СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА НА ЗАБОЛОЧЕННОЙ МЕСТНОСТИ Российский патент 2002 года по МПК F16L1/28 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении трубопроводов в районах распространения болот.

Известны способ подземной прокладки трубопроводов в слое торфа (в болоте) и способ наземной прокладки по поверхности болота с устройством над трубопроводом насыпи требуемых размеров [1, стр. 222].

Прокладка трубопровода по поверхности болота в насыпи является экономически выгодным и технически целесообразным способом [2, 3]. Однако в ряде случаев - при наличии на болоте ручьев, водотоков, примыкании болота к заливаемой пойме и т.д. [1, стр. 224, посл. абзац] - подземный способ прокладки является единственно возможным.

К недостатку подземного способа прокладки на болоте следует отнести появление в трубе в местах ее перехода из минерального грунта в торф и обратно больших изгибающих моментов из-за осадки трубы в торфе. В результате в указанных местах перехода в трубе развиваются большие продольные напряжения, которые могут превышать допустимую по СНиП [4] величину.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ прокладки трубопровода на заболоченной местности [5], включающий определение границ участков минерального и торфяного грунтов, подземную прокладку в минеральном грунте и наземную по поверхности торфа прокладку в насыпи при переходе болота с защемлением трубопровода на границах данных участков. В соответствии с этим способом, трубопровод в профиле из подземного в наземный способ прокладки прокладывают по кривой поворота с минимально допустимым из условия прочности радиусом упругого изгиба трубы, при этом кривую поворота располагают преимущественно в слое торфа и обеспечивают совмещение ее начала с краем болота, а в плане трубопровод укладывают по поверхности торфа под насыпью, также с искривлением оси упругим изгибом и расположением вершины поворота посередине перехода через болото.

Недостатком наиболее близкого к заявляемому способа является ограниченная область его применения лишь для наземной прокладки на поверхности болота в насыпи.

Цель изобретения - повышение надежности подземного способа прокладки трубопроводов на болотах путем снижения напряженного состояния трубы по мере ее неравномерной осадки в слое торфа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе прокладки, включающем определение границ участков минерального и торфяного грунтов, подземную прокладку на переходе через болото с кривыми поворота в плане по максимально большому радиусу и в профиле по минимально допустимому из условия прочности радиусу упругого изгиба трубы, совмещение начала кривых с краями болота и защемление их в минеральном грунте, кривыми поворота придают трубопроводу в профиле относительно его прямолинейного положения начальное превышение Δh, расположенное в слое торфа и равное осадке трубы S от эксплутационных нагрузок и воздействий.

Заявителю не известны из патентной и технической информации следующие признаки изобретения, обладающие новизной:
- кривыми поворота придают трубопроводу в профиле относительно его прямолинейного положения начальное превышение Δh, расположенное в слое торфа;
- начальное превышение Δh равно осадке трубы S от эксплуатационных нагрузок и воздействий.

Приведенные существенные отличительные признаки позволяют считать заявленное изобретение новым.

Изобретение может быть применено при строительстве нефтегазопроводов в условиях болот.

Предлагаемый способ повышает надежность трубопроводов на болтах путем исключения дополнительных напряжений в трубе при ее неравномерной осадке в слое торфа.

Изложенное позволяет сделать вывод, что заявленное изобретение соответствует критерию "Промышленная применимость".

Данное изобретение соответствует также критерию "Изобретательский уровень" в силу того, что существенные отличительные признаки в совокупности с известными позволяют решить поставленную задачу нетрадиционным способом.

Заявленный способ прокладки поясняется чертежами, где на фиг.1 показана в профиле геометрия трубопровода при укладке (сплошная линия) и после укладки при ожидаемой осадке трубы (штриховая линия); на фиг.2 - геометрия трубопровода в плане при укладке (сплошная линия) и после укладки при ожидаемом перемещении трубы от внутренних воздействий (штриховая линия).

После определения границ участков, т. е. местоположения края болота (точки А), трубопровод 1 упругим изгибом трубы прокладывают в пределах болота с начальным превышением Δh относительно прямолинейного положения OAF (фиг.1).

Упругий изгиб трубы создается отрывкой траншеи по заданному профилю. Кривая поворота АС состоит из двух участков АБ и БС, радиус упругого изгиба ρ₀ которых является минимальным из условия прочности трубы от расчетных эксплутационных нагрузок и внутренних воздействий. Радиус ρ₀ определяется расчетом трубопровода с учетом совместной деформации трубы и окружающего торфа согласно разделу 8 СНиП [4]. В любом случае радиус ρ₀ при первом поверочном расчете можно принимать равным ρ_min по таблице 5 СНиП III-42-80 "Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ".

Начальное превышение трубы Δh принимается равным величине расчетной прогнозируемой осадке трубы S. По мере осадки труба стремится к горизонтальному положению OAF (фиг.1).

В плане трубопровод, также упругим изгибом трубы, прокладывают в слое торфа с искривлением оси по максимально большому радиусу ρгmin

. При этом образуется начальная стрелка прогиба трубы f₀, вершину которой следует совместить с серединой болота. Величины ρгmin, f₀ зависят от диаметра трубопровода, длины болота, давления продукта, температурного перепада и определяются расчетом для каждого конкретного случая.

Технология производства работ по заявляемому способу проста и легко выполнима. Способ не требует применения кривых вставок искусственного гнутья. Строительство трубопровода осуществляется обычным порядком стандартной строительной техники, что позволяет достичь цели заявляемого способа.

Как правило, через болота трубопроводы прокладывают в зимнее время, когда возможен проезд по ним тяжелой строительной техники. Поэтому трубу укладывают на очищенное от снега промороженное дно траншеи, при необходимости балластируют утяжелителями и засыпают мерзлым грунтом нарушенной структуры.

Весной и летом при оттаивании болота труба начинает перемещаться вниз. Величина осадки S (см. фиг.1) зависит от диаметра трубопровода, мощности торфа под трубой, от физико-механических характеристик торфа и т.д., и для каждого конкретного случая определяется расчетом. Таким образом, предварительно создаваемое начальное превышение трубы Δh также будет переменной величиной для каждого конкретного болота и параметров трубопровода. Из опыта эксплуатации нефтегазопроводов следует, что величина осадки S может колебаться в интервале 0.2-0.7 м. Поскольку расстояние от поверхности грунта до верха трубы (ОД на фиг.1) согласно п.5.1 СНиП [4] должно быть 0.8-1.1 м, то начальное заглубление трубы на болоте также будет переменным и стремиться к требуемому при осадке трубопровода.

Следующим важным этапом является пуск трубопровода в эксплуатацию. При подаче продукта давлением р и с положительной температурой t, труба за счет температурного перепада Δt удлиняется на некоторую величину Δl. Удлинение трубы реализуется ее поперечным перемещением в слое торфа, при этом стрелка прогиба изменяется от f₀ до f₁ (см. фиг.2).

В конечном итоге трубопровод перемещается одновременно вниз и в сторону, причем интенсивные перемещения по вертикали соответствуют периоду таяния (растепления) торфа под трубой, а по горизонтали - периоду пуска трубопровода в эксплуатацию. В результате трубопровод занимает новое положение, показанное на фиг.1 и 2 штриховой линией.

Фактически участок трубопровода в пределах болота по заявляемому способу является компенсатором, что положительно сказывается на работе трубопровода и о чем будет сказано ниже. Основание компенсатора ОА защемлено в минеральном грунте, а его деформируемая часть располагается в торфе. Известно, что сопротивление торфа поперечному перемещению трубы много меньше, чем минерального грунта природного сложения. Этот фактор используется в предлагаемом способе прокладки для снижения напряженно-деформированного состояния (НДС) трубопровода от эксплутационных нагрузок.

НДС трубы должно удовлетворять требованиям раздела 8 СНиП [4]. Показатели НДС определяют на стадии проектирования трубопровода подбором начального минимального радиуса упругого изгиба ρ₀ и расчетом на внутренние воздействия р и Δt.
При эксплуатации трубопровод занимает положение, показанное штриховой линией. При этом начальный радиус его упругого изгиба ρ₀ возрастает и стремится к бесконечности, что характеризует прямолинейное положение трубы OAF. Напряжения в трубе при осадке уменьшаются и будут минимальными при прямолинейном положении трубопровода OAF. Перемещаясь в положение, показанное штриховой линией, трубопровод как бы разгружается, соответственно надежность его возрастает.

Технический эффект от заявляемого способа является вполне очевидным и проводить его специальную опытную проверку нет необходимости. В настоящее время по данному способу проектируется ряд переходов магистрального нефтепровода Уса - Ухта - Ярославль через болота различной протяженности.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки
1. Справочник по проектированию магистральных трубопроводов./Под ред. А. К. Дерцакяна. -Л.: Недра, 1977. - 519с.

2. Дерцакян А.К., Макуров Б.Д. Переходы магистральных трубопроводов через болота. - Л.: Недра, 1965. - 215с.

3. Вершинин В.Н., Мельникович Я.Д., Димов Л.А., Богушевская Е.М. Из опыта строительства и капитального ремонта магистральных нефтепроводов в условиях болот на севере России //Трубопроводный транспорт нефти. -1999. - 5. -С. 11-14.

4. СНиП 2.05.06-85* "Магистральные трубопроводы".

5. Патент РФ 2117846, кл 6 F 16 L 1/028, опубл. 20.08.98, Бюл. 23.

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении трубопроводов в районах распространения болот. На участке с неустойчивыми грунтами при подземной прокладке трубопровода с защемлением его на границах заболоченного участка трубопроводу кривыми поворота придают в профиле относительно его прямолинейного положения начальное превышение, расположенное в слое торфа и равное осадке трубопровода от эксплуатационных нагрузок и воздействий. Вершину трубопровода в плане располагают посередине перехода через болото. При осадке трубопровода и его горизонтальных смещениях трубопровод работает как компенсатор. Повышает надежность трубопроводе за счет снижения напряженного состояния трубопровода по мере его неравномерной осадки в слое торфа. 2 ил.

Способ прокладки трубопровода на заболоченной местности, включающий определение границ участков минерального и торфяного грунтов, подземную прокладку на переходе через болото с кривыми поворота в плане по максимально большому радиусу и в профиле по минимально допустимому из условия прочности радиусу упругого изгиба трубы, совмещение начала кривых с краями болота и защемлением их в минеральном грунте, отличающийся тем, что кривыми поворота придают трубопроводу в профиле относительно его прямолинейного положения начальное превышение Δh, расположенное в слое торфа и равное осадке трубы S от эксплуатационных нагрузок и воздействий.