Способ извлечения подземного магистрального трубопровода при его капитальном ремонте с подъемом Российский патент 2023 года по МПК F16L1/28 

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано при капитальном ремонте линейной части магистральных нефтегазопроводов.

В основном линейная часть магистральных нефтегазопроводов проложена подземно. Под воздействием окружающей трубопровод грунтовой среды его антикоррозийное покрытие с течением времени теряет свои защитные свойства. В связи с этим приходится заменять изношенное изоляционное покрытие на новое с целью исключения коррозии стенки труб. Для этого подземный трубопровод вскрывают на определенном участке. Затем производится подъем трубопровода, снятие старой изоляции специальными очистными машинами, осмотр технического состояния труб, восстановление при необходимости стенки труб, нанесение нового антикоррозийного покрытия специальными изоляционными машинами и затем производится засыпка грунтом изолированного трубопровода.

Необходимым для успешного выполнения замены старой изоляции на новую является обоснованное определение технологических параметров подъема трубопровода, включающих количество трубоукладчиков n, поднимающих изогнутый участок трубопровода протяженностью , расстояние между трубоукладчиками , усилие подъема на крюках трубоукладчиков Р_i, расстояние между крайними трубоукладчиками и машинами для очистки и изоляции трубопровода с, высота подъема трубопровода в сечениях установки очистной и изоляционной машин h_т, протяженность вскрытия подземного трубопровода L. При этом усилия подъема Р_i на крюках трубоукладчиков должны соответствовать технической характеристике по грузоподъемности трубоукладчика и не должны привести к потере устойчивости их положения, а напряжения σ_i в сечениях подъема трубопровода не должны превышать нормативные.

Восстановление технического состояния подземного трубопровода начинается с его извлечения: производится его вскрытие (удаление грунта над трубопроводом до его нижней образующей) на определенном участке и подъем трубопровода на вскрытом участке.

Известен способ извлечения подземного магистрального трубопровода при его капитальном ремонте с подъемом (Ращепкин К.Е., Овчинников И.С., Суетинова Т.Д., Белозерова З.Л. Обслуживание и ремонт линейной части магистральных нефте- и продуктопроводов. - М.: Недра, 1969. - С. 167-184). Способ позволяет осуществить подъем ремонтируемого участка трубопровода по заранее определенным технологическим параметрам. Однако в известном способе определения технологических параметров высота h_т в местах установки очистной и изоляционной машин не является заданной величиной и поэтому возможна излишняя высота подъема трубопровода с возникновением повышенных усилий подъема P_i, напряжений α_i в стенке труб и длины изогнутого участка . На практике высота подъема трубопровода трубоукладчиком, находящимся рядом с очистной (или изоляционной) машиной принимается больше h_т, что не обеспечивает безопасные условия работы этих машин. Также при определении технологических параметров продольное усилие от температурного перепада определено без учета подъема трубопровода.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения подземного магистрального трубопровода при его капитальном ремонте с подъемом, включающий вскрытие участка подземного трубопровода до нижней образующей, оценку его технического состояния, расстановку трубоукладчиков и машин, подъем трубопровода с учетом технических характеристик трубоукладчиков (грузоподъемность) и технологических параметров подъема трубопровода (расстояния между трубоукладчиками, высота и усилия подъема трубопровода в сечениях, протяженность изогнутого участка), обеспечение прочности трубопровода (Гумеров A.Г., Зубаиров А.Г., Векштейн М.Г., Гумеров Р.С., Азметов X.А. Капитальный ремонт подземных нефтепроводов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. - С. 218-240). Недостатком данного способа является определение высот подъема, усилий подъема и протяженности изогнутого участка без учета продольного усилия, действующего в трубопроводе. Кроме того, продольные напряжения определены без учета изменения продольного усилия при подъеме трубопровода. Так же не определена минимальная протяженность вскрытого участка подземного трубопровода при его подъеме, обеспечивающая исключение сопротивления подземных прилегающих участков подъему трубопровода и повышения уровней усилий подъема и продольных напряжений растяжения.

Техническая проблема изобретения - разработка способа извлечения трубопровода, позволяющего исключить повреждения стенки трубопровода за счет уменьшения в ней механических напряжений и уменьшения усилий его подъема путем уточнения определения технологических параметров подъема трубопровода.

Технический результат достигается тем, что в способе извлечения подземного магистрального трубопровода при его капитальном ремонте с подъемом, включающем вскрытие участка подземного трубопровода до нижней образующей, оценку его технического состояния, расстановку трубоукладчиков и машин, подъем трубопровода с учетом технических характеристик трубоукладчиков (грузоподъемность) и технологических параметров подъема трубопровода (расстояния между трубоукладчиками, высота и усилия подъема трубопровода в сечениях, протяженность изогнутого участка), обеспечение прочности трубопровода, согласно изобретению, технологические параметры подъема трубопровода определяют с учетом действующего на изогнутом участке трубопровода продольного усилия N, причем где Е - модуль упругости металла трубы (Па); I - момент инерции поперечного сечения трубы (м⁴); q - вес трубопровода единичной длины с перекачиваемым продуктом и антикоррозионным покрытием (Н/м); h_T - высота подъема трубопровода в сечениях установки очистной и изоляционной машин (м); - безразмерный параметр, определяемый в зависимости от наибольшего прогиба трубопровода на изогнутом участке и продольного усилия, действующего в проектном положении до подъема.

Вскрытие участка подземного трубопровода до нижней образующей производят протяженностью L, минимальная величина которой определяется как сумма протяженностей изогнутого участка и участков продольных перемещений справа и слева от изогнутого, причем протяженность изогнутого участка определяют по формуле , а протяженность участков продольных перемещений определяют по формуле , где - безразмерный параметр, определяемый в зависимости от продольного усилия на изогнутом участке, количества трубоукладчиков и расстояния между ними; р_г - сопротивление продольному перемещению трубопровода на вскрытом от грунта участке (Н/м); N_p - разность продольных усилий, действующих на концах участков продольных перемещений с учетом их знаков (Н).

Подъем трубопровода i-м трубоукладчиком осуществляют на высоту с усилиями подъема , где и безразмерные параметры, определяемые в зависимости от величины продольного усилия, действующего на изогнутом участке, количества трубоукладчиков и расстояния между ними.

На фигуре приведена схема подъема вскрытого участка подземного трубопровода.

Сущность способа заключается в следующем. При капитальном ремонте участка подземного трубопровода 1 методом подъема производят его вскрытие до нижней образующей. Протяженность вскрытого участка L определена как сумма протяженностей изогнутого участка и участков продольных перемещений справа и слева от изогнутого . Расстановку трубоукладчиков производят так, что расстояние между трубоукладчиками составляет , а расстояние от крайних трубоукладчиков до краев изогнутого участка составляет . Расстановку очистной и изоляционной машин 2 производят симметрично относительно друг друга на расстояние с от крайних трубоукладчиков. Подъем трубопровода осуществляют трубоукладчиками с усилиями подъема на крюках P_i на высоту h_i.

При подъеме трубопровода 1 появляется дополнительное растягивающее усилие в трубопроводе. На участке подъема суммарное продольное усилие N может быть в итоге сжимающим, равным нулю или растягивающим.

В связи с этим при подъеме трубопровода на участке протяженностью справа и слева этого участка происходят продольные перемещения трубопровода в сторону прогиба. Величина суммарного продольного перемещения с обеих сторон от изогнутого участка определяется выражением

где р_г - сопротивление продольному перемещению трубопровода (Н/м); N_p - расчетное продольное усилие (Н). С целью снижения р_г подземный трубопровод должен быть на участке L вскрыт до нижней образующей. Снижение р_г приводит к снижениям усилий подъема Р_i и изгибающего момента. С учетом (1) длина вскрытого участка L подземного трубопровода при его капитальном ремонте с подъемом определяется как

где

при N сжимающем;

при N растягивающем;

при N=0.

Продольное усилие, действующее в проектном положении до подъема и зависящее от температурного перепада в металле трубы и рабочего давления, определяется как

где α_т - коэффициент линейного расширения металла трубы (град^-1); F - площадь поперечного сечения трубы (м²); σ_кц - кольцевые напряжения от рабочего давления (Па); Δt - температурный перепад (°С).

Исходя из выбранного количества трубоукладчиков с определенными грузоподъемностями и расстояния между ними обеспечивается прочность ремонтируемого участка трубопровода с сохранением его целостности.

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано при капитальном ремонте линейной части магистральных нефтегазопроводов. Технический результат - исключение повреждения стенки трубопровода за счет уменьшения в ней механических напряжений и уменьшения усилий его подъема путем уточнения определения технологических параметров подъема трубопровода. Способ включает вскрытие участка подземного трубопровода до нижней образующей. Затем оценивают его техническое состояние, расстановку трубоукладчиков и машин. Подъем трубопровода выполняют с учетом технических характеристик трубоукладчиков по грузоподъемности и технологических параметров подъема трубопровода по расстоянию между трубоукладчиками, высоте и усилию подъема трубопровода в сечениях, протяженности изогнутого участка. Для обеспечения прочности трубопровода технологические параметры подъема трубопровода определяют по приведенным в формуле математическим выражениям. 1 ил.

Способ извлечения подземного магистрального трубопровода при его капитальном ремонте с подъемом, включающий вскрытие участка подземного трубопровода до нижней образующей, оценку его технического состояния, расстановку трубоукладчиков и машин, подъем трубопровода с учетом грузоподъемности трубоукладчиков и технологических параметров подъема трубопровода, обеспечение прочности трубопровода, отличающийся тем, что технологические параметры подъема трубопровода определяют с учетом действующего на изогнутом участке трубопровода продольного усилия N, причем где Е - модуль упругости металла трубы (Па); I - момент инерции поперечного сечения трубы (м⁴); q - вес трубопровода единичной длины с перекачиваемым продуктом и антикоррозионным покрытием (Н/м); h_T - высота подъема трубопровода в сечениях установки очистной и изоляционной машин (м); - безразмерный параметр, определяемый в зависимости от наибольшего прогиба трубопровода на изогнутом участке и продольного усилия, действующего в проектном положении до подъема; вскрытие участка подземного трубопровода до нижней образующей производят протяженностью L, минимальная величина которой определяется как сумма протяженностей изогнутого участка и участков продольных перемещений справа и слева от изогнутого, причем протяженность изогнутого участка определяют по формуле , а протяженность участков продольных перемещений определяют по формуле где - безразмерный параметр, определяемый в зависимости от продольного усилия на изогнутом участке, количества трубоукладчиков и расстояния между ними; р_г - сопротивление продольному перемещению трубопровода на вскрытом от грунта участке (Н/м); N_р - разность продольных усилий, действующих на концах участков продольных перемещений с учетом их знаков (Н); подъем трубопровода i-м трубоукладчиком осуществляют на высоту с усилиями подъема где и - безразмерные параметры, определяемые в зависимости от величины продольного усилия, действующего на изогнутом участке, количества трубоукладчиков и расстояния между ними.