Спосіб спорудження підводного трубопроводу

Сущность изобретения; подводный трубопровод (ТП) размещают на плаау в створе перехода, оснащают балластирующими устр-вами Плавучесть устр-в предварительно регулируют частичным заполнением их объема балластом Погружают ТП заполнениемустр-в водой. ОснащениеТПустр-о.ами осуществляют предварительно на берегу. В качестве устр-в используют расположенные параллельно ТП и соединенные с ним гибкими тягами ТП, в качестве балласта - бетон объем к-рого определяют из заданных соотношений. 2 ил. Изобретение относится к способам сооружения подводных, в т. ч морских, трубопроводов. Подводный участок трубопровода отличается от аналогичного ему, но укладываемого на суше, тем, что масса одного погонного метра трубопровода, уложенного на дно, должна быть больше выталкивающей силы, действующей на погонный метр подводного трубопровода Устойчивое положение подводного трубопровода на дне обеспечивается в том случае если отношение его единицы массы к выталкивающей силе (коэффициент устойчивости) больше единицы (отрицательная плавучесть) и составляет обычно 1,15-1,6 Значение коэффициента устойчивости для конкретного участка подводного трубопровода выбирается в зависимости от скорости подводных течений, состояния дна зонь! укладки и др. параметров. Сами по себе трубопроводы диаметром 1020-1420 мм с расчетной толщиной стенки на рабочее давление 7,4 9.8 МПа не обладают отрицательной плавучестью. Переходы через водные преграды (дюкеры) таких тру бопроводов (или морские участки их) выполняются с приданием им отрицательной плавучести путем дополнительной балластировки. Утяжеление подводного участка трубопровода (балластировка) осуществляется либо сплошным обетонированием, либо навеской на трубопровод утяжеляющих чугунных или железобетонных грузов. Укладка подводных трубопроводов на дно водной преграды или в траншею на дне осуществляется путем протаскивания по дну, свободным погружением или с плавучих средств. Практически во всех случаях трубопроводу еще до опуска на дно придается требуемая отрицательная плавучесть, например, с помощью сплошного обетонирования, а транспортирование к месту укладки и опуска на дно осуществляется с применением большого числа разгружающих понтонов, которые обеспечивают плавучесть плети. При заполнении водой понтонов или их отстроповки, плеть тонет и опускается на дно или в траншею на дне водной преграды. Затонувшие понтоны отстегивают и подни > 1781497 мают на поверхность, где их собирают и транспортируют на берег. Недостатком технологии применения понтонов в сочетании с обетонированной трубой является достаточно высокая стоимость изготовления самих понтонов, а также большая трудоемкость по их установке, а главное - их съему с трубопровода в процессе погружения, а часть понтонов - водолазами под водой, если дистанционная система отстроповки не сработала. Обетонирование, имея свои преимущества, имеет и существенный недостаток, заключающийся в усложнении поиска утечек газа под бетонным покрытием и сложностью подводного ремонта из-за необходимости снятия под водой бетонного (с сеткой) покрытия. Технология укладки плетей подводного трубопровода существенно упростилась, если бы балластирующее устройство, установленное на необетоиированную трубу, имеющую положительную плавучесть, сохраняло бы еще общую положительную плавучесть всей системы (близкую к нулевой), а после заполнения балластирующего устройства водой система (основная труба совместно с балластирующим устройством) обладала бы требуемой отрицательной плавучестью с коэффициентом устойчивости на дне более 1,15. Целью изобретения является способ сооружения подводного трубопровода, при котором м о ж н о отказаться от нанесения утяжеляющего бетонного покрытия на основную трубу или применения отдельных понтонов-утяжелителей, а также от изготовления, установки и снятия разгружающих понтонов при погружении на дно подводных трубопроводов, что повысит производительность работ и упростит балластировку. Поставленная цель достигается за счет оснащения трубопровода балластирующими устройствами в виде вспомогательных трубопроводов, частично заполненных бетоном, которые последовательно выполняют функции разгружающих понтонов, пока они не заполнены водой, и утяжеляющих пригрузов, после заполнения их водой. На фиг. 1 и 2 представлена принципиальная идея балластировки, Пучок труб состоит из основной трубы 1 и вспомогательных труб 2, прикрепляемых к основной трубе с помощью стяжек 3. часть обьема каждой вспомогательной трубы или объем части вспомогательных труб заполнен бетоном 4. Задача состоит в том, чтобы к заданной основной трубе с положительной плавучестью подобрать вспомогательные трубы и частично их заполнить бетоном так, чтобы при расчетных объемах пустых полостей вспомогательных труб общая система плавала с заданной положительной плавучестью (q), а при заполнении их водой 5 - тонула и обладала при этом также заданной расчетной отрицательной плавучестью с коэффициентом устойчивости (отношение массы трубопроводов в воде к выталкивающей силе) К - 1,15. 10 Такое возможно при определенных значениях коэффициента (доле) заполнения бет о н о м объема вспомогательных труб. Определить его можно, базируясь на следующих положениях. 15 Находящийся на дне водной преграды с заданным коэффициентом устойчивости К трубопровод должен удовлетворять следующее неравенство: 20 25 Откуда, после преобразования, получаем о у, К(УОСН + Удоп)рв — V %on(fX> J U 3 5 В то же время для обеспечения плавучести (с заданной положительной плавучестью q) на поверхности водной преграды должно обеспечиваться условие: X GTp + /36 S (VOCTH + рг + q Удоп)/Эв В формулах (1, 2) приняты следующие обозначения: р- коэффициент (доля) заполнения бетоном балластирующих труб: 45 VOCH - наружный объем одного метра трубопровода; Удопи - наружный объем одного метра балластирующих трубопроводов; ре - плотность воды; 50 ра~ плотность бетона; 2 GTP - масса 1 п. м. всех труб а системе; Удопв - внутренний объем 1 п.м, балластирующих трубопроводов; К - заданный коэффициент устойчиво55 сти системы трубопроводов на дне водоема; q-заданная положительная плавучесть системы трубопроводов. Если значение f будет удовлетворять неравенствам (1) и (2), то условие о плавучеH 1781497 сти системы труб с положительной плавучестью q и обладание этой же системой отрицательной плавучестью с коэффициентом устойчивости на дне К > 1,15 после заполнения водой свободных объемов вспомогательных труб будет обеспечено. П р и м е р 1 (фиг. 1). Принимаем основную трубу размером 1220 • 19,1 мм (подводный газопровод на рабочее давление 7,4 МПа) из стали 08Г2ФТ и дополнительные 10 трубопроводы из труб размером 720 ' 7 общего назначения из Ст. 3. Часть объема вспомогательных труб заполняем бетоном с плотностью 2850 кг/м 3 . Морская вода имеет плотность 1025 кг/м . Заданная положи- 15 тельная плавучесть q = 60 кг/п.м. По принятым исходным данным определяем объем (по наружному диаметру) 1 п.м, основной трубы VOCT" = 1,168 м , объем (по наружному диаметру) 1 п.м. дополнительных 20 труб - \/ Д оп н = 2 - 0,407 = 0.814 м 3 , масса 1 п.м. основной трубы - 572 кг, масса 1 п.м. дополнительных труб 2 * 123 - 246 кг, V f l O n 8 = 2 -0,3912 = 0,7824 м 3 . По формулам (1) и (2) определяем зна- 25 чение коэффициента заполнения бетоном: 30 1,15(1,168 + 0,814)1025 - 818 - 0,7824 • 1025 _ , 0.7їЩ28Ь0 - " " ^ ' о < (V осн + V д ^ " V 35 (1,168 + 0,814)1025 - 818 + 60) 0ГЖ 40 Как видно из полуиенных результатов р больше 0,5, но меньше 0,57, т. е. заполнение трубы бетоном должно быть в пределах от 50 до 57% объема вспомогательных трубопроводов. П р и м е р 2 (фиг, 2). Принимаем ту же 45 основную трубу размером 1220 • 19,1 мм. В качестве вспомогательных труб принимаем четыре трубы размером 530 * 6 мм общего назначения их Ст. 3. Для них VOCTH = 0,882 м , масса 1 п.м. (G) = 309 кг/п.м., внутренний 50 объем 1 п.м. - \/Допв = 0,840 м-, плотность бетона для заполнения - /Эв» 2700 кг/м 3 Определяем по формуле (1) и (2) значение р 55 V доп)Рв ~ V осн 1,15(1,168 + 0 882)1025-881-084- 1025 =—^-^—ищшг^ищ 2416-881-861 _ 674 _ Ш7 V (1,168 + 0,882)1025-881+60 _ 2101 -881 + 6 0 _ 1280_ 7Ш 22Ш Как видно из этих результатов р больше 0,48, но меньше 0,56, т. е. объем заполнения в пределах от 48 до 56% объема вспомогательных трубопроводов. На фиг. 2 показано, что из четырех вспомогательных труб две заполнены бетоном, а две - нет, т. е. коэффициент заполнения Р= 0,5 и условие 0,48 < р < 0,56 выполнено. Изготавливать составную систему труб следует следующим образом Вспомогательные трубы длиной по 1112 м предварительно заполняют требуемым количеством бетона. В варианте, покззанном на фиг. 2, это очень просто, т. к, две трубы полностью, отступив от края ~ по 100 мм, заполняют бетоном, а две - оставляют пустыми. На специальной роликовой площадке (стапеле) последовательно собирают, пристыковывая последовательно одну к другой, трубы (как при сборке на бровке траншеи при сооружении обычных подземных трубопроводов) основного и балластирующих (с некоторым отставанием) трубопроводов, скрепляя их между собой стяжками так же как обычно крепят понтоны. Возможно предварительное изготовление составных плетей замой на льду. Изготовив плеть требуемой длины, устанавливают по концам основного и вспомогательных трубопроводов заглушки. Возможен вариант, когда применяется сочетание части труб с бетоном, а части труб П УС Т Ы Х (фиг. 2). Трубы с бетоном в этом варианте можно не стыковать между собой. При соответствующей погоде составная плеть, имеющая положительную плавучесть, выводится на плаву к месту затопления и путем заполнения водой пустого объема балластирующих трубопроводов, что придает ей отрицательную плавучесть, погружается на дно или траншею на дне водоема Плети стыкуются между собой по основной трубе. При желании использовать 1781497 балластирующие '.рубопроводы для транспортировки сопутствующих продуктов иг также стыкуют между торцами ия фланцах с отводами мли без них. Оценка эффективности предложенной конструкции морско~э трубопровода была на стадии ТЭО вь.голнена ВНИИПИШельф (г. Симферополь) па сравнению с вариантом обетокированны^ * .^бопроводом д^акетром 1220 мм, укладываемым традиционным способом, применительно к переходу через Байдарацкую губу. Затраты по строительно-монтажным работам составили кг 1 км подводного перехода в предлагаемом варианте 1,077 15 млн.руб., а в вер ізнте обетонированной трубы 1,291 млн оуб., а с учетом всех капвложений на 70 км перехода через Байдарацкую губу соответственно 193,4 мпн.руб. и 212,2 млн.рублей, т. е, снижение стоимости 20 одной нитки перехода составило 19 млн. рублей. ми устройствами осуществляют предварительно на берегу, при этом в качестве балластирующих устройств используют расположенные параллельно ему и соединенные с ним гибкими тягами трубопроводы, а з качестве балласта - бетон, объем которого определяют из соотношений оси — 2.СІГР + q рб Удоп н осн где в доп коэффициент заполнения бетоном VOCH - наружный объем одного погонного метра трубопровода; Удопн - наружный объем одного погонного метра балластирующих трубопроводов; Удоп" - внутренний объем одного погонФормула изобретения ного метра балластирующих трубопровоСпособ сооружения подводного трубоп- 25 дов; ровода, заключающийся в размещении его рв - плотность воды; на плаву в стаоре перехода, оснащении балрб - плотность бетона; ластирующими устройствами, плавучесть X Gnp ~ масса одного гогонного метра которых предварительно регулируют чассистемы трубопроводов, тичным заполнением их объема балластом К - заданный коэффициент устойчивои погружение трубопровода последующим сти системы трубопроводов на дне водоема; заполнением балластирующих устройств q - заданная положительная плавучесть водой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что системы трубопроводов. оснащение трубопровода балластирующи 1781497 Редактор Составитель В.Копаев Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь Заказ 4266 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101