Дипломная работа по строительству и архитектуре на тему Строительство линейных трубопроводов с применением технологии батлер

Объектом выпускной квалификационной работы является разработка проектных решений для реконструкции двух водных переходов напорного промыслового нефтепровода «УПН Южно-Ягунского месторождения – т.вр. в нефтепровод «Холмогоры-Сургут» (регистрационный № 58005-НН, инвентарный № КГЛМ_30144). Работы выполняются на участках пересечения трассой трубопровода водных преград – рек Ингу-Ягун (пикетаж ПК18+14–ПК19+28) и Кирилл-Высь-Ягун (пикетаж ПК90+39–ПК91+49). Для каждого перехода подлежат реконструкции по две нитки: основная и резервная. Общая протяженность четырех реконструируемых участков составляет 964,99 метров.
Исходные технические характеристики объекта определены заданием на проектирование и представлены в проектной документации. Основные параметры реконструируемых ниток приведены в таблице.

Таблица 1.1 – Основные параметры реконструируемых участков нефтепровода
Наименование участка (нить) Протяженность, м Диаметр и толщина стенки, мм Марка стали Рабочее давление, МПа
Переход через р. Ингу-Ягун (основная) 132,8 325x9 09ГСФ (К52) 6,0
9
Переход через р. Кирилл-Высь-Ягун (основная) 321,57 325x9 09ГСФ (К52) 6,0
Переход через р. Кирилл-Высь-Ягун (резервная) 344,63 325x9 09ГСФ (К52) 6,0

Техническое обоснование необходимости реконструкции базируется на анализе следующих ключевых факторов:
1. Обеспечение требований промышленной безопасности. Существующие переходы, отработавшие значительный срок, приближаются к пределу своего расчетного ресурса. В соответствии с Федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности», а также ГОСТ Р 55990-2014, для поддержания безопасной эксплуатации необходимо проводить реконструкцию или замену участков трубопроводов, исчерпавших свой ресурс. Продление срока службы без проведения работ по реконструкции недопустимо, так как повышает риск аварийных ситуаций, связанных с потерей герметичности.
2. Устранение рисков, связанных с изменением гидрологических условий. За период эксплуатации существующих переходов могли произойти изменения в морфологии русел рек Ингу-Ягун и Кирилл-Высь-Ягун (размыв, изменение береговой линии, смещение русел). Это создает дополнительные механические нагрузки на подземные/подводные участки трубопровода. Проектом предусматривается переход на надземный способ прокладки на опорных эстакадах, что позволяет исключить прямой контакт трубопровода с подвижным грунтом русла и водным потоком, а также облегчает визуальный контроль его состояния.
3. Приведение конструктивных решений в соответствие с современными нормами. Нормативная база в области проектирования промысловых трубопроводов (ГОСТ Р 55990-2014) ужесточила требования к материалам, коэффициентам надежности, защите от коррозии и балластировке. Существующие переходы могут не отвечать этим обновленным требованиям в части расчета на прочность, устойчивости против всплытия в обводненных грунтах пойм или характеристик применяемой стали. Реконструкция позволяет применить трубы из стали 09ГСФ (К52) с гарантированной ударной вязкостью при температуре -60 °C, соответствующей климатическому району строительства, и выполнить все необходимые расчеты (прочности, устойчивости, балластировки) по действующим нормам.
4. Повышение эксплуатационной надежности и ремонтопригодности. Надземная прокладка в защитном футляре обеспечивает:
o Возможность оперативного визуального и инструментального контроля состояния изоляции и металла труб.
o Снижение коррозионного износа за счет вывода трубы из зоны постоянного контакта с агрессивными обводненными грунтами.
o Упрощение и ускорение будущих ремонтных работ, так как доступ к трубопроводу не требует производства сложных земляных работ в условиях высокого уровня грунтовых вод.
Целью реконструкции является замена физически и морально устаревших участков водных переходов на новые, спроектированные в соответствии с актуальными нормативными требованиями, что обеспечит безопасную, надежную и долговременную эксплуатацию нефтепровода на данных участках. Ключевыми задачами проекта являются: обоснование и выбор конструктивной схемы надземного перехода, выполнение комплекса расчетов на прочность и устойчивость, проектирование эффективной системы антикоррозионной защиты и балластировки, а также разработка технологических и организационных решений для производства работ в сложных природно-климатических условиях Западной Сибири.
1.2 Анализ природно-климатических и инженерно-геологических условий района строительства

Район строительства расположен в Сургутском районе Ханты-Мансийского автономного округа – Югры и относится к территории Среднеобской низменности Западно-Сибирской равнины.


Рисунок 1.1 – Ситуационный план

Климатические условия характеризуются как резко континентальные. По данным СП 131.13330.2020, климатический район – IД (ЦГ). Ключевые параметры:
• Среднегодовая температура воздуха: -2.6°C.
• Абсолютный минимум температуры: -55.9°C (декабрь).
• Абсолютный максимум температуры: +35.3°C (июль).
• Температура наиболее холодной пятидневки (обеспеченность 0.92): -44°C.
• Нормативная глубина промерзания: для суглинков – 2.18 м, для песков – 2.66 м, для торфов – 0.8 м.
• Преобладающее направление ветра: юго-западное, средняя скорость – 3.4 м/с.
Гидрологические условия являются определяющими для проекта. Пересекаемые водотоки – реки Ингу-Ягун и Кирилл-Высь-Ягун. Их основные характеристики, согласно данным изысканий, представлены в таблице.

Таблица 1.2 – Характеристики пересекаемых водных преград
Наименование реки Пикетаж Ширина зеркала в межень, м Отметка горизонта высоких вод (ГВВ) 1%, м Максимальная глубина в период изысканий, м
Ингу-Ягун ПК18+14 – ПК19+28 22 74.16 2.2
Кирилл-Высь-Ягун ПК90+39 – ПК91+49 23 72.85 1.8

Инженерно-геологические условия крайне сложные. Территория на 95% заболочена, уровень грунтовых вод находится на глубине 0.1–2.0 м от поверхности. В геологическом разрезе выделены специфические грунты с низкой несущей способностью: торф разной степени разложения (ИГЭ-2,3,4), водонасыщенные пески (ИГЭ-5) и текучие суглинки (ИГЭ-7). Коррозионная агрессивность грунтов по отношению к стали оценивается от низкой (пески) до высокой (торфа). Основные опасные процессы – морозное пучение и подтопление.
Данный анализ является основой для принятия принципиальных проектных решений: выбора надземного способа прокладки на переходах, расчета балластировки, определения глубины заложения на суходольных участках и разработки комплекса мероприятий по водоотведению и укреплению грунтов [20].


1.3 Технико-технологические характеристики объекта реконструкции

На основании исходного задания и технических условий были определены ключевые параметры проектируемых участков трубопровода. Общая протяженность реконструируемых участков четырех ниток составляет порядка 965 метров.

Таблица 1.3 – Основные параметры реконструируемых участков нефтепровода
№ этапа Наименование участка (нить) Протяжен- ность, м Диаметр и толщина стенки, мм Марка стали Рабочее/ расчетное давление, МПа Проектный объем перекачки, т/сут
1 Переход через р. Ингу-Ягун (основная) 132.8 325x9 09ГСФ (К52) 6.0 9600
2 Переход через р. Ингу-Ягун (резервная) 165.99 325x9 09ГСФ (К52) 6.0 9600
3 Переход через р. Кирилл-Высь-Ягун (основная) 321.57 325x9 09ГСФ (К52) 6.0 9600
4 Переход через р. Кирилл-Высь-Ягун (резервная) 344.63 325x9 09ГСФ (К52) 6.0 9600

Основные технологические решения, заложенные в проекте:
Трубы приняты стальные электросварные прямошовные в северном исполнении из стали 09ГСФ (К52). Выбор этой марки обусловлен ее высокими механическими свойствами: временное сопротивление разрыву не менее 510 МПа, предел текучести не менее 350 МПа, что гарантирует прочность под значительным внутренним давлением. Ключевым требованием для условий Крайнего Севера является ударная вязкость (KCV) не менее 34,8 Дж/см² при температуре -60°C, что исключает хрупкое разрушение металла в самые суровые морозы. Диаметр 325 мм и толщина стенки 9 мм определены в результате прочностных расчетов, учитывающих рабочее давление 6.0 МПа, а также дополнительные нагрузки от грунта, температурных деформаций и внешних воздействий [23].
Принципиальным технологическим решением для пересечения водных преград стал отказ от традиционной подземной (подрусловой) прокладки в пользу надземного перехода на опорной эстакаде. Это решение кардинально снижает риски, связанные с высоким уровнем грунтовых вод, подвижностью обводненных и болотистых грунтов, а также сложностью контроля состояния трубы под водой. Трубопровод размещается внутри защитного футляра (кожуха) из стальной трубы, который выполняет роль несущей конструкции и механического барьера. Зазор между нефтепроводом и футляром позволяет проводить визуальный контроль целостности основного трубопровода, а также исключает прямое воздействие на него ледовых нагрузок и плавающего мусора в паводок. Высота подъема перехода составляет не менее 1 метра над уровнем высоких вод (ГВВ) 1% обеспеченности, что гарантирует незатопляемость даже в случае катастрофического половодья [23].
Система защиты трубопровода от коррозии и тепловых потерь разработана дифференцированно для подземных и надземных участков. Для подземной части предусмотрено весьма усиленное наружное антикоррозионное покрытие на основе экструдированного полиэтилена заводского нанесения. Это трехслойное покрытие обладает высокой адгезией, диэлектрической прочностью и стойкостью к механическим повреждениям. Все сварные стыки, выполненные в полевых условиях, защищаются термоусаживаемыми манжетами или втулками типа CPS, обеспечивающими монолитность изоляционного контура. Для надземных участков (на самом переходе и узлах арматуры) дополнительно предусмотрена тепловая изоляция, состоящая из прошивных минераловатных матов толщиной 60 мм и покровного слоя из оцинкованной стали. Эта мера предотвращает нежелательное охлаждение нефти в зимний период, снижая риск парафинизации и повышения вязкости потока, что критически важно для безопасного останова и последующего пуска системы.
Обеспечение механической устойчивости трубопровода на обводненных участках трассы решается путем применения балластировки железобетонными грузами. Расчет против всплытия подтвердил необходимость установки пригрузов типа УБО-М-325. Эти устройства, закрепленные на трубопроводе с определенным шагом, компенсируют выталкивающую силу воды в заболоченной пойме рек и на участках с высоким уровнем грунтовых вод. Помимо противовсплывной функции, балластировка повышает общую устойчивость трубопровода в слабых грунтах.
Система управления, контроля и безопасности включает ключевые элементы на узлах врезки реконструируемых участков в действующий трубопровод. Установка запорной арматуры (фланцевых клиновых задвижек) с электроприводом и ручным дублером позволяет оперативно отсекать участок в случае аварии или для проведения планового обслуживания. Контроль качества строительства предусматривает стопроцентный неразрушающий контроль всех сварных соединений методами ультразвуковой дефектоскопии и радиографии. В процессе эксплуатации целостность изоляционного покрытия будет регулярно проверяться с помощью приборов катодной защиты и искателей повреждений (типа АНПИ, УДИП). Таким образом, комплекс принятых технико-технологических решений направлен на создание объекта, соответствующего всем требованиям ГОСТ Р 55990-2014, Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности, и способного обеспечить надежную транспортировку продукта в течение всего расчетного срока службы, который составляет 20 лет.