Прокладка трубопровода надземным способом диаметром 1420мм в условиях вечномерзлых грунтов

ВВЕДЕНИЕ
Газопроводы в мерзлых грунтах имеют уникальные особенности. Чрезвычайно важно точно прогнозировать и поддерживать устойчивое положение магистрального трубопровода в районах вечной мерзлоты для обеспечения его работоспособности и надежности. Отклонения от намеченного маршрута могут привести к повреждениям и авариям, что повлечет за собой значительные затраты на восстановление, зачастую составляющие половину стоимости строительства.
Благодаря использованию передовых технологий, таких как автоматизированное оборудование, прецизионные приборы и системы цифрового картографирования, проекты строительства трубопроводов могут достичь более высокого уровня точности, производительности и безопасности. Реализация этих стратегий приводит к более плавным рабочим процессам, сокращению сроков завершения и превосходным результатам строительства трубопровода.
Восстановление оси трубы в исходное положение зачастую невозможно, поскольку мерзлые грунты не изменяются, так как в них отсутствует годовой оборот тепла, что делает их устойчивым ориентиром. [1].
Вечная мерзлота очень уязвима к изменениям: разрушение хрупкого слоя мха и растительности приводит к быстрому оттаиванию вечной мерзлоты, нарушению ее состава и появлению значительных проталин. Человеческая деятельность может за считанные годы превратить мерзлую почву в заболоченные территории, которые могут сместить и повредить газопроводы. Рекультивация не может остановить разрушение вечной мерзлоты на нарушенных территориях.
Исследовательский проект на Аляске изучал, как различные условия поверхности влияют на температуру почвы. Были созданы три участка: один с естественной растительностью, один без лесного покрова и один засушливый. Целью исследования было понять, как эти условия влияют на изменение температуры в почвенной экосистеме.
Целью исследования было проанализировать, как различные условия поверхности влияют на температуру почвы на каждой соответствующей территории. Сравнивая колебания температуры в этих местах, исследователи стремились понять взаимосвязь между состоянием поверхности суши и температурой почвы в окружающей среде Аляски.
Отсутствие маршрутов передвижения оленей и других тундровых животных вокруг искусственных сооружений противоречит важнейшему экологическому принципу. Размещение трубопроводов над землей помогает поддерживать устойчивость трубопроводов, но требует значительных затрат на строительство.
Актуальность вопроса устойчивости газопровода обусловлена рядом факторов, таких как значительное количество неудачно расположенных участков, дорогостоящие и технологически сложные работы, необходимые для ремонта этих участков, а также отсутствие надежных средств, методы прогнозирования потоков газа. газ. участки нефтепроводов в районах вечной мерзлоты.
Чтобы определить лучший способ прокладки газопровода, важно не допустить постепенного оттаивания грунта под линией. Также очень важно следить за тем, чтобы газовая труба не примерзла к земле. Эти критерии соответствуют стандартам экологической безопасности.
Цель данной работы: прокладка ВЛ диаметром 1420 мм в условиях вечной мерзлоты.
Основная цель — выявление и поддержка экономически эффективных инженерных инноваций, позволяющих снизить воздействие газопровода на мерзлые грунты как во время строительства, так и при эксплуатации.
Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи:
1. Подробно описать особенности строительной площадки и изложить рекомендации по содержанию и обследованию газопровода.
2. Выберите метод очистки и проверки газовых труб. Предоставить рекомендации и требования по очистке и проверке подземной сантехники.
3. Объяснить строение элементов, используемых для подключения к источнику газа, работу поршней, используемых для запуска, приема и очистки устройств.
4. описать технологии: очистка, испытания, описать исполнительную документацию;
5 Выполнить расчеты;
1 Общая часть
1.1 Характеристика района строительства

Экстремальные колебания температуры от -56°C зимой до +34°C летом, а также сильные ветры, превышающие 40 м/с, наличие тундры, болот и обширной вечной мерзлоты создают проблемы. В результате воздушные трубопроводы на оттаивающих грунтах сталкиваются с неравномерной осадкой опор, что влияет на их эксплуатационную надежность и безопасность.
Для непросадочных грунтов фундамента наиболее основным и экономичным методом является размещение трубопроводов вдоль поперечных опор на естественной или инженерной поверхности или на земляных призмах. Эти опоры имеют небольшую высоту и могут привести к тому, что трубопровод коснется земли с небольшим проседанием, что потенциально может привести к попаданию влаги на изоляцию трубы. При установке таких опор рекомендуется использовать трубопроводы малого диаметра из легких материалов типа асбестоцемента или полипропилена.
Современные решения по проектированию опор включают в себя специализированные опоры с трубчатыми системами для борьбы с промерзанием грунта, пучением и сейсмической активностью, но они не могут гарантировать бесперебойную работу трубопроводов.
Когда грунт поднимается вверх и образует насыпи, это может привести к неравномерному подъему свай на несколько десятков сантиметров, что потенциально дестабилизирует трубопроводы и приводит к чрезвычайным ситуациям.
Однако эксперты предполагают, что наиболее эффективным способом строительства трубопроводов на Крайнем Севере является наземный способ, который требует строгого соблюдения норм экологической безопасности при проектировании и строительстве.

1.2 Современные тенденции в испытании газопроводов
Корректная программа испытаний трубопроводов, а также анализ результатов этих испытаний играет важную роль в процессе строительства и дальнейшей эксплуатации. Проведение испытаний позволяет провести анализ надежности как отдельных элементов трубопровода, так и всего комплекса в целом. А полученные данные представляют собой комплексную оценку, которая потребуется для безопасного содержания объекта.
Наибольшее распространение, как за рубежом так и на территории Российской Федерации, для проведения испытаний на механическую прочность получил метод ступенчатых испытаний.
Суть данного метода заключается в том, что во время испытаний на трубопровод воздействует определенное давление, рассчитываемое в долях от рабочего давления. Например, в одном из наиболее актуальных исследований на эту тему: Reliability_Analysis_of_Oil_and_Gas_Pipelines_Based_on_Step-Down-Stress_Testing_in_Corrosive_Environments приведен характерный пример диаграммы нагружения (рисунок 1), с тремя критическими параметрами, где S2 – проектное рабочее давление, S3 – давление с учетом коэффициента запаса, а S1 – 0,5* S2.
Данный испытательный цикл повторяется несколько раз, в ходе испытаний оценивается напряженно-деформированное состояние ключевых узлов, стабильность и повторяемость показатели, уровень остаточных напряжений и деформаций.
Комплексным критерием является оценка соответствия работы трубопровода проектным предпосылкам.

Рисунок 1.1 Диаграмма стресс-нагружения.
Кроме того, современная трубопроводная промышленность проводит множественные исследования на коррозионную стойкость. Очевидно, что естественная коррозия процесс долгий и не подходит для испытаний. В настоящее время получают большое распространение испытания с ускоренной коррозией. Для этого в специальную установку подаётся смесь газов под давлением (принципиальная схема установки показана на рисунке 1.2). В данном случай в рабочую камеру установки подается смесь CO2+H2S+N2. После таких испытаний оцениваются остаточные характеристики образцов, а также вынос металла.

Рисунок 1.2 Принципиальная схема установки для коррозионных испытаний на основе смеси CO2+H2S+N2
1.3 Очистка трубопровода
Проблема очистки трубопроводов является актуальной на сегодняшний день, так как многие исследования приходят к выводу о неэффективности тех или иных методов очистки.
Одной из основных проблем является отсутствие комплексного подхода и обоснования выбора оптимальных для трубопроводов методов очистки из внутренней полости трубопроводов.
В настоящее время используется, как правило, метод комплексной очистки, включающий в себя промывку трубопровода водой и/или специальным чистящим составом (в некоторых случаях применяется промывка спиртом), очистку трубопровода специальным поршнем и последующую продувку.

Рисунок 2. Очистительный поршень.
Поршень конструируется таким образом, чтобы захватывать и удерживать в себе крупнодисперсные загрязнения. На рисунке 2 показана схема движения загрязняющих элементов внутри поршня.
Испытание на сопротивление и испытание на герметичность.
Испытания газопроводов проводятся в соответствии с проектными условиями гидравлическими, пневматическими или комбинированными методами. Гидравлические испытания включают использование жидкостей, таких как вода, для оценки целостности трубопровода. С другой стороны, при пневматическом испытании используются такие газы, как природный газ или воздух, для проверки герметичности или слабости трубопровода. Комбинированные методы включают использование воздуха и воды для обеспечения тщательного тестирования. Каждый метод считается эквивалентным и может эффективно применяться к трубопроводам, служащим различным целям.
После выполнения поставленных задач оцените прочность и герметичность линейного участка магистрального трубопровода. Испытания включают проверку сопротивления и герметичности с помощью гидравлических или пневматических средств. Гидравлические испытания проводятся при положительных температурах или с соблюдением мер морозостойкости. Такие детали, как методы, уровни давления и границы тестирования, зависят от проекта. Газопроводы могут подвергаться пневматическим испытаниям без ограничений, при этом гидростатическое давление рассматривается при гидравлическом или комбинированном методе испытаний для выявления конкретных участков.
Трубопроводы проходят строгие процедуры испытаний для обеспечения их структурной целостности и герметичности. Эти трубопроводы сегментируются с помощью заглушек или линейных фитингов, таких как запорные клапаны или краны, для создания управляемых участков для целей тестирования.
Испытания на прочность включают в себя воздействие на трубопровод высокого давления для оценки его способности противостоять внешним воздействиям без разрушения. Если трубопровод сохраняет свою форму и не прогибается под давлением, его считают конструктивно прочным.
Испытания на утечки не менее важны и включают в себя создание давления в трубопроводе для обнаружения любых признаков утечки. Об успешном испытании на утечки свидетельствует постоянный уровень давления на протяжении всего испытания, что указывает на то, что трубопровод эффективно герметизирован и места утечек не выявлены.
Следующим этапом, после прохождения основных прочностных испытаний является ряд проверок, направленных на обеспечение эксплуатационных требований безопасности, а также оценки долговечности.

1.4 Нормативное обоснование параметров очистки газопроводов

Сохранение мерзлых слоев в условиях вечной мерзлоты с минимальным тепловым воздействием и нулевой годовой циркуляцией тепла имеет решающее значение для поддержания стабильности грунта и экосистем. Охраняя как замороженные слои, так и активный слой, который подвержен антропогенным воздействиям во время освоения земель, мы можем поддерживать целостность вечной мерзлоты. Этот процесс сохранения включает в себя реализацию стратегий, которые смягчают температурные изменения и предотвращают нарушение естественных тепловых условий в земле. Его цель – защитить структуру вечной мерзлоты и ограничить таяние активного слоя, что может иметь жизненно важное значение для поддержания экологического баланса и стабильности инфраструктуры в регионах, характеризующихся вечной мерзлотой.
При размещении трубопроводов на земле в качестве фундамента придерживаются принципа, отвечающего требованиям, изложенным в СП 25.13330.2012.
На суше трубопроводы прокладывают либо саморегулирующимся зигзагом, либо прямолинейно с компенсаторами. Эти трубопроводы могут поддерживаться различными средствами, такими как грунт, сваи, фундаменты, рамы, поворотные рамы и подвески для их фиксации на месте.
Состав грунта варьируется и может быть неоднородным по трассе, что приводит к короблению и росту свай до 0,27-0,40 метра, вызывая смещения положения трубопровода, нестабильность и неисправности.
В районах вечной мерзлоты из-за промерзания из земли могут вытолкнуться металлические опоры из труб с четырьмя шарнирами, каждый диаметром 325 мм. Со временем было замечено, что трубопроводы на мелководных водоемах, в затопленных районах и впадинах испытывают необычно большие вертикальные деформации, превышающие типичное пучение почвы, вызванное циклами замерзания и оттаивания.
При забивке свай под опоры трубопроводов с использованием тяжелой техники вокруг металлических свай образуются зоны заливки, образуя овраги. Это воздействие приводит к переходу почвы в техногенную почву по ГОСТ 25100-2011. Если произойдет обратное скольжение, сваи могут вздуться, что приведет к снижению несущей способности и снижению эффективности в качестве опор.
Оценка прочности и целостности газопроводов посредством испытаний имеет решающее значение перед их вводом в эксплуатацию, чтобы гарантировать их надежность. Способы защиты трубопроводов во время строительства включают предотвращение загрязнения, их тщательную