Современная технология строительства морских трубопроводов.
Освоение нефтяных и газовых месторождений, расположенных на шельфе, невозможно без строительства трубопроводов. На современных морских нефтепромыслах одни подводные трубопроводы связывают отдельные морские платформы с центральным накопителем и плавучим причалом, который оборудован для швартовки танкеров, другие соединяют накопители непосредственно с береговым нефтехранилищем.
Технология строительства морских трубопроводов предусматривает следующие этапы: земляные работы, подготовку трубопровода к укладке, его укладку, засыпку и защиту от повреждений.
Укладка морских трубопроводов осуществляется протаскиванием по дну, либо с поверхности моря постепенным наращиванием.
1) Суть способа протаскивания заключается в перемещении с берега под воду по спусковой дорожке подготовленного к укладке трубопровода и протаскивания его по дну усилием, создаваемым специальными техническими средствами. Так как рассчитываемый трубопровод укладывается на значительном расстоянии от берега, то применение этого метода становится невозможным, вследствие превышения предела текучести металла трубы продольными напряжениями. Они возникают от тягового усилия, значительно увеличенного упругим взаимодействием трубы и грунта, явлением присоса и инерционным воздействием.
2) Этот метод подразделяется соответственно на укладку трубопровода а) без использования трубоукладочного судна, б) с использованием продольного натяжения, в) с использованием трубоукладочного судна.
а) Глубина укладки трубопровода с поверхности воды методом свободного погружения невелика, вследствие того, что при погружении трубопровод образует переходную S-образную кривую, в точке перегиба которой образуются значительное напряжение, превышающее в нашем случае предел текучести металла трубы, поэтому этот способ является неприемлемым для нас.
б) Этот метод позволяет укладывать трубопровод на большую глубину, чем предыдущий, благодаря создания в трубопроводе продольного усилия, уменьшающего кривизну погружаемого трубопровода без значительного увеличения суммарного напряжения, поскольку напряжения от продольных усилий в десятки раз меньше напряжений от поперечных. Однако, учитывая глубину укладки рассчитываемого трубопровода, невозможно создать необходимое продольное усилие, поэтому реализация этого способа в нашем случае также невозможна.
в) В свою очередь этот способ подразделяется на:
— укладка с помощью судна, оборудованного барабаном, на который намотан участок трубопровода. Это способ обладает высокой производительностью и позволяет укладывать трубопровод на значительные глубины. Однако, диаметр труб при это способе ограничен 600 мм, что позволяет воспользоваться данным методом, но после укладки сохраняется остаточная спиральность труб, которая затрудняет перекачку нефти и газа.
— укладка, с помощью судов, специально предназначенных для укладки подводных трубопроводов. Они подразделяются на: оборудованные стрингерами, спусковыми рампами и устройствами для вертикального опускания трубопровода. В первом случае укладка может осуществляться на глубину до 610 метров, что не соответствует заданным условиям.
В настоящее время существуют две принципиальные схемы укладки трубопроводов на дно: 1) протаскивание по дну и 2) с поверхности воды.
Суть способа протаскивания заключается в следующем: на берегу моря (или другого водоема) устраивается спусковая дорожка, по которой подготовленный к укладке трубопровод будет перемещаться с берега под воду по подводной траншее. Это может быть либо выровненное дно, либо вырытая траншея.
Для того чтобы трубопровод начал погружаться в воду необходимо в какой-либо его части 2 создать отрицательную плавучесть. Начиная при этом погружаться, трубопровод образует так называемую переходную кривую, т.е. участок между плавающей частью трубы 3 и частью, опустившейся на дно водоема 1. Трубопровод на дне будет иметь отрицательную плавучесть, отрицательную плавучесть будет иметь и часть переходной кривой.
При использовании разгружающих понтонов трубопровод получает положительную плавучесть за счет понтонов, и поэтому его укладка производится отстропкой понтонов или заливом в них воды. Укладка трубопроводов с использованием понтонов может иметь различные схемы и применяется как для погружения газопроводов, так и нефтепродуктопроводов и водоводов.
Укладка трубопровода осуществляется с помощью судна, оборудованного барабаном, на который намотан участок трубопровода. На практике по данной схеме укладывались трубопроводы диаметром до 600 мм.
Трубопровод укладывается с помощью судов, предназначенных специально для укладки подводных трубопроводов. Такие суда в практике морского трубоукладочного строительства называют «трубоукладочное судно» или «трубоукладочная баржа». Такое судно обладает большим числом различных агрегатов, обеспечивающих выполнение всех необходимых операций, связанных с укладкой трубопроводов практически на любую глубину. Технология укладки заключается в наращивании трубопровода с последовательной сваркой секций труб
Одним из основных недостатков укладки свободным погружением является малая допустимая глубина погружения. В зависимости от диаметра трубопровода она может составлять 10-15 м, поскольку переходная кривая образуется при больших глубинах с недопустимо малыми радиусами кривизны трубы. Увеличение глубины укладки подводных трубопроводов по схеме свободного погружения можно достичь не только регулированием положительной и отрицательной плавучести, но и созданием в трубопроводе продольного усилия. Продольные усилия уменьшают кривизну погружаемого трубопровода без значительного увеличения суммарного напряжения, поскольку напряжения от продольных сил в десятки раз меньше напряжений от поперечной нагрузки q и р. Работы по укладке трубопровода с натяжением проводятся в следующем порядке: трубопровод 3 заводят на плаву в створ, закрепляют на одном конце, например, на берегу с помощью анкерных устройств 1, 2, а другой конец закрепляется тросом 4 с лебедки 5, установленной на понтоне или буксире 6, который, в свою очередь, удерживается якорным канатом 7 в заданном положении. С помощью лебедки создают продольное натяжение трубопровода до значения Н, при котором обеспечиваются напряжения в стенке труб, не превышающие контролирующих при требуемой глубине укладки, и погружают его заливом воды или отстропкой понтонов.
При укладке подводных трубопроводов, особенно при глубинах, не позволяющих укладывать трубы методом свободного погружения, используют, как правило, длинномерные плети.
Укладка трубопровода из длинномерных плетей включает следующие основные операции: подготовка плетей на береговой базе, спуск плетей на воду, доставка плетей к месту укладки, присоединение доставленных плетей к концу уже уложенного на дно трубопровода, опускание плети на дно. К присоединенной к лежащему на дне трубопроводу с только что подсоединенной плетью, присоединяется следующая плеть и т.д. Можно сказать, что укладка подводного трубопровода производится последовательным наращиванием плетей.
Строительство морских трубопроводов
Освоение нефтяных и газовых месторождений, расположенных на шельфе, невозможно без строительства трубопроводов. На современных морских нефтепромыслах одни подводные трубопроводы связывают отдельные морские платформы с центральным накопителем и плавучим причалом, который оборудован для швартовки танкеров, другие соединяют накопители непосредственно с береговым нефтехранилищем.
Технология строительства морских трубопроводов предусматривает следующие этапы: земляные работы, подготовку трубопровода к укладке, его укладку, засыпку и защиту от повреждений.
В Японии разработаны бульдозер и экскаватор для ведения работ под водой на глубине до 70 м. Бульдозер массой 34 т имеет мощный двигатель и перемещается на гусеницах. В отличие от земснарядов он может разрабатывать плотные грунты.
Подводный экскаватор предназначен для разработки траншей при сооружении морских трубопроводов, котлованов под фундаменты различных морских сооружений и дноуглубительных работ. Скорость его перемещения по дну составляет 3 км/ч. Управляют экскаватором два оператора с надводного судна.
Перед укладкойна трубопровод наносят защитное покрытие и осуществляют его пригрузку против всплытия. Мировой опыт строительства морских трубопроводов показал, что лучшим защитным покрытием для них и одновременно пригрузом является бетонное покрытие.
Укладка морских трубопроводов осуществляется протаскиванием, либо с поверхности моря постепенным наращиванием.
Схема протаскиванияприведена на рис. 19.16. Трубопровод 1 движется по роликовой спусковой дорожке 5. Тяговое усилие по тросу 2 передается от лебедки, установленной на судне 3. Судно удерживается якорями 4. Метод протаскивания прост, обеспечивает укладку трубопровода точно по трассе. Однако он применим при укладке трубопроводов длиной лишь до 15 км.
Схема укладки с поверхности моря постепенным наращиванием (рис. 19.17) получила наибольшее распространение. Трубоукладочное судно 4 закрепляется на якорях 6, каждый из которых выдерживает усилие до 10 т. На судне создается запас обетонированных труб, секции которых длиной по 36 м доставляются специальными транспортными судами. Длина трубоукладочного судна позволяет соединять секции в плети длиной 180 м.
Укладка трубопровода 1 осуществляется следующим образом. На судне 4 сваривают очередную плеть, стыки изолируют, бетонируют и оснащают поплавками 2. Плеть стыкуют с концом трубопровода, уложенного ранее и удерживаемого натяжным устройством и специальной жесткой приставкой 3. Угол наклона этой приставки выбирается таким, чтобы максимально уменьшить напряжения в спускаемом трубопроводе. Стык изолируют и бетонируют, после чего плети спускают в воду на понтонах. Отстроповка понтонов производится автоматически на заданной глубине.
Судно «Сулейман Везиров» водоизмещением 8900 т за сутки может уложить под водой 1,2 км сваренных труб диаметром 200. 800 мм. Судно-трубоукладчик финской фирмы «Вяртсиля» водоизмещением 41000 т позволяет укладывать до 2,5 км трубопровода диаметром 530 мм в сутки на глубине до 300 м. Запаса труб на них хватает для работы в течение 5. 10 суток.
Укладка морских трубопроводов с предварительной отрывкой траншеи связана со значительными затратами. Прокладка траншеи в море обходится раз в сто дороже, чем на суше. Кроме того, точно уложить трубу в траншею с борта качающегося на волнах судна достаточно сложно.
Дешевле и проще заглубить в грунт стальной трубопровод, уже уложенный на дно. Для этого сконструированы специальные подводные агрегаты-трубозаглубители. Их основным элементом является тележка, которая катится по трубе. На тележке закреплены различные заглубляющие приспособления: гидромониторные сопла, плуги, фрезы или роторные колеса. Энергия для их привода подается с борта судна по кабельной линии, которая достигает в длину 1 км и более. В последнее время трубозаглубители оснащаются подводными телекамерами, что позволяет контролировать их работу с поверхности.
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.
Рис.1 9.16. Схема протаскивания трубопровода:
Рис. 19.17. Схема укладки трубопровода трубоукладочным судном:
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Строительство подводных трубопроводов выполняется в различных районах страны, в том числе в отдаленных и труднодоступных. Технология устройства подводных траншей для трубопроводов отличается от технологии подводных земляных работ при строительстве других гидротехнических сооружений и дноуглубительных работ. Подводные траншеи представляют собой узкопрофильную выемку, направленную поперек течения. [1]
Для строительства подводных трубопроводов в этой части Северного моря очень полезными могут быть результаты аналогичных работ в Мексиканском заливе. Правда, последние должны быть должным образом скорректированы, так как условия морской среды в данных районах далеко не одинаковы. [2]
Организация строительства подводных трубопроводов зависит от характеристики водной преграды, условий строительства, технологии укладки и может отличаться от приведенной выше. [3]
При строительстве подводных трубопроводов контролю качества и промежуточной приемке подлежат трубы, сварочные и изоляционные материалы ( должны соответствовать требованиям государственных стандартов и Технических условий; запрещается применение материалов, труб и оборудования, не имеющих паспорта или сертификата, а также товарного знака на изделии), сварочные работы, испытания трубопроводов, очистка, грунтовка, изоляция, футеровка и балластировка подводных трубопроводов, земляные работы, укладка трубопроводов, засыпка траншей, берегоукрепительные работы. [4]
При строительстве подводных трубопроводов наиболее трудоемкой является разработка подводной трашеи. В СССР эти работы выполняются преимущественно специализированными земснарядами типа УПГЭУ-1, УПГЭУ-3 и ТЗР-1 2, а на мелководных участках дноуглубительными земснарядами МРФ. Во время работы рекомендуется ориентировать земснаряд в створе траншеи и ограничивать перемещения его в пределах проектного профиля. Для дистанционного управления земснарядами и другими строительными машинами рекомендуется воображаемую створную линию, совпадающую с осью траншеи, заменять ясно видимым оптическим лучом. Применение видимого оптического луча позволяет осуществлять постоянный визуальный контроль за работой системы и самого земснаряда. [6]
При строительстве подводных трубопроводов ( рис. 6.15) и мостовых переходов ( рис. 6.16) водоем подвергается массированному воздействию мощной строительной техники, при этом наиболее страдают малые реки и водоемы, для которых такое вмешательство особенно губительно. [7]
При строительстве подводных трубопроводов плети оснащают самыми разнообразными понтонами. На Каспийском море широко используют спаренные цилиндрические понтоны небольшой грузоподъемности. В качестве стандартной плети при моделировании была принята плеть трубопровода с наружным диаметром ( вместе с бетонным покрытием), равным 1200 мм. Для безопасности эксплуатации плети понтоны должны иметь определенный запас плавучести, позволяющий устойчиво поддерживать плеть на поверхности моря и ограничивающий ее погружение под действием волн во избежание излишних напряжений в трубопроводе от изгиба. Этот запас плавучести принят равным 20 % от грузоподъемности понтона. Всякое отклонение от рассмотренной стандартной плети учитывают с помощью различных коэффициентов. [8]
При строительстве подводных трубопроводов большего диаметра наиболее рациональным все же следует признать метод непрерывного наращивания магистрали на борту передвигающейся вдоль трассы баржи. [9]
Значительное сокращение сроков строительства подводных трубопроводов и затрат на земляные работы достигается применением трубозаглубительных снарядов, осуществляющих одновременно операции заглубления трубопровода и засыпку его грунтом. [13]
При проектировании и строительстве подводных трубопроводов учитывается воздействие на них воды. Давление ее на трубопровод определяет конструкцию и способы укладки последнего па дпо водной преграды. Устойчивое положение трубопровода па дне записит от его массы. Все расчетные величины прямо или косвенно записях от скорости н давления потока поды. [15]