книги / Сооружение подводных трубопроводов

Основной задачей системы ППР является увеличение дли­ тельности межремонтного срока службы перехода, снижение расходов на ремонт и повышение его качества посредством применения рациональных технологических методов.

Различают межремонтное обслуживание и периодические ре­ монтные операции, состоящие из обследования перехода, пла­ новых ремонтов и профилактических испытаний.

Межремонтное обслуживание состоит из профилактических операций, включающих наблюдение за состоянием перехода, своевременное устранение мелких неисправностей и обеспечение соблюдения правил судоходства проходящими судами. На судо­ ходных реках с интенсивным движением судов ведется кругло­ суточное дежурство специальной службы, которая имеет в своем распоряжении катера, радиостанции и другое специальное обо­ рудование.

Известны три метода осуществления системы ППР: послеосмотровые ремонты, периодические ремонты и стандартные ре­ монты.

Применительно к подводным трубопроводам при организации системы ППР нашел широкое применение метод послеосмотровых ремонтов.

Ремонтным циклом для подводного перехода считают период работы между двумя капитальными ремонтами или время, про­ шедшее от момента ввода в эксплуатацию до первого капи­ тального ремонта. Структурой ремонтого цикла называется по­ рядок расположения и чередования ремонтных операций и об­ следований Ь ремонтном цикле.

Межремонтным периодом называется период работы перехода между двумя очередными плановыми ремонтами.

Межосмотровым периодом является период работы перехода между двумя очередными обследованиями или между очередным плановым ремонтом и обследованием.

Система ППР предусматривает применительно к различным переходам и условиям их эксплуатации различную продолжи­ тельность ремонтных циклов, межремонтных и межосмотровых периодов.

Длительность ремонтного цикла зависит от ряда условий, важнейшими из которых являются:

конструктивные особенности перехода и качество произ­ водства строительно-монтажных работ;

организация межремонтного обслуживания и качество вы­ полнения ремонтов;

особенности условий эксплуатации и степень интенсивности внешних воздействий.

Следовательно, длительность и структура ремонтного цикла могут меняться в зависимости от методов эксплуатации, обслуживания и ремонта.

Обследования подводных трубопроводов проводятся в ходе их сооружения, при сдаче объекта в эксплуатацию и периодически в процессе эксплуатации.

а) поперечного сечения траншеи на небольших глубинах может производиться непосредственно с поверхности воды, с судна 4> оснащенного генератором импульсов 3 с частотой (1-10) кГц и приемниками 7 и 2. Метод основан на различии импендансов металла трубы и окружающих грунтов.

Положение трубопровода относительно судна характеризуется глубиной водоема Я и отклонением С.

Расстояния от трубопровода до приемников 7 и 2 равны соответственно

ще v - скорость распространения сигнала в воде.

Предельная величина С ограничивается углом изучения сиг­ налов <р.

Поэтому

На больших глубинах продольные профили трубопровода, дна водоема и поперечного сечения траншеи строятся с помощью системы специальных приборов, смонтированных на ДУПЛ или ППЛ. Работа приборов основана на принципе электромагнитной индукции. Индукционной катушкой создается магнитное поле вокруг трубы, под действием которого в последней возникают вихревые токи. Приемники, установленные на поперечном крон­ штейне ДУПЛ, фиксируют магнитное поле, создаваемое эти­ ми вихревыми токами. Одновременно фиксируется положение ДУПЛ относительно дна водоема и поверхности воды. Полу­ ченные данные передаются в память компьютера на судне обес­ печения. Точность построения профилей +(0,1-0,2) м. Система рассчитана на максимальную толщину засыпки трубопровода 3 м, скорость обследования - до 2 км/ч при течении воды до 0,5 м/с.

Для обследования утяжеляющего покрытия и анодных брасле­ тов незаглубленных трубопроводов ДУПЛ или ППЛ оснащают­ ся телекамерами.

изоляционного покрытия, исправление дефектов или замена труб.

Ремонтный цикл подводного перехода зависит от старения изоляции и износа труб, а также воздействий русловых дефор­ маций.

Из практики эксплуатации переходов известно, что размыв и оголение трубопровода приводят, как правило, к его разру­ шению.

На участках размыва трубопровод изпытывает значительные по величине статические напряжения от воздействия внутрен­ него давления, собственного веса, силы лобового сопротив­ ления потока и динамические напряжения от знакопеременной гидродинамической силы, вызывающей колебания трубопровода.

Максимальные напряжения возникают, как правило, в местах

ходит истирание металла и, следовательно, уменьшение тол­ щины стенки трубы. ТакЬй случай имел место на переходе через р. Обь. В результате трения трубы диаметром 508x9,5 мм о дно реки толщина стенки уменьшилась до 4 мм. В этом месте и произошел разрыв трубопровода по целому металлу при рабочем давлении.

В качестве временного мероприятия, предотвращающего коле­ бания трубопровода, устанавливаются промежуточные опоры. Так, на переходе через р. Волга при размыве трубопровода длиной 80 м были установлены две промежуточные опоры, на

опор оказалось достаточным для устранения колебаний трубо­ провода.

Промежуточные опоры выполняют из бутового камня, но так как камень может повредить футеровку и изоляцию трубопрово­ да, под трубы укладывают мешки с цементно-песчаной смесью или всю опору выполняют из таких мешков.

В шестидесятых годах через небольшую реку, протекающую по территории Среднего Поволжья, был проложен подводный переход трубопровода, а выше по течению реки - сооружена водоподъемная плотина для нужд орошения и водоснабжения. Плотина и созданное водохранилище существенно воздействуя на реку, вызывали переформирование нижерасположенного руслового участка. При возникновении размыва подводного перехода в качестве временного защитного мероприятия под провисшей частью трубопровода были устроены опоры из мешков с цемент­ но-песчаной смесью. Однако, водолазное обследование по­ казало, что мешки просели и высота провиса здесь составляла около 0,5 м. Поэтому под трубопроводом были смонтированы подъемные винтовые опоры, позволяющие регулировать высоту

провиса (рис. 6.2). Поскольку эти временные технические мероприятия не обеспечивали надежной работы трубопровода, впоследствии сооружен новый переход с заглублением в русл* реки свыше 1 м, а на береговом участке - ниже зоны максг мально возможного размыва.

Традиционные методы устройства опор под свободные пре леты провисающих участков подводных трубопроводов с помощьк обычных мешков, наполненных песком или цементным раствором, имеют ряд недостатков, основными из которых считаются дли­ тельность водолазных работ и перерасход материалов. В по­ следние годы проводятся исследования по разработке повы­ шающих устойчивость подводных трубопроводов конструкций опор и индустриальным способам их устройства. Английскими спе­ циалистами предложены конструкции опоры под подводные трубо­ проводы и утяжеляющие покрытия в виде упругих подушек и матов из полипропиленовой ткани, которые на месте запол­ няются цементным раствором. При этом между опорой и наружной поверхностью трубы обеспечивается более полный контакт. Стандартное значение высоты такой опоры составляет около 1,5 м, но в зависимости от конкректных условий ремонта трубопровода оно может варьироваться в широком диапазоне. Цементный раствор должен обладать высокой подвижностью, допускающей хорошее перемещение и возможность подачи его насосами на расстояние 300-400 м по гибким шлангам диаметром 25-50 мм. Рекомендуется применять коллоидные цементные раст­ воры, приготовленные на вибромолотах цементах или в высоко­ скоростных турбулентных смесителях. Такие растворы пред­ ставляют собой тонкодисперсные цементные суспензии, имеющие повышенную устойчивость и проникающую способность и обра­ зующие при затвердении цементный камень большой прочности и плотности. Это связано с тем, что при вибродомоле цемента его дисперсность и содержание мелких фракций резко воз­ растают.

Экспериментальными исследованиями установлено, что деся­ тиминутный вибродомол портландцемента марки 500 в шаровой мельнице увеличивает содержание мелких фракций до 45%, обе-

Рис. 6.2. Профиль размытого участка подводного перехода: 1 профиль дна реки; 2 проектное положение трубо­ провода; 2 - фактическое положение трубопровода; 4 винтовая опора

спечивая значительное возрастание проникающей способности цементных растворов, а при вибромоле портландцемента марки 300 в продолжении 15-20 мин предел прочности цементного ка­ мня из вибродомолотого цемента увеличивавется по сравнению с обычным более чем в 2 раза. Для изготовления опор и утяже­ ляющих защитных покрытий из менее дорогих цементных раст­ воров с улучшенными характеристиками применяются специальные добавки-наполнители - мелкозернистые кварцевые пески, пыле­ видные топливные золы, бентонитовые глины. Приготовление це­ ментных растворов осуществляется в турбулентном коллоидном смесителе, с помощью которого повышаются дисперсность, пластичность и проникающая способность получаемых растворов.

Разработанная технология была успешно применена на морс­ ком трубопроводе диаметром 900 мм и протяженностью 450 км, соединяющим месторождение Брент в Северном море с шотланд­ ским городом Сент-Фергус. Средние глубины в районе прохож­ дения трассы трубопровода равны 150 м. На примыкающем к месторождению Брент участке трубопровода установлены четыре опоры высотой от 0,3 до 0,6 м. Среднее время установки одной опоры и заполнения ее жидким цементным раствором по гибким шлангам при помощи оборудования, установленного на судне, 45 мин. В полном объеме работы были проведены в течение двух дней.

При устройстве защитных утяжеляющих покрытий на трубо­ проводе было установлено 10 специально изготовленных изделий седловидной формы. После заполнения цементным раствором над верхней образующей трубы образовался футляр толщиной 250 мм и общим весом 20 т. В операциях по заполнению продолжи­ тельностью 6 часов участвовали водолазы. С учетом установки под трубопроводом дополнительных опор все работы были за­ вершены за 5 дней.

Подобные работы были выполнены на двухниточном трубопро­ воде диаметром 1000 мм, проложенном между месторождением Фригг и г.Сент-Фергус. В течение 7 дней опоры и утяжеляю­ щие покрытия были установлены на четырех различных участках на глубине от 50 до 110 м.

Аналогичный способ ремонта с помощью эластичных надувных камер может быть использован для восстановления утяжеляющей цементной изоляции подводных трубопроводов. Эластичные ка­ меры в сложенном виде обматываются вокруг трубопровода с поврежденной цементной изоляцией и затем заполняются жидким цементным раствором, нагнетаемым в эти камеры по гибким шлангам с подводного судна. Камеры изготавливаются из мате­ риала, проницаемого для воды, но непроницаемого для це­ ментного раствора, вследствие чего создаются благоприятные условия для схватывания цемента.

Также определенный практический интерес для ремонта про­ висающих участков речных подводных трубопроводов представ­ ляет способ и устройство, разработанные французскими спе­

циалистами. В целях обеспечения устойчивости трубопровода по обе его стороны забивают две сваи, на которых под трубопро­ воды и над ними устанавливают плиты. Между этими плитами и сваями (вокруг трубопровода) размещаются сшитые в соответ­ ствии с образовавшейся геометрической формой трубопровода и свай герметичные надувные мешки. В мешки нагнетается це­ ментный раствор, после затвердения которого образуется моно­ литная конструкция, надежно фиксирующая положение трубо­ провода. Благодаря простоте конструктивной схемы опоры и проникающей способности цементного раствора при заполнении мешков не требуется высокой степени точности при монтаже свай и плит. Процесс закрепления трубопровода осуществляет­ ся водолазами.

Другой комплекс ремонтного оборудования предназначвен для ликвидации повреждений труб. Технология ремонта состоит в установке стяжных хомутов, накладываемых на специальную це­ ментирующую обмазку и закрепляемых со значительным усилием натяга на трубе. Предварительно воДолаз производит замеры поврежденного места трубы для определения геометрических размеров хомута. Хомуты обеспечивают герметичность повреж­ денного участка. Затяжку болтов производят гидродомкратом.

Для защиты оголенных участков подводных трубопроводов мо­ гут использоваться утяжеляющие маты, которые при укладке образуют над трубой свод. Утяжеляющие маты состоят из бе­ тонных плит, соединеных между собой стальными канатами. При укладке матов на трубопровод плиты прогибаются и их края опускаются на грунт под действием собственной тяжести.

При анализе влияния последствий проявления процесса трансформации русла реки на эксплуатацию подводных трубо­ проводов необходим комплексный подход, учитывающий наруше­ ние естественного развития руслового процесса вследствие разнообразной инженерно-хозяйственной деятельности человека, связанной с производством различных регулировочных работ, проводимых в русле рек для нужд судоходства и водопотребителей.

Рассмотрим фактические данные о ремонте подводных трубо­ проводов, размытых в условиях искусственного регулирования водостока.

Подводный переход через р.Иртыш введен в эксплуатацию в пятидесятые годы. В начале шестидесятых годов в целях улуч­ шения судоходства речное пароходство осуществило перефор­ мирование русла реки. В результате из-за возрастания ско­ ростей речного потока произошел размыв подводного перехода трубопровода, что вызвало необходимость переукладки перехода с заглублением свыше 2 м. Однако последующими обследова­

оказывают влияние на режим переотложення наносов на участ­ ке, непосредственно примыкающем к створу перехода. Так, ниже по течению р.Случь параллельно действующим трубопроводам сооружен подводный переход нефтепровода. Через два года эксплуатации оказалось, что участок нефтепровода у левого берега оголен. Последующие наблюдения подтвердили наличие зоны интенсивного размыва в створе перехода. Установлено провисание двадцатиметрового участка нефтепровода над дном реки на 0,5 м. Причиной интенсивного размыва явилось уст­ ройство насыпи вдоль действующих, параллельно проложенных трубопроводов. В результате произошло нарушение естествен­ ного хода переотложення наносов, что вызвало размыв подвод­ ного нефтепровода. В целях предотвращения размыва перехода ниже по течению устроен каменный банкет.

Техническое обследование перехода нефтепровода через р.Днепр показало, что при выполнении строительно-монтажных работ трубопровод был уложен выше проектных отметок с ус­ тройством земляного вала, который впоследствии был смыт. В результате подводный нефтепровод оказался оголенным на длине около 60 м с провисанием в отдельных местах до 0,1 м. Образованию размыва трубопровода в русловой части реки спо­ собствовал провод караванов барж с использованием волокуш в районе перехода. Так как разработанные защитные мероприятия по ликвидации аварийного состояния перехода могли привести к уменьшению глубины судового хода, речное пароходство не согласовало проведение этих работ. В итоге произведена переукладка ниток подводного перехода нефтепровода с соотвествующим заглублением.

Известны методы корректировки провисания подводных тру­ бопроводов. Так, в Великобритании разработан и применен на нескольких действующих подводных трубопроводах способ ре­ монтирования провисших вследствие неравномерной осадки дон­ ного грунта участков трубопроводов. Для корректировки ис­ пользуется специальная самоходная машина, имеющая нейт­ ральную плавучесть. Агрегат оборудован двумя рыхлителями грунта инжекционного типа, перемещающимися при движении ма­ шины параллельно трубопроводу по обе стороны от него. За не­ сколько проходов агрегат прокладывает на участке провисания траншею заданной глубины и плавного профиля для трубопро­ водов диаметром от 250 до 1200 мм. Машина оснащена аппара­ турой дистанционного регулирования и управляется с команд­ ного пульта, находящегося на рабочем судне.

Во Франции успешно проведены испытания опытного образца бульдозера, предназначенного для подводных работ. Подводный бульдозер массой на воздухе 59 т, включая массу ножа равную 6 т, перемещается на двух гусеницах, оборудованных резино­ выми башмаками. Каждая гусеница приводится в движение не­ зависимым гидравлическим двигателем.- Общая полезная мощ­ ность двигателей 150 кВт. Габаритные размеры бульдозера

следующие: длина 9 м; ширина 5 м; высота 4,4 м. Он может перемещаться со скоростью до 400 м/ч, преодолевая уклоны до 17 . При этом каждая гусеница создает тяговое усилие до 2500 Н. Бульдозер оснащен рабочим органом шириной 6 м и высотой 1,2 м в центре и 0,7 м по краям.

Разработанные в последние годы самоходные аппараты для рытья донных траншей при дозаглублении размытых участков обеспечивают сочетание процессов формирования траншеи и опускания в нее плети трубопровода. Для проведения ремонтных работ по дозаглублению подземных переходов могут применяться гидравлические установки, смонтированные на салазках; плу­ гообразные траншеекопатели и агрегаты с механической режу­ щей головкой. Преимуществом гидравлических установок, обес­ печивающих размыв грунта под расположенным на дне водоема трубопроводом, считается возможность их использования для разработки большинства типов осадочных грунтов на требуемую глубину.

Примером траншеекопателей с механической режущей голов­ кой может служить агрегат, разработанный в Норвегии и ус­ пешно используемый для ликвидации последствий размыва грунта под трубопроводами и устранения тем самым безопорных участ­ ков. Обладающий нулевой плавучестью траншеекопатель при работе на глинистых грунтах может развивать скорость раз­ работки траншеи глубиной 2 м до 1000 м/ч. Рытье тран­ шеи производится механической режущей головкой, оснащенной встроенным землесосом, который удаляет разрабатываемый грунт и выбрасывает его в сторону от траншеи. Нулевая плавучесть траншеекопателя, вес которого на воздухе составляет 90 т, создается четырьмя цистернами, с помощью которых устраняется килевая и бортовая качки и обеспечивается компенсация по­ перечных усилий, вызываемых режущей головкой. Установлен­ ный с помощью надводного судна на подводный трубопровод траншеекопатель охватывает его своими 8 колесами с приводом от электродвигателей и при дальнейшей работе использует трубопровод в качестве направляющего рельса. Режущая головка диаметром 1,8 м формирует за один проход траншею глубиной до 2 м, а за несколько проходов может разрабатывать траншею глубиной до 4,5 м. По мере образования траншеи подводный

вгрунт подводных трубопроводов диаметром от 400 до 1200 мм.

Вбританском секторе Северного моря произведены работы по

ставляет в среднем 25 м. Дно моря в этом районе сложено твердой ледниковой валунной глиной, в которой местами встре­