БЕЗОПАСНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИС. Общество с ограннниченной ответственностью тюменский институт инженерных систем инновация Д. В. Новицкий, С. В. Кузьмин, В. В. Иванов
 Скачать 4.13 Mb.
|
|
ГЛАВА II. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РЕМОНТА И РЕКОНСТРУКЦИИПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ 2.1. Основные положения формирования безопасного уровня эксплуатации подводных переходов магистральных нефтепроводов Техническое состояние подводного перехода магистрального нефте- провода определяется по результатам внутритрубной диагностики, обсле- дования планово - высотного положения, берегоукрепления, гидрологиче- ских характеристик водотока и сопоставлению фактического состояния подводного перехода с нормативными и проектными показателями, а так- же с показателями состояния предыдущих 3–х обследований. Основными факторами, определяющими техническое состоя- ние перехода, являются: − наличие дефектов, подлежащих ремонту (ДПР), и первоочеред- ного ремонта (ПОР); − величина и соответствие нормативным требованиям и проекту заглубления нефтепровода в русле и береговой части водной преграды, наличие и протяженность оголений и провисов тру- бопровода; − состояние антикоррозионной изоляции и балластировки; − состояние берегоукрепления; − состояние информационных и береговых знаков; − состояние опорной планово - высотной топографической осно- вы. Установлены следующие виды обследования подводных переходов магистральных нефтепроводов: периодическое частичное, периодическое полное, обследование в период строительства и ремонта. При периодическом частичном обследовании выполняются следую- щие работы: − определение состояния береговых участков, берегоукреплений, информационных знаков, реперов и маркерных пунктов; − организация водомерного поста; − определение планово - высотного положения трубопровода; − выявление участков с недостаточным заглублением, оголений и провисов, уточнение их размеров, нанесение на профиль пере- хода; − камеральная обработка результатов полевых изысканий частич- ного обследования и подготовка отчета. 17 При периодическом полном обследовании выполняются все работы, предусмотренные периодическим частичным обследованием, и дополни- тельные работы: − гидрографическая съемка дна водоёма; − гидрологические измерения водотока; − камеральная обработка результатов полевых изысканий полного обследования. При решении вопроса о выводе подводного перехода магистрального нефтепровода в ремонт основными определяющими факторами, по дан- ным диагностики, являются: состояние подводного перехода, объем ре- монтных работ, конструктивно - технологические особенности перехода, затраты на восстановление, потери от простоя в период восстановления, сроки службы отремонтированных конструктивных элементов. Для каждого комплекса установленных условий восстановительных работ указываются наиболее приемлемые технологические процессы. В соответствии с заданными требованиями на восстановительные работы могут быть определены и оптимальные организационные формы их вы- полнения. Оптимальный вариант должен отражать конкретные условия, в которых он принимается, и обеспечивать объективное решение рассматри- ваемой проблемы с точки зрения эффективности эксплуатации. Поэтому можно сказать, что целесообразность принятия того или иного решения определяется на основе сравнения и количественной оценки критериев, определяющих: − техническое состояние перехода; − конструктивные параметры перехода; − условия эксплуатации; − последствия отказа перехода; − последствия вывода перехода в ремонт. Техническое состояние перехода может быть определено следующим образом: − исправное состояние; − неисправное состояние; − критическое состояние. При исправном состоянии подводного перехода магистрального нефтепровода полностью отсутствуют дефекты ДПР, величина заглубле- ния нефтепровода, а также состояние берегоукрепления – соответствуют рабочему проекту и нормативной документации. Неисправное состояние подводного перехода предполагает наличие более одного дефекта ДПР, причем полностью исключает наличие дефек- тов ПОР. Величина заглубления нефтепровода определяется согласно [105, приложение 2], причем допускаются разрушения берегоукрепления (отсут- 18 ствие отдельных плит, наличие промоин и т.д.) без оголения подводного нефтепровода. При определении критического состояния подводного перехода обна- руживаются дефекты ПОР, а также провис подводного нефтепровода более 20 условных диаметров трубопровода. Наблюдаются разрушения берего- укрепления с оголением нефтепровода, а также полностью отсутствуют все информационные и береговые знаки. При выявлении неисправного или критического технического состоя- ния подводного перехода должны быть приняты меры по восстановлению исправного состояния. Наиболее детальную картину могут дать характерные предельные со- стояния подводного перехода, ограничивающие возможность нормальной эксплуатации : − определяемые несущей способностью из условия прочности; − обусловленные наибольшей деформацией прогибами при стати- ческих нагрузках, колебаниями при динамических; − характеризуемые максимально допустимыми местными повре- ждениями. Возможно сочетание нескольких предельных состояний. Для принятия решений о степени опасности состояния рассматриваемого подводного пе- рехода и определения целесообразности проведения ремонтно- восстановительных работ должны быть обобщены материалы, определя- ющие проектные, строительные, эксплуатационные параметры подводного перехода, данные диагностического обследования и их интерпретации, а также параметры возможного технико-экономического риска, характери- зуемого совокупной оценкой ущерба, потерь и затрат, обусловленные про- ведением плановых и аварийно-восстановительных работ на переходе, из- менением производительности и объемов поставки продукта, а также тех- ногенным воздействием на окружающую среду (рис. 1.1). Технико-экономическое обоснование видов и объемов ремонта долж- но осуществляться в соответствии с утвержденными технологическими схемами производства ремонтных работ, с учетом наличия опасных и по- тенциально опасных дефектов и плотности распределения дефектов по длине трубопровода, а также технологии производства работ и области применения каждого метода индивидуально для каждого подводного пере- хода магистрального нефтепровода. 19 Ри с. 2. 1. С хе ма в ы бо ра м ет од а ре мо нт а под вод но го п ере ход а 20 Технологическое направление повышения или поддержания надежно- сти объекта осуществляется в виде аварийно - восстановительного ремон- та, капитального ремонта или реконструкцией. Аварийно- восстановительный ремонт производится по факту возникновения нерабо- тоспособного состояния подводного перехода, а его объемы определяются характером повреждения. Капитальный ремонт осуществляется в плановом порядке с целью восстановления проектных характеристик эксплуатируемого подводного перехода магистрального нефтепровода. По характеру выполняемых работ капитальный ремонт может быть связан с ремонтом собственно нефтепровода, а именно: заменой старой и дефектной изоляции, восстановление стенки трубы и восстановление гео- метрии трубы и т.д. Реконструкция подводного перехода связана с заменой участка или всего подводного перехода. Сравнительная оценка надежности работы ре- конструированных подводных переходов выполнена в работе [38], в кото- рой за отказ подводного перехода принимали событие, приводящее к нарушению герметичности трубопровода. При анализе рассматривали сле- дующие конструктивные решения: двухниточная однотрубная конструк- ция трубопроводов проложена параллельно на расстоянии 50 м одна от другой; конструкция трубопровода "труба в трубе" c заменяемой ремонт- ной трубой; переход, сооружаемый методом наклонного -направленного бурения и прокладкой трубопровода в тоннеле c заменяемой ремонтной трубой (рис. 1.2). Планирование выборочного или капитального ремонта и реконструк- ции подводного перехода магистрального нефтепровода, по данным диа- гностических обследований, производится на основе оценки его эффек- тивности. Показатель, характеризующий эффективность капитального ре- монта при существующих условиях и ограничениях, определен Кедой О.В. [33] при использовании динамического характера постановки задачи. 21 Для оценки эффективности капитального ремонта подводного пере- хода в динамической постановке задачи используется функционал: ∑ ∑ + = ав с дн У З З , (2.1) где: ∑ с З - суммарные затраты на проведение ремонтов в рассматривае- мый период. ∑ ав У - величина вероятного ущерба от аварии в межремонтный пе- риод за рассматриваемый промежуток времени (период планирования). 22 Суммарные затраты на ремонт подводного перехода магистрального нефтепровода в рассматриваемый период времени определяются выраже- нием: ∑ ∑ = = N i ci с З З 1 , (2.2) где: N - число ремонтов, проводимых на рассматриваемом временном ин- тервале; ci З - суммарные затраты на проведение каждого ремонта. В общем случае модель оценки ущерба от вероятных в межремонтный период аварий и последствий отказов может быть представлена в виде: ( ) 3 2 1 , , П П П F У abi = , (2.3) где: abi У - размер ущерба; 1 П - параметр, характеризующий ущерб от простоя данного участка магистрального нефтепровода; 2 П - параметр, определяющий затраты на аварийно- восстановительные работы; 3 П - параметр, характеризующий степень экологического ущерба от аварии. Анализ практики проведения аварийно-восстановительных мероприя- тий на подводных переходах магистральных нефтепроводов показывает, что функционал (2.3) может быть представлен в виде: эк ар пр abi З З З У + + = , (2.4) где: пр З - экономический ущерб от простоя; ар З - затраты на аварийно-восстановительные работы; эк З - штрафы на экологический ущерб от аварии. Затраты на аварийно-восстановительные работы определяются выра- жением: рл г сг сг ab ар ар С V З З L З З ⋅ = + ⋅ = , (2.5) где: ар З - удельные затраты на восстановление для конкретного перехода; ab L - объем ремонто - восстановительных работ для конкретного пере- хода. 23 В качестве рационального определяется тот вариант из множества альтернативных планов вывода подводного перехода в ремонт, для которо- го суммарные затраты на проведение запланированных ремонтов и устра- нение возможных аварий минимальны. 2.2. Оценка технологических схем капитального ремонта подводного перехода Для правильного выбора технологии проведения капитального ре- монта необходимо определиться со наиболее приемлемым в данном конкретном случае способом и методом производства работ. К способам прокладки относятся траншейный (открытый) способ, бестраншейный и внутритрубный способ проведения ремонта. В каждом способе проведе- ния ремонтных работ выделяют несколько методов ремонта или техно- логий. Капитальный ремонт подводного перехода при полной или ча- стичной замене трубы соответствует технологической схеме строитель- ства нового подводного перехода и осуществляется в основном по суще- ствующим нормативным документам на строительство и эксплуатацию магистральных трубопроводов и подводных переходов. Исходя из традиционной технологии различают группу методов, ис- пользующих открытый (траншейный) способ прокладки новой нитки тру- бопровода или ремонта участка перехода, в частности: – засыпка размытых участков; – управление русловыми процессами; – подсадка подводных трубопроводов; – берегоукрепительные работы; – выборочный ремонт подводных трубопроводов; – ремонт с использованием полукессона или котлована; – ремонт с подъемом трубопровода на поверхность; – восстановление трубопровода с использованием «мокрой» свар- ки; – ремонт с помощью полимерных клеев. Наиболее распространенные традиционные способы ремонта подводных переходов наряду с их достоинствами имеют ряд существенных недостатков. И в полной мере не отвечают современным требованиям: необходимому уровню конструктивной надежности и защите окружающей среды. Основными недостатками традиционных методов ремонта и замены участка подводного перехода являются большой объем земляных и водолазных работ, а также необходимость громоздких, утяжеляющих пригрузов или других средств, удерживающих трубопровод в проектном положении. С учетом всех этих факторов и одной из основных и все более актуальных задач, стоящих перед ПАО 24 «Транснефть», в последние 10 лет формируется задача создания новых методов бестраншейной прокладки, обеспечивающих наименьшее нарушение окружающей среды, снижение трудоемкости работ, сокращение сроков их выполнения. К таким относятся методы: – наклонно – направленное бурение; – микротоннелирование. А также методы внутритрубного ремонта подводного перехода: – метод нанесения полимерного покрытия; – метод «труба в трубе». 2.2.1. Методы ремонта традиционным способом 1. «Засыпка размытых участков». Для ликвидации размывов подводные трубопроводы дополнительно заглубляют в дно водоемов, а в береговой зоне предусматривают специ- альные виды крепления. Необходимость засыпки определяется плановыми очертаниями реки и ее размерами. При малых глубинах и ширине реки она нередко вызывает подпор воды в верхнем бьефе и быстроток в нижнем. Как показывает опыт капитального ремонта подводных трубопроводов, на многониточных переходах через реки Западной Сибири засыпка на одном трубопроводе может привести к возникновению планово - высотных де- формаций на другом. По этой причине на малых реках меандрирующего типа защита трубопровода засыпкой не всегда оправдана. Для засыпки применяют рваный несортированный камень прочных пород и известня- ков, песчаники нелещадной формы, сланцы. В таких отсыпках под водой допускается уменьшение проектной крутизны откосов с внешней стороны до 7%, а с тыловой – до 5%. 2. «Управление русловыми процессами». Управление русловыми процессами – это переформирование дна во- доема с использованием энергии потока, направленного на поддержание толщины слоя грунта над трубопроводом, достаточного для обеспечения защиты его в соответствии с требованиями строительных норм и правил. Если в процессе эксплуатации подводного перехода появляются зоны раз- мыва дна, то проводят гидрологические исследования руслового процесса на участке пересечения водотока и разрабатывают проект по стабилизации дна водоема. В качестве защитных сооружений против размыва русел во- дотоков можно использовать струенаправительные дамбы, полузапруды, шпоры, берегоукрепительные сооружения. 3. «Подсадка подводных трубопроводов». Для подсадки трубопроводов ниже фактического положения на ре- ках большой протяженности применяют трубозаглубители. Их использо- вание наиболее эффективно при заглублении трубопроводов, не имеющих 25 балластных грузов. По силовому воздействию рабочего органа на грунто- вый массив трубозаглубители подразделяют на гидравлические, механиче- ские, гидромеханические и гидрофлюидизационные. Заглубление трубо- провода можно выполнять разными способами: поэтапно без разрезки тру- бопровода, а также послойно и поэтапно с разрезкой трубопровода на бе- регу. В первом случае на участке определенной длины производят полное заглубление трубопровода на заданную глубину, после чего заглубитель перемещают на новый участок; во втором – трубозаглубитель при каждом проходе снимает определенный слой грунта по всему участку, а трубопро- вод, постепенно погружаясь, занимает заданное положение; в третьем (в отличие от первого) можно сократить объем земляных работ за счет созда- ния на берегу криволинейного участка. 4. «Берегоукрепительные работы». Защита дна и берегов от размыва зависит от характера реки и скоро- сти течения. Опыт эксплуатации подводных переходов показывает, что во многих случаях набегающие волны причиняют береговым участкам суще- ственные повреждения, поэтому важен правильный выбор крупности ще- беночных или галечниковых частиц для обратного фильтра по условиям предупреждения их выноса через пустоты. Устройство берегоукрепитель- ных работ рекомендуется выполнять с использованием синтетических не- тканых материалов, укладываемых в виде подстилочных слоев, засыпае- мых не размываемыми грунтами, отсыпками из щебня или укладкой желе- зобетонных плит. 5. «Выборочный ремонт подводных трубопроводов». В зависимости от условий ремонтные работы проводятся с плав- средств, со льда или непосредственно под водой. На подводных переходах предусмотрены методы постоянного и временного ремонта труб с дефек- тами. В качестве методов постоянного ремонта применяется шлифовка, за- варка, установка не приварных ремонтных муфт с композитным заполни- телем, вырезка катушки и полная замена дефектного участка. В исключи- тельных случаях при невозможности применения метода постоянного ре- монта выполняется временный ремонт с установкой приварной муфты на срок до одного года. С целью обеспечения условий для проведения капитального ремонта в пойменной части подводного перехода была разработана в АО «Трест Подводтрубопровод» (г. Киев) специальная передвижная камера «РГПК». С использованием камеры можно проводить обследование и ремонт изо- ляционного покрытия, а также выполнять выборочный ремонт дефектов. В соответствии со стратегией технического обслуживания и ремонта магистральных нефтепроводов в ОАО «Сибнефтепровод» широко приме- няются эффективные методы выборочного ремонта участков нефтепрово- 26 дов с опасными и потенциально опасными дефектами, выявленными при обследовании внутритрубными инспекционными снарядами. Анализ мировой практики ремонта подводных трубопроводов без подъема на поверхность воды показал, что наиболее доступным способом ремонта является установка на дефектный участок не сварного герметизи- рующего хомута, части которого стягиваются вокруг трубы с помощью за- тяжных болтов. Учитывая тот фактор, что кольцевые усилия, возникающие при стягивании хомута, прикладываются к стенке трубы через упругие прокладки, такой хомут нельзя рассматривать как усиливающий, а только как временную меру, препятствующую попаданию нефти в окружающую среду в случае разрыва трубы в месте дефекта. Выборочный ремонт дефектных участков также выполняется с ис- пользованием герметичной камеры, которая устанавливается на участок размытого трубопровода, поворачивается вокруг трубы и герметизируется в месте стыковки с трубопроводом, а затем из камеры откачивается вода, и работы выполняются насухо. Камера обеспечивает выполнение ремонтных работ на участке нефтепровода длиной до 2 м. Внутри камеры сварочно - монтажные работы выполняются по регламентированной технологии, с использованием имеющихся в распоряжении технических средств, матери- алов и инструментов. 6. «Ремонт с использованием полукессона или котлована» При глубине водоема до 1 м применяется технологическая схема с установкой полукессонной камеры. В данной схеме выполняемые работы производятся по традиционной технологии ремонта линейной части. В зимнее время особенно в районах Западной Сибири, котлован вы- полняется методом вымораживания с использованием термосифонов. Под- водная часть такого термосифона является испарителем, а надводная – оребренным конденсатором. При определении числа термосифонов учи- тывают температуру воды и окружающей среды. Данный метод применим только в тех случаях, когда скорость производства работ не является суще- ственной. 7. «Восстановление трубопроводов с использованием сварки» Подводный трубопровод ремонтируют также с помощью «мокрой» сварки непосредственно в водной среде или среде инертного газа, создава- емой в камерах или кессонах. Сварка в водной среде выполняется с ис- пользованием полуавтомата «Нептун», созданного в Институте электро- сварки им. Патона Е.О. Опыт ликвидации аварий с применением подвод- ной «мокрой» сварки показал, что даже при удовлетворительных физико - механических свойствах основного металла трубы накладки из - за сварно- го шва определяются как временная мера. На качество сварочных работ, выполняемых под водой, влияет пло- хая видимость, которая зависит от мутности рек. Поэтому при восстанов- 27 лении подводных трубопроводов сварка в водной среде не находит широ- кого применения, особенно в условиях Западной Сибири. Проведение сварочно–монтажных работ «мокрой» сваркой выполня- ется на подводных переходах также с использованием устройства «Гидро- вэлд» (США), которое представляет собой сухую камеру, заполненную инертной газовой смесью. Инертный газ поступает в камеру через диффу- зор гибкого рукава и прокачивается через нее, не влияя на характеристику сварочной дуги и препятствуя проникновению воды. Накопившиеся газы через обратный клапан удаляются из камеры за счет избыточного давле- ния. Достигнуть высокой надежности сварных соединений можно в под- водной камере с шахтным колодцем или кессоне. Шахтный колодец представляет собой металлическую герметичную камеру. К камере крепятся трубчатый колодец с вентиляционной системой, а также откидные рамы для установки балластных контейнеров. Уплотне- ние трубы и шахтного колодца достигается при помощи двух полуколец из листового металла, вкладываемых в обойму с обеих сторон камеры. Рабо- ты с использованием колодца выполняются при глубине до 10 м и скоро- сти течения до 1 м/с, а также волнении до 3 баллов. Кессон обычно выполняют с открытым проемом на дне, через кото- рый вода вытесняется сжатым воздухом или инертным газом, компенси- рующим давление окружающей воды. Расчетом проверяют возможность использования трубопровода в за- висимости от длины размытого участка в качестве несущего элемента, препятствующего всплытию кессона. 8. «Ремонт с подъемом трубопровода на поверхность» Ремонт, связанный с вырезкой поврежденного участка или с выбо- рочным ремонтом, производится с подъемом трубопровода на поверхность воды или льда. В летний период подъем осуществляется с помощью пла- вучих портальных опор, площадок и камеры. Плавучие портальные опоры конструкции «Гипроречтранса» предна- значены для резки, центровки и сварки катушки, устанавливаемой взамен поврежденного участка в камере. Камеры монтируются на четырех уни- версальных понтонах УП – 4, соединенных между собой рамой. На опорах устанавливают грузоподъемные лебедки с тяговым усилием 70 кН и четы- ре папильонажные лебедки с тяговым усилием 15 – 30 кН. Для проведения сварочных и изоляционных работ на трубопроводах любых диметров при скорости течения 0,7 м/с и волнении до 1 балла ис- пользуют специальную камеру. В зимнее время для подъема трубопровода опорные точки с блоками и лебедками устанавливают на льду. При выборе расстояния от края май- 28 ны до места монтажа точки опоры учитывают длительность стояния на льду. Усилия, возникающие в трубопроводе, рассчитывают по формулам для многопролетной балки с опорами в местах закрепления оттяжек. Для уменьшения массы трубопровода при укладке его способами свободного погружения или с плавучих опор и придания ему необходимой расчетной плавучести используют разгружающие понтоны грузоподъем- ностью 15, 30, 100 и 120 кН. Число понтонов и расстояние между ними подбирают с таким расчетом, чтобы течение не сносило погружаемый тру- бопровод со створа укладки. При выборе расстояния между понтонами в том случае, если трубопровод укладывают с опор, учитывают, что местные напряжения от воздействия подъемной силы понтона не должно превы- шать 5 %, от максимальных изгибающих напряжений в трубопроводе. 9. «Ремонт с помощью полимерных клеев под водой» Дефекты под водой ликвидируют путем намотки стеклопластика на место повреждения изоляции с использованием хомутов, стеклопластико- вых пластырей, а также путем установки на трубу заливочных муфт. Наибольшее распространение при ликвидации аварий получили акрилат- ные, полиэфирные, эпоксидные клеевые композиции. Эффект подводного склеивания достигнут благодаря созданию реак- ционноспособных поверхностно – активных веществ, позволяющих управ- лять процессами смачиваемости подложки и клея, снижения внутренних напряжений в адгезионном слое за счет образования межмолекулярных сшивок со скоростью, сопоставимой со скоростью релаксации напряже- ний. Время полимеризации клеев зависит от температуры окружающей среды и соотношения вводимых компонентов. Жизнеспособность клеев характеризуется значительным индукционным периодом, в течение кото- рого вязкость практически не изменяется. Эту особенность используют при нанесении клея на поверхность поврежденного трубопровода под во- дой, а также при формировании на нем стеклопластиковых покрытий. Надежность и долговечность клеевых соединений зависят от изме- нения их прочностных свойств при статических и динамических нагрузках. При эксплуатации существенное влияние на них оказывают остаточные напряжения и релаксационные процессы в клеевом соединении, которые необходимо учитывать при прогнозировании поведения клеевого шва. 10. «Ремонт системой трехступенчатой антикоррозионной защиты изоляции трубопроводов Sea Shield 2000 HD» Также дефекты изоляционного покрытия трубопровода возможно устранить при помощи технологии антикоррозионной системы защиты изоляции трубопроводов Sea Shield 2000 HD, производства Великобрита- нии. Технологии Sea Shield 2000 HD прошла аттестацию во «ВНИИГАЗ» и 29 ОАО «ВНИИСТ» и допущена к применению в России Ростехнадзором, входит в реестр материалов, применяемых на объектах ПАО «Транс- нефть». Трёхступенчатая технология антикоррозийной защиты и включает в себя грунтовку-праймер, петролатумную ленту и защитный кожух. Систе- ма блокирует доступ кислорода и воды к металлу, предотвращая развитие коррозионных процессов. Перед нанесением защитного покрытия поверхность должна быть очищена от продуктов коррозии, старой изоляции и других видов загряз- нений. Не позднее 24 часов после очистки наружной поверхности трубо- провода необходимо нанести праймер Prempaste S105. Праймер наносится щёткой, валиком или любым х/б материалом. Следующим этапом наносит- ся армированная петролатумная лента. Лента наносится по технологии 55 % нахлёста, что позволяет создать 2 слоя покрытия за один раз. Лента и праймер не полимеризуются в течение всего срока эксплуатации, вслед- ствие чего водолазы имеют достаточно времени на монтаж изоляции. Заключительным этапом устанавливается защитный кожух, который крепится в раскрытом виде на трубу болтовыми соединениями. Внешнее покрытие плотно прилегает к петролатумному, исключая движение воды внутри кожуха, особенно в зонах переменного смачивания, что может при- вести к восполнению кислорода, коррозионных агентов, сульфатовосста- навливающих бактерий и речных организмов. Данный метод имеет ряд основных преимуществ по сравнению с другими методами, например, такие как, быстрота и легкость установки конструкции, безопасность для окружающей среды, возможность нанесе- ния под водой и эффективная долгосрочная защита от коррозии. Применение антикоррозионной защитыSea Shield 2000 HD в России позволит решить проблему восстановления изоляции и защиты от корро- зии подводных переходов трубопроводов различных назначений. 2.2.2. Методы ремонта бестраншейным способом 1. «Наклонно – направленное бурение» Метод строительства магистральных трубопроводов, отвечающий современным требованиям (ISO 9001) был разработан и внедрен в США. Основателем метода является американский инженер Мартин Черрингтон. Сущность метода заключается в том, что по створу перехода под руслом реки пробуривается скважина, по которой с берега на берег протаскивается трубопровод. В 1996 г. методом ННБ в ПАО «Транснефть» был построен переход через р. Корженец длиной более 400 м и диаметрам 1020 мм. Строительство подводных переходов трубопроводов способом ННБ, в зависимости от характеристики водных преград типа используемых 30 буровых установок, технологии бурения, конструктивных параметров бурового оборудования и протаскиваемого трубопровода осуществляется по различным технологическим схемам, имеющим определенные различия. Общим для всех технологических схем является: − бурение пилотной скважины; − расширение скважины в один или несколько приемов в различных направлениях – прямом и обратном; − протаскивание трубопровода в разработанную скважину. Для проектирования и строительства подводных переходов методом ННБ необходимо комплексное изучение природных условий района строительства с целью получения необходимых и достаточных материалов. Буровое оборудование выбирают исходя из условий обеспечения проходки пилотной скважины и ее расширения в различных (в том числе скальных) грунтах; возможности многократного использования бурового раствора за счет его очистки и регенерации; использования оборудования, допускающего его безаварийную эксплуатацию и открытое хранение на площадках в конкретных климатических условиях. Подводные переходы, построенные методом ННБ, имеют срок эксплуатации до 70 лет. 2. «Микротоннелирование» Микротоннелирование – второй по распространенности метод бестраншейного строительства трубопроводов. Этот метод основан на строительстве тоннеля с помощью дистанционно управляемого проходческого щита. Построенный таким образом тоннель можно эксплуатировать в качестве прокладки стального трубопровода, транспортирующий нефть или любой другой продукт. Проходческий щит работает из заранее подготовленной стартовой шахты в заданном прямолинейном или криволинейном направлении. Микротоннельные машины в основном применяются при строительстве коротких (100 – 300 м) тоннелей, однако в практике строительства подводных переходов различных трубопроводов были реализованы проекты, где длина тоннеля составляла около 3000 м. Основной параметр в тоннелестроении – это диаметр. Современные производители предлагают установки диаметром от 200 мм до 14 м. При использовании микротоннелирования необходимо учитывать инженерно-геологические и гидрологические условия. В случае каких- либо отклонений, прерывности геологических слоев, наличия скал или большого скопления щебня необходимо выполнить дополнительное разведочное бурение для применения данного метода ремонта подводного перехода. 31 3. «Метод кривых» «Метод кривых» это новая инновационная технология строительства подводных переходов способом прокладки магистрального трубопровода в скважине горизонтального направленного бурения с использованием стальных труб диаметром от 600 мм до 1420 мм, имеющих угол изгиба от 2 до 9 градусов. «Метод кривых» разработал и запатентовал ООО «Подзембурстрой». Первая прокладка данным методом состоялась при строительстве подводного перехода на реке Малая Сосьва, 110 километр магистрального газопровода Игрим-Серов. Технология применима для прокладки трубопроводов любого назначения «Метод кривых» - это бестраншейный способ сооружения подводного перехода трубопровода, сущность которого заключается в одновременном бурении скважины с помощью специального микротоннельного комплекса и проталкивании последовательно наращиваемых изогнутых труб (отводов холодного гнутья). Специальный микротоннельный комплекс включает в себя буровую голову с хвостовиком, с встроенной системой проводной навигации с гироскопической системой стабилизации и оборудованием. Уникальность технологической новинки заключается в том, что на практике данная технология позволяет существенно сократить сроки и в несколько раз снизить стоимость выполнения работ за счет уменьшения длины перехода. Основным преимуществом данного метода является сохранение русла реки, дна и береговой зоны при значительном сокращении протяженности подводного перехода. При всех очевидных достоинствах данного метода существуют огра- ничения возможности применения «Метода кривых», а именно: – неблагоприятные условия проходки в грунтах с включением ва- лунов и булыжника, фрагментов искусственного происхождения (обломки железобетонных плит, отходы металлургического произ- водства и т.п.); – неустойчивые площадки (карст, оползни, подрабатываемые тер- ритории); – протяженность скважины подводного перехода трубопровода не более 350 м. 2.2.3. Методы внутритрубного ремонта 1. «Ремонт методом экструдирования» Ремонт подводного перехода осуществляется внутритрубным ре- монтным комплексом, который наносит на внутреннюю поверхность тру- бопровода полимерный материал. Ремонтный комплекс состоит из техно- логически взаимодействующих модулей, позволяющих производить обра- 32 ботку внутренней полости трубопровода, принимать и перерабатывать по- лимерный материал, а также выравнивать поверхность нанесенного слоя. В качестве полимерного материала используют полиэтилен. Темпе- ратура нагрева полиэтилена низкого давления при формообразовании со- ставляет 250 0 С. Скорость передвижения внутритрубного ремонтного ком- плекса в зависимости от диаметра трубопровода составляет около 0,3 км/ч. Полиэтилен наносится на внутреннюю полость трубопровода толщиной до 10 мм. 2. «Ремонт методом «труба в трубе»» Капитальный ремонт подводного перехода магистрального нефте- провода методом «труба в трубе» основан на двутрубной конструкции, со- стоящей из ремонтируемого (кожуха) и ремонтного трубопроводов мень- шего диаметра. В бывшем СССР впервые двутрубная конструкция трубопровода по- явилась в 1930 г., она была разработана институтом «Гипроспецгаз» при строительстве продуктопровода через р. Неву. При использовании метода «труба в трубе» расчетные характеристи- ки обусловлены длиной пойменной части, устойчивостью участка трубо- провода и его упруго-напряженным состоянием. Возможность выполнения капитального ремонта методом «труба в трубе» определяется следующими условиями: − допустимое изменение режимов перекачки. К изменениям режи- мов перекачки относится уменьшение пропускной способности ремонтного трубопровода по отношению к ремонтируемому, а также падение напора; − отсутствие на ремонтируемом трубопроводе искусственно гнутых вставок. К искусственно гнутым вставкам следует относить участ- ки ремонтируемого трубопровода с радиусом изгиба меньшим ли- бо равным радиусу упругого изгиба ремонтного трубопровода. При наличии вставок заводского гнутья в пойменной части произ- водится их демонтаж. − отсутствие дефектов геометрии тела трубы, препятствующих про- хождению ремонтной трубы внутри ремонтируемой. Падение производительности подводного перехода при выполнении ремонта методом «труба в трубе» рассчитывается по формуле 2.6: ( ) − Ω + − = −m B L X Q 2 1 1 1 1 100 δ , (2.6) где Х В – длина ремонтного трубопровода [м]; L – расстояние между насосными станциями [м]; m – показатель режима движения жидкости; 33 m 5 В Н Д Д − = Ω (2.7) Д Н – диаметр ремонтируемого трубопровода (мм); Д В – диаметр ремонтного трубопровода (мм). Относительное падение напора в ремонтном трубопроводе рассчи- тывают согласно формуле 2.8: ( ) L X h B 1 100 − Ω = δ (2.8) В настоящее время проводятся экспериментальные исследования данно- го метода капитального ремонта, а также разработка его основных тех- нологических решений [24, 25, 46, 88, 113]. 34 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ К ГЛАВЕ II 1. Перечислите основные факторы, определяющие техническое со- стояние подводного перехода. 2. Какие существуют виды обследования подводных переходов ма- гистральных нефтепроводов? 3. При каком обследовании выполняется гидрографическая съемка русла? 4. Перечислите критерии, определяющие необходимость восстанови- тельных работ. 5. Сформулируйте перечень основных характеристик подводного пе- рехода в исправном, неисправном и критическом техническом состоянии. 6. Какие принципиальные различия аварийно-восстановительного ремонта, капитального ремонта и реконструкции? 7. Какова вероятность безаварийной работы при реконструкции тра- диционным способом и ННБ? 8. Как определяется и от каких факторов зависит оценка эффектив- ности капитального ремонта подводного перехода? 9. Перечислите способы ремонта подводного перехода. Каковы их достоинства и недостатки. 10. Перечислите методы траншейного и бестраншейного способов ремонта. 11. Перечислите способы внутритрубного ремонта подводного пере- хода. 12. Назовите краткую характеристику технологии ремонта с приме- нением сварки, полимерных клеев и антикоррозионной защиты. Сходства и отличия. 13. Каковы конструктивные особенности метода ННБ и микротонне- лирования? 14. Перечислите достоинства и недостатки инновационного метода строительства трубопровода - «Метод кривых». 15. Опишите принцип ремонта методом экструдирования. 16. Перечислите критерии, определяющие возможность выполнения ремонта методом «труба в трубе». 35 |