СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА ПРИ ПЕРЕСЕЧЕНИИ АКТИВНОЙ СЕЙСМОТЕКТОНИЧЕСКОЙ ЗОНЫ Российский патент 2014 года по МПК F16L1/28 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при подземной прокладке трубопроводов, транспортирующих преимущественно нефть и нефтепродукты, при пересечении трубопроводами активных сейсмотектонических зон.

Согласно п.5.37 действующих на данный момент в России Строительных норм и правил СНиП 2.05.06-85* «на участках пересечения трассой трубопровода активных тектонических разломов необходимо применять надземную прокладку». Полагается, что трубопровод, установленный на опорах и выполненный в виде П-образного компенсатора, обеспечит безопасную эксплуатацию при активации тектонического разлома. Размеры такого компенсатора могут быть очень большими, что приведет к значительному увеличению работ. При этом эксплуатационная надежность такого наземного трубопровода не велика, а в случае разрыва нефтепровода произойдет в большом количестве разлив нефти, что приведет к существенным экономическим и экологическим издержкам.

Общеизвестен способ сооружения подземного трубопровода, согласно которому сначала отрывают траншею, ось которой в плане соответствует оси трубопровода, а затем укладывают в траншею трубопровод и засыпают траншею грунтом. При пересечении таким трубопроводом активной сейсмотектонической зоны сейсмические сотрясения производят опасные воздействия на трубопровод как в его поперечном, так и продольном направлении.

Для технической защиты таких трубопроводов от сейсмических сотрясений предложен ряд конструктивных решений и технологических приемов. При этом особое внимание уделяют обеспечению относительно свободного перемещения и деформирования трубопровода при одновременном гашении колебаний трубопровода при различных, в том числе и при сейсмических, воздействиях окружающей среды (SU 1682709, 07.10.1991; SU 1827494, 15.07.1993; SU 1828839, 23.07.1993; RU 2197667, 27.01.2003; RU 2220357, 10.09.2003; RU 2262631, 20.02.2005; RU 2264577, 20.11.2005, RU 2363874; 10.08.2009; RU 2363875, 10.08.2009; RU 2363876, 10.08.2009; RU 2365802, 27.08.2009).

Недостатком известных способов является использование сложных и материалоемких конструкций, что обуславливает неоправданные расходы при прокладке трубопроводов. Дополнительно в случае разрыва трубопровода с неизбежностью произойдет разлив продукта по прилегающим грунтовым участкам.

Известен способ прокладки подземного трубопровода в зонах с повышенной сейсмичностью (RU 2250409, 20.04.2005). В этом известном решении трубопровод укладывают в траншею и засыпают грунтом с предварительным нанесением на трубопровод оберток, которые выполняют из «скального листа» с образованием канала. Между наружной поверхностью трубопровода и внутренней поверхностью канала создают расчетной величины зазор. «Скальный лист» выполняют из пористого материала, а на участках поворота трассы трубопровода траншею отрывают с пологими откосами.

Трубопровод, выполненный этим способом, недостаточно надежен при эксплуатации в сейсмотектонической зоне из-за необеспеченности предотвращения растекания продукта по прилегающим грунтовым участкам в случае вытекания продукта из трубопровода.

Известен способ прокладки подземного трубопровода для местности с активными сейсмотектоническими зонами (RU 2241889, 10.12.2004), который является наиболее близким к заявляемому решению. Способ заключается в том, что сначала отрывают траншею с пологими откосами и глубиной 2,5-4,0 наружного диаметра трубопровода, при этом ось траншеи в плане соответствует оси трубопровода. Затем на дно траншеи отсыпают подушку из песчаного наполнителя высотой не менее 0,5 наружного диаметра трубопровода и укладывают на подушку трубопровод. После этого траншею засыпают песчаным наполнителем, в качестве которого используют промытый речной песок средней крупности или крупный, не содержащий пылеватые или глинистые фракции или крупнообломочную примесь. Песчаный наполнитель, как вариант, вместе с трубопроводом заключают в водонепроницаемую оболочку.

Трубопровод, выполненный этим способом, недостаточно надежен при эксплуатации в сейсмотектонической зоне из-за необеспеченности оперативного получения информации в случае утечки продукта из трубопровода в пределах сейсмотектонической зоны и сложности работ при предотвращении растекания продукта по прилегающим грунтовым участкам в случае вытекания продукта из трубопровода. При вытекании продукта из трубопровода под давлением поры песчаного наполнителя заполняются продуктом, а внутри водонепроницаемой оболочки повышается давление. После чего оболочка напрягается, грунт над оболочкой вспучивает и при не своевременном отключении аварийного участка трубопровода происходит разрушение оболочки и растекание продукта по прилегающим грунтовым участкам с неизбежным загрязнением грунтов. Дополнительно в способе не обеспечена боковая герметичность оболочки.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эксплуатационной надежности трубопровода при его прокладке через активную сейсмотектоническую зону с разломом. Технический же результат от использования изобретения заключается в оперативном получении информации об утечке продукта из трубопровода в пределах сейсмотектонической зоны и в предотвращении растекания продукта по прилегающим грунтовым участкам.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе прокладки подземного трубопровода при пересечении активной сейсмотектонической зоны, сначала определяют границы сейсмотектонической зоны и отрывают траншею с пологими откосами, ось которой в плане соответствует оси трубопровода. Затем на выровненные дно и откосы траншеи укладывают водонепроницаемую оболочку, выполненную из эластичного материала, на которую отсыпают подушку из песчаного наполнителя, после чего на подушку укладывают трубопровод, траншею засыпают песчаным наполнителем до высоты над трубопроводом не менее 0,5 наружного диаметра трубопровода. Верхние края оболочки соединяют с образованием вокруг песчаного наполнителя замкнутой оболочки и через водонепроницаемые перемычки, которые герметично соединяют с трубопроводом и оболочкой, производят вывод трубопровода из песчаного наполнителя за границы сейсмотектонической зоны. В нижней части песчаного наполнителя располагают дренажную трубу, которую гидравлически сообщают с аварийной емкостью, а трубопровод снабжают датчиком давления в поровом пространстве песчаного наполнителя и двумя запорными устройствами, которые располагают на трубопроводе по одному за каждой границей сейсмотектонической зоны.

Дополнительно:

- оболочку выполняют толщиной не менее 2,0 мм;

- трубопровод между границами сейсмотектонической зоны снаружи снабжают слоем заданной толщины из вспененного материала с герметически закрытыми порами, при этом слой выполняют преимущественно из ячеистой пластмассы;

- водонепроницаемую перемычку выполняют из рулонного полиэтилена в виде манжеты на трубопроводе или из связного грунта в виде стенки, при этом в пределах стенки оболочку снабжают слабо растяжимой каймой или бандажом;

- запорное устройство располагают в колодце непосредственно у границы сейсмотектонической зоны.

Именно выполнение оболочки из эластичного (по меньшей мере, полуэластичного), материала обеспечивает ее растяжимость, что увеличивает объем емкости, создаваемой оболочкой, при повышении в емкости давления в случае вытекания продукта из трубопровода. Одновременно с этим выполненные по указанным правилам датчик давления, запорные устройства, дренажная труба и аварийная емкость обеспечивают достижение ранее указанного технического результата:

оперативное получение информации об утечке продукта из трубопровода в пределах сейсмотектонической зоны и в предотвращении растекания продукта по прилегающим грунтовым участкам.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен участок проложенного подземного трубопровода при пересечении сейсмотектонической зоны, план; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Пример. Подземный трубопровод 1 предназначен для транспортировки нефти и нефтепродуктов (т.е. нефтепровод) пересекает активную сейсмотектоническую зону 2, границы 3 и 4 которой определены изысканиями и которая имеет ширину L - длина участка трубопровода в условиях этой зоны 2.

Прокладку трубопровода 1 с наружным диаметром D производят следующим образом.

В границах 3 и 4 отрывают траншею 5 с пологими откосами 6, глубиной Н и шириной понизу В, поверху С. Ось 7 траншеи 5 в плане соответствует оси 8 трубопровода 1. На выровненные дно 9 и откосы 6 траншеи 5 укладывают эластичную водонепроницаемую оболочку 10, выполненную из рулонного материала, на которую отсыпают подушку 11 из песчаного наполнителя 12, после чего на подушку 11 укладывают трубопровод 1. Траншею 5 засыпают песчаным наполнителем 12 до высоты над трубопроводом 1 не менее 0,5 наружного диаметра трубопровода 1. Верхние края оболочки 10 соединяют с образованием замкнутой вокруг песчаного наполнителя 12 оболочки 10 и через водонепроницаемые перемычки 13 производят вывод трубопровода 1 из песчаного наполнителя 12 за границы 3 и 4 сейсмотектонической зоны 2, после чего траншею 5 засыпают местным грунтом 14 на всю ее высоту Н.

Оболочку 10 выполняют из рулонного полиэтилена (пленки) толщиной преимущественно не менее 2,0 мм. Такой материал эластичен и с учетом места его применения и назначения в строительстве обычно называют геомембраной. Перемычки 13 герметично соединяют с трубопроводом 1 и оболочкой 10, а выполняют их из рулонного полиэтилена (геомембраны) в виде манжеты на трубопроводе 1 или из связного грунта в виде стенки 15. В последнем случае оболочку 10 в пределах стенки 15 снабжают слабо растяжимой каймой или бандажом 16 из кордной ткани (фиг.3).

В нижней части песчаного наполнителя 12 располагают дренажную трубу 17, которую посредством отводящей трубы 18 с задвижкой 19 гидравлически сообщают с аварийной емкостью 20. Трубопровод 1 снабжают датчиком давления в поровом пространстве песчаного наполнителе (не показан) и двумя запорными устройствами 21, которые располагают на трубопроводе 1 по одному в колодцах 22 за границей 3 и 4 сейсмотектонической зоны 2, причем в непосредственной близости от границ 3 и 4. Датчик давления может быть выполнен, например, в виде манометра, расположенного на отводящей трубе 18 перед задвижкой 19.

Трубопровод 1 между границами 3 и 4 сейсмотектонической зоны 2 снаружи снабжают слоем 23 заданной толщины из вспененного материала с герметически закрытыми порами. Этот слой 23 выполняют преимущественно из ячеистой пластмассы (пенополистирол, пеннополиуретан).

Вдоль трубопровода 1 выполнена дорожная насыпь 24, на присыпках которой расположены опоры 25 линии электропередачи.

Конструкция аварийной емкости 20 зависит от местных условий и может иметь вид открытой грунтовой емкости, экранированной геомембраной, или закрытого резервуара.

Особенность работы подземного трубопровода, сооруженного в соответствии с настоящим изобретением и применительно описанного примера осуществления, заключается в следующем.

1.В случае активации разлома в зоне 2 может произойти повреждение трубопровода 1 и последующее вытекание из него нефти во вмещающий его песчаный наполнитель 12. В результате этого в порах песчаного наполнителя 12 непрерывно будет происходить повышение давления, а оболочка 10 будет растягиваться, что приведет к увеличению вместимости нефти в замкнутой оболочке и вспучиванию грунта 14 над трубопроводом 1 (на фиг.2 вспучивание грунта изображено пунктиром). Последнее обстоятельство позволяет прямым наблюдением за поверхностью грунта оценить интенсивность вытекания нефти, а растягивание оболочки 10 в сочетании с пологими откосами 6 траншеи 5 обеспечит время, необходимое для предотвращения дальнейшего развития аварии.

2. Датчик давления незамедлительно подаст сигнал о начале вытекания нефти из трубопровода 1. В этом случае посредством закрытия двух запорных устройств 20 аварийный участок трубопровода 1 отключают, а нефть из него и песчаной засыпки 12 сливают в аварийную емкость 20, чем и предотвращается растекание нефти по грунтовым участкам, а также создаются благоприятные условия для проведения на трубопроводе 1 ремонтных работ.

3. Высоко деформативные свойства слоя 23 из ячеистой пластмассы обеспечивают относительно свободное перемещение и деформирование трубопровода 1 с одновременным гашением колебаний трубопровода 1 при сейсмических сотрясениях, производящих воздействие, как в поперечном, так и в продольном направлении, а также и при других воздействиях окружающей среды.

Это обстоятельство обеспечивает достижение дополнительного, ранее не указанного технического результата: универсальность защиты трубопровода от сосредоточенных деформаций вмещающих пород независимо ни от природы деформации, ни от направления, при этом расширяется арсенал технических средств, повышающих надежность подземного трубопровода. Более того, высоко эластичный слой 23 ячеистого материала препятствует свободному перетеканию через повреждение нефти из трубопровода 1 в песчаный наполнитель 12. Это обстоятельство увеличивает время на отключение аварийного участка и может частично или полностью предотвратить заполнение нефтью пор песчаного наполнителя 12, что также повысит надежность трубопровода 1 и упростить проведение ремонтных работ.

Обозначения

1 - подземный трубопровод (далее: трубопровод)

2 - активная сейсмотектоническая зона (сейсмотектоническая зона)

3 и 4 - границы (сейсмотектонической зоны)

5 - траншея

6 - откос (траншеи)

7 - ось (траншеи)

8 - ось (трубопровода)

9 - дно (траншеи)

10 - оболочка

11 - подушка

12 - песчаный наполнитель

13 - перемычка

14 - местный грунт

15 - стенка

16 - бандаж

17 - дренажная труба

18 - отводящая труба

19 - задвижка

20 - аварийная емкость

21 - запорное устройство

22 - колодец

23 - слой ячеистого материала

24 - дорожная насыпь

25 - опоры линии электропередачи

L - длина участка трубопровода в условиях сейсмотектонической зоны

D - Наружный диаметр трубопровода

Н - глубина траншеи

В - ширина траншеи понизу

С - ширина траншеи поверху

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при подземной прокладке трубопроводов при пересечении трубопроводами активных сейсмотектонических зон. Сначала определяют границы сейсмотектонической зоны и отрывают траншею с пологими откосами, ось которой в плане соответствует оси трубопровода. Затем на выровненные дно и откосы траншеи укладывают водонепроницаемую оболочку, выполненную из эластичного материала, на которую отсыпают подушку из песчаного наполнителя, после чего на подушку укладывают трубопровод, траншею засыпают песчаным наполнителем до высоты над трубопроводом не менее 0,5 наружного диаметра трубопровода. Верхние края оболочки соединяют с образованием вокруг песчаного наполнителя замкнутой оболочки и через водонепроницаемые перемычки, которые герметично соединяют с трубопроводом и оболочкой, производят вывод трубопровода из песчаного наполнителя за границы сейсмотектонической зоны. При этом в нижней части песчаного наполнителя располагают дренажную трубу, которую гидравлически сообщают с аварийной емкостью, а трубопровод снабжают датчиком давления в поровом пространстве песчаного наполнителя и двумя запорными устройствами, которые располагают на трубопроводе по одному за каждой границей сейсмоактивной зоны. Между границами сейсмотектонической зоны трубопровод снаружи может быть снабжен слоем заданной толщины из вспененного материала с герметически закрытыми порами. Технический результат: повышение эксплуатационной надежности трубопровода, оперативное получение информации об утечке продукта из трубопровода в пределах сейсмотектонической зоны и предотвращение растекания продукта по прилегающим грунтовым участкам. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ прокладки подземного трубопровода при пересечении активной сейсмотектонической зоны, характеризующийся тем, что сначала определяют границы сейсмотектонической зоны и отрывают траншею с пологими откосами, ось которой в плане соответствует оси трубопровода, затем на выровненные дно и откосы траншеи укладывают водонепроницаемую оболочку, выполненную из эластичного материала, на которую отсыпают подушку из песчаного наполнителя, после чего на подушку укладывают трубопровод, траншею засыпают песчаным наполнителем до высоты над трубопроводом не менее 0,5 наружного диаметра трубопровода, верхние края оболочки соединяют с образованием вокруг песчаного наполнителя замкнутой оболочки и через водонепроницаемые перемычки, которые герметично соединяют с трубопроводом и оболочкой, производят вывод трубопровода из песчаного наполнителя за границы сейсмотектонической зоны, при этом в нижней части песчаного наполнителя располагают дренажную трубу, которую гидравлически сообщают с аварийной емкостью, а трубопровод снабжают датчиком давления в поровом пространстве песчаного наполнителя и двумя запорными устройствами, которые располагают на трубопроводе по одному за каждой границей сейсмотектонической зоны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оболочку выполняют из рулонного полиэтилена толщиной не менее 2,0 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубопровод между границами сейсмотектонической зоны снаружи снабжают слоем заданной толщины из вспененного материала с герметически закрытыми порами.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что водонепроницаемую перемычку выполняют из рулонного полиэтилена в виде манжеты на трубопроводе.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что водонепроницаемую перемычку выполняют из связного грунта в виде стенки.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что запорное устройство располагают в колодце непосредственно у границы сейсмотектонической зоны.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что слой выполняют из ячеистой пластмассы.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что в пределах стенки оболочку снабжают слабо растяжимой каймой или бандажом.