Устройство для защиты и закрепления подводного трубопровода Российский патент 2024 года по МПК F16L1/20 E02B3/00 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту нефти и газа и может быть использовано для защиты и обеспечения надежного функционирования участков трубопровода, проложенных через водные преграды.

Из области техники известно защитное покрытие подводного трубопровода от размыва [патент РФ №84400, Е02В 3/12, опубл. 10.07.2009 бюл. №19], содержащее продольный холмовидный корпус, заполненный инертным материалом, состоящий из нижнего и верхнего ковров. Ковры выполнены из троса или каната, выложенного продольными и поперечными рядами, соединенными в местах стыка бетонными модулями, причем по краям ковров выполнены ушки для соединения с аналогичным ковром.

Основными недостатками известного защитного покрытия подводного трубопровода от размыва являются:

1. Высокая трудоемкость и многостадийность монтажа известного устройства в реальных условиях эксплуатации, включающего укладку гибкого прямоугольного ковра на размываемый участок над подводным трубопроводом, поштучную укладку, предварительно подготовленных мешков с песчано-гравийной смесью, укладку второго гибкого прямоугольного ковра и намывание грунта, с целью уплотнения конструкции.

2. Изменение проектного положения известного устройства в процессе эксплуатации, обусловленное наличием вихревых зон скоростного потока воды, влияющих на эрозионные процессы донных почв, вблизи защищаемого трубопровода.

Из области техники известен гибкий бетонный мат с эластичной монтажной петлей [патент РФ №178889, Е02В 3/12, опубл. 23.04.2018 бюл. №12], содержащий совокупность бетонных блоков, соединенных между собой гибкой связью, и монтажные петли. Монтажные петли в свободном состоянии прижаты к боковым граням блоков и изготовлены из искусственного или синтетического каната, способного растягиваться под нагрузкой и возвращаться в исходное состояние в отсутствии нагрузки.

Основным недостатком известного гибкого бетонного мата с эластичной монтажной петлей является значительные размеры формируемой защитной конструкции размытого трубопровода, что при малой глубине водной преграды может способствовать изменению гидрологических характеристик водных потоков, в том числе скорости течения потока, изменению траектории потока и возникновению вихревых зон скоростного потока воды, что в свою очередь приводит к усилению эрозионных процессов как береговых участков, так и донных почв.

Из области техники известна завеса для защиты от размыва подводного трубопровода [патент РФ №2029014, Е02В 3/02, опубл. 20.02.1995], состоящая из отдельных секций, каждая из которых имеет с фронтальной стороны решетку, установленную на основании, при этом она снабжена балластными карманами, выполненными в каждой из секций с обеих сторон и заполненных инертным материалом, при этом решетка размещена между балластными карманами, а секции установлены в плане с нахлестами.

Основными недостатками известной завесы для защиты от размыва подводного трубопровода являются:

1. Высокая трудоемкость и многостадийность монтажа известного устройства в реальных условиях эксплуатации, включающего установку отдельных секций устройства, стыковку отдельных секций устройства, заполнение балластных карманов инертным материалом.

2. Высокая вероятность изменения заявленных технических характеристик или полный отказ устройства, в результате повреждения решетчатых элементов в процессе ледохода или иных внешних механических воздействий.

Из области техники известен переход трубопровода через водную преграду [патент РФ №2195596, F16L 1/028, опубл. 27.12.2002 бюл. №36], состоящий из самой трубы с противокоррозионной изоляцией, пригрузов, армированной засыпки и нижнего водопропуска. Конструкция армирования выбрана, исходя из условия минимизации толщины засыпки над верхней образующей трубопровода, например, в качестве арматуры использованы утилизованные автопокрышки, уложенные в убывающей типоразмерности с подошвы обвалования к его вершине. При этом ниже по течению возведена запруда, причем отметки приемного конца водопропуска запруды установлены на уровне верхней образующей обвалования трубопровода.

Основными недостатками известного перехода через водную преграду являются:

1. Высокая трудоемкость и многостадийность монтажа известного устройства в реальных условиях эксплуатации, включающего вскрытие трубопровода, демонтаж пригрузов, ремонт изоляции, путем футеровки 2-3 слоями рубероида, возможное оснащение цилиндрической оболочкой, монтирование пригрузов, засыпку и уплотнение балластом, укрытие противодиффузионным экраном, укладывание покрышек, анкерование крайних покрышек, заполнение пустот песчано-гравийно-щебеночной смесью, возведение запруды, ниже по течению.

2. Значительные размеры формируемой защитной конструкции размытого трубопровода, что может способствовать изменению гидрологических характеристик водных потоков, в том числе скорости течения потока, изменению траектории потока и возникновению вихревых зон скоростного потока воды, что в свою очередь приводит к усилению эрозионных процессов как береговых участков, так и донных почв.

Из области техники известен секционный защитный футляр [патент РФ №177511, F16L 57/00, опубл. 28.02.2018 бюл. №7], выполненный из композиционного материала, содержащий элементы, соединенные между собой элементами скрепления, при этом внутри футляра установлены центраторы, а на его поверхности оборудован переходник под контрольную трубку. Футляр состоит из крайних и центрального элементов, а переходник под контрольную трубку оборудован на поверхности крайнего элемента.

Основным недостатком известного секционного защитного футляра является изменение проектного положения известного устройства в процессе эксплуатации, обусловленное наличием вихревых зон скоростного потока воды, влияющих на эрозионные процессы донных почв, вблизи защищаемого трубопровода.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является армированная труба с двойными стенками и способ ее изготовления [патент US 20090000681, F16L 9/18, опубл. 01.01.2009], состоящая из внутренней трубы, расположенной в жесткой внешней трубе, причем трубы разделены кольцевым пространством, центрирующие элементы удерживают внутреннюю трубу в положении относительно внешней трубы.

Основным недостатком известной армированной трубы с двойными стенками является изменение проектного положения известного устройства в процессе эксплуатации, обусловленное наличием вихревых зон скоростного потока воды, влияющих на эрозионные процессы донных почв, вблизи защищаемого трубопровода.

Задачей изобретения является создание устройства для защиты и закрепления подводного трубопровода, устраняющего недостатки аналогов и прототипа.

Техническим результатом изобретения является обеспечение устойчивого положения трубопровода при пересечении водных преград, уменьшении эрозии донных грунтов.

Поставленная задача и технический результат в устройстве для защиты и закрепления подводного трубопровода, включающем защитную полуцилиндрическую оболочку, центрирующие полукольца, уголковые опорные элементы, крепежные элементы, решается тем, что защитная полуцилиндрическая оболочка содержит водовпускные отверстия, водовыпускные отверстия, вертикальные потоконаправители, горизонтальные потоконаправители, водонаправляющие полки, потокоразделители.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, 2, 3. На фиг. 1 показана схема размещения защитной полуцилиндрической оболочки на трубопроводе в русле водной преграды. На фиг. 2 показано исполнение защитной полуцилиндрической оболочки со стороны набегающего потока воды. На фиг. 3 показано исполнение защитной полуцилиндрической оболочки со стороны отходящего потока воды.

Устройство для защиты и закрепления подводного трубопровода включает защитную полуцилиндрическую оболочку (1) (фиг. 1), изготовленную из стальной трубы, разрезанной вдоль оси, кромки которой механически разведены в стороны от линии реза на величину на 7-10% превышающую внешний диаметр защищаемого трубопровода (2), на боковой образующей, ориентированной к набегающему потоку воды (3), содержащую водовпускные отверстия (4), по периметру которых размещены вертикальные потоконаправители (5) и горизонтальные потоконаправители (6), на боковой образующей, ориентированной к отходящему потоку воды (7), содержащую водовыпускные отверстия (8), а также водонаправляющие полки (9).

Нижняя часть защитной полуцилиндрической оболочки (1) оборудована уголковыми опорными элементами (10), включающими монтажные отверстия (на фиг. не указано) под крепежные элементы (11), заглубляемые в грунт (12). В пространстве между внутренней поверхностью защитной полуцилиндрической оболочки (1) и внешней поверхностью трубопровода (2) размещены центрирующие полукольца (13).

Вертикальные потоконаправители (5) (фиг. 2) защитной полуцилиндрической оболочки 1 выполнены в виде прямоугольного треугольника с наклонной гранью, ориентированной к набегающему потоку воды (3) (фиг. 1), чем обеспечивается переход крупных плавучих фрагментов (например, веток деревьев, на фиг. не показано) с набегающим потоком воды (3) через защитную оболочку (1) без накопления и формирования завала (на фиг. не показан).

Для дополнительной стабилизации набегающего потока воды (3) (фиг.1) и отходящего потока воды (7), в водовпускных отверстиях (4) и водовыпускных отверстиях (8) размещены потокоразделители (14) (фиг. 2, фиг. 3).

Водонаправляющие полки (9) (фиг. 3) обеспечивают перенаправление отходящего потока воды (7) (фиг. 1), исключая размыв и вынос грунта (12) за трубопроводом (2).

Устройство для защиты и закрепления подводного трубопровода работает следующим образом.

С целью защиты и обеспечения устойчивого положения трубопровода (2) (фиг. 1) при пересечении водных преград устанавливают, открытую в нижней части, стальную защитную полуцилиндричсекую оболочку (1), располагаемую на центрирующих полукольцах (13), относительно трубопровода (2). Защитную полуцилиндрическую оболочку (1) через центрирующие полукольца (13) навешивают на трубопровод (2), при этом уголковые опорные элементы (10) погружаются в грунт (12) водной преграды и закрепляются с помощью крепежных элементов (11) (например: анкеров или балластировочных утяжелителей). Набегающий поток воды (3) с помощью вертикальных потоконаправителей (5) и горизонтальных потоконаправителей (6) частично, через водовпускные отверстия (4) подается в пространство между трубопроводом (2) и защитной полуцилиндрической оболочкой (1) и далее, через водовыпускные отверстия (8) отводится в водную преграду, где смешивается с частью набегающего потока воды (3), огибающей защитную полуцилиндрическую оболочку (1) сверху. За счет разделения набегающего потока воды (3), а также применения водонаправляющих полок (9), отходящий поток воды (7) стабилизируется, происходит минимизация неконтролируемых областей завихрения скоростного потока воды и как следствие уменьшение эрозионных процессов грунта (12), и последующего смещения трубопровода (2) относительно первоначального проектного положения. Дополнительное разделение и смешение скоростного потока воды происходит с помощью потокоразделителей (14) (фиг.2) установленных в водовпускных отверстиях (4) и водовыпускных отверстиях (8) (фиг. 3).

Пример.

Необходимо оборудовать защиту частично размытого трубопровода (2) (фиг. 1) диаметром 1420 мм на переходе через водную преграду.

Справа и слева от трубопровода (2) с помощью экскаватора выполняют траншеи, глубина которых подбирается таким образом, чтобы уголковые опорные элементы (10) навешиваемой на трубопровод (2) защитной полуцилиндрической оболочки (1) касались грунта.

Устанавливают защитную полуцилиндрическую оболочку (1) на трубопровод (2). Вворачивают в дно траншей крепежные элементы (11) (например: анкер), прижимающие горизонтальные участки опорных элементов (10) к грунту (12) на дне траншеи.

Засыпают нижнюю часть защитной оболочки (1) грунтом.

Уменьшение эрозии донных грунтов достигается за счет значительного снижения областей завихрения водного потока, расположенных за трубопроводом ниже по течению, характеризующихся более высокими скоростными режимами, при этом значительно снижается вынос донного грунта из областей, граничащих с трубопроводом, в которых ранее в процессе эксплуатации образовывались промоины. Уменьшение областей завихрения достигается за счет комплексной работы конструкционных элементов устройства, предусматривающей перепуск части объема водных масс через водовпускные и водовыпускные отверстия, профилирование водных потоков при помощи вертикальных и горизонтальных потоконаправителей и дифференцирование водных потоков на потокоразделителях. При этом наиболее скоростная часть водного потока, участвующая в процессе вихреобразования ниже по течению, огибающая защитную оболочку по верхней образующей, также профилируется при помощи водонаправляющих полок.

Устойчивое положение трубопровода при пересечении водных преград достигается за счет уменьшения эрозионных процессов, позволяя сохранять трубопроводу проектное положение.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту нефти и газа и может быть использовано для защиты и обеспечения надежного функционирования участков трубопровода, проложенных через водные преграды. Задачей изобретения является создание устройства для защиты и закрепления трубопровода, устраняющего недостатки аналогов и прототипа. Техническим результатом изобретения является обеспечение устойчивого положения трубопровода при пересечении водных преград, уменьшении эрозии донных грунтов. Устройство для защиты и закрепления подводного трубопровода включает защитную полуцилиндрическую оболочку, центрирующие полукольца, уголковые опорные элементы, крепежные элементы. Защитная полуцилиндрическая оболочка содержит водовпускные отверстия, водовыпускные отверстия, вертикальные потоконаправители, горизонтальные потоконаправители, водонаправляющие полки, потокоразделители. 3 ил.

Устройство для защиты и закрепления подводного трубопровода, включающее защитную полуцилиндрическую оболочку, центрирующие полукольца, уголковые опорные элементы, крепежные элементы, отличающееся тем, что защитная полуцилиндрическая оболочка содержит водовпускные отверстия, водовыпускные отверстия, вертикальные потоконаправители, горизонтальные потоконаправители, водонаправляющие полки, потокоразделители.