СПОСОБ РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2002 года по МПК F16L1/28 

Изобретение относится к области ремонта всплывших и искривленных на плаву магистральных трубопроводов, транспортирующих преимущественно природный газ на обводненных и болотистых участках трассы, где отсутствует возможность отлива воды из зоны ремонта.

Традиционный способ ремонта всплывших участков состоит в балластировке их железобетонными утяжелителями и обваловании грунтом [Стрижков С.Н и др. Анализ способов текущего ремонта газопроводов в Западной Сибири // Транспорт и подземное хранение газа: Экспресс-информация/ВНИИЭГазпром, - М.: 1988. - Вып. 12. - С. 1-5].

Основные недостатки способа состоят в следующем:
- обваловка со временем размывается и газопровод оголяется;
- установка железобетонных утяжелителей вызывает затопление и фиксацию протяженного тела МТ на неровном дне траншеи с возникновением изгибно-напряженного состояния металла труб, что снижает эксплуатационную надежность способа;
- дороговизна железобетона и его низкая транспортабельность к отдаленным местам ремонта резко снижают экономичность способа.

Известен способ ремонта трубопроводов с помощью геотекстильных оболочек с грунтом [Стрижков С.Н. и др. Защита вышедших на поверхность трубопроводов геотекстильными оболочками с грунтом // Линейное трубопроводное строительство: Экспресс-информация / ВНИИПК Техоргнефтегазстрой, - М.: 1987. - Вып. 6. - С. 8-10].

В соответствии с данным способом готовят вдольтрассовый проезд, на грунт и трубопровод раскладывают полотна геотекстиля, затем обваловывают грунтом из канавы-резерва или привозным, обваловку покрывают другим полотном геотекстиля и соединяют его с нижним полотном, затем проводят обсыпку верхнего полотна растительным слоем. Геотекстильное полотно укрепляет откосы обваловки, защищает ее от размыва и повышает балластирующую способность насыпного грунта.

Недостатки способа состоят в следующем:
- осадка трубопровода под тяжестью насыпи происходит преимущественным образом на неровное дно и формирует, как и в вышеприведенном способе, изгибно-напряженное состояние МТ в вертикальном положении;
- данный способ не снижает уровень изгибающих моментов в горизонтальной плоскости, в результате чего эксплуатация МТ продолжается при повышенных напряжениях, что снижает прочностной ресурс МТ;
- способ не гарантирует устойчивость трубопровода в горизонтальной плоскости, особенно если под трубопроводом находится жидкая среда, а бермы траншеи удерживают грунт засыпки от осадки, что приводит к преимущественному погружению трубопровода с находящимся над ним балластом и возможному выходу трубопровода из-под насыпи при его горизонтальном смещении.

Наиболее близким к заявляемому способу, выбранным в качестве прототипа, является способ ремонта, изложенный в работе [Стрижков С.Н., Миронов В.В., Фомин В.П., Клюк Б.А. Балластировка и защита участков трубопроводов, находящихся в непроектном положении, грунтонаполняемыми геотекстильными конструкциями // Транспорт и подземное хранение газа: Экспресс-информация / ВНИИЭГазпром - М. : 1988. - Вып. 3. - С. 1-2]. Технология способа включает подготовку вдольтрассового проезда, отсыпку по обеим сторонам трубопровода первичных грунтовых валиков из местного грунта, укладку геотекстильного полотна между валиками и на трубу, засыпку минерального грунта на полотно, замыкания концов полотна в герметичную оболочку и отсыпку растительного слоя поверх полотна.

Недостатки данного способа ремонта состоят в следующем:
- местный грунт, используемый для валиков, обладает низкой несущей способностью, как и болотный грунт околотрубного пространства, поэтому устойчивость участка газопровода в горизонтальной плоскости будет пониженной, что может привести при поперечном перемещении участка трубопровода к его выходу из зацепления с утяжелителем и повторному всплытию трубопровода при эксплуатации;
- способ не позволяет снизить изгибно-напряженное состояние стенок труб в горизонтальной плоскости, которое будет сохраняться в период эксплуатации, ограничивая прочностной ресурс трубопровода;
- неконтролируемая осадка участка трубопровода при вертикальной нагрузке от утяжелителя формирует нерегулярное изгибно-напряженное состояние в вертикальной плоскости, которое в сочетании с изгибом в горизонтальной плоскости снижает эксплуатационную надежность всплывшего трубопровода.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности трубопровода путем снижения в нем напряжений изгиба и обеспечения продольной устойчивости.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе ремонта трубопровода с искривленной осью, включающем подготовку вдольтрассового проезда, отсыпку грунтовых валиков с обеих сторон трубопровода, укладку геотекстильных полотнищ между валиками и на поверхность трубопровода, засыпку балласта на полотнища, замыкание концов полотна между собой и отсыпку растительного слоя грунта поверх полотнищ, подготовку вдольтрассового проезда, располагаемого со стороны хорды, стягивающей ось трубопровода, перемещаемого в расчетное положение, совмещают с отсыпкой, послойным уплотнением грунтового валика между трубопроводом и проездом на расчетной длине с перемещением грунта под трубопровод, а отсыпку грунтового валика с противоположной стороны трубопровода осуществляют по мере достижения им расчетного положения, параметры которого устанавливают в соответствии с зависимостями: K = ε₂/ε₁, где L₁ - длина хорды искривленного участка до ремонта, м; L₂ - расчетная длина хорды после ремонта, м; К - коэффициент снижения деформаций, безразмерная величина; f₁ - максимальное отклонение оси трубопровода от стягивающей хорды до ремонта, м; f₂ - то же, после ремонта, м; ε₁ - максимальная деформация прогиба в трубопроводе до ремонта; ε₂ - то же, после ремонта.

Заявителю неизвестны из патентной и научно-технической информации признаки, обладающие новизной:
- совмещение подготовки вдольтрассового проезда с отсыпкой грунтового валика, его послойного уплотнения и перемещения грунта под трубопровод, что создает устойчивое грунтовое основание под трубопроводом;
- перемещение трубопровода с грунтом валика в поперечном направлении до заданного положения, обеспечивающего снижение параметров изгибно-напряженного состояния.

Последовательность способа представлена на чертежах. На фиг.1 показаны положения оси искривленного газопровода до (1) и после (2) ремонта, а также очертание вдольтрассового проезда (3). На фиг.2 показано промежуточное положение трубопровода 1, вдольтрассового проезда 2, валика засыпки 3 и обводненного торфа 4. На фиг.3 изображено поперечное сечение окончательного положения трубопровода 1, вдольтрассового проезда 2, валика засыпки 3, обводненного торфа 4, противоположного валика засыпки 5, балласта 6, заключенного в оболочку геотекстильного полотна 7 и растительного слоя 8.

Способ ремонта осуществляется в следующем порядке. На трассу привозят минеральный грунт (песок, суглинок) и отсыпают вдольтрассовый проезд 2, одновременно отсыпая валик 3. Проезд 2 и валик 3 послойно уплотняют путем проезда по ним гусеничной техники (например, бульдозера). Уплотняясь, валик 3 перемещается под трубопровод 1 и совместно с ним вправо (фиг.2). При этом обводненный торф 4 вытесняется из-под трубопровода 1. Как только трубопровод 1 из положения 1 переходит в расчетное положение 2 в любом из сечений (фиг. 1) начинают выполнять отсыпку валиков 5 вплотную к трубопроводу 1 с противоположной стороны, фиксируя его в расчетном положении 2 (фиг.1, 3). Затем трубопровод 1 и грунтовые валики 3 и 5 перекрывают полотном геотекстиля 7, насыпают на полотно грунт балласта 6, продольные кромки полотна заворачивают наверх и скрепляют вокруг балласта 6, создавая замкнутый грунтовый утяжелитель. На последнем этапе выполняют окончательную обсыпку полотна 7 растительным слоем грунта 8.

В результате осуществления данного способа обеспечивается устойчивое положение трубопровода, уровень напряженно-деформированного состояния снижается и удовлетворяет нормативным требованиям, что приводит к повышению эксплуатационной надежности искривленного участка трубопровода.

Подробнее заявленный способ ремонта рассмотрен на приведенном ниже примере.

Исходные данные: магистральный газопровод диаметром 1220x12 мм плавает в болоте на длине L₁=160 м (длина измерена по хорде, стягивающей криволинейную ось газопровода). Максимальное отклонение оси от хорды (стрела изгиба) f₁= 7,15 м. Материал трубы - сталь 17Г1С, предел текучести R₂ ^н=370 МПа. Параметры перекачиваемого газа при эксплуатации: давление Р=5,4 МПа, температурный перепад Δt = +20^°C. Максимальная деформация изгиба стенки трубы участка газопровода до ремонта -ε₁= 0,0067(0,67%), из них остаточная (невосстанавливаемая) деформация ε_ост = 0,47% и максимальная упругая деформация ε_упр = 0,2%. Необходимо выполнить ремонт участка с обеспечением условий прочности, деформаций и устойчивости по СНиП 2.05.06-85.

На первом этапе проводят обследование всплывшего газопровода, включающее определение состояния изоляции, диагностику сварных швов трубопровода и основного металла труб методами неразрушающего контроля, измерение прогибов оси трубопровода и определение параметров изгибно-напряженного состояния (кривизна оси, величина и распределение изгибающих моментов, напряжения и деформации в металле труб). На основании полученных данных выдают заключение о возможности проведения ремонта без вырезки трубы со сбросом недопустимых напряжений и деформаций путем поперечных подвижек трубопровода в процессе ремонта без изменения параметров перекачиваемого газа.

В результате обследования, диагностики и расчета изгибно-напряженного состояния получено, что дефектов изоляции и металла нет, но условия деформаций и устойчивости по СНиП 2.05.06-85 не соблюдаются.

Заявляемый способ ремонта осуществляют при условии обеспечения постоянства приращения длины искривленного участка, выражаемое зависимостью (см. Бородавкин П. П. , Синюков А.М. Прочность магистральных газопроводов / М.: Недра, 1984, с. 188):

откуда следует f₁ ²/L₁ = f₂ ²/L₂ (2).

Условие (2) означает, что разность приращения длины кривой относительно стягивающей ее хорды не меняется, если одновременно увеличивать стрелу изгиба и длину хорды.

С другой стороны, соблюдая условие (2) возможно сбросить часть упругих деформаций ε_упр до допустимого по СНиП 2.05.06-85 уровня ε_доп, при этом данный документ не берет в расчет величину остаточных деформаций ε_ост аналогично участкам трубопроводов упруго-пластического гнутья, выполненным на трубогибочных станках, когда величина ε_ост достигает 1,5 - 2,0%. В результате ремонта максимальная деформация изгиба ε₂ должна соответствовать условию ε₂-ε_ост≤ε_доп. (3)
Если аппроксимировать очертание оси плавающего участка в виде синусоиды со стрелой изгиба f

то максимальная кривизна в вершине кривой будет определяться второй производной функции (4), а именно

где ρ_min - минимальный радиус изгиба, м.

Соответствующая деформация ε_max определяется по формуле

Введем коэффициент снижения деформаций К, определяемый по формуле

Наша задача - добиться соотношения ε_max-ε_ост≤ε_доп.
С учетом выражения (6) коэффициент К примет вид:

Рассматривая совместно формулы (2) и (8), выразим зависимость параметров f₂, L₂ трубопровода от коэффициента К:

Величину ε_доп определим исходя из параметров перекачиваемого продукта - давления Р и температурного перепада Δt по формулам СНиП 2.05.06-85, разделы 8.26, 8.27 для сжатой зоны изгиба (ψ_з= 0,37):

где Е - модуль упругости, МПа;
α - коэффициент линейного расширения, 1/град;
m, К_н - коэффициенты условий работы и надежности.

Подставляя численные значения Е=2,06•10⁵ МПа; α = 0,12×10^-4 1/град; m= 0,9; К_н= 1,05 и исходные данные в (10), получим ε_доп= 8×10^-5= 0,08%. Далее определяем К по формуле (7) K = (0,47 + 0,08)/0,67 = 0,82 и по формуле (9) находим искомые параметры оси трубопровода

На основании полученных результатов с использованием формулы (4) определяют очертание оси трубопровода после ремонта.

Далее способ ремонта осуществляется следующим образом. Возводят вдольтрассовый проезд с внутренней стороны искривленного участка методом отсыпки насыпи. Очертания будущего положения оси отмечают с внешней стороны марками с шагом 20 м. При необходимости освобождают от торфа прилегающие плечи к трубопроводу (по 11 м с каждой стороны). При возведении проезда насыпают валики грунта из песка между проездом и трубопроводом, которые послойно уплотняют путем наезда на валики тяжелой гусеничной техники. Грунт при этом уходит под трубопровод, образуя под ним основание. Одновременно трубопровод перемещается в сторону внешней образующей до положения, отмеченного марками, затем насыпают валики из минерального грунта с внешней стороны вплотную к трубопроводу на уровне не ниже его боковой образующей. Засыпку проводят ковшовым экскаватором с уплотнением насыпаемых валиков. В соответствии с нормами безопасности, рабочие органы землеройных машин не приближаются к стенке трубы менее 0,5 м. После фиксации трубопровода в расчетном положении производят раскладку полотнищ геотекстильного материала на валики и трубопровод, засыпку грунта слоем толщиной не менее 0,8 м, сворачивание продольных кромок и их закрепление, например, методом сварки паяльной лампой. Поверх полотнищ насыпают растительный слой торфа.

В результате осуществления способа газопровод приобретает устойчивое положение в насыпи, а его напряженно-деформированное состояние удовлетворяет требованиям СНиП 2.05.06-85.

Изобретение относится к строительству и используется при ремонте всплывших и искривленных на плаву магистральных трубопроводов. Подготавливают вдольтрассовый проезд, отсыпают грунтовые валики с обеих сторон трубопровода, укладывают геотекстильные полотнища между валиками с перекрытием трубопровода, засыпают балласт на полотнища, их концы замыкают между собой и отсыпают растительный слой грунта поверх полотнищ. Подготовку вдольтрассового проезда, располагаемого со стороны хорды, стягивающей ось искривленного трубопровода и перемещаемого в расчетное положение, совмещают с отсыпкой, послойным уплотнением грунтового валика между трубопроводом и проездом на расчетной длине с перемещением грунта под трубопровод, а отсыпку грунтового валика с противоположной стороны трубопровода осуществляют по мере достижения им расчетного положения. Повышает надежность трубопровода. 3 ил.

Способ ремонта трубопровода с искривленной осью, включающий подготовку вдольтрассового проезда, отсыпку грунтовых валиков с обеих сторон трубопровода, укладку геотекстильных полотнищ между валиками и на поверхность трубопровода, засыпку балласта на полотнища, замыкание концов полотнища между собой и отсыпку растительного слоя грунта поверх полотнищ, отличающийся тем, что подготовку вдольтрассового проезда, располагаемого со стороны хорды, стягивающей ось трубопровода, перемещаемого в расчетное положение, совмещают с отсыпкой, послойным уплотнением грунтового валика между трубопроводом и проездом на расчетной длине с перемещением грунта под трубопровод, а отсыпку грунтового валика с противоположной стороны трубопровода осуществляют по мере достижения им расчетного положения, параметры которого устанавливают в соответствии с зависимостями



где L₁ - длина хорды искривленного участка до ремонта, м;
L₂ - расчетная длина хорды после ремонта, м;
К - коэффициент снижения деформаций, безразмерная величина;
f₁ - максимальное отклонение оси трубопровода от стягивающей хорды до ремонта, м;
f₂ - то же, после ремонта, м;
ε₁ - максимальная деформация прогиба в трубопроводе до ремонта;
ε₂ - то же, после ремонта.