Надземная прокладка трубопроводов

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Надземная прокладка трубопроводовпрокладка трубопроводов над уровнем земли на отдельных опорах или эстакадах различных конструкций[1][2] на расстоянии от грунта не менее 0,2 м.

История[править | править вики-текст]

Открытые трубопроводы начали сооружать в 1941-1942 годах после начала разработки месторождений природного газа в Верхне-Ижемском районе и надземная прокладка газопроводов диаметром до 530 мм нашла широкое применение на территории Коми АССР, где открытым способом было проложено около 800 км трубопроводов при том, что климатические, почвенные и гидрологические условия крайне затрудняли подземную прокладку.[3]

Трубопроводы подвешивали к деревянным треугольным опорам на высоте 1 м от земли. В плане трубопроводы прокладывали в виде «змейки», что позволяло им свободно изменять длину в пределах, необходимых для компенсации продольных деформаций. В местах перелома угол принимали 23°. В местах пересечения дорог трубопровод изгибался для создания требуемых габаритов. Деревянные опоры применялись двух типов: подвижные качающиеся и неподвижные с оттяжками. Последние устанавливали посредине каждого прямолинейного участка. В качестве противокоррозийной изоляции применяли обмазку трубопровода цементным молоком. В 1960-е годы в Коми АССР устанавливали более капитальные опоры — деревянные с бетонными башмаками и железобетонные.[3]

Стоимость сооружения надземного трубопровода в условиях Коми АССР ниже стоимости подземной прокладки. По данным А. В. Булгакова, при диаметре 325 мм экономия по рабочей силе составляла порядка 200 000 рублей на 100 км трубопровода. Удлинение трубопровода за счёт изгибов составляло около 2 %, но при надземной прокладке в ряде мест трассу можно было спрятать.[3]

Применение[править | править вики-текст]

Надземная прокладка трубопровода в условиях Коми АССР показала ряд эксплуатационных преимуществ: увеличение надёжности, простота надзора, облегчение ремонта и удлинения срока службы. Эксплуатация подвесных газопроводов в условиях Севера доказала надёжность и целесообразность надземной прокладки трубопроводов там, где подземная прокладка встречает затруднения. Ведение работ при надземной прокладке возможно круглый год, а на болотах особенно целесообразно вести работы зимой.[3]

Надземная прокладка трубопроводов производится на участках с любым рельефом, наиболее целесообразное применение на трассах, пересекающих территории с изрезанным рельефом, большим количеством рек, озёр, оврагов и т. п., на просадочных многолетнемёрзлых грунтах и в других сложных условиях[1].

Строительные работы[править | править вики-текст]

Общее описание[править | править вики-текст]

При пересечении участков трассы, сложенных пучинистыми или вечно-мёрзлыми просадочными грунтами, для уменьшения теплового воздействия на грунт трубопровод укладывают на теплоизолирующий слой. Метод сооружения надземных трубопроводов зависит от его конструктивных решений.

При строительстве незаглубленного трубопровода, если необходимо, сооружаются подсыпка, лежневая выстилка. Трубопровод сваривается в нить и укладывается на подготовленное основание. Направляющие и неподвижные упоры и опоры в зависимости от их конструкции монтируются до или после укладки трубопровода на основание. Изоляционные работы производятся до укладки трубопровода на основание. Основание чаще сооружается насыпным способом и реже гидронамывным.[2]

При сооружении полузаглубленного трубопровода вначале отрывается траншея требуемой глубины. После этого трубопровод сваривается в нить, изолируется и укладывается в траншею и, если необходимо, обваловывается.[2]

Земляные работы[править | править вики-текст]

Земляные работы при сооружении надземных трубопроводов на трассах производят, как правило, в незначительных объёмах по срезке или подсыпке грунта при переходе к другому виду прокладки, на подходах к рекам, для выравнивания поверхности, подготовки оснований под большие опоры и т. д.[2]

Монтажные работы[править | править вики-текст]

Трубопровод сваривают в единую нить и монтируют на ранее установленные опоры трубоукладочной колонной. Возможен монтаж трубопровода на опорах отдельными секциями длиной 12-36 м. Укладка надземных трубопроводов на опоры производится в соответствии c графиком «температура трубопровода — перемещения». Ha трубопроводах больших диаметров регулировка опорных частей производится по расчётной нагрузке c помощью динамометров. Монтаж гасителей колебаний в зависимости от их конструкции производится до или после нанесения антикоррозионной изоляции и монтажа теплоизоляции.[2]

Изоляционные работы[править | править вики-текст]

Изоляционные работы проводят, как правило, после монтажа трубопровода за исключением случая применения труб c заводской изоляцией[2].

Ha надземных трубопроводах, предназначенных для транспортировки продукта c заданной температурой, предусматривают защиту трубопровода теплоизоляционные покрытием, охлаждение или подогрев (в т. ч. попутный) транспортируемого продукта[2].

На переходах нет необходимости в устройстве теплоизоляции при транспортировке газа, нефтепродуктов и нефти, вязкость которых увеличивается с понижением температуры, поскольку протяжённость надземных участков обычно относительно невелика и температура транспортируемого продукта за время прохождения по открытому участку трубопровода изменяется мало. При большой протяжённости открытых участков нужно обязательно проверять влияние изменения температуры транспортируемого продукта не только на режим работы самого трубопровода, но и на работу компрессорных и насосных станций.[4]

Заключительные работы[править | править вики-текст]

Заключительными этапами сооружения трубопроводов являются[2]:

Виды прокладки[править | править вики-текст]

Классификация[править | править вики-текст]

Надземная прокладка трубопроводов производится как система без компенсации, так и c компенсацией перемещений, возникающих при изменении температуры трубы и давления транспортируемого продукта. Прямолинейная прокладка без компенсации продольных перемещений предусматривает жёсткое закрепление трубопровода на каждой опоре. Трубопроводы без компенсации, как правило, имеют небольшие протяжённость, диаметр и температурный перепад.[2]

При надземной прокладке трубопроводов применяют[4]:

  • балочные системы;
    • прямолинейная прокладка без компенсации продольных деформаций — простейшие однопролётные переходы; многопролётные системы на жёстких опорах; многопролётные системы по земляным опорам;
    • прокладка трубопроводов с самокомпенсацией продольных деформаций — однопролётные консольные переходы; многопролётные системы с Г, П, Z-образными трапецеидальными компенсаторами; системы с линзовыми и сальниковыми компенсаторами;
    • прокладка трубопроводов с изломами в виде «змейки» — с изгибом по кривой линии; в виде ломанной линии с криволинейными вставками;
  • специальные эстакады;
  • мосты.

Надземные трубопроводы прокладывают[2]:

  • незаглубленные — 0,2 Дн (расстояние от оси трубы до поверхности грунта);
  • полузаглубленные — 0,6 Дн (расстояние от верха трубы до поверхности грунта).

Где Дн — наружный диаметр трубы.

Незаглубленные и полузаглубленные трубопроводы бывают[2]:

Балочные системы[править | править вики-текст]

Балочные системы наиболее просты и дёшевы, расстояние между опорами газопроводов диаметром 530-1020 мм строятся до 40-65 м и даже более, поэтому большинство переходов через естественные препятствия могут быть перекрыты балочными конструкциями. Балочные конструкции являются самонесущими, лишь в отдельных случаях при перекрытии ими больших пролётов может потребоваться их усиление, которое производится за счёт наварки на трубы дополнительных элементов, установки шпренгелей и постановки наклонных вант.[4]

В обычных условиях надземную прокладку трубопроводов производят без защитных кожухов, предохраняющих трубы от механических повреждений. Защитные кожухи применяют лишь на пересечениях трубопроводом дорог, а также при расположении трубопроводов вблизи дорог, населённых пунктов или в других случаях, вызванных особыми местными условиями. При заключении трубопровода в кожух величину пролётов, перекрываемых балочными системами, не всегда удаётся увеличить, так как трубопровод под нагрузкой работает как балка с защемлёнными в грунте концами, а кожух чаще всего — как балка со свободными концами.[4]

Висячие трубопроводы[править | править вики-текст]

Висячие трубопроводы надземных переходов трубопроводов, в которых трубы подвешиваются к несущим элементам — канатам, вантам, цепям и т. п.; сооружаются при пересечении ущелий, водных и др. преград шириной более 50-60 м, однако, известны висячие трубопроводы c длиной пролёта до 200-400 м и даже более[5]. Так, например, построен крупнейший висячий мост через Амударью в 1964 году в Евразии[6] с возможностью пропуска автомобильной нагрузки под две нитки газопровода через реку Амударью (длина основного пролёта 390 м), соединяющий Хорезмскую область Узбекистана и Лебапский велаят (бывшую Чарджоускую область) Туркмении.

Различают висячие трубопроводы[5]:

  • гибкие;
  • вантовые;
  • в виде провисающей нити.

Гибкие висячие трубопроводы выполняются c помощью подвесок, прикрепляемых к одному или нескольким несущим канатам, перекинутым через пилоны. Одноцепной вариант системы обладает малой жёсткостью и при динамических воздействиях легко приходит в колебательное движение; более жёсткой является двухцепная система. B вантовых висячих трубопроводах для крепления используют наклонные канатные оттяжки — ванты или канатные фермы.[5]

B таких схемах все элементы, как правило, работают только на растяжение и образуют геометрически неизменяемую систему. Висячие трубопроводы, выполненные по этой схеме, обладают значительно большей вертикальной жёсткостью, чем гибкие. Висячие трубопроводы в виде провисающей нити сооружаются на пилонах или без них.[5]

Эта система наиболее экономична, но обладает наименьшей жёсткостью. B ней металл труб напряжён значительно больше, чем в гибких и вантовых системах, и возникают большие колебания под воздействием ветрового потока. Сооружаются также комбинированные системы, например одноцепные гибкие c дополнительными наклонными вантами.[5]

Висячие трубопроводы (всех систем) могут быть одно- и многопролётными c одинаковыми и разными по длине пролётами. При разной длине пролётов усилия в несущих канатах (вантах) во всех пролётах примерно одинаковые, что достигается выбором определённого соотношения между высотой пилонов и стрелой провисания канатов: при коротких пролётах отношение стрелы провисания к длине пролёта меньше. Это отношение обычно в пределах 1/6...1/14. Усилия, возникающие в несущих канатах, воспринимаются анкерными опорами. При пролётах небольшой длины горизонтальные составляющие усилий в канатах могут восприниматься самим трубопроводом.[5]

Пилоны висячих трубопроводов выполняются[5]:

  • жёсткие;
  • заделанные в опоры (обычно c подвижными опорными частями для крепления канатов);
  • гибкие, жёстко связанные c опорами (c неподвижным креплением канатов к вершинам опор);
  • качающиеся, шарнирно соединённые c опорами, c неподвижным креплением канатов к вершинам опор.

Сооружают пилоны из металлических профилей сплошного сечения либо в виде плоских или пространственных решётчатых ферм из железобетонных элементов. Oпоры под пилоны и для крепления несущих и ветровых канатов чаще всего выполняют из железобетона. Ha переходах висячих трубопроводов обычно устраивают смотровые мостики для обслуживания трубопровода во время эксплуатации и при ремонте. Ha висячих трубопроводах без мостика осмотр и ремонтные работы производятся c перемещающейся по монорельсу смотровой тележки.[5]

B висячих трубопроводах c относительно небольшой длиной пролётов нет необходимости в оттяжках или канатах для обеспечения горизонтальной жёсткости пролётных строений. При пролётах длиной 80 м и более необходимо увеличение поперечной жёсткости пролётных строений, для чего устраивают горизонтальные фермы, используя элементы эксплуатационного мостика. Парные несущие канаты на пилонах располагают на расстоянии нескольких метров, и к ним крепят трубопровод c помощью наклонных подвесок или специальных ветровых канатов. Ветровые канаты и оттяжки располагают по обе стороны висячих трубопроводов и крепят к специальным анкерным опорам или к тем же опорам, что и несущие канаты, c помощью специальных консольных выносов на пилонах. Отношение стрелы провисания ветровых канатов к длине пролёта обычно в пределах 1/12...1/24. Несущие и ветровые канаты для регулирования их длины в местах крепления к опорам снабжаются специальными устройствами (талрепами, винтовыми приспособлениями и др.); длина подвесок и растяжек регулируется талрепами.[5]

Плавающий трубопровод[править | править вики-текст]

При сооружении плавающих трубопроводов на сильно обводнённых болотах сначала сооружается траншея или канал (экскаватором или взрывным способом)[2]. Трубы свариваются в секции, которые укладываются в траншею c водой укладочной колонной, либо протаскиваются по каналу при помощи лебёдок[2].

Расчёт и конструирование[править | править вики-текст]

Надземные трубопроводы имеют две разновидности расчётных схем: разрезная и неразрезная[7]. Разрезная схема состоит из отдельных участков, связанных между собой компенсаторами.

Участки могут быть[7]:

  • прямолинейными (протяжёнными);
  • криволинейными;
  • ступенчатыми.

Криволинейные участки имеют отводы, развилки и места примыкания к различным сооружениям. В пределах каждого прямолинейного участка трубопровод опирается на две анкерные и ряд промежуточных опор. При необходимости изменения толщины стенки трубопровода по его длине наружный диаметр трубопровода должен оставаться постоянным.[7]

Кольца жёсткости[править | править вики-текст]

Кольца жёсткости могут иметь различные формы поперечного сечения[7]:

  • уголковое;
  • тавровое;
  • двутавровое.

Рёбра жёсткости в виде неравнополочных уголков, приваренных к трубе «пером» широкой полки, а также в виде сварных или прокатных тавров, приваренных к трубе стенкой предпочтительней других видов колец, так как при одинаковой с ними жёсткости идёт меньший расход стали[7].

Опоры[править | править вики-текст]

По характеру работы опоры подразделяют на неподвижные, обеспечивающие несмещаемость сечения трубопровода на опоре, продольно- и свободноподвижные, не препятствующие перемещениям трубопровода вдоль его продольной оси или в любом направлении в плоскости опорной поверхности. Высота опор над землёй зависит от рельефа местности и обычно не превышает 0,9-1,5 м; на участках c резко пересечённым рельефом, например при пересечении оврагов или мелких рек c крутыми склонами, может достигать 4-5 м[2].

Опоры трубопроводов выполняются в виде рам или стоек c использованием свайных или плитных фундаментов. B качестве опор трубопроводов диаметром до 500 мм применяют шпальные клетки, A-образные качающиеся опоры, призмы (насыпи) из крупнозернистого песка или гравия[2]. Сваи для опор — стальные, железобетонные, деревянные; плитные фундаменты — железобетонные; на многолетнемёрзлых грунтах в качестве опор могут применяться термосваи[2].

Анкерные опоры устанавливают в местах изменения оси трубопровода (оси трассы), а также на прямолинейных участках, превышающих предельную длину участка трубопровода между компенсаторами, на котором трубопровод имеет продольную подвижность. Длина этого участка зависит от[7]:

  • температурного перепада;
  • площади поперечного сечения трубы;
  • величины продольных сил;
  • давления транспортируемого продукта (жидкости или газа) при изменении диаметра трубопровода;
  • давления на торец компенсатора;
  • трения в сальниковом компенсаторе при изменении температуры.

Промежуточные опоры надземного компенсатора должны обеспечить возможность его осевого (продольного) перемещения[7].

Части опор, на которые монтируется трубопровод, в зависимости от диаметра трубопровода бывают[2][7]:

  • скользящие;
  • катковые;
  • роликовые;
  • качающиеся;
  • седловидные;
  • подвесные (c использованием гибких подвесок и элементов).

Выбор вида опор зависит главным образом от диаметра трубопровода. При диаметре до 0,5 м наиболее выгодны седловидные опоры, при диаметре 0,6-1,2 м — скользящие, при диаметре свыше 1,2 м — катковые и качающиеся[7].

Трубопроводы опирают на промежуточные опоры при помощи жёсткого кольца, приваренного к корпусу трубы[7]. Не допускается расположение опор трубопровода под сварными стыками труб. Сварной стык располагается на расстоянии 1/5 пролёта от опоры и не ближе 1 м от неё[7].

B конструкциях скользящих опор c целью снижения сопротивления перемещениям трубопровода применяют специальные антифрикционные материалы, обладающие низким коэффициентом трения[2]. Для удобства монтажа и эксплуатации конструкции опор предусматривают возможность использования положения ригелей и опорных частей[2].

Упоры и компенсаторы[править | править вики-текст]

Компенсаторы в надземных трубопроводах выполняют, как правило, по гибкой схеме с обеспечением продольной и (при специальных условиях, например, при сейсмических воздействиях) угловой подвижности трубопровода при его деформациях[7]. Подвижность в компенсаторе обеспечивается за счёт перемещений гибких из своей плоскости кольцевых полос или путём деформаций набивки сальника[7].

Надземный трубопровод состоит из прямолинейных и компенсационных участков. Прямолинейные участки укладываются непосредственно или на поверхность грунта, или на небольшую подсыпку грунта толщиной 10-20 см, или на слой геотекстиля, a при необходимости на теплоизоляционный конструктивный слой. При пересечении обводнённых болот и небольших по глубине и протяжённости водоёмов при отсутствии в них течения трубопровод c положительной плавучестью можно укладывать непосредственно на поверхность водоёма. Прямолинейные и компенсационные участки в этом случае находятся на плаву. B ряде случаев прямолинейные участки могут быть уложены на грунт, a компенсаторы могут быть на плаву.[2]

Для организации направленных перемещений, вызванных изменением длины надземного трубопровода, на прямолинейных участках по обе стороны (в плане) от трубы устанавливаются направляющие и ограничивающие упоры из железобетонных свай или других конструкций. B середине прямолинейных участков (между соседними компенсационными участками) устанавливаются неподвижные упоры различных конструкций, ограничивающие перемещения трубопровода. B качестве направляющих и ограничивающих упоров могут быть использованы стенки траншеи, насыпи и другие грунтовые сооружения.[2]

Водопропускные сооружения[править | править вики-текст]

Ha трассе надземного трубопровода предусматривается устройство на пониженных участках водопропускных сооружений, выполняемых из металлических или железобетонных труб либо в виде открытых каналов под трубопроводом. Водопропускные сооружения могут совмещаться c надземными компенсационными участками.

Переходы[править | править вики-текст]

При пересечении трубопроводом естественных или искусственных преград, нa надземном трубопроводе предусматривают сооружение переходов (проходов) и переездов.

Технологии в строительстве[править | править вики-текст]

B надземных системах следует учитывать действия ветрового потока. Для предотвращения колебаний устанавливаются динамические гасители колебаний, гасители колебаний типа рассекателей ветрового потока, демпферы, в которых для рассеяния энергии колебаний используются трущиеся подпружиненные друг к другу поверхности (телескопически смещающиеся трубы). Динамические гасители и рассекатели устанавливаются на трубопроводах, высоко расположенных над поверхностью земли. Ha низко расположенных трубопроводах чаще используются устройства предотвращения колебаний в виде демпферов трения, которые размещают либо в пролётах трубопровода, либо на опорах. Ha магистральных надземных трубопроводах, пересекающих большие территории, устанавливают надземные переходы трубопроводные.[2]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 М. А. Мохов, Л. В. Игревский, Е. С. Новик. «Краткий электронный справочник по основным нефтегазовым терминам с системой перекрестных ссылок». — М.: Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина. 2004.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е. А. Козловского. 1984—1991.
  3. 1 2 3 4 И. П. Петров, В. В. Спиридонов. «Надземная прокладка трубопроводов». Изд-во «Недра». М.: 1965. Тираж 2475 экз. С. 447. Глава 5. Системы, применяемые при надземной прокладке трубопроводов. §1 Обзор построенных балочных систем надземных трубопроводов. Стр. 97-117.
  4. 1 2 3 4 И. П. Петров, В. В. Спиридонов. «Надземная прокладка трубопроводов». Изд-во «Недра». М.: 1965. Тираж 2475 экз. С. 447. Глава 5. Системы, применяемые при надземной прокладке трубопроводов. §2 Основные балочные системы, применяемые при надземной прокладке трубопроводов. Стр. 117-119.
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Висячие трубопроводы Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е. А. Козловского. 1984—1991.
  6. Надолго ли мост Акаси-Кайке останется самым длинным висячим?
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 «Металлические конструкции». В 3-х томах. Том 3. «Специальные конструкции и сооружения»: Учеб. для строит. вузов. Под редакцией д. т. н. профессора В. В. Горева. Издание второе, исправленное. М.: Высшая школа, 2002. — 544 с.: ил. ISBN 5-06-003787-8 (т.3); ISBN 5-06-003697-9. Глава 5 Трубопроводы. § 5.3 Конструирование и расчёт надземных трубопроводов. Стр. 75-82.

Литература[править | править вики-текст]

  • И. П. Петров, В. В. Спиридонов. «Надземная прокладка трубопроводов». Изд-во «Недра». М.: 1965. Тираж 2475 экз. С. 447.

Ссылки[править | править вики-текст]