Спосіб протягування нового робочого трубопроводу у кожусі, наприклад в існуючому трубопроводі, при спорудженні або ремонті переходів через водні перешкоди, переважно великої протяжності, і пристрій для його зді

Винахід стосується спорудження магістральних трубопроводів і, зокрема, спорудження або ремонту переходів трубопроводів через водні перешкоди, переважно великої протяжності, і може бути використаний при будівництві магістральних трубопроводів методом протягування нового робочого трубопроводу у кожусі, наприклад, в існуючому тр убопроводі. Як відомо, трубопроводи діаметром 1020-1420мм не мають негативної плавучості, і при переході через водні перешкоди негативна плавучість таких трубопроводів може бути забезпечена шляхом додаткового балансування. Обважнювання підводної ділянки здійснюється або суцільним бетонуванням, або частковим заповненням об'єму баластом (UA, №16809). Бетонування має істотний недолік, що полягає в ускладненні пошуку витоків під бетонним покриттям та складності підводного ремонту через необхідність зняття під водою бетонного покриття, а застосування різних баластувальних пристроїв не завжди забезпечує надійність та захист ізоляції. Відомий спосіб протягування підводного трубопроводу, який полягає у закріпленні на ньому обважнювачів у вигляді ходових пристроїв ковзання і виконаних у вигляді відкритих зверху контейнерів [а. с. СРСР №1798579]. Контейнери по черзі, у міру протягування трубопроводу, заповнюють грунтом, причому днище контейнера охоплює трубопровід знизу. Даний спосіб дозволяє зменшити зусилля протягування і частково захистити ізоляцію трубопроводу. Проте такий спосіб не може забезпечити експлуатаційну надійність і звести до мінімуму можливі негативні екологічні наслідки, особливо при експлуатації трубопроводів, призначених для транспортування агресивних продуктів, широких фракцій легких вуглеводів і т.п. В офіційному виданні будівельно-технологічних норм «Строительство подводных переходов трубопроводов бестраншейным способом» Міністерства палива і енергетики Російської Федерації, Москва, 1993, с.3-11, надані норми застосування безтраншейних підводних переводів сталевих тр убопроводів, що викликають мінімальний екологічний вплив на оточуюче середовище. Так, на ділянках траси підводних переходів пропонується застосовувати спосіб протягування нового робочого трубопроводу у старому захисному кожусі, наприклад, в існуючому підводному тр убопроводі. Цей спосіб передбачає встановлення на кожній пузі робочого трубопроводу опор ковзання, розташованих рівновіддалено по окружності труби і забезпечуючи х центрування нового трубопроводу при його проходженні у старому, послідовне нарощування робочого трубопроводу з підготовлених пуг тр уб з одночасним контролем якості зварних стикових з'єднань та герметичності трубопроводу і затягування нового трубопроводу в кожух за допомогою тягового зусилля, що прикладається до оголовка першої вхідної пуги нового тр убопроводу. У цьому ж виданні подано конструктивний опис пристрою для здійснення такого способу. Відомий пристрій містить вузол установки опор ковзання на зовнішній поверхні кожної ланки робочого трубопроводу, рівновіддалених по окружності труби і призначених для центрування нового трубопроводу при його проходженні у кожусі. Цей пристрій має також контрольно-зварювальний агрегат для послідовного нарощування робочого трубопроводу з підготовлених пуг і одночасного контролю якості стикових зварних з'єднань та герметичності трубопроводу і тяговий механізм з тросом, зачепленим з оголовком першої вхідної п уги, призначений для затягування нового трубопроводу у кожух. Ці відомі спосіб і пристрій прийняті як прототипи заявленого способу і пристрою для його здійснення. Запропонована система „труба у тр убі" є доста тньо технологічною, оскільки не передбачає застосування балансування спеціальними вантажами або обважнювальними покриттями по всій довжині трубопроводу і, крім того, забезпечує надійну ізоляцію та міцність робочого трубопроводу, тим самим мінімально впливаючи щодо екологічних наслідків на оточуюче середовище. Однак при будівництві переходів через водні перешкоди великої протяжності, наприклад, понад 1500м, цілком вірогідним є затиснення вхідної ділянки першої пуги робочого трубопроводу при проходженні ділянок кожуха, що мають великий радіус кривизни як у вертикальному, так і в горизонтальному перерізах, що обумовлене складним поздовжнім профілем підводного переходу. Затиснення „труби у тр убі" вимагає збільшення зусилля протягування, може призвести до пошкоджень внутрішньої поверхні кожуха, а при неможливості проходження криволінійної ділянки - навіть до аварійних ситуацій. В основу винаходу поставлена задача створити такі спосіб і пристрій для протягування нового робочого трубопроводу у кожусі, наприклад, в існуючому трубопроводі, при спорудженні або ремонті підводних переходів великої протяжності, у яких завдяки забезпеченню рівномірності розподілу навантажень, що виникають при протягуванні та відносній гнучкості проходження вхідної ділянки першої ланки робочого трубопроводу, вдалося б запобігти затисненню робочого трубопроводу на криволінійних ділянках кожуха і за рахунок цього поліпшити технологічність, а також надійність і безпеку протягування. Поставлена задача вирішується тим, що у способі протягування нового робочого трубопроводу у кожусі, наприклад, в існуючому трубопроводі, при спорудженні або ремонті переходів через водні перешкоди, переважно великої протяжності, який передбачає встановлення на зовнішній поверхні кожної пуги робочого трубопроводу опор ковзання, рівновіддалених по окружності труби і забезпечуючих центр ування нового трубопроводу при його проходженні у кожусі, послідовне нарощування робочого трубопроводу з підготовлених пуг з одночасним контролем якості стикових з'єднань та герметичності трубопроводу і затягування нового трубопроводу в кожух за допомогою тягового зусилля, що прикладається до оголовка першої вхідної пуги нового трубопроводу, згідно з винаходом, оголовок першої вхідної пуги виконують двосекційним, причому перша секція служить для центрування оголовка і кріплення тягового троса, а друга секція забезпечує відносну гнучкість переміщення вхідної ділянки робочого трубопроводу на криволінійних відрізках існуючого кожуха. Таке виконання способу, що патентується, дозволяє мінімізувати сили тертя, забезпечити рівномірний розподіл навантажень і уникнути затиснення вхідної ділянки першої пуги при проходженні згинів кожуха. Переважним є виконання секцій оголовка першої вхідної пуги у вигляді дво х нерознімних тр уб різної протяжності, концентрично розташованих відносно робочого трубопроводу, перша з яких з меншою протяжністю L1 має діаметр D1, по суті дорівнюючий діаметру D робочого трубопроводу, а друга тр уба з більшою протяжністю L2 має діаметр D2 менший діаметра D, при цьому на зовнішній поверхні першої секції встановлюють опори ковзання. Згідно з одним із переважних варіантів здійснення винаходу доцільно, щоб співвідношення D/D2 було обране в межах від порядку 1,3 до порядку 1,7. Вибір зазначеного оптимального діапазону співвідношень обумовлений тим, що при величинах D/D2, менших від 1,3, не вдається забезпечити необхідну гнучкість проходження на згинах кожуха, а при виборі співвідношень, більших за величину 1,7, не забезпечується необхідна міцність двосекційного оголовка. Доцільним також є вибір співвідношення L2/L1 в межах від порядку 3 до порядку 5. Нижня межа цього співвідношення обумовлена вимогою забезпечення відносної гнучкості проходження криволінійних ділянок, а верхня межа - характеристиками міцності двосекційного оголовка. Крім того, для поліпшення умов проходження першої вхідної пуги робочого трубопроводу опори ковзання на першій секції оголовка і принаймні частину опор ковзання на першій вхідній пузі можна встановлювати з меншим кроком порівняно з кроком встановлення опор ковзання на кожній наступній пузі робочого трубопроводу. Додаткове поліпшення технологічності протягування може бути досягнуте також здійсненням у підвішеному стані введення першої пуги і подальше нарощування робочого трубопроводу. Поставлена задача вирішується також і тим, що у пристрої для протягування нового робочого трубопроводу у кожусі, наприклад, в існуючому тр убопроводі, при спорудженні або ремонті переходів через водні перешкоди переважно великої протяжності, що містить вузол установки опор сковзання на зовнішній поверхні робочого трубопроводу, призначених для центрування нового трубопроводу при його проходженні у кожусі, контрольно-зварювальне устаткування для послідовного нарощування робочого трубопроводу з пуг зі встановленими опорами ковзання і контролю якості стикових зварних з'єднань та герметичності трубопроводу і тяговий механізм з тросом, приєднаним до оголовка першої вхідної пуги нового тр убопроводу, що забезпечує затягування нового трубопроводу в кожух, згідно з винаходом, оголовок першої вхідної пуги виконаний двосекційним, при чому перша секція призначена для центрування оголовка та кріплення тягового троса, а друга секція виконана з можливістю забезпечення відносної гнучкості переміщення вхідної ділянки робочого трубопроводу на криволінійних відрізках існуючого кожуха. У переважному варіанті здійснення винаходу секції оголовка можуть бути виконані у вигляді двох нерознімних труб різної протяжності, концентрично розташованих відносно робочого трубопроводу, перша з яких з меншою протяжністю L1 і виконана з діаметром D1 по суті дорівнюючим діаметру D робочого трубопроводу, а друга тр уба з більшою протяжністю L2 - з діаметром D2 меншим від діаметра D, при цьому на зовнішній поверхні першої секції можуть бути встановлені опори ковзання. Таке конструктивне виконання пристрою згідно з винаходом дозволяє оптимізувати процес протягування, забезпечивши його надійність і безпеку досить простими технічними засобами. У варіантах виконання даного пристрою доцільно, щоб введення першої пуги і подальше нарощування було здійснене у підвішеному стані за допомогою трубоукладачів, стріла кожного з яких обладнана м'яким полотном. Нижче наводиться докладний опис більш прийнятних прикладів реалізації способу, що патентується, а також описування пристрою для його здійснення з посиланнями на супровідні креслення, на яких: Фіг.1 показує схему початкової стадії введення першої підготовленої пуги у кожух з використанням трубо укладачів відповідно до запропонованого способу; Фіг.2 - фрагмент робочого трубопроводу з встановленими на ньому опорами ковзання; Фіг.3 - загальний вигляд двосекційного оголовка першої вхідної пуги ; Фіг.4 - схема розміщення устаткування пристрою згідно з винаходом у процесі протягування. Заявлений спосіб протягування нового робочого трубопроводу 1 (Фіг.1) у кожусі 2, наприклад, у старому підводному трубопроводі, прокладеному через водну перешкоду, полягає у попередньому встановленні на кожній пузі 3 (Фіг.2) опор 4 ковзання, що рівновіддалено розташовані по окружності труби і служать центрувальними пристосуваннями при проходженні трубопроводу 1 у кожусі 2. Як опори 4 ковзання можуть бути використані ролики, закріплені в хомутах, що охоплюють трубу (на фігурах не показані). Крім того, як центрувальні опори 4 ковзання можуть бути використані високоміцні полімерні вироби Е 110 або Е 90, що випускаються італійською фірмою «Raci» і показані на Фіг.2. Ці опори являють собою рівновіддалені пальцеподібні порожнисті виступи 5, що виходять з основи 6, виконаної з можливістю посекційного закріплення і утворення кілець 7, охоплюючих зовнішню поверхню тр уби 1. Згідно з винаходом, оголовок 8 (Фіг.1) першої вхідної пуги 3 виконують двосекційним, причому перша секція служить для центрування оголовка і прикріплення до нього тягового троса, а друга секція забезпечує відносну гнучкість переміщення вхідної ділянки трубопроводу 1 на криволінійних відрізках кожуха 2. Переважним є варіант виконання оголовка 8, показаного на Фіг.3. Секції оголовка 8 виконують у вигляді двох нерознімних труб різної протяжності, концентрично розташованих відносно робочого трубопроводу 1. Перша труба 9 з меншою протяжністю L1 має діаметр D1, по суті дорівнюючий діаметру D робочого трубопроводу 1, а друга труба 10 з більшою протяжністю L2 має діаметр D2, менший від діаметра D. Для центрування оголовка 8 на зовнішній поверхні першої труби 9 встановлюють опори 4 ковзання (на фігурах не показані). До першої труби 9 приварюють також коуш 11 для зачеплення з тяговим тросом. Для забезпечення умов можливості гнучкого проходження згинів кожуха 2 одночасно із збереженням характеристик міцності співвідношення D/D2 обирають в межах від порядку 1,3 до порядку 1,7, а співвідношення L2/L1 - в межах від порядку 3 до порядку 5. Досить важливим аспектом отримання оптимальних результатів протягування є крок встановлення опор 4 сковзання. Так, найкращий результат досягається у випадку, коли крок встановлення опор 4 на першій трубі 9 оголовка 8 і принаймні на частині поверхні першої вхідної пуги (наприклад, для перших 4-6 кілець опор) буде меншим порівняно з кроком встановлення опор 4 на всіх наступних п уга х. Як засвідчила практика, найбільш технологічним є введення першої пуги 3 з привареним двосекційним оголовком 8 у підвішеному стані, як це показано на Фіг.1. Для цього можуть бути використані трубо укладачі 12, обладнані кожний м'яким полотном 13. Подальше нарощування робочого трубопроводу 1, що включає приварювання кожної наступної пуги до кінцевої частини попередньої і перевірку якості зварних з'єднань та умов герметичності, також здійснюють у підвішеному стані. Схема розміщення устаткування пристрою для здійснення способу, що патентується,показана на Фіг.4. Одна частина устаткування, що включає установку підготовки пуг, яка має вузол 14 встановлення опор ковзання і стелаж 15 підготовлених пуг, контрольно-зварювальний агрегат 16 і трубоукладачі 12, розташована з одного боку водної перешкоди, а з другого боку розміщена інша частина устаткування, що включає тяговий механізм 17, який являє собою, наприклад, лебідку 18 з поліспастом 19 із закріпленим в ньому тяговим тросом 20. За допомогою спеціального пристрою, наприклад, підводного буксира (не показано), спочатку протягують лінь на протилежний берег. За допомогою ліня трос 20 протягується на протилежний берег і прикріплюється до коуша 11 двосекційного оголовка 8. Досягнення переваг способу, що патентується, а також принцип роботи пристрою, згідно з винаходом, стануть більш зрозумілими з наведеного нижче прикладу конкретної реалізації, що описаний з посиланням на Фіг.4. Приклад. Протягування трубопроводу 1 діаметром 720мм через старий трубопровід (кожух) 2 діаметром 1020мм при спорудженні переходів під річками 21 протяжністю понад 1800м, наприклад, такими як Псьол чи Дніпро. Для забезпечення протягування трубопроводу 1 діаметром 720мм спочатку через трубопровід 2 діаметром 1020мм, заповнений водою, за допомогою спеціального підводного буксира протягували лінь, потім тяговий трос 20. Як тяговий трос 20 використовували трос діаметром 46,5мм, з робочим зусиллям до 118 тонн зі сталевим осердям та внутрішнім змащенням. Для зручності виконання робіт трос 20 був вигото влений з чотирьох частин по 500м кожна. Окремі частини троса сполучали між собою за допомогою такелажних скоб. Як тяговий механізм 17 використовували лебідку 18 з виносним 6-кратним поліспастом 19. При певних тягових з усиллях використовували тільки лебідку, без запасування троса в поліспаст, а при зростанні зусиль опору застосовували запасування в поліспаст троса, що входить у тяговий пристрій. Лебідку 18 встановлювали на березі, на заглиблені у грунт тр уби, кількість і глибина занурення яких обиралися виходячи з властивостей грунтів. При необхідності в поліспаст 19 додавали ще ролики, підвищуючи тягове зусилля аж до межі міцності каната. Лебідку 18 для забезпечення робочого ходу поліспаста 19 встановлювали на відстані 160м від зрізу тр уби, причому лебідку 18 можна було встановлювати на підвищеному місці, забезпечивши тросу можливість вільного ходу до зрізу тр убопроводу діаметром 1020мм до 160м. На протилежному березі підготовляли пугу завдовжки 150м з труб діаметром 720мм і встановлювали на них опори ковзання (на Фіг.4 не показані) Для мінімізації сумарних сил тертя як опори ковзання були використані високоміцні полімерні вироби типу Е з висотою профілю 90мм, що випускаються італійською фірмою «Raci» і являють собою рівновіддалені пальцеподібні порожнисті виступи, що виходять з основи, виконаної з можливістю посекційного закріплення і утворення кілець, охоплюючих зовнішню поверхню труби. Кільця були зібрані з 8 сегментів. Ці кільця встановлювали з кроком 6м на зовнішній поверхні кожної пуги. Для поліпшення умов проходження ділянок згинів кожуха 2 крок встановлення перших чотирьох кілець на першій вхідній пузі обирали дорівнюючим 2м. До першої з вхідних пуг приварювали двосекційний оголовок у вигляді двох нерознімних труб різної протяжності, концентрично розташованих відносно робочого трубопроводу. Перша секція мала протяжність L1, що дорівнювала 2м, і діаметр D1, дорівнюючий 720мм, а друга труба - протяжність L2, що дорівнювала 8м, і діаметр D2, дорівнюючий 530мм (співвідношення D/D2 склало 1,36, а співвідношення L2/L1 - 4). На першій трубі були встановлені два кільця з опорами ковзання, при чому до першої секції приварили також коуш 11 для зачеплення з тяговим тросом 20. Після підвішування першої підготовленої пуги на трубо укладачах 12 подавалася команда на протягування, при цьому чотири тр убоукладача 12, оснащених м'якими полотнами типу ПМ, „підштовхували" тр убопровід діаметром 720мм у тр убопровід діаметром 1020 синхронно з лебідкою 18. За допомогою поліспаста 19 (або тільки лебідки 18) починали витягати робочий трос 20, зачеплений з оголовком першої пуги нового тр убопроводу 1 з тр убопроводу 2 діаметром 1020мм. Після протягування пуги завдовжки 150м підготовляли до зварювання і перевірки якості зварних швів та герметичності нову пугу з встановленими на ній опорами ковзання, а на протилежному березі річки блок зчеплення з тяговим тросом 20 підтягували за допомогою допоміжної лебідки 22 до зрізу труби 1020мм. Цикл повторювався. У міру витіснення води з кожуха 2 діаметром 1020мм здійснювали її повторне доливання в кожух для забезпечення спливання робочого трубопроводу діаметром 720мм і часткового зменшення тиску на нижні частини кілець опор ковзання. У міру витягування з труби 1020мм робочий трос 20 діаметром 46,7мм намотувався на барабани і підготовлявся для наступної операції. Після закінчення процесу протягування задіяне устатк ування було демонтоване з якірних труб і проведена рекультивація берегової ділянки.