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 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

Глава 3

ВЫБОР ТРАССЫ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА

§ 3.1. Общие сведения

в § 1.6 ука.эывалось, что в задании на проектирование должны быть указаны начальная и конечная точки магистрального трубопровода. Они определяются при выборе головных сооружений на нефтяном пли газовом промысле расположением нефтеперерабатывающего завода, местом отвода от крупной магистральной системы и конечным пунктом (крупным потребителем, заведом, морским перевалочимм портом и т. д.). Начальная и конечная точки магистральных трубопроводов выявляются на первых стадиях проектирования: при разработке генеральных схем отрасли, при составлении ТЭО для крупных трубопроводных систем. Это кропотливая, многовариантная, с большим количеством исследований технико-экономического характера задача. Для определенной годовой подачи трубопровода проводят гидравлический расчет: определяют диаметр трубы, рабочее давление, местоположение НПС и КС. Однако этот расчет носит предварительный характер, он уточняется после выбора оптимальной трассы трубопровода и сопоставления технико-экономических показателей различных вариантов по диаметру труб, рабочему давлению и другим параметрам.

Оптимизация трассы трубопровода между заданными точками может быть проведена по различным критериям. Наиболее общим, универсальным, критерием являются суммарные приведенные затраты. Этот критерий позволяет отыскать вариант трассы, по которому транспорт продукта (газа, нефти, нефтепродукта и т. д.) от начальной точки А до конечной точки В потребует минимальных капитальных и эксплуатационных затрат. Частными критериями оптимальности являются: 1) минимум иеталловложений (кратчайшая трасса); 2) минимум трудовых затрат при сооружении трубопровода (прохождение трассы по участкам местности, где прокладка требует меньших трудовых затрат); 3) минимальный срок строительства (сооружение нового трубопровода вдоль действующих, где уже есть ряд вспомогательных сооружений - связь, вдольтрассовые дороги, водоснабжение, канализация, энергоснабжение и т. д. - или где имеются строительные подразделения и не требуется времени на перебазировку и на подготовительные работы либо вдоль круглогодично функционирующих транспортных коммуникаций); 4) минимум изменений или максимум использования существующих технологии строительства, строительных машин, механизмов и ряд других критериев. Кроме критерия минимума приведенных затрат все другие носят конъюнктурный характер и связаны с ограничениями по металлу, трудовым ресурсам, срокам строительства, использованию новых, более совершенных машин и механизмов, еще не выпускаюш;ихся промышленностью серийно.

Поэтому при проектировании необходимо все факторы н условия строительства и эксплуатации выразить через стоимостные показатели и отыскать оптимальный вариант трассы через минимум приведенных затрат по транспорту единицы продукта от точки А до точки В.

§ 3.2. Факторы, влияющие на стоимость единицы длины трубопровода

Диаметр. Объем капитальных вложений на линейную часть составляет 70-80% от общего объема капитальных вложений на сооружение магистрального трубопровода, остальные 20-30% приходятся на КС и НПС со вспомо-

«тельными сооружениями. В свою очередь отношение стоимости строительнв-пнтажных работ к стоимости труб резко меняется от диаметра последних:

ем больше диаметр, тем больпге доля труб в общей стоимости линейной части. Поэтому трассы трубопроводов с увеличением диаметра труб стремятся приблизиться по протяженности к «воздушной прямой», так как стоимость еди-ц длины трубопровода резко возрастает в первую очередь из-за стоимости трубы и только во вторую очередь из-за категорий местности, влияющих на объем строительно-монтажных работ.

рабочее давление. Для трубопроводов с рабочим давлением 55-75 кгс/см* при малых диаметрах труб Dy = 250 300 им толщина стенки, как правило, принимается конструктивно. С увеличением диаметра толщина стенки труб возрастает, что приводит к повышению стоимости линейной части. Поэтому qeM выше давление, тем выше стоимость единицы длины трубопровода при одном и том же диаметре, а конфигурация трассы стремится к вьшолажи-ванию.

Природные условия. Влияние природных условий на ценообразование огромно. В зависимости от того, проходит ли трасса по сухим, с мягкими, легко разрабатываемыми грунтами равнинным участкал! или через сложные естественные преграды - болота, реки, горные участки и т. д., стоимость сооружения линейной части резко меняется за счет увеличения доли строительно-монтажных работ. Так, строительство единицы длины трубопровода, проложенного через болота, реки, озера, проливы, водохранилища и горные участки, в два, три и более раз дороже, чем сооружение единицы длины трубопровода через неслояшые с точки зрения строительства участки. Это обстоятельством объясняется то, что при прокладке трубопровода в сложных природно-климатических условиях трасса в плане приобретает сложную зигзагообразную конфигурацию и значительно длиннее геодезической прямой.

Экономико-географические условия. Стоимость сооружения линейной части трубопровода, а также КС и НПС различна, что обусловлено следующим обстоятельством: проходит ли трасса по обжитым, с развитой транспортной сетью коммуникаций и густозаселенныи районам, по участкам с развитыми сельскохозяйственными угодияии или по необжитым, бездорожным районам. В районах с обилием населенных пунктов трасса извивается, обходя поселки, деревни, хутора и т. п., что увелршивает ее длину. Отсутствие автомобильных и железных дорог значительно усложняет транспортную схему доставки труб, оборудования, строительных материалов, машин, механизмов, горюче-смазочных материалов и тем самым повышает стоимость сооружения линейной части, КС и НПС. Наличие же дорог, наоборот, снижает стоимость единицы длины. Поэтому трассы по технико-экономическим показателям тяготеют, как правило, к существующим дорогам или построенным трубопроводам с вдольтрассовы>га дорогами или проездами.

Конструктивные схемы укладки. Они также влияют на стоимость сооружения линейной части. В необжитых, пустынных районах Средней Азии или Крайнего Севера в одних и тех же условиях могут бить применены различные конструктивные схемы укладки трубопроводов. Например, болото можно пересечь подземно, назеино с обвалованием или надзеинона опорах. В каждой конкретном случае на участке можно наметить наивыгоднейший вариант, который зависит от непрерывности технологии строительства, грунтовых условий, близости карьеров грунта, лесоматериалов для создания лежневых дорог, соответствующих рельефу ф;ля организации водоотвода) и т. д. Указанные факторы в конечном итоге влияют на стоимость сооружения линейной части и на выбор окончательного направления трассы.

Расположение площадок КС и НПС. На начальных стадиях проектиро-зния, прп выборе оптимального направлепия трассы трубопровода, конкретное расположение площадок КС и НПС не предусматривается. Предполагается, что при любом варианте прохождения трассы шаг между КС должен оыть равен оптимальному, выявленному прп гидравлическом расчете при изданных производительностп и диа.четре труб. Если для газопровода перепад Высот Между площадками ближайших КС практически имеет значение лишь 500 м н более, то для стоимости нефтепродуктопровода влияние перепада

высот велико в любом случае, особенно в горных районах. Поэтому стоимость сооружения единицы длины нефтепродуктопровода с учетом НПС и в зависимости от характера местности в горных районах будет выше, чем на равнинных. Таки-м образом, оптимальный вариант трассы выбирают исходя из пред. посылки, что количество КС и ННС зависит от общей протяженности трассы т. е. че.м длиннее трасса, тем больше количество КС и НПС.

После того как оптимальное направление трассы определено, приступают к конкретному изучению будущей трассы, определяют, где целесообразнее расположить площадки КС и НПС, учитывая при этом грунтовые условия наличие транспортных коммуникаций, источников водоснабжения, энергоснабжения, требований санитарных и рыбохозяйственных органов, удобство и возможности отвода канализационных стоков и т. д. Затем делают повторный гидравлический расчет с учетом конкретных мест расположения площадок КС и НПС, причем оптимальное расположение площадок выбирают по минимуму приведенных затрат для транспорта единицы продукта от начальной до конечной точки.

§ 3.3. Классификация участков местности

.3 Выбор оптимальной трассы трубопровода зависит от множества факторов, которые прямо или косвенно влияют на стоимость единицы длины трубопро вода и на приведенные затраты. Это гидрогеологические и климатические условия прохождения трассы; количество крупных и средних рек, болот,

озер, железных и автомобильных дорог, пересечение которых возможно при строительстве; густота населенных пунктов и наличие параллельно идущих автомобильных и железных дорог, речных и морских путей; наличие действующих трубопроводов и других протяженных сооружений (линий электропередачи, магистральной кабельной связи и др.), проходящих вдоль предполагаемой трассы; количество и качество обрабатываемых сельскохозяйственных угодий (пашен, садов, лугов), пересечение которых с учетом рекультивации и отчуждения увеличивает стоимость трубопровода.

Указанные природно-климатические и экономические условия влияют на стоимость трубопровода, вызывая увеличение объема строительно-монтажных работ, транспортных издержек на доставку к месту строительства труб, машин, механизмов, различного оборудования, а в дальнейшем и объема эксплуатационных затрат. Для более детального расчета стоимости сооружения отдельных участков трассы необходимо в зависимости от природных условий все участки местности классифицировать следующим образом: 1) равнины; 2) пустыни; 3) болота; 4) многолетнемерзлые грунты; 5) водные преграды; 6) горы.

Чтобы определить приведенные затраты на единицу длины трубопровода данного диаметра взависимости от участка местности, необходимо составить краткую характеристику каждого участка. Это позволит при выборе оптимальной трассы правильнее разделить ее на участки с учетом гесниорфологии, гидрогеологии и других природных и экономических условий.

Равнины. Это участок суши с относительно малыми колебапиями высот и с плавными переходами от повышений к понижения.м, с уклонами, не превышающими 8--10°. Наиболее характерны равнины для европейской части СССР, Западной Сибири и Северного Казахстана. В экономически развитых районах страны значительная часть равнин занята сельскохозяйственными угодиями, поэтому трубопроводы в основпо.м укладывают подземно, что позволяет по окончании строительства вновь возделывать эти земли. Равнинные участки сложены грунтами, различающимся как по составу, так и по степени сложности их разработки. Широко распространены носки, супеси, глины и гравийно-га.течниковые rpjTiTH.

Магистральные трубопроводы часто пересекают равнинные участки, покрытые лесом. Хотя в соответствии со СНиП IV-Д.10-66 лес по крупности деревьев и но густоте подразделяется на несколько групп, для расчета стои-

мости трубопровода целесообразно ориентироваться на средние показатели: лес средней крупности и средней густоты.

На стоимость трубопровода значительно влияет наличие или отсутствие грунтовых вод. Если грунтовые воды стоят выше дна траншеи, то уровень их считается высоким, если же ниже дна траншеи - то низким.

Пустыни. Это территории с жарким, засушливым климатом, лииюппые, как правило, растительности, малонаселенные. В СССР пустыни находятся в Средней Азии, Казахстане, Прикаспии и в низовьях Волги. По составу грунтов, слагающих поверхностный слой, различают песчаные, глинистые И каменистые пустыни. Песчаные характеризуются подвижными и неподвижными песками, а также ограниченные по площади участками с глинистыми грунтами. Участки, образуемые неподвижными песками, закрепленными древесной или травяно-кустарниковой растительностью, являются неизменными, им присущ спокойный рельеф местности. Подвижные пески образуют в пределах пустыни участки с неустойчивыми формами рельефа. Необычайно сложны климатические условия пустынь: жаркое лето (с температурами до плюс 45-50° С в тени) и морозные знмы (с температурами до минус 30-35° С). Верхние слои песков прогреваются летом до --70° С и при песчаных бурях являются серьезной помехой при строительстве трубопроводов. Все сказанное значительно удорожает сооружение трубопроводов в пустынях.

Оазисы или орошаемые земли, встречающиеся в пустынях, обладают рядом особенностей. Поливные земли имеют густую сеть оросительных каналов, арыков и канав, разрушение которых при строительство недопустимо. При их пересечении приходится сооружать большое количество переходов с проездами и мостами. Эти факторы влияют как на конструктивную схему прокладки, так и на стоимость сооружения. По стоимости единицы длины трубопровода пустыни можно разделить на оазисы с закрепленными и незакрепленными песками (грунтами).

Болота. Это избыточно увлажненные участки суши, покрытые слоем торфа мопщостью не менее 0,5 м. Физико-механические характеристики болотистых грунтов чрезвычайно разнообразны не только для различных болот, но и на отдельных участках одного и того же болота. Болота с моцщостью торфа менее 0,5.м относятся к заболоченным землям, т. е. к равнинам с высоким стоянием грунтовых вод. По строению и условиям образования болота делятся на верховые, низинные и переходные. Болота могут быть покрыты лесом или открытыми.

Практика проектирования, строительства и эксплуатации показывает, что болота, целиком заполненные торфом любой степени разложения, могут служить основанием для магистральных трубопроводов.

В основу классификации болот применительно к трубопроводному строительству положена проходимость их строительной техникой, поскольку нагрузки от нее во много раз больше, чем от трубопроводов. Проходимость болота определяется его ьгакроландшафтом. В соответствии с классификацией Гипроспецгаза но проходимости болота делятся на три типа:

I тип - целиком заполненные торфом, позволяющие проводить работу и неоднократное передвижение строительной техники с удельным давлением 0,25 кгс/см иди работу с помощью щитов, слапей либо дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхности залежи до 0,2 кгс/см;

И тип - целиком заполненные торфом, допускающие работу и передвижение строительной техники только по щитам, еланям либо по дорогам, обеспечивающим снижение удельного давления на поверхности залежи до 0,1 кгс/см2;

III тип - допускающие работу только с использованием специальной ехники и плавучих средств.

Многолетнемерзлые участки. К ним относятся участки местности, сложенные мерзлыми грунтами. Мерзлыми называются грунты, содержащие лед и имеющие отрицательную или пулевую температуру. В поверхностном слое *1ноголетнемврзлых грунтов имеется слой сезонного протаивания, в пределах «оторого происходят явления пучения, замерзания и протаивания, изменения Влажности г наледеобразования. В слоях, расположенных ниже деятельного

слоя, вода постоянно находится в виде льда, обволакивающего частицы грунта и цемеитирую1цего его. В зависимости от характеристики грунтов, слагающих этот слой, глубина сезонного протаивания может резко колебаться: от 0,3- 0,4 м для торфяников до 1,5-2,0 м и более для песчаных грунтов. Ниже деятельного слоя грунты представлены твердо!! монолитной массой, способной выдерживать больпше нагрузки. Под воздействием положительных температур несущая способность этих грунтов снижается, а в результате таяния льда уменьшается объем грунта, что сопровождается образованием осадки и провалов различных размеров.

Влияние физико-механических свойств тех или иных категорий многолетнемерзлых грунтов на стоимость сооружаемых трубопроводов зависит главным образом от величины просадочности. По предложению П. П. Бородавкипа и Р. Э. Фримана, многолетнемерзлые грунты делят па четыре категории:

I категория - непросадочные, дающие при оттаивании незначительную равномерную осадку, которая не учитывается при расчете трубопроводов; характерны для хорошо дренируемой местности, где пшроко распространены скальные и песчаные грунты;

II категория - малойросадочные, с равномерной осадкой до 10% о мопщости оттаявшего слоя; характерны для тундровой и лесотундровой плохо дренируемой местности;

III категория - льдонасыщенные, дающие неравномерную осадку от 10 до 40% мощности оттаявшего слоя; характерны для бугристых и плоских торфяников с развитием солифлюкционпых процессов;

IV категория - содержапще кр5Т[1ные включения подземного льда толщиной более 10 см, образующие при оттаивании провалы и термокарсты.

Водные преграды. К водным преградам относятся реки, озера, водохранилища, магистральные осушительные и оросительные каналы. Сумма капитальных затрат на сооружение переходов трубопроводов через водные преграды в значительной степепп зависит от конструктивной схемы укладки - подземной (дюкерной) или надземной (балочной, мостовой, подвесной и т. п.). При надземной укладке в зависимости от протяженности перехода (пролета) подбираются типовые решения по аналогии с запроектированными или построенными переходами. При подземной (дюкерной) укладке прежде всего необходимо учесть многообразие форм проявления русловых процессов.

Применение для каждого участка перехода той или иной схемы укладки с учетом ширины переформирований русла позволит предвидеть возможные размывы подводных трубопроводов и береговых опор надводных переходов. Вероятность размыва трубопровода определяется максимальпыми глубинами и плановыми переформированиями в стволе перехода в период расчетного срока эксплуатации, которые зависят от типа руслового процесса, размеров и скорости течения реки, грунтов, слагающих русло и пойменные участки.

П. П. Бородавкипым предложена классификация водных преград по плановым и глубинным переформированиям:

I тип - участки, где глубинные переформирования не превып1ают 1 м, а плановые незначительны. Это - малые реки (шириной до 50 м) лепточпо-грядового, осередкового и побочного типов, а также средние и крупные реки с устойчивыми берегами и руслакш (в скальных грунтах при толщине аллювиального слоя менее 1 м);

II тип - участки с максимальпыми глубинными (до 2 м) и плановыми перефорхтрованиями до .10 м. К этому типу относятся средние и крупные реки лепточно-грядового и побочного типов;

III тип - участки с максимальными глубинными (до 2 м) и с плановыми переформированиями до 100 м. Это - малые, средние и крупные реки с русловым процессом ограниченного, незавершенного и свободного типов меацдри-рования и пойменной многорукавности, зависящих от пшрипы лереформ1гро-ваний;

IV тип - участки рек с особыми формами руслового процесса, селевые потоки, реки с ярко выраженным неустойчивым руслом и горные. Максимальные глубинные переформирования более 2 м, плановые могут происходить в течение нескольких недель или месяцев.

Горы. К горным относятся участки местности, приподнятые обычио па 200 м над уровнем моря и имеющие продольные и поперечные уклоны более g 10°. В связи с этим при сооружении трубопроводов возможны работы, когда крепление строительной техники (равнины), не требуется, и такие, когда анкеровка механизмов обязательна (горы). Трасса трубопровода может преодолевать горный участок с продольным уклоном (перпендикулярно к горизонталям местности), а также с поперечным и одновременно продольным уклоном (например, косогор).

§ 3.4. Классификация категорий местности

Отнесение тех или иных отрезков трассы к различным участкам местности (равнина, болота, водные преграды и т. д.) полностью не раскрывает всех факторов, влияющих па объем строительно-монтажных работ. Например, равнина может быть сложена грунтами, сильно различающимися как по составу, так и по сложности их разработки: широко распространены песчаные грунты, супеси, глины, лёссы, мел, галька, гравий, могут встречаться известняки, скальные грунты и т. д. Их свойства оцределяются количественным соотношением тех или иных фракций. Особенно активная роль принадлежит глинистым фракция.м, %: в глинах (0,005 мм) 25 и более; в суглинках 12-15; в супесях 3-12, в песках 3 и менее. Классификация грунтов и пород по сложности механизированной разработки приведена в СИиП IV-Д.10-66. Согласно этой классификации грунты делятся па шесть групп.

Влияние грунтовых вод на способы ведения и на объем строительных работ велико. Грунтовые воды с высоким стоянием требуют или водоотвода, или водопонижепия, или проведения строительно-монтажных работ при наличии воды в траншее. Во всех перечисленных случаях резко возрастает стоимость строительства по сравнению с участка.\т, где уровень грунтовых вод ниже дна траншеи. Не меньшее влияние на стоимость работ оказывают и различные типы болот или рек. Для более полного учета факторов, су1цествеппо влияюищх на объем капитальных затрат при сооружении единицы длины трубопровода, было предложено [3] подразделить участки местности па следующее категории (табл. 3.1).

ТАБЛИЦА 3. 1

Классификация категорий местности для строительства трубопроводов

Характеристика местности

Категория

Равнина

Грунт I-III категорий, без леса, с низ1шм стоянием грунтовых

То же, с высоким стоянием вод

То же, с лесом, с низким стоянием грунтовых вод

То же, с высоким стоянием вод

1рунт IV-V категорий, без леса, с низким стоянием грунтовых вод

То же, с высоким стоянием вод

Же, с лесом, с низким стоянием вод же, с высоким стоянием вод

~VII категорий, с лесом, с низким стоянием грунтовых

То же, без леса, с низким стоянием вод Чэунт VIII-IX категорий, без леса, с низким стоянием грунтовых вод

2 3 4 5

10 И