книги / Сооружение подводных трубопроводов

оснащено трехсекционным стингером длиной 100 м. Секции сое­ динены между собой шарнирно. Пои укладке трубопровода на глубину до 60 м используется только одна 50-метровая секция, в диапазоне 60-120 м пристыковывается вторая 30-метровая секция и на предельных глубинах используются все три секции стингеров.

В конце 60-х и начале 70-х годов возникла необходимость освоения нефтегазовых месторождений в Северном море. Глубина моря, удаленность месторождений, течения и волны сильно сдерживали темпы и размах трубопроводного строительства. В связи с этим, а также с учетом перспективы прокладки глу­ боководных трубопроводов через Средиземное море и в Мекси­ канском заливе, были построены более совершенные трубоукла­ дочные баржи 3-го поколения - полупогружного типа. Нижняя часть баржи, выполненная в виде понтонов, находится в по­ груженном состоянии на глубине до 25 м, что позволяет суще­ ственно стабилизировать положение баржи и уменьшить влияние волн на процесс укладки. Стингер переменной плавучести и кривизны позволяет регулировать положение и напряжения в трубопроводе. К баржам 3-го поколения относят Касторо-6, Семак-1, Викинг Пайпер, ЕТПМ-1601 и другие, пригодные для укладки трубопроводов диаметром 900-1200 мм с натяжением до 2150 кН при высоте волн более 5 м. Благодаря их применению трубопроводный сезон был продлен до ноября месяца с потерей менее 20% этого периода по погодным условиям, производи­ тельность увеличена до 200 км/сезон.

Повышение устойчивости баржи наряду с погружением части корпуса в толщу воды достигается применением катамаранов. В виде полупогружных катамаранов выполнены Касторо-6, Ви­ кинг Пайпер, СемакЧ, Чокта и др.

Касторо-6 - баржа полупогружного типа, оснащена цент­ ральной рампой с изменяющимся наклоном от 9 до 22 длиной

140 м. На судне предусмотрено 8 сварочных постов и установка контроля качества сварки рентгеновскими лучами. Укладка трубопроводов диаметром до 1200 мм может осуществляться на глубину 750 м при ёысоте волн до 5 м, течении - 1 м/с, ско­ рости ветра 90 км/*шс. Чрезвычайно высока живучесть судна: максимальная высоты волны 24 м и скорость ветра - 180 км/ч. Сварка трубопровода может осуществляться как из отдельных труб, так и двухтрубных 24-метровых плетей. Произ­ водительность - 1,6~3 км/сут.

Касторо-6 использовалось в 1978 г. при прокладке трех ни­ ток газопроводов диаметром 500 мм из Туниса в Сицилию через

Рис. 5.5. Зависимость глубины укладки и опти­ мального угла схода тру­ бопровода от усилия на­ тяжения:

‘Указаны следующие параметры трубопровода: диаметрхтолщина стенки X X толщина обетонирования, мм.

Из графиков видно, что при одной и той же глубине моря с увеличением предела текучести стали и с уменьшением отрица­ тельной плавучести уменьшается усилие продольного натяже­ ния, необходимого для укладки трубопровода, и соответствую­ щее значение угла схода трубопровода.

величину а увеличивают в основном за счет увеличения длины стингера (табл. 5.5), что, в свою очередь, снижает маневрен­ ность трубоукладочной баржи

5.3. УКЛАДКА ГЛУБОКОВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ j-МЕТОДОМ

Развитие техники и технологии укладки морских трубопро­ водов долгое время происходило в направлении совершенство­ вания 5-метода, существенным недостатком которого являются значительные изгибные напряжения и деформации в трубо­ проводе.

При совместном действии изгиба и гидростатического дав­ ления имеет место смятие труб, что затрудняет сооружение трубопроводов на больших глубинах. Кроме того, последова­ тельный изгиб трубопровода на выпуклом и вогнутом участках 5-кривой приводит к остаточным пластическим деформациям. Это обусловило необходимость увеличения длины стингера, мощности системы якорения баржи и натяжении трубопровода, а также ограничения веса трубопровода. Указанные резервы со­ вершенствования достаточно быстро исчерпали свои возмож­ ности, что предопределило целесообразность поиска альтер­ нативных методов укладки.

В 1968 г. в США был запатентован способ укладки подвод­ ных трубопроводов под необычно большим углом к зеркалу во­ ды, при котором трубопровод образовывал вогнутую кривую,

знакопеременного изгиба трубопровода, громоздкого и чувст­ вительного к состоянию моря стингера и возможность укладки трубопроводов на глубину до 3000 м (рис. 5.6). Однако прак­ тическая реализация метода долгое время сдерживалась слож­ ностью стыковки, сварки и изоляции трубопровода в наклонном положении.

В 1975 г. группа компаний ФРГ (Манесманн, Блюм и Восс, Пайплайн Инженеиринг и др.) начала комплекс научных ис­ следований, направленных на разработку методов расчета напряжений и деформаций, усилия натяжения трубы, а также технических средств для прокладки трубопровода /-методом. Особым аспектом исследований являлось изучение возможности применения метода для сооружения трубопровода на сверхболь­ ших (1000-3000 м) глубинах. Укладка на таких глубинах со­ пряжена с появлением в трубопроводе чрезмерных изгибных напряжений и возможностью смятия или излома.

В результате упомянутых выше исследований получены рас­

Рис. 5.6. Укладка трубопровода по /-образной кривой с приме­ нением наклонной (а) и верти­

наклонная рампа; 5 - опора

бопровода

Рис. 5.8. Конструкция монтажного наконечника

прочностных характеристик трубы и глубины укладки (рис. 5.7,

Сооружение трубопроводов на глубине 3000 м обусловливает необходимость создания мощных натяжных устройств с усилием

базе свариваются двухтрубные плети,^ к одному концу которой приваривают наконечник специальной конструкции (рис. 5.8). На монтажной палубе трубоукладочной баржи двухтрубные плети

сваривают контактным способом попарно так, что наконечники располагаются на свободных концах 50-метровой плети. Конст­ рукция наконечников выполнена таким образом, чтобы обеспе­ чить удобный захват при стыковке плетей на рампе при прижа­ тии труб после сварки, а также для дальнейшего использова­ ния наконечника в качестве гасителя лавинного сминания.

Монтаж и сварка 50-метровых плетей производятся на на­ клонной рампе, в верхней части которой расположен специаль­ ный захват, удерживающий трубопровод в монтажном положении, а в нижней - сварочная установка. После сварки и удаления грата с наружной и внутренней стороны шва производится контроль качества ультразвуковым методом. Затем трубопровод смещается вниз по рампе, ще производится очистка поверх­ ности и изоляция (при необходимости производится обетонирование) стыка. Параллельно с этим на рампу устанавливают следующую 50-метровую плеть, а баржа перемещается на 50 м. Продолжительность цикла монтажа сварки, изоляции и спуска 50-метровой плети составляет около 50 мин.

Устройство для контактной сварки трубопроводов диаметром до 760 мм и толщиной стенки до 40 мм имеет следующие харак­ теристики:

Определенный интерес также представляет метод сварки с применением электронно-лучевой пушки. Полный цикл сварки такой установкой труб диаметром 600 мм с толщиной стенки 32 мм составляет около 15 мин.

Наряду с специальными трубоукладочными судами для про­ кладки трубопроводов /-методом применяют реконструированные передвижные буровые платформы.

5.4. СО О РУЖ ЕН И Е М О РС К И Х ТРУБОПРОВОДОВ С П О М О Щ ЬЮ БАРАБАН О В

Принципиальной особенностью описанных выше методов укладки является цикличность процесса вследствие перерывов в технологической цепочке ’’сварка труб (секций) - спуск - перемещение баржи”. Продолжительность цикла и соответственно производительность метода в значительной мере определяются длиной наращиваемой секции. В связи с этим на баржах 3-го поколения предусмотрена возможность монтажа двухтрубных

секций, что безусловно повышает производительность укладки, однако сохраняет основной недостаток - цикличность процесса.

данный метод укладки в настоящее время является наиболее распространенным. Более 75 % общей протяженности морских трубопроводов было построено с их применением. Вместе с тем, для трубопроводов меньшего диаметра имеется прогрессивная альтернатива - укладка с помощью барабана.

Впервые метод укладки трубопровода с барабана был применен в годы второй мировой войны. Трубопровод диаметром 75 мм протяженностью около 40 км был проложен через Ла-Манш

бана, установленного на барже, без его натяжения.

Следующим крупным шагом в развитии данного метода уклад­ ки явилась разработка в США судна, оборудованного барабаном и натяжителем, пригодного для прокладки трубопровода диа­ метром до 150 мм.

Имеются различные концепции расположения барабана: на палубе (рис. 5.9, а, б, в) и раздельно (см. рис. 5.9, г, д).

При этом укладка трубопровода может осуществляться с применением s- или /-метода.

Современная трубоукладочная баржа ”Апачи” оборудована вертикально расположенным барабаном и способна прокладывать трубопроводы диаметром до 400 мм на глубину до 600 м.

Одновременно с постройкой новых барж проводилась рекон­ струкция существующих судов с установкой на них барабанов. Характеристики трубоукладочных барж, оборудованных бараба­ ном, приведены в табл. 5.6.

Применение барабана позволяет осуществлять сооружение трубопровода практически непрерывно, благодаря чему ско­ рость укладки может достигать 3,7 км/ч.

В отличие от традиционных методов укладки с помощью ба­ рабана сооружаются необетонированные трубопроводы. Отрица­ тельная плавучесть при этом обеспечивается применением труб

Рис. 5.9. Схема укладки тру­ бопровода с применением ба­ рабана:

1 трубопровод; 2 бара­ бан; 3 - баржа

с большой толщиной стенки, что имеет определенное преиму­ щество: возможность приложения большого натяжения и уве­ личения рабочего давления.

Напряжения, возникающие в трубопроводе, регулируются на­ тяжением трубопровода Т и углом наклона рампы 0, которые

где Тг - (J>ED/2R горизонтальная составляющая натяжения трубопровода; и> - масса единицы длины трубопровода в воде; Я глубина укладки; D - диаметр трубопровода; Е и R - модуль упругости и расчетное сопротивление материала трубы.

На рис. 5.10 приведены зависимости 0 = /(Я, Т) для трубо-