Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 [ 45 ] 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56

§ 3. Мероприятия по защите трубопроводов от вредного влияния горных разработок

Как уже указывалось, под воздействием горных разработок в труб; проводах возникают значительные дополпительпые напряжения. Поэтом при проектировании магистральных трубопроводов следует особенно тща тельно подходить к выбору трассы, и разработке конструктивны.ч ретепиЕ При выборе трассы следует по возможности обходить районы горных pasi работок даже в том счучас, если это может привести к иезиачительпом! удлинению трубопровода. Если но каким-либо причинам обойти эти раГ оны пе представляется возможным или когда продукты, транспортируемы» по трубопроводам, должны поставляться именно в эти районы, трасс\ тру! бопроводов следует проектировать в тех местах, где проведение горные работ в ближайшие 20-30 лет ие предусматривается пли жс где горпыЗ работы уже закончены, Прн невозможности выполнить эти грсбопанпя щ обходимо выбирать такие участки, где ожидаются минимальные деформач ции земной поверхности и минимальная протяженность участков трубопро! водов, подверженных влиянию горных разработок. С этой целью JianpaaJ ленис трассы следует проектировать вкрест простирания пластов полезны/ ископаемых или под углом, близким к прямому.

Прн расчете и проектировании трубопроводов необходимо располагаз следующими исходными данными: граинны зоны влияния горных разрабс ток, направление сдвижения земной поверхности, размеры мульды сдвиже иня, зиачения сдвижений и деформаций земной поверхности па выбранпс трассе трубопровода; коэффициенты подработаиности и коэффицпент™ влияния наносов; продолжительность сдвижения п его активной стадии! время начала проведения горных работ на трассе; физико-мехапически! характеристики грунтов. Указанные исходные данные по намечаемым ropl ным разработкам могут быть приняты по данным для соседних шахт а также могут быть получены в результате маркшейдерских расчетов nil плану горных работ для каждой отдельной выработки. Для выработок, п4 которым отсутствуют планы горных работ, следует проводить вероятие стный расчет сдвижений и деформаций земной поперхпости. Б этом случат вероятные длины полумульд определяются аналитически или графически по граничным углам и углу максимальных оседаний путем построения col ответствующих разрезов. Длины очистных выработок принимаются максн! ма.чьны.ми из возможных для данных условии, и по этим длинам опреде! .чяются коэффициенты подработаппости по пластам. Расчет вероятн! сдпиже1шй рекомендуется проводить по методике Донецкого Промстрс НИИпроекта, изложенной в работе [38].

Колструктивные .мероприятия по защите трубопроводов от воздсйстьм горных разработок должны быть направлены иа увеличение дсформативио ств трубопроводов в грунте путем самокомпсисации продольных перемсщ! иий, на СИИЛ4СНИС воздействия сдвигающегося грунта на трубопровод путс! рациона.ньного выпода его трассы. Прн позможпостн пйесто подземпо прокладки трубопровода с.юдует применять надземную. Повышения нсс\ щей способности трубопровода можно достигнуть за счет увеличения тс щнны стенки труб, попыи1еиия падежпостн - за счет 100%-пого колтрс сварных швов физическими методами. Во всех случаях трубопроводы дуст рассчитывать с коэфф1ши«1том условий т работы пе менее 0,75

§ 4. Расчет трубопроводов на самокомпенсацию продольных

напряжений

Увеличение деформативности трубопроводов в продольном нанраплеиии. может быть достигнуто путем установки компенсирующих устройств (ком4 пснсаторов). Однако для магистральных трубопроводов высокого давлсиич осевые компенсаторы отсутствуют. Поэтому трубопроводы должны проек-*

гнроваться таким образом, чтобы продольные деформации компепеирова-.пнсь за счет изгиба отдельных э,пемептов трубопровода. Такими элементами являются так называемые П-образныс, Z-образные, трапецсидальггыс нлн компсисатори иной конфигурации, которые дают возможность компенсиро-пать продольные деформации за счет изгиба прямых и кривых участков (отполов) компенсаторов.

При проектировании подземных трубопроводов с устройством таких ко-чпепсаторов основной задачей является определение оптимальных расстояний между ними. Решение этой задачи сводится к определению такой предельной длины участка трубопровода между компенсаторами, на которой продольные напряжения с учетом защемления трубопровода в грунте не Д0.1ЖНЫ превышать значений, обеспечивающих сохранность трубопровода. Прп этом необходи-vio учитывать кроме напряжений, возникающих в тр\бопроподс в процессе подработки, также продо-пьпыс напряжения от воздействия внутреннего даплсния и температуры. При расчете трубоиро-водов. работающих при положительном температурном перепаде, возиика-юи1ие сжимающие напряжении следует суммировать с растягивающими цапряжениямп на участках растянутой зоны мульды сдвижения и с сжигающими напряжениями - в сжатой зоне мульды. Следовательно, расчет-пыс папряхения в вапболсе опасной растянутой зоне мульды будут уменьшаться, а расстояние между компенсаторами увспичиваться. При с\ммиро-г.ашп температурных сжимающих напряжений с напряжениями того же знака от воздействия горных разработок напряженное состояние трубопро-иода возрастает. Расстояние между компенсаторами определяется по формуле -

г.те L„ - расстояние между компенсаторами; 6 - толщина стеиок труб; /?1 - расчетное сопротивление металла труб; Еох -сумма продольных на-пря/кений в трубопроводе от всех нагрузок и воздействий; Q, -силовое воздействие деформирующего грунта, определяемое по графику на рнс. 81 илн формуле (14.6).

Компенсаторы следует устанавливать в специальных нишах с тем, чгоиы исключить их защемление в грунте, так как в противном случае дс-форматппность компенсаторов резко снижается. Расчет компенсаторов иа деформативность проводится с учетом гибкости прямых вставок и повы-шснпя гибкости отводов при изгибе.

§ 5. Надземная и подземная прокладки трубопроводов

в каналах

Основными причинами, вызывающими разрушение подземных трубопроводов, являются защемление 1юследних в грунте и деформация грунта п процессе подработки. Поэтому в тех случаях, когда в трубсифоводах (ккидаются значительные напряжения и установка компепсатороп нерациональна, рекомендуется надземная прокладка трубопроводов на опорах. В .=)том случае трубопроводы проектируются в виде самоко.мпепсирующих с:1стем, причем самокомпенсация можег осуществляться за счет трапецен-Да.1Ы1ых. П-образных компенсаторов, путем укладки трубопроводов «змсм-кот II со слабои-зогиутыми участками. Благодаря высокой компенсационной способпостп надземных трубопроводов, вертикальное оседание и горизонтальные деформации, возникающие в процессе подработки, пе оказывают глпяння на иссущуи) способность трубопроводов. Поэтому последние мог>т рассчитываться как н для обычных условий.

Опыт показал, что надземные трубопроводы имеют высокую иадеж-Hoc-jb. Так. в Донбассе успеигно эксплуатируются надземные трубопроводы протялетюстью в несколько сот километров, которые работают безава-Г1пию несмотря на очень тяжелые устовия их подработки. Па рпс. 82

Рис. 82. Иалэем„ы& трубопровод, сооруженный в район/ горных раэработо!

изображен надземпый трубопровод, сооруженный в районе горных п боток Донбасса, самокомпснсация которого осунхествлялась за счет укладку его «зиейкой»,

С целью защиты от защемляющего действия грунта трубопровод можно укладывать в специальных каналах. Б этом случае подземные тру* бопроводы рассчитываются иа самокомпенсацию продольных деформации аналогично расчету надземных трубопроводов. Деформация грунта прк расчете трубопроводов ие учитывается. Проектирование надземных трубо; проводов и Трубопроводов в каналах приводит, конечно, к удорожапп» стоимости строительства, но при этом достигается высокая надсжност! трубопроводных систем. Следует иметь в виду, что строительство любых сооружений в районах горных подработок связано с удорожанием их стоимости и увеличением трудоемкости.

§ 6. Мероприятия по защите трубопроводов, находящихся в эксплуатации

Для обеспечения безаварийной работы трубопроводоп, иаходящгхс п эксплуатации, достаточно перед началом горных выработок вскрыт Траншеи по всей длине мульды оседания грунта с тем, чтобы освобо.тпт трубопровод от защемляющего воздействия грунта. В этом случае труб провод уже не б)дет воспртпиать деформации грунта. В результате vro в трубопроводе не возникнут дополнительные папряження. В открыт! траншее трубопроводы должны находиться п течение всего периода актил ной стадии сдвижения земной поверхности, когда трубопроводы подве жены наиболее опасному воздействию деформирующегося грунта. IZ активная стадия деформации грунта совпадает с зимним псрнодо.м и условиям эксплуатации ие представляется возможным составить трубояь вод с открытой траншее, то рекомеЕ!дуется засыпать тратнеи какп.м Л1м утепляющим слабосвязаниым материалом. Вскрытую траншею рекомсиГ стся перекрыть с Tevf, чтобы защитить трубопровод от механических i врсждепнй. Длина вскрытой траншеи должна соотвстстпопать дли» му-льды сдвижения плюс 50-100 м от ее границ, чтобы вскрытая трашн находилась за границей мульды, т. е. на участках, не подверженных пли пню горных разработок.

Следует иметь в виду, что напряжения, возникающие в трубопроводах i,p!i первой подработке, сохраняются п течение всего срока их эксплуатации Практика показала, что разрушения трубопроводов в результате гор-пы-С разработок наблюдаются спустя много лет после окончания актнвной стадии сдвижения земной попср-хпости. В связи с эти.м наряду со вскры-TireH траншеи рекомендуются мероприятия, направленные на снятие уже 1и.\1еюшихся напряжений в металле труб. Для этой цели следует вскрытый IX траншее участок трубопровода у.чожить на лежки (для цредотвращепия трения трубопровода о грунт), а затем его разрезать. В результате этого ь растянутой зоне мульды сдвижения концы разрезанного трубопровода ;1гзойдутся, что обеспечит полное снятие продольных растягивающих напряжений. Такой метод можно использовать ь том случае, когда подработка будет производиться по истечении значительного срока с момента строительства трубопровода. Указанный метод является трудоемким, тре-(люши.м остановки перекачки, разрезки трубопроводов и поспсдующей гваркп катушек. Однако это единственный метод, дающий возможность \странить последствия вредного влияния горных разработок и обеспечить пезопасную эксплуатацию трубопровата в будушеи.

§ 7. Примеры расчета

При.иер I. Требуется опредсчпть дополнительные растягивающие напряжения, возникающие в стальном трубопроводе в результате разработки, .!>и следующих условиях; модуль упругости металла £=2,1 • 10 .МПа, лна-vcTP трубопровода Dii=1020 мм, толщина стенкн 6=-10 мм, глуби1а заложения Н=1 м, грунт - суглинок, продолжительность эксплуатации трубопровода до начала падработки <а=15 лет, длииа полумульды по п&л.снню шаста L=30-10 см, максимальный сдвиг земной поверхности в полумульде по-падению пласта g=40 см, коэффициент подработанноет п>1. Коэффициент плпяння наносов Р=0,2.

Находим значение коэффнтбпта т по табл, 12, который равен 0,5. Лл та зоны растяжения

lmL--0.5-30 W- 15-10» см = 150 м.

Предельное значение силового воздействия деформирующего грунта определяем 1ю графику рнс. 81 по значениям а=15 лет, 11=1 м. =0.03 .МПа.

Коэффициент упругого сдвига трубьг огпосительно грунга определяем по формуле (14.3)

V 2-2,1105-1

= 0.25.

Длина зоны деформации трубопровача f за пределами участка мульды сднозначпых деформаций при значении й=0,25 (пользуясь ннтерпачяцнсй) равна 75 м.

Определяем длину зоны .чсформацнн трубопровода

/т - Л- f - 150 -Ь 75 » 225 м.

По графику рис. 80 при 150/225=0,67 находим коэффициент Ф=0,45.

П( формуле (14.5) находим

.„ 2 , 0,03(15-103)2 - . .„

Фо - 40 ~ + ~---0.4о = об.

5 2,1-105-1

релеляем максимальное перемещение трубопровода в зоне его дсформа-;n;i по (144)

14 см.

Определяем искомые дополнительные напряжения в трубопроводе в ре зультате подработки по (14.2)

1,57-2,1 105.14 . пх „„„ . жх

sin-= 200 sin-

22,5-103

Максилгальные растягивающие напряжения 200 МПа будут иметь мес при х/1т=0,5, т. е. в середине деформиропаипого участка трубопровода расстоянии 225-0,5-75=37 м от границы мульды сдпил<еиия.

Пример 2. Требуется определить расстояние между компенсаторами hJ прямолинейном участке трубопровода, прокладываемого в районе горпл разработок в растянутой зоне мульды сдвижения. Диаметр трубопровод D=720 мм, рабочее давление р=5,5 МПа, толщина стенки 6=10 мм, Tev( пературный перепад Д/=-15 X, глубина заложенпя Н=\ м, грунт - пео чаиый, продолжительность эксплуатации до начала подработки /э=10 .liJ коэффициент безопасности по материалу fe = l,4, нормативное сопротпвл иие /?i" = 520 МПа. Растягивающие напряжения от подработки с! = 110 МПа.

Расчетное сопротив.чение металла труб

«1 =

520 0.75 1,4-1

278 МПа.

Кольцевые напряжения от виутреинего давления рДвн 5,5-70

Окц =

= 192,5 МПа.

26 2-1

Продольные растягивающие напряжения от внутреннего давлення

Ор = №ц = 0,3-192,5 = 58 МПа.

Продольные растягивающие напряжеиня от воздействия темнерату! ного перепада од( = -2.52 • Д/=2,.52 • 15=-38 Л1Па. Суммарная величина р стягивающих напряжений в трубопроводе

2 О;, = 01 -1 Ор + од* -= 110 -Ь 58 + 38 = 206 МПа.

flo графику рпс. 81 определяем Qo для песчаных грунтов по значениям ;=10.лет, =1 м

Qo = 0,OI АШа.

По формуле (14.8) определяем максимальное расстояние между компенсаторами

2б(/,-2:а,) 2-1 (278 - 206)др Qo 0,01

Расстояние между компенсаторами можно определять по номограмме рнс. 83- В этой HOMorpaiLMe значение Ri - ЪУх обозначено через ср. Пользование номограммой поясним па следующем примере: трубопровод с тол-опшой стеики 6=12 .мм должен быть у,чожеп в суглинистых грунтах иа глубину 1 м, причем подработка будет осуществляться через 5 лет. По проведенным расчетам величины Qo=0,02 МПа, ар = 120 МПа. По номо-рам.ме па шкале б от цифры 12 проводим вверх прямую до пересечения с соответствующей наклонной прямой Ор=!20 МГГа. 3arcvf or точки пересечения проводим прямую до пересечения с линией Qo=0,02 МПа. Опуская перпендикуляр на шкалу получаем искомое расстояние, равное 1-15 м.

6 8 10 12 П 166;т 25 50 75 100 125 150115 200 225 250Ln

Рнс. 83. Но.мограмма для определения расстояний меи«у компенсаторами