Классификация магистральных трубопроводов и конструктивные схемы их прокладки

Магистральные газопроводы в зависимости от рабочего давления в трубопроводе подразделяются на два класса:

I – при рабочем давлении свыше 2,5 до 10,0 МПа (свыше 25 до 100 кгс/см²) включ.;

II – при рабочем давлении свыше 1, 2 до 2,5 МПа (свыше 12 до 25 кгс/см²) включ.

Магистральные нефтепроводы и нефтепродуктопроводы в зависимости от диаметра трубопровода подразделяются на четыре класса, мм:

I – при условном диаметре свыше 1000 до 1200 включ.;

II – то же, свыше 500 до 1000 включ.;

III – то же. свыше 300 до 500 включ.;

IV – 300 и менее.

В соответствии с российскими строительными нормами трубопроводы для добычи и транспортировки газа, нефти и нефтепродуктов подразделяются на четыре группы:

- промысловые трубопроводы;

- технологические трубопроводы;

- магистральные трубопроводы;

- распределительные трубопроводы.

Промысловые трубопроводы прокладываются от скважин к установкам подготовки газа, газового конденсата или нефти на промыслах. Они служат для сбора продуктов скважин и их транспортировки на установки комплексной подготовки газа (УКПГ) или установки комплексной подготовки нефти (УКПН), а также для подачи очищенного газа, ингибитора и сточных вод под большим давлением в нефтяные скважины. Обычно диаметры промысловых трубопроводов составляют 100 – 200 мм; диаметр промыслового коллектора 500 – 1000 мм. Давления в промысловых трубопроводах достигаю 32 МПа (320 кгс/см²) и более.

Технологические трубопроводы прокладываются на территории УКПГ и УКПН и предназначены для соединения между собой технологического оборудования, на котором осуществляется очистка нефти или газа от механических примесей, воды и других компонентов.

Магистральные трубопроводы обычно прокладываются на большие расстояния (до нескольких тысяч километров) и имеют большие диаметры. Они служат для транспортировки углеводородного сырья с мест его добычи к местам потребления или переработки.

Распределительные трубопроводы предназначены для распределения нефти, нефтепродуктов или газа в пределах определенной локальной территории.

К основным характеристикам линейной части магистральных газонефтепроводов относятся следующие группы данных:

- конструктивная схема прокладки трубопроводов;

- координаты, определяющие ориентацию трубопровода в продольном отношении на всем протяжении трассы;

- основные пространственные характеристики конструктивных элементов с указанием допустимых отклонений от номинальных размеров (внутренний и наружный диаметр трубы, толщины стенок, геометрические характеристики формы сварных соединений и т. д.);

- физико-механические характеристики, включая прочностные, применяемых материалов и аналогичные характеристики металла в зоне сварных соединений;

- данные о дефектности материала труб.

Диаметр трубопроводов определяется гидравлическим расчетом в зависимости от территории прохождения трассы. Если заранее известно, что транспортирование продукта в обратном направлении исключено, трубопроводы проектируют из труб с разными толщинами стенок в зависимости от категорий участков трубопровода.

Допустимые радиусы изгиба трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскости определяют расчетом из условия прочности, местной устойчивости стенок труб и устойчивости положения. Минимальный радиус изгиба трубопровода из условия прохождения очистных устройств составляет не менее 5 его диаметров.

На трассе трубопроводов предусматривается установка сигнальных железобетонных или деревянных знаков высотой 1,5 – 2 м от поверхности земли, которые оснащаются соответствующими щитками с надписями-указателями. Знаки устанавливаются в пределах видимости, но не более чем через 500 м, а также дополнительно на углах поворота.

Основной составляющей магистрального трубопровода является линейная часть, представляющая собой непрерывную нить, сваренную из отдельных труб и уложенную по трассе подземно, наземно или надземно. При этом применяются трубы длиной 12, 18 и 24 м. Чем длиннее применяемая труба, тем меньше количество сварных стыков и, следовательно, выше надежность трубопровода. Способ прокладки трубопровода – подземный, наземный или надземный, зависит от топографических, геологических, гидрогеологических и климатических условий. Наряду с участками, обладающими большой несущей способностью, по трассе встречаются участки с грунтами малой несущей способности (болотистые участки, обводненные участки, участки с многолетнемерзлыми грунтами). Кроме того, трубопровод пересекает множество рек, речек, ручьев, озер, железных и автомобильных дорог, каналов. Поэтому применяются различные способы прокладки с целью обеспечения устойчивости трубопровода и удешевления строительства.

В настоящее время при сооружении магистральных трубопроводов при­меняют подземную (а), полуподземную (б), наземную (в) и надземную (г) схемы (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 – Конструктивные схемы прокладки линейной части магистральных трубопроводов

 

Подземный способ прокладки трубопровода является наиболее распространенным. При этом заглубление трубопровода до верха трубы принимается 0,6 – 1,1 м в зависимости от диаметра трубопровода и грунтовых условий. Это диктуется необходимостью исключения повреждения трубопровода от проезжающей техники и при выполнении сельскохозяйственных работ на пахотных землях. Минимальное заглубление 0,6 м разрешается на заболоченных участках, где движение техники или транспортных средств исключается.

Наземный способ прокладки трубопровода предполагает укладку трубопровода на дневной поверхности земли или выше на грунтовых подушках или сплошной подсыпке с последующей обваловкои привозным или местным грунтом. Высота обваловки от верхней образующей трубы должна быть 0,8 – 1,0 м в зависимости от диаметра трубопровода. Такой способ прокладки применяется в основном на заболоченных участках и многолетнемерзлых грунтах и крайне редко, так как требует выполнения дорогостоящих грунтотранспортных работ, открытия специальных карьеров грунта, закрепления откосов обваловки против эрозии, рекультивации карьеров. Кроме того, обваловка препятствует естественным потокам поверхностных вод, миграции диких животных.

Надземная прокладка трубопровода предусматривает сооружение его над земной поверхностью на опорных устройствах различного рода. В качестве опорных устройств используются железобетонные или металлические сваи, на которые непосредственно укладывается трубопровод; или на сваи сначала укладываются несущие балки, а затем сверху трубопровод (по типу моста). Используются также висячие на тросах конструкции (по типу висячих мостов). Надземная прокладка в основном применяется на пересечениях рек, озер, глубоких оврагов и каньонов с целью снижения объемов земляных работ и исключения повреждения трубопровода водотоками.

Прокладка трубопровода на сваях без дополнительных пролетных строений, когда используется несущая способность трубы (так называемые «балочные переходы»), широко применяется на многолетнемерзлых грунтах. Дело в том, что в таких грунтах газопровод, благодаря наличию высокой температуры, воздействует на мерзлые грунты, они начинают таять, в результате чего трубопровод теряет устойчивость, возникают разрывы. А нефтепровод прокладывают на многолетнемерзлых грунтах надземно для того, чтобы избежать остывания нефти от воздействия мерзлых грунтов, в результате которого нефть загустевает и ее перекачка затрудняется. При надземной прокладке нефтепровода трубы покрывают тепловой изоляцией, а иногда осуществляют попутный подогрев (с помощью электрического кабеля) для поддержания температуры нефти.

Подводная прокладка трубопровода производится при эксплуатации морских месторождений нефти и газа, все более удаленных от суши. Подводные трубопроводные системы являются эффективными средствами транспорта при освоении нефтегазовых ресурсов континентального шельфа морей и океанов.

На надземных трубопроводах монтируют через определенные расстояния компенсаторы (искривленные участки), которые «гасят» продольные перемещения трубопровода от воздействия переменной атмосферной температуры, что позволяет избежать возникновения опасных напряжений в стенках труб.

При параллельной прокладке нескольких трубопроводов в общем техническом коридоре между нитками выдерживается безопасное расстояние, величина которого зависит от способа прокладки трубопровода, назначения трубопровода и диаметра трубопровода и колеблется от 5 м до 100 м. Не допускается прокладка магистральных трубопроводов в тоннелях железных и автомобильных дорог, совместно в тоннелях с электрическими кабелями связи, а также по мостам железных и автомобильных дорог, за исключением газопроводов диаметром до 1000 мм с рабочим давлением 2,5 МПа (25 кгс/см²) и нефтепроводов диаметром 500 мм и менее.

Безопасные минимальные расстояния от оси трубопровода до зданий и сооружений изменяются в широком диапазоне – от 25 м до 350 м и зависят от назначения трубопровода, его диаметра и вида здания и сооружения.

К конструктивным элементам трубопровода предъявляются следующие требования:

- толщина стенки труб подбирается расчетом; при этом основными параметрами, определяющими толщину стенки труб, являются рабочее давление, диаметр трубопровода, прочность стали труб (нормативное сопротивление растяжению или сжатию); толщина стенки труб по трассе все время меняется в зависимости от категории участков;

- минимальный радиус изгиба трубопровода определяется исходя из условия прохождения очистных и диагностических устройств и составляет не менее пяти его диаметров;

- длина патрубков («катушек»), ввариваемых в трубопровод при соединении уложенных плетей в нитку или при ремонте поврежденных участков, составляет не менее 250 мм;

- запорная арматура устанавливается на расстоянии, определяемом расчетом, но не более 30 км. Кроме того, запорная арматура устанавливается на обоих берегах водных преград, в начале трубопроводов-отводов, на ответвлениях к ГРС, по обеим сторонам автомобильных мостов, на обоих берегах болот III типа протяженностью свыше 500 м;

- для контроля наличия конденсата и выпуска его из газопровода устанавливаются конденсатосборники;

- параллельно прокладываемые трубопроводы одного назначения связываются между собой перемычками для обеспечения совместной работы (для перепуска продукта в случае остановки какой-либо нитки).

При взаимном пересечении трубопроводов расстояние между ними принимается не менее 350 мм, а пересечение выполняется под углом не менее 60°. Норма просвета между пересекаемыми трубопроводами диктуется возможностью обеспечения ремонтных работ при эксплуатации.

При прокладке трубопровода в скальных и каменистых грунтах, в мерзлых грунтах предусматривается его защита от механических повреждений: обсыпка из мягкого грунта, защитные обертки из прочных материалов и др. Во избежание всплытия трубопровода диаметром 200 мм и более применяется балластировка из железобетонных и чугунных грузов, полимерно-грунтовых контейнеров или закрепление трубопровода на дне траншеи анкерными установками. На продольных уклонах трассы крутизной свыше 20 % устраиваются противоэрозионные экраны и перемычки из глинистых грунтов, каменных набросок или полимерно-грунтовых контейнеров (мешки с песком). На поперечных уклонах трубопровод прокладывается на полках, устраиваемых путем срезки грунта. При этом на крутых косогорах (поперечный уклон свыше 35°) для удержания срезанного грунта устраивают подпорные стены. В ряде случаев во избежание срезки грунтов в горных условиях в больших объемах, что порождает неотвратимые эрозионные процессы, а также во избежание свода леса трубопроводы прокладывают в тоннелях. При этом диаметр в тоннелях принимается из расчета доступа во внутрь ремонтной бригады и эксплуатационного персонала. В последнее время трубопроводы в тоннелях начали прокладывать и на пересечениях через реки.

При прокладке трубопровода в сейсмических районах применяют специальные решения, позволяющие избежать разрыв трубопровода: утолщение стенки трубопровода, по возможности обход косогорных участков, 100 %-й контроль качества физическими методами сварных соединений, установка компенсаторов на входах трубопровода в здания (КС, НПС и др.), подсыпка и присыпка трубопровода крупнозернистым песком или торфом, применение надземной прокладки с установкой демпферов в пролетах, установка автоматически срабатывающей запорной арматуры, установка автоматической системы контроля положения трубопровода, установка сейсмометрических станций для записи колебаний трубопровода и окружающего грунта и др.

Конструкция переходов трубопроводов через естественные и искусственные преграды несколько сложнее. На переходах через водные преграды применяются следующие технические решения:

- величина заглубления в дно водных преград выбирается с учетом возможных деформаций русла и перспективных дноуглубительных работ;

- переходы нефтепровода и нефтепродуктопровода прокладываются ниже по течению от мостов, пристаней, гидротехнических сооружений и других аналогичных объектов;

- расстояния между осями трубопроводов на переходах увеличиваются;

- запорная арматура на обоих берегах размещается за пределами границ водоразлива;

- склоны берега вдоль трубопровода закрепляются специальными конструкциями (железобетонными решетками, георешетками, гравийной наброской и др.);

- на больших водоемах (шириной более 75 м) прокладывается резервная нитка;

- на обоих берегах судоходных рек и каналов устанавливаются сигнальные знаки.

- На пересечениях с железными и автомобильными дорогами применяются следующие технические решения:

- угол пересечения трубопровода с железными и автомобильными дорогами должен быть, как правило, 90° (с целью снижения поражающего эффекта);

- трубопровод на переходе прокладывается в защитном кожухе («труба в трубе»); защитный кожух предохраняет трубопровод от воздействия движущихся по дороге транспортных средств и в случае разрыва трубопровода под дорогой отводит вытекающий продукт подальше от дороги;

- трубопровод в кожухе опирается на опорные кольца, изготавливаемые из диэлектрических материалов, что позволяет исключить электрический контакт между трубопроводом и кожухом и, следовательно, электрохимическую коррозию;

- на концах кожуха устанавливаются герметизаторы межтрубного пространства; отвод газа (при утечке) осуществляется через свечу, а нефти и нефтепродуктов – через патрубки, которые привариваются к одному концу кожуха.

Трубопроводы, проложенные подземно, наземно или надземно защищаются от коррозии комплексно: защитными покрытиями и средствами электрохимической защиты. Защитные покрытия наносятся на трубы в заводских условиях, на базах или на трассе. В последнее время все большее применение находят трубы с заводским противокоррозионным покрытием, так как они находятся в горячем состоянии и гарантируют высокое качество, в то время как на трассе покрытия наносятся в основном в холодном состоянии и не обеспечивается требуемое качество.

В зависимости от конкретных условий прокладки и эксплуатации трубопроводов применяются два типа защитных покрытий: усиленный и нормальный, которые отличаются толщиной и количеством слоев покрытия, а также марками применяемых материалов. Усилений тип покрытий применяется на трубопроводах диаметром 1020 мм более в засоленных грунтах, на болотах, на поливных землях, на водных переходах, на переходах через автомобильные и железные дороги, на участках с температурой трубы +40°С и выше. Во всех остальных случаях применяются покрытия нормального типа. Надземные трубопроводы защищают от атмосферной коррозии лакокрасочными, стеклоэмалевыми, металлическими покрытиями. Металлические опоры и другие металлические конструкции трубопровода также защищаются покрытиями от коррозии; кроме того, на них устанавливаются средства электрохимической защиты. В многолетнемерзлых грунтах также применяется комплексная защита трубопроводов. Но если температура стенок трубопровода и вокруг него в процессе эксплуатации не превышает -5°С, то электрохимическая защита не используется.

Контрольные вопросы

1. Транспорт нефти.

2. Подготовка нефти к транспорту.

3. Состав магистрального нефтепровода.

4. Назначение и состав насосных перекачивающих станций.

5. Классификация магистральных трубопроводов.

6. Конструктивные схемы магистральных трубопроводов.