Способ сооружения подводного трубопровода Советский патент 1992 года по МПК F16L1/18 

Изобретение относится к способам сооружения подводных, в т. ч. морских, трубопроводов.

Подводный участок трубопровода отличается от аналогичного ему, но укладываемого на суше, тем, что масса одного погонного метра трубопровода, уложенного на дно, должна быть больше выталкивающей силы, действующей на погонный метр подводного трубопровода Устойчивое положение подводного трубопровода на дне обеспечивается в том случае, если отношение его единицы массы к выталкивающей силе (коэффициент устойчивости) больше единицы (отрицательная плавучесть) и составляет обычно 1,15-1,6 Значение коэффициента устойчивости для конкретного участка подводного трубопровода выбирается в зависимости от скорости подводных течений, состояния дна, зоны укладки и др, параметров.

Сами по себе трубопроводы диаметром 1020-1420 мм с расчетной толщиной стенки на рабочее давление 7,4 9 8 МПа не обладают отрицательной плавучестью. Переходы через водные преграды (дюкеры) таких трубопроводов (или морские участки их) выполняются с приданием им отрицательной плавучести путем дополнительной балластировки Утяжеление подводного участка трубопровода (балластировка) осуществляется либо сплошным обетонированием, ли бо навеской на трубопровод утяжеляющих чугунных или железобетонных грузов.

Укладка подводных трубопроводов на дно водной преграды или в траншею на дне осуществляется путем протаскивания по дну, свободным погружением или с плавучих средств.

Практически во всех случаях трубопроводу еще до опуска на дно придается требуемая отрицательная плавучесть, например, с помощью сплошного обетонирования, а транспортирование к месту укладки и опуска на дно осуществляется с применением большого числа разгружающих понтонов, которые обеспечивают плавучесть плети. При заполнении водой понтонов или их от- строповки, плеть тонет и опускается на дно или в траншею на дне водной преграды. Затонувшие понтоны отстегивают и подниV|00

Ј ч

VJ

мают на поверхность, где их собирают и транспортируют на берег.

Недостатком технологии применения понтонов в сочетании с обетонированной трубой является достаточно высокая стоимость изготовления самих понтонов, а также большая трудоемкость по их установке, а главное - их съему с трубопровода в процессе погружения, | часть понтонов - водолазами под водой , если дистанционная система ртстропрвф не сработала.

Обетонирование, имея свои преимущества, имеет и существенный недостаток, заключающийся в усложнении поиска утечек газа под бетонным покрытием и сложностью подводного ремонта необходимости снятия под водой бетонного (с сеткой) покрытия.

Технология укладки плетей подводного трубопровода существенно упростилась, если бы балластирующее устройство, установленное на необетонированную трубу, имеющую положительную плавучесть, сохраняло бы еще общую положительную плавучесть всей системы (близкую к нулевой), а после заполнения балластирующего устройства водой система (основная труба совместно с балластирующим устройством) обладала бы требуемой отрицательной плавучестью с коэффициентом устойчивости на дне более 1,15.

Целью изобретения является способ сооружения подводного трубопровода, при котором можно отказаться от нанесения утяжеляющего бетонного покрытия на основную трубу или применения отдельных понтонов-утяжелителей, а также от изготовления, установки и снятия разгружающих понтонов при погружении на дно подводных трубопроводов, что повысит производительность работ и упростит балластировку.

Поставленная цель достигается за счет оснащения трубопровода балластирующими устройствами в виде вспомогательных трубопроводов, частично заполненных бетоном, которые последовательно выполняют функции разгружающих понтонов, пока они не заполнены водой, и утяжеляющих пригрузов, после заполнения их водой.

На фиг. 1 и 2 представлена принципиальная идея балластировки,

Пучок труб состоит из основной трубы 1 и вспомогательных труб 2, прикрепляемых к основной трубе с помощью стяжек 3. Часть объема каждой вспомогательной трубы или объем части вспомогательных труб заполнен бетоном 4. Задача состоит в том, чтобы к заданной основной трубе с положительной плавучестью подобрать вспомогательные трубы и частично их заполнить бетоном

так, чтобы при расчетных объемах пустых полостей вспомогательных труб общая система плавала с заданной положительной плавучестью (q), а при заполнении их водой

- тонула и обладала при этом также заданной расчетной отрицательной плавучестью с коэффициентом устойчивости (отношение массы трубопроводов в воде к выталкивающей силе) К 1,15.

Такое возможно при определенных значениях коэффициента (доле) заполнения бетоном объема вспомогательных труб. Определить его можно, базируясь на следующих положениях.

Находящийся на дне водной преграды с заданным коэффициентом устойчивости К трубопровод должен удовлетворять следующее неравенство:

2 Grp+/3 V Son рб+рь(1-$У Ј,„;

)

Ј(VgcH+VjJon)/OB-K Откуда, после преобразования, получаем

Q КО/Зсн + Уйоп)/0в -ZGTP -У%оп/0в УЈоп(/Об-/%)

(1)

В то же время для обеспечения плавучести (с заданной положительной плавучестью q) на поверхности водной преграды должно обеспечиваться условие:

2 бтр + ft Удоп /Об (Уостн + Удоп) /Ob + q

40

a 2 (Уосн + УДОП)/ОВ -2GTP +q ,2)

HУд-оп/Эб

В формулах (1, 2) приняты следующие обозначения:

ft- коэффициент (доля) заполнения бетоном балластирующих труб: Уосн - наружный объем одного метра трубопровода;

Удоп - наружный объем одного метра балластирующих трубопроводов:

/Ов - плотность воды; /OB - плотность бетона;

ZGrp - масса 1 л. м. всех труб в системе; Удоп8 - внутренний объем 1 п.м. балластирующих трубопроводов;

К - заданный коэффициент устойчиво- сти системы трубопроводов на дне водоема; q - заданная положительная плавучесть системы трубопроводов.

Если значение ft будет удовлетворять неравенствам (1) и (2), то условие о плавучести системы труб с положительной плавучестью q и обладание этой же системой отрицательной плавучестью с коэффициентом устойчивости на дне К Ј1,15 после заполнения водой свободных объемов вспомогательных труб будет обеспечено.

Пример 1 (фиг. 1), Принимаем основную трубу размером 1220 19,1 мм (подводный газопровод на рабочее давление 7,4 МПа) из стали 08Г2ФТ и дополнительные трубопроводы из труб размером 720 7 общего назначения из Ст. 3. Часть объема вспомогательных труб заполняем бетоном с плотностью 2850 кг/м3. Морская вода имеет плотность 1025 кг/м3. Заданная положительная плавучесть q 60 кг/п.м. По принятым исходным данным определяем объем (по наружному диаметру) 1 п.м. основной трубы VOCTH 1,168 м , объем (по наружному диаметру) 1 п.м. дополнительных труб - УДопн - 2 0.407 0,814 м, масса 1 п.м. основной трубы - 572 кг, масса 1 п.м. дополнительных труб 2 123 - 246 кг, VAon8 2 -0,3912 0.7824м3.

По формулам (1) и (2) определяем значение коэффициента заполнения бетоном:

о К(Уосн +Удоп)А -2GTp -УдопА 4%оп(р6-рв)

1.15(1.168 +0.814)1025-818-0.7824 ,- 0,7824(2850-1025)и °

0(Уосн+Удоп)А -20тр+д - V доп/Эб

(1.168 + 0,814)1025 - 818 + 60) л „ 0,7824 2850 U(O

Как видно из полуненных результатов ft больше 0,5, но меньше 0,57, т. е. заполнение трубы бетоном должно быть в пределах от 50 до 57% объема вспомогательных трубопроводов.

Пример 2 (фиг. 2). Принимаем ту же основную трубу размером 1220 19,1 мм. В качестве вспомогательных труб принимаем четыре трубы размером 530 6 мм общего назначения их Ст. 3. Для них V0crH 0,882 м3, масса 1 п.м. (G) 309 кг/п.м., внутренний объем 1 п.м. - VAonB 0,840 м3, плотность бетона для заполнения - рв 2700 кг/м3

Определяем по формуле (1) и (2) значение /.

р К(Уйсн +УЈоп)А -SGip -УЈопА

V|on(06 -рв)

1.15(1.168 + 0,882)1025-881-0.84 1025

0,84(2700 -1025)

,2416-881-861 674 Ш7ТЖТ7 и/ю

Р

(У8сн +Удоп)А -SGTp +q V Jon/Об

g 168+ 0.882)1025-881+60 0,84 27UO

,2101 -881 +60 1280 псс 22Б82268

Как видно из этих результатов ft больше 0,48, но меньше 0,56, т. е. объем заполнения в пределах от 48 до 56% объема вспомогательных трубопроводов.

На фиг. 2 показано, что из четырех вспомогательных труб две заполнены бетоном, а две - нет, т. е. коэффициент заполнения р 0,5 и условие 0,48 Д 0,56 выполнено.

Изготавливать составную систему труб следует следующим образом.

Вспомогательные трубы длиной по 11- 12 м предварительно заполняют требуемым количеством бетона. В варианте, показанном на фиг. 2, это очень просто, т. к. две трубы полностью, отступив от края по 100 мм, заполняют бетоном, а две - оставляют пустыми.

На специальной роликовой площадке

(стапеле) последовательно собирают, пристыковывая последовательнр одну к другой, трубы (как при сборке на бровке траншеи при сооружении обычных подземных трубопроводов) основного и балластирующих

(с некоторым отставанием) трубопроводов, скрепляя их между собой стяжками так же как обычно крепят понтоны.

Возможно предварительное изготовление составных плетей замой на льду.

Изготовив плеть требуемой длины, устанавливают по концам основного и вспомогательных трубопроводов заглушки. Возможен вариант, когда применяется сочетание части труб с бетоном, а части труб

пустых (фиг. 2). Трубы с бетоном в этом варианте можно не стыковать между собой.

При соответствующей погоде составная плеть, имеющая положительную плавучесть, выводится на плаву к месту затопления и путем заполнения водой пустого объема балластирующих трубопроводов, что придает ей отрицательную плавучесть, погружается на дно или траншею на дне водоема. Плети стыкуются между собой по основной трубе. При желании использовать

балластирующие трубопроводы для транспортировки сопутствующих продуктов их также стыкуют между торцами на фланцах с отводами или без них.

Оценка эффективности предложенной конструкции морского трубопровода была на стадии ТЭО выполнена ВНИИПИШельф (г. Симферополь) по сравнению с вариантом обетонированным трубопроводом диаметром 1220 мм, укладываемым традиционным способом, применительно к переходу через Байдарацкую губу.

Затраты по строительно-монтажным работам составили на 1 км подводного перехода в предлагаемом варианте 1,077 млн.руб., а в варианте обетонированной трубы 1,291 млн. руб., а с учетом всех капвложений на 70 км перехода через Байдарацкую губу соответственно 193,4 млн.руб. и 212,2 млн.рублей, т. е, снижение стоимости одной нитки перехода составило 19 млн. рублей.

Фо рмула изобретения Способ сооружения подводного трубоп- ровода, заключающийся в размещении его на плаву в створе перехода, оснащении балластирующими устройствами, плавучесть которых предварительно регулируют частичным заполнением их объема балластом и погружении трубопровода последующим заполнением балластирующих устройств водой, отличающийся тем, что оснащение трубопровода балластирующи

ми устройствами осуществляют предварительно на берегу, при этом в качестве балластирующих устройств используют расположенные параллельно ему и соединенные с ним гибкими тягами трубопроводы, а в качестве балласта - бетон, объем которого определяют из соотношений

ft

АО/осн+Удог -ЗОгр+д /fcVJU

Р

К(У Зон + V йоп)А - 2 Grp -Рв V Son (OB-pb)VSon

где /5 - коэффициент заполнения бетоном балластирующих устройств;

VOCH - наружный объем одного погонного метра трубопровода: VAon - наружный объем одного погонного метра балластирующих трубопроводов,Удопв - внутренний объем одного погонного метра балластирующих трубопроводов;

РВ - плотность воды;

р& - плотность бетона; Ј Gnp - масса одного погонного метра системы трубопроводов;

К - заданный коэффициент устойчивости системы трубопроводов на дне водоема;

q - заданная положителъная плавучесть системы трубопроводов.

Сущность изббретения: подводный трубопровод (ТП) размещают на плаву в створе перехода, оснащают балластирующими устр-вами Плавучесть устр-в предварительно регулируют частичным заполнением их объема балластом Погружают ТП заполнением устр-в водой. Оснащение ТП устр-вами осуществляют предварительно на берегу. В качестве устр-в используют расположенные параллельно ТП и соединенные с ним гибкими тягами ТП, в качестве балласта - бетон объем к-рого определяют из заданных соотношений 2 ил.

fue.f

Р#г2