СПОСОБ ДЕМОНТАЖА МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2015 года по МПК F16L1/16 F16L1/28 

Изобретение «Способ демонтажа магистрального трубопровода» относится к способам демонтажа выработавших свой ресурс (вышедших из строя) и (или) не использованных (не использующихся) трубопроводов, находящихся под водой, и может быть использовано преимущественно для извлечения магистральных трубопроводов из донного грунта под поверхностью воды рек, озер и иных водных преград.

На сегодняшний день известны различные аналоги, относящиеся к способам и устройствам, для демонтажа магистральных трубопроводов.

Известен «Комплекс для демонтажа трубопровода», содержащий тяговое средство, соединенное с ним буксиром, и размещенное на дне траншеи под трубопроводом средство очистки трубопровода и трубоподъемное устройство, при этом на тяговом средстве закреплен неподвижно нож, установленный на продольной оси тягового средства, а буксир выполнен в виде двух подвижных в вертикальной плоскости ножей, концы которых шарнирно закреплены на тяговом средстве и очистном устройстве. Целью создания изобретения является расширение возможностей использования устройства, а также снижение энергозатрат техники за счет снижения несущей способности грунта на извлекаемом участке трубопровода (патент РФ на изобретение 2053429, МПК F16L 1/24, публикация 27.01.1996 г.).

Недостатком рассмотренного изобретения является проведение значительного объема земляных работ, в частности резка грунта, при помощи одного неподвижного и нескольких подвижных ножей, а также невозможность использования данного устройства для демонтажа подводных участков магистральных трубопроводов в силу конструкции самого устройства. При использовании описанного устройства невозможно добиться рабочего угла натяжения троса между тягачом и тяговым средством в силу удаленности траншеи с телом магистрального трубопровода на величину водной поверхности над донным грунтом. Тяговое усилие будет осуществляться под углом, близким 90° к горизонтали (поверхности воды), и неизбежно приведет к разлому тела трубы и невозможности ее демонтажа при помощи указанного устройства.

Известен «Способ извлечения трубопровода из грунта и устройство для его осуществления». Способ изобретения заключается во вскрытии конца участка трубопровода, заведении под него трубоочистного и трубоподъемного устройства с последующим протаскиванием их вдоль трубопровода. При данном осуществлении способа протаскивание устройств периодически останавливают, трубоочистное устройство приподнимают и вновь опускают после подтягивания к нему трубоподъемного устройства, причем в качестве трубоочистного устройства используют клин. Задачей создания рассматриваемого изобретения является уменьшение количества привлекаемой для демонтажа техники и снижение объема земляных работ (патент РФ на изобретение 2044945, МПК F16L 1/028, публикация 27.09.1995 г.).

Недостатком рассмотренного изобретения (способа) является невозможность его реализации для извлечения тела магистрального трубопровода из донного грунта, под поверхностью воды, в силу ограниченных возможностей крепежных частей конструкции запатентованного устройства, а именно для достижения рабочего угла натянутого троса между тягачом и трубоподъемным устройством, заведенным под тело трубы, в случае глубины расположения тела трубы более чем 10 метров, требуется значительно увеличенная длина крепежного троса для того, чтобы не погнуть и не надломить тело трубы. В противном случае, при описанном использовании устройства и способа подъем тела трубы будет осуществляться под углом, близким 90° к горизонтали (поверхности воды), и неизбежно приведет к разлому тела трубы и невозможности ее демонтажа указанным способом. Также описанный способ невозможно использовать для демонтажа тела трубы, находящегося в каменистых и (или) глинистых грунтах, поскольку при протягивании платформы с рольгангами и рыхлении грунта тяг-ножи неизбежно будут застревать и создавать излишнее давление на тело трубы, в результате которого возможен его слом и разрыв.

Наиболее близким к заявленному способу является способ демонтажа нефтепровода с разработкой траншеи (описан в Отраслевом стандарте ОСТ 153-39.4-027-2002, разработанном ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов», утвержденный приказом Минэнерго России, 2002 г., стр.31-54). Способ демонтажа нефтепровода с разработкой траншеи заключается в разработке траншеи непосредственно над телом трубы, подъеме с помощью трубоукладчиков тела трубы, очистке участка демонтируемого нефтепровода, укладке его на бровку траншеи, резке на части и транспортировке к месту складирования. Способ раскрывается в следующей последовательности действий: вначале уточняют положение и заглубление нефтепровода с помощью трассоискателя, по оси демонтируемого участка нефтепровода забивают вешки с указанием результатов уточнения положения нефтепровода с интервалом между вешками 50-25 метров, в зависимости от рельефа местности. После обозначения положения нефтепровода проводят земляные работы механизированным способом (с использованием экскаватора и т.п.). Вначале земляных работ снимают плодородный слой почвы и перемещают его во временный отвал. После снятия плодородного слоя почвы вешки устанавливают в тех же местах, что и до начала работ. После разрабатывают траншею до верхней образующей нефтепровода. Разработка проводится роторным или одноковшовым экскаватором. При разработке участка нефтепровода, находящегося под водной преградой, возможно использовать грунтососный, многочерпаковый или иной земснаряд. В случае повторного использования труб по прямому назначению, нефтепровод вскрывают одноковшовым экскаватором до верхней образующей и дополнительно с одной из сторон до нижней образующей нефтепровода. После вскрытия и разработки траншеи начинают подъем тела трубы нефтепровода следующей последовательностью действий: трубоукладчики устанавливают вдоль траншеи с соблюдением технологических параметров, затем разрабатывают приямки ниже нижней образующей нефтепровода и монтируют троллейные подвески. После монтажа троллейных подвесок начальный участок нефтепровода поднимают на высоту до 1 метра и на тело трубы монтируют очистную машину. После монтажа очистной машины поднимают нефтепровод всеми трубоукладчиками и колонна начинает двигаться, последовательно поднимая и укладывая нефтепровод на бровку траншеи.

Недостатком рассмотренного способа является невозможность его реализации на подводном переходе, при длине перехода более 25 метров, а также заглублении верхней образующей тела трубы ниже низшего предела захвата донного грунта ковшом экскаватора, осуществляющего разработку грунта с понтона или плавучей платформы.

Из существующего на сегодняшний день уровня техники явствует возможность реализации описанного способа (ближайшего аналога) на водных преградах, при осуществлении следующей последовательности действий. Вначале уточняют положение и заглубление трубопровода с помощью трассоискателя и катера с монтированным на нем эхолотом. Тело магистрального трубопровода откапывают на береговых (сухопутных) участках с помощью экскаватора с суши, а также с помощью экскаватора на понтоне на незаглубленных участках поймы водной преграды, как правило, до основного, достаточно глубокого русла водной преграды. Демонтаж магистрального трубопровода с применением данного способа возможен на водных преградах только после полного освобождения тела трубы (верхней и (или) нижней образующей трубопровода) от донного грунта. Освобождение верхней и (или) нижней образующей тела трубы осуществляют с помощью использования земснаряда (землесосный снаряд с фрезерным рыхлителем или с гидроразмывом, многочерпаковый, одночерпаковый, в зависимости от плотности и состава грунта, над телом трубы) погружного типа или плавучего типа. Земснарядом последовательно снимают донный грунт над телом магистрального трубопровода по всей длине подводного перехода. При этом обязательным является соблюдение проектных откосов траншеи при разработке донного грунта над телом трубы. После освобождения тела трубы от грунта его закрепляют на краны-трубоукладчики, расположенные на плавучих понтонах или платформах. С помощью кранов-трубоукладчиков поднимают тело трубы и кладут на бровку разработанной траншеи (на грунт). В случае если магистральный трубопровод забалластирован кольцевыми грузами по всей его длине, всплытия тела трубы не происходит. Колонна из 2-х÷4-х трубоукладчиков на барже начинает двигаться от одного края водной преграды до другого, поднимая тело трубы и укладывая его на грунт (бровку траншеи, отвал траншеи). Трубоукладчики перемещаются совместно за земснарядом в едином направлении движения. После того как тело трубопровода освобождено от донного грунта и поднято на бровку разработанной траншеи, его либо вытаскивают на сушу с помощью тросов и лебедки с берега, либо поднимают на поверхность водной преграды, разрезают на плети и демонтируют отдельно каждую плеть.

Недостатком описанного способа является необходимость привлечения большого количества специализированной техники, землеройных и грузоподъемных машин, а также большой объем земляных работ при разработке грунта траншеи и формировании отвалов, значительный расход энергии на выработку большого объема грунта при размыве тела трубы. Такие земляные работы наносят значительный вред экосистеме водных преград, где располагается магистральный трубопровод.

В основу создания предложенного изобретения (способа) поставлена задача расширения арсенала имеющихся технических приемов (способов) демонтажа магистральных трубопроводов на водных преградах, а также задача уменьшения количества привлекаемой для демонтажа специализированной техники, задача значительного уменьшения объема земляных работ при осуществлении демонтажа трубопровода, а также задача уменьшения негативного воздействия на экологическую систему водной преграды за счет значительного снижения объема земляных работ.

Поставленная задача расширения арсенала имеющихся технических приемов (способов) демонтажа магистральных трубопроводов на водных преградах решается за счет реализации представленного способа. Дополнительные задачи представленного способа решаются за счет реализации основных признаков изобретения.

Основным техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение реализации описанного назначения. Дополнительным техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат, за счет чего значительно снижается конечная стоимость работ по демонтажу.

Раскрытие изобретения

Способ демонтажа магистрального трубопровода, заключающийся во вскрытии сухопутного участка демонтируемого трубопровода, разрезке трубопровода в урезной его части, установке на суше лебедки с блоком, разработке двух приямков ниже нижней образующей трубопровода для последующего продевания через них металлических полотенец, приваривании к торцу урезной части демонтируемой трубы оголовка с блоком. При этом на суше лебедку с блоком и тяговый трос крепят к двум разным анкерам, к телу трубы рядом с оголовком приваривают металлическую площадку, на металлическую площадку устанавливают площадочный вибратор и после его установки натягивают тяговый трос по оси трубопровода в сторону суши до достижения рабочей величины, после достижения рабочей величины натяжения тягового троса включают площадочный вибратор и начинают вертикальный подъем трубы с помощью двух кранов трубоукладчиков, при этом после извлечения зацепленного участка трубопровода краны трубоукладчики перемещают дальше от оголовка трубы поочередно.

Способ демонтажа магистрального трубопровода состоит в следующем.

На берегу водной преграды, где планируется осуществить работы по демонтажу магистрального трубопровода, при помощи экскаватора с обратной лопатой вскрывают сухопутный участок трубопровода в урезной его части. В начале земляных работ снимают плодородный слой почвы и перемещают его во временный отвал. Вскрытый сухопутный участок трубопровода в урезной его части разрезают кольцевым резом с помощью механизированной резки фрезой, газорезки или взрывом направленного действия (если иной способ затруднителен или невозможен).

Сухопутный участок трубопровода вскрывают экскаватором и демонтируют с помощью крана трубоукладчика. После вскрывают подводную часть трубопровода на расстоянии от 10 до 20 метров от оголовка трубы при помощи экскаватора с суши и (или) с плавучей платформы, понтона. Подводную часть трубопровода на данном этапе реализации способа вскрывают до нижней образующей тела трубы и разрабатывают приямки ниже нижней образующей трубопровода для удобства последующего заправления металлических полотенец под тело трубы.

К торцу трубы демонтируемого (подводного) участка трубопровода, находящегося на суше, приваривают оголовок с блоком. На суше устанавливают лебедку. Через блок на оголовке тела трубы пропускают тяговый трос, при этом конец троса от лебедки, пропущенный через блок на оголовке тела трубы, прочно крепят к анкеру, который закапывают на суше. К одному анкеру крепят конец тягового троса от блока на оголовке тела трубы, ко второму анкеру крепят якорный канат лебедки. Анкер представляет собой систему из 3-х металлических труб диаметром 530-1020 мм расчетной длины (от 4-х до 12 метров) в зависимости от вида грунта, на которую наматывают якорный канат лебедки через систему полиспастов (не менее 6 витков). Анкер с пропущенным через него тяговым тросом закапывают в прибрежный грунт с помощью экскаватора на глубину не менее 2,5 метров и сверху засыпают грунтом. Также монтируют и второй анкер, который удерживает лебедку.

К телу трубы, непосредственно рядом с оголовком, на косынках приваривают металлическую площадку для площадочного вибратора. Площадочный вибратор устанавливают и крепят на смонтированную металлическую площадку.

После того как на тело трубы закреплен площадочный вибратор, под трубопровод, на расстоянии от 3 до 20 метров от оголовка трубы, продевают два металлических полотенца из листового металла 2-3 мм, через заранее разработанные приямки, ниже нижней образующей тела трубопровода. Металлические полотенца набрасывают (крепят) на гаки трубоукладчиков. При этом, на данном этапе реализации способа, трубоукладчики с металлическими полотенцами не прикладывают значительных усилий, а просто убирают слабину строп металлических полотенец и поддерживают тело трубы в статичном положении.

После монтажа площадочного вибратора и установки металлических полотенец для поддержания тела трубы запускают тяговую лебедку и натягивают («набивают») тяговый трос. Сила натяжения троса при этом достигает расчетного значения, не превышающего 30% предела текучести металла трубы, но не более 140 тонн. С помощью лебедки тяговый трос набивают по оси трубопровода в сторону суши. После рабочего натяжения тягового троса лебедки включают площадочный вибратор, закрепленный на теле трубы. Частота колебаний площадочного вибратора при этом будет иметь значение 1500-3000 об/мин.

Площадочный вибратор распространяет колебания по всему телу трубы. После включения площадочного вибратора краны-трубоукладчики с закрепленными на них металлическими полотенцами начинают вертикальный подъем трубы из донного грунта. Не допускается чрезмерная подъемная сила, способная смять тело трубы. Небольшие тяговые усилия способны поднять из донного грунта тело трубы в силу того, что труба натянута с помощью тягового троса лебедки и по ней расходятся колебания. Достигнутое продольное натяжение тела трубы не дает ей смяться и погнуться при подъеме с помощью металлических полотенец.

После извлечения зацепленного участка трубопровода (длиной порядка от 50 до 100 метров) из донного грунта краны-трубоукладчики перемещаются дальше от оголовка трубы. При этом краны трубоукладчики нужно перемещать поочередно, не допуская полного падения тела трубы на грунт (к примеру, один трубоукладчик поддерживает трубу, второй подвигается к нему, дальше от оголовка трубы, двигаясь с ослабленными тросами стропов металлических полотенец). Краны трубоукладчики устанавливают на барже-площадке с усиленной палубой грузоподъемностью от 300 до 500 тонн.

Таким образом, при использовании описанного изобретения, скорость подъема трубопровода из донного грунта может составлять до 200 погонных метров трубы за 1 час работы. Преимуществом данного способа является отсутствие необходимости в привлечении к работам по демонтажу трубопровода земснаряда. При реализации описанного способа также не требуется масштабная механическая размывка донного грунта до тела трубы и (или) его разработка и впоследствии обратная засыпка.

Использование заявленного изобретения (способа) возможно только в отношении металлических магистральных трубопроводов различного диаметра.

Заявленное изобретение более подробно описано ниже посредством примера со ссылкой на сопровождающий чертеж, на котором изображена схема демонтажа магистрального трубопровода на подводном переходе.

Способ демонтажа магистрального трубопровода включает: трубопровод 1, лебедка с блоком 2, анкер 3, тяговый трос 4, блок 5, площадочный вибратор типа ИВ 6, оголовок 7, урез 8, баржа 9, краны-трубоукладчики 10, якорный канат лебедки 11.

Описанный способ может быть реализован следующей последовательностью действий.

На берегу водной преграды откапывают и обрезают в части уреза 8 трубу 1 магистрального трубопровода, к концу трубы приваривают оголовок 7, рядом с оголовком 7 приваривают металлическую площадку, к оголовку трубы приваривают (крепят) блок 5, через который пропускают тяговый трос 4, на суше устанавливают тяговую лебедку 2 с блоком, тяговую лебедку прочно крепят к анкеру 3 при помощи якорного каната 11, тяговый трос 4, пропущенный через блок 5 оголовка трубы 7, крепят к анкеру 3, на металлическую площадку устанавливают площадочный вибратор 6, под тело трубопровода 1 продевают два металлических полотенца и набрасывают их на гаки кранов-трубоукладчиков 10, после монтажа площадочного вибратора 6 и установки металлических полотенец для поддержания тела трубы 1 запускают тяговую лебедку 2 и натягивают («набивают») тяговый трос 4. Сила натяжения тягового троса 4 должна быть не более 140 тонн. После того как достигают рабочего натяжения тягового троса 4, включают площадочный вибратор 6 и запускают трубоукладчики 10. Трубоукладчиками 10 начинают поддерживать и вытягивать трубопровод 1, оказывая минимальные тяговые усилия, не способные сломать тело трубы.

После извлечения зацепленного участка трубопровода 1 из донного грунта краны-трубоукладчики 10 перемещают дальше от оголовка 7 трубы 1. При этом краны-трубоукладчики 10 нужно перемещать поочередно, не допуская полного падения тела трубы 1 на грунт (к примеру, один трубоукладчик поддерживает трубу, второй перемещается к нему, дальше от оголовка трубы, двигаясь с ослабленным тросом металлических полотенец). Краны- трубоукладчики 10 устанавливают на барже-площадке 9 с усиленной палубной грузоподъемностью от 300 до 500 тонн.

Использование описанного способа позволит не только расширить возможности способов демонтажа магистральных трубопроводов, уложенных через водные преграды, практически из любых категорий грунтов, но и значительно снизить энергозатраты за счет простоты демонтажа и отсутствия необходимости размыва донного грунта и его извлечения с помощью земснаряда на извлекаемом подводном участке трубопровода.

Кроме того, с помощью описанного способа демонтажа трубопровода возможно извлечение тела трубы без появления на ее теле недопустимых деформаций, что позволяет использовать извлеченные трубы повторно, т.е. решается задача извлечения трубопровода без вскрытия грунта и применения земснаряда и (или) экскаватора на всем протяжении водной преграды.

Изобретение относится к строительству трубопроводов и может быть использовано для демонтажа выработавших свой ресурс или не использующихся трубопроводов, находящихся под водой. На берегу водной преграды демонтируемый трубопровод откапывают и разрезают в урезной части. К концу трубопровода приваривают оголовок. К телу трубы рядом с оголовком приваривают металлическую площадку. К оголовку трубы приваривают блок, через который пропускают тяговый трос. На берегу устанавливают тяговую лебедку с блоком и крепят вместе с тяговым тросом к двум разным анкерам. На металлическую площадку устанавливают площадочный вибратор. Под тело трубы продевают два металлических полотенца и набрасывают их на гаки кранов-трубоукладчиков. Запускают тяговую лебедку и натягивают тяговый трос, затем включают площадочный вибратор, запускают трубоукладчики и начинают подъем трубы из донного грунта. Технический результат: расширение арсенала имеющихся технических средств, снижение энергозатрат. 1 ил.

Способ демонтажа магистрального трубопровода, заключающийся во вскрытии сухопутного участка демонтируемого трубопровода, разрезке трубопровода в урезной его части, установке на суше лебедки с блоком, разработке двух приямков ниже нижней образующей трубопровода для последующего продевания через них металлических полотенец, приваривании к торцу урезной части демонтируемой трубы оголовка с блоком, отличающийся тем, что на суше лебедку с блоком и тяговый трос крепят к двум разным анкерам, к телу трубы рядом с оголовком приваривают металлическую площадку, на металлическую площадку устанавливают площадочный вибратор и после его установки натягивают тяговый трос по оси трубопровода в сторону суши до достижения рабочей величины, после достижения рабочей величины натяжения тягового троса включают площадочный вибратор и начинают вертикальный подъем трубы с помощью двух кранов-трубоукладчиков, при этом после извлечения зацепленного участка трубопровода краны-трубоукладчики перемещают дальше от оголовка трубы поочередно.