующая засыпка минеральным грунтом;

окончательная засыпка траншеи растительным грунтом (рекультивация земли).

Срезку почвенно-растительного слоя грунта толщиной 0,2-0,3м и его перемещение с разравниванием по полосе вдольтрассового проезда следует производить бульдозером поперечным и косопоперечными ходами. Ширина полосы, с которой снимается растительный слой, колеблется от 5,4м до 7,8м, но, в основном, составляет 5,4м.

Минеральный грунт, разрабатываемый экскаватором, складируется во временный отвал.

Обратная засыпка траншеи минеральным грунтом предусмотрена экскаватором, а почвенно-растительный грунт возвращается на свое место бульдозером.

Прокладка трассы в условиях болот достаточно актуальна в Республике Беларусь. Общая протяжённость болот на участке строительства газопровода-отвода Молодечно-Вилейка составляет 4,24 км.

Болотом (со строительной точки зрения) называется избыточно увлажненный участок земной поверхности, покрытый слоем торфа мощностью 0,5 м и более.

Участки, имеющие значительное водонасыщение с мощностью торфяной залежи менее 0,5 м, относятся к заболоченным.

Участки, покрытые водой и не имеющие торфяного покрытия, относятся к обводненным.

В зависимости от проходимости строительной техники и сложности проведения строительно-монтажных работ при сооружении трубопроводов болота классифицируются по трем типам:

Первый - болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и неоднократное передвижение болотной техники с удельным давлением 0,02-0,03 МПа (0,2-0,3 кгс/см²) или работу обычной техники с помощью щитов, сланей, либо временных дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,02 МПа (0,2 кгс/см²).

Второй - болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и передвижение строительной техники только по щитам, сланям либо временным технологическим дорогам, обеспечивающим снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,01 МПа (0,1 кгс/см²).

Третий - болота, заполненные растекающимся торфом и водой с плавающей торфяной коркой (сплавиной) или без сплавины, допускающие работу специальной техники на понтонах или обычной техники с плавучих средств.

Следует различать несколько схем ведения землеройных работ на болотистых участках в зависимости от типа болота, способа прокладки, времени строительства и используемой техники:

- разработка траншей с предварительным выторфовыванием;

- разработка траншей с применением специальной техники, щитов или сланей, снижающих удельное давление на поверхность грунта:

- разработка траншей в зимнее время;

К строительству на болотах следует приступать после тщательного его обследования.

Первый способ, разработка траншей с предварительным выторфовыванием используется при глубине торфяного слоя до 1 м с подстилающим основанием, имеющим высокую несущую способность. Предварительное удаление торфа до минерального грунта осуществляется бульдозером или экскаватором. Ширина образуемой при этом выемки должна обеспечивать нормальную работу экскаватора, перемещающегося по поверхности минерального грунта и разрабатывающего траншею на полную глубину. Траншея устраивается глубиной на 0,15-0,2 м ниже проектной отметки с учетом возможного оплывания откосов траншеи в период от момента разработки до укладки трубопровода. При использовании экскаватора для выторфовывания протяженность создаваемого фронта работ принимается 40-50 м.

Разработка траншей с применением специальной техники, щитов или сланей, снижающих удельное давление на поверхность грунта, применяется на болотистых участках с мощностью торфяной залежи более 1 м и имеющих низкую несущую способность.

Целесообразность прокладки трубопроводов через болота большой протяженности в летнее время должна быть обоснована технико-экономическими расчетами и определена проектом организации строительства.

Болота глубокие и большой протяженности с низкой несущей способностью торфяного покрова следует проходить зимой, а мелкие небольшие болота и заболоченные участки - в летний сезон.

В зимний период в результате промерзания грунта на полную (проектную) глубину разработки траншеи значительно увеличивается несущая способность грунта, что позволяет использовать обычную землеройную технику (роторные и одноковшовые экскаваторы) без применения сланей.

На участках с глубоким промерзанием торфа работы следует выполнять комбинированным способом: разрыхление мерзлого слоя буровзрывным методом и разработку грунта до проектной отметки - одноковшовым экскаватором.

2.6 Монтаж трубопровода

Транспортировка плетей и их раскладка

На трубосварочной базе производится сварка отдельных труб в плеть. Это обеспечивает высокое качество сварного соединения.

Произведение сварки в плети по 3 трубы дает выигрыш в качестве, (наибольшее количество сварных швов будет произведено не в полевых условиях), однако это же сильно затрудняет процесс транспортировки плетей с трубосварочной базы на трассу. Такая транспортировка требует использования крупногабаритной техники.

Мы останавливаемся на варианте сварки по 3 трубы с получением плетей по 36 м.

При транспортировке плетей сохраняются все требования транспортировки труб.

Расстояние от следа движения плетевоза до бровки траншеи зависит от типа и состояния грунта и не должно быть менее 1 м.

При движении по песчаным грунтам для преодоления небольшого участка следует делать предварительный разгон, пересекая препятствие на возможно большей скорости. Участок сравнительно большой протяженности преодолевают на одной из низших передач, включая ее предварительно в начале участка. В песках или на болотистом торфянике предпочтительнее движение по колее прошедшей машины, так как грунт в ней уже несколько уплотнен. Не допускаются резкие повороты, так как создаются песчаные валы перед передними колесами.

Раскладка плетей вдоль трассы трубопровода на бровке траншеи осуществляется кранами-трубоукладчиками с учетом их грузоподъемности.

При раскладке вдоль трассы трубы, уложенные на поперечных склонах свыше 5°, во избежание скатывания или сползания, должны быть закреплены.

При разгрузке плетевозов и раскладке плетей вдоль трассы следует избегать их соударения, волочения по земле, а также по другим трубам.

Сварка труб

При подогреве кромок перед сваркой следует использовать внутренние подогреватели. Использование наружных подогревателей допускается при вварке катушек и монтаже захлестов.

Перед сборкой необходим визуальный контроль поверхностей труб и деталей трубопровода в соответствии с требованиями [16].

внутреннее смещение внутренних кромок не должно превышать 2 мм. Местные внутренние смещения кромок труб, не превышающие 3 мм допускаются на длине не более 100 мм,

величина наружного смещения не нормируется, однако должен быть обеспечен плавный переход поверхности шва к основному металлу в соответствии с технологической картой,

оценку внутренних смещений следует производить непосредственным измерением с использованием шаблонов марки УПС-4,

смещение кромок электросварных труб на должно превышать 20% нормативной толщины стенки, но не более 3 мм. Изменение величины смещения кромок допускается проводить по наружным поверхностям труб сварочным шаблоном. Для труб с толщиной стенки до 10 мм допускается смещение кромок до 40% нормативной толщины стенки, но не более 2 мм.

Непосредственно перед прихваткой и сваркой производиться просушка (или подогрев) кольцевыми нагревателями торцов труб и прилегающих к ним участков шириной не менее 150 мм.

Просушка торцов труб до температуры 20 - 50°С обязательна при наличии влаги на трубах независимо от способа сварки и прочности основного металла трубы.

Предварительный подогрев выполняют перед прихваткой и ручной дуговой сваркой корня шва.

Температура подогрева зависит от марки стали, толщины стенки и температуры окружающего воздуха.

В случае низких температур окружающего воздуха, если необходимы и просушка, и подогрев, обязательным является только последнее.

При температуре окружающего воздуха ниже 5°С температура кромок труб непосредственно перед сваркой должна быть не ниже 50°С но не выше 200°С.

Температуру подогрева свариваемых кромок нужно контролировать контактными термометрами (например, ТП-1, ТП-2 или термокарандашами).

Замерять температуру следует на расстоянии 10 - 15 мм от торца тубы, место замера необходимо предварительно зачистить металлической щеткой.

Если при замере температуры непосредственно перед сваркой будет обнаружено, что температура стыка оказалась ниже установленной, то необходим повторный нагрев.

Для сварки кольцевых стыков магистральных трубопроводов разрешено применять материалы, предусмотренные проектом и прошедшие оценку качества:

электроды с целлюлозным видом покрытия для ручной дуговой сварки неповоротных стыков

электроды с основным видом покрытия для ручной дуговой сварки неповоротных и поворотных стыков

флюс и сварочную проволоку для автоматической сварки под флюсом поворотных стыков труб

защитный газ и сварочную проволоку для автоматической и полуавтоматической сварки в защитных газах

Применение сварочных материалов без сертификата завода-изготовителя запрещается.

Сварочные материалы (электроды и порошковую проволоку) следует хранить в отапливаемых помещениях при температуре не ниже +15°С в условиях, предохраняющих от загрязнения, увлажнения, ржавления и механических повреждений.

Электроды и порошковую проволоку следует хранить в упаковке завода - изготовителя на стеллажах или в штабеле. Высота укладки упаковки не должна превышать 5 рядов.

Флюсы необходимо хранить в бумажных мешках, уложенных в штабель, или в специальных контейнерах. В случае повреждения упаковки, флюсы следует хранить только в контейнерах, бункерах, ларях или другой специальной таре.

Все сварочные материалы следует выдавать сварщику в количестве, необходимом для односменной работы.

Неиспользованные за смену электроды с покрытием основного вида следует хранить в сушильных шкафах, а флюс - в закрытой таре.

При хранении прокаленных электродов в сушильных шкафах (с температурой 135-150°С, а флюса - в закрытой таре, срок их хранения не ограничивается.

Сварку первого (корневого) слоя шва электродами с целлюлозным покрытием ведут постоянным током обратной или прямой полярности, сварку "горячего" прохода и последующих слоев шва - электродами с целлюлозным покрытием ведут постоянным током с обратной полярностью, а сварку всех слоев шва электродами с основным покрытием - на постоянном токе обратной полярности.

При вынужденных перерывах во время сварки первого (корневого) слоя шва необходимо поддерживать температуру торцов труб на уровне требуемой температуры предварительного подогрева.

Если это условие было не соблюдено, то стык должен быть вырезан и заварен вновь.

Существуют два возможных варианта сварки вертикальных положений шва: "на спуск" и "на подъем", однако проведение сварочных работ (особенно при сварке корневого слоя шва) "на подъем" предпочтительнее, так как при этом происходит лучшее заполнение сварочной "ванны".

Рекомендуемые значения сварочного тока при сварке электродами с основным видом покрытия способом "на подъем" приведены в таблице 2.9.

Табл. 2.9.

После сварки корневого слоя шва электродами с целлюлозным покрытием обязательна его шлифовка абразивным инструментом.

"Горячий" проход является обязательной операцией, которую осуществляют непосредственно после сварки и шлифовки корневого слоя шва, выполненного с применением целлюлозных электродов.

"Горячим" проходом считается только такой проход, который выполнен по неостывшему корневому слою шва электродами с целлюлозным видом покрытия или специальными низко водородистыми электродами, обеспечивающими возможность сварки "на спуск".

Время между окончаниями сварки первого слоя шва и началом выполнения "горячего" прохода не должно превышать 5 мин. Скорость сварки "горячего" прохода электродами с целлюлозным покрытием - примерно 18 - 20 м/ч.

Примечания:

достижение сквозного проплавления фиксируется по характерному шуму проходящей "навылет" дуги,

сварной шов облицовочного слоя должен перекрывать основной металл в каждую сторону от шва на 2.5 - 3.5 мм и иметь усиление высотой 1 - 3 мм.

Минимальное число слоев шва при сварке корневого слоя шва (при толщине стенки трубы до 10 мм) электродами с целлюлозным покрытием равно 3, а с основным - 2.

2.7 Изоляционно-укладочные работы

Общие положения

Для защиты трубопроводов, предназначенных для транспортировки газа от коррозии, в качестве пассивной защиты применяют изоляционные покрытия. Различают 2 типа изоляции: усиленный, нормальный.

Усиленная тип изоляции используется при прокладке трубопроводов в засоленных почвах, болотистых почвах, на подводных переходах, на переходы через автомобильные и железнодорожные дороги, на территориях КС и ГРС, НПС и др. На этих участках применяют изоляционные покрытия с оберткой из бризола, в качестве защиты трубопровода от механических повреждений используют жесткую футеровку из деревянных реек.

В условиях повышенной опасности, то есть на железнодорожных и автомобильных переходах, в населенных пунктах, болотистых районах и др. используют усиленную изоляцию из битумно-полимерных, битумно-минеральных и полимерных материалов. Структура таких покрытий состоит из 3-х чередующихся слоев битумной мастики толщиной 3 мм и слоя армирующей обмотки из стеклохолста. Покрытие наносится по битумной грунтовке и снаружи обертывается оберточной бумагой, общая толщина покрытия 9± 0.5 мм.

Слой битумной мастики несет основную защитную нагрузку, препятствуя проникновению к металлу агрессивных агентов среды.

В качестве обертки применяют бризол, полимерно- дегтебитумные пленки, полимерно- резиновые - дегтебитумные пленки, стеклорубероид.

Изоляционные покрытия на основе полимерных липких лент предназначены для подземных трубопроводов и выполняются из слоя грунтовки и 1-3 слоев липкой полимерной ленты. Для предохранения полимерного покрытия на основе липких лент от механических повреждений применяют защитную обертку из 1-2 слоев рулонного материала. Перед нанесением липкой ленты на трубопровод необходимо произвести грунтовку прямых и спиральных швов. Наносят липкую ленту на трубопровод после высыхания грунтовки при помощи специальных машин. При нанесении изоляционного покрытия необходимо следить,чтобы на покрытии не образовалось складок морщин, пузырей. При их появлении необходимо снять ленту с трубопровода, и после устранения дефектов нанести вновь.

В нашем случае мы применяем изоляцию нормального типа, которая состоит из следующих компонентов:

· грунтовка;

· полимерная липкая лента типа “Полилен МВ”

· защитная обёртка типа “Полилен”.

Суммарная толщина изоляционного покрытия в нашем случае составляет около 6 мм с допуском 0,5 мм.

На переходах через естественные и искусственные препятствия применяем изоляцию усиленного типа - 2 слоя полимерной ленты “Полилен МВ” + 2 слоя защитной обёртки “Полилен”.

Технология изоляционно-укладочных работ соответствует требованиям [2] и включает в себя следующие операции:

очистка поверхности сваренного в нитку трубопровода;

изоляция поверхности трубопровода;

укладка трубопровода в траншею.

Расчёт изоляционно-укладочной колонны

Наиболее рациональным методом проведения изоляционно-укладочных работ является использование механизированных изоляционно-укладочных колонн. Определим состав механизированной колонны и основные технологические параметры процесса укладки трубопровода:

- изоляционно-укладочные работы производятся совмещенным способом;

условия прокладки - нормальные

Принимаем к использованию очистную машину типа ОМЛ-8.

Таблица 2.10. Параметры очистной машины[6].

Таблица 2.11. Параметры изоляционной машины

В зависимости от диаметра трубопровода и толщины его стенки должна выбираться такая технологическая схема расстановки трубоукладчиков и машин, при которой напряжение в трубе достигают минимальных значений. При этом следует стремиться, чтобы машины находились в непосредственной близости от сопровождающих трубоукладчиков.

Количество трубоукладчиков должно быть таким, чтобы их суммарной грузоподъемности было достаточно для подъема трубопровода на заданные технологические высоты. Исходя из условий предельного снижения напряжений в опасных сечениях трубопровода, следует считать, что для его поднятия необходимо иметь три трубоукладчика.

В каждой точке подвеса трубопровод может поддерживаться одним или двумя трубоукладчиками (с применением траверсы) в зависимости от расчетного усилия в этой точке и грузоподъемных возможностей трубоукладчиков.

На основании выше сказанного в качестве расчетной схемы для определения параметров примем схему многопролетной неразрезной балки со смещенными опорами, три из которых являются точками подвеса и две - точками опоры о грунт.

Принимаем, что во всех опасных сечениях трубопровода напряжения изгиба одинаковы (рис.2.1)

Применительно к совмещённому способу укладки газопровода 219Ч5 принимаем следующие исходные данные (см. рис.2.1):

h_т=120 см,

h_оч=80 см,

h_из=150 см,

Q_из=773 кг - вес изоляционной машины,

Q_оч=1662 кг - вес очистной машины.

Найдём момент инерции поперечного сечения трубопровода:

, (2.6)

Момент сопротивления трубопровода:

, (2.7)

вес единицы трубопровода:

, (2.8)

где _ст - удельный вес стали, _ст=0,0078кг/см³.

Напряжения в опасных сечениях находим по формуле:

, (2.9)

где М - опорный изгибающий момент в сечении,

Е - модуль упругости трубной стали, Е=2,110⁵ Мпа,

Определение оптимальной расстановки трубоукладчиков целесообразно проводить с помощью специальной диаграммы. На этой диаграмме имеется два семейства эллиптических кривых, одно из которых имеет вид сплошных линий, а другое - пунктирных. Численные обозначения каждой кривой соответствуют условным безразмерным расчётным параметрам:

 - для сплошных кривых, (2.10)

- для пунктирных кривых (2.11)

Подсчитав, исходя из данных значений этих безразмерных параметров, по диаграмме отыскиваются две наиболее подходящие эллиптические кривые (пунктирная и сплошная), и полученные точки их пересечения относятся на оси координат. В результате находим вспомогательные параметры l₂ и l₃ (получаем два решения):

(сплошная кривая),

(пунктирная кривая)

Пересечение этих кривых происходит в двух точках:

I) l₂=1,49, l₃=1,91;

II) l₂=1,63, l₃=2,38;

Практическое применение эти параметры находят только после определения длины пролёта l₁:

. (2.12)

Для определения размерных значений l₂ и l₃ необходимо воспользоваться следующими формулами:

; (2.18), (2.19)

I) , ,

II),

Оптимальное размещение точек подвеса определяется как разность вида

и , (2.13)

а пролёт l₄ приблизительно составляет 0,8l₁

I) ,

II) ,

Пролёт l₄ составляет 0,8l₁

.

Нагрузки на трубоукладчики К₁, К₂, и К₃ находим следующим образом:

, (2.14)

, (2.15)

(2.16)

Находим нагрузки К₁,К₂, К₃ для I-го варианта расстановки:

,

,

.

Нагрузки К₁,К₂, К₃ для второго варианта расстановки:

Из двух вариантов расстановки трубоукладчиков выбираем первый, как более оптимальный ввиду того, что нагрузки К₁,К₂, К₃ в этом случае меньше, чем во втором варианте. Исходя из полученных результатов, принимаем, что для укладки трубопровода необходимо иметь три трубоукладчика Т-1224В.