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

провода; кроме того, такая конструкция не нуждается в утяжелении в случае, если по трубопроводу транспортируется газ.

На рис. 9.4 показаны конструкции наземной схемы прокладки (по дну) с защитой труб от механических воздействий. Каменная наброска / (рпс. 9.4,а) отсыпается на мягкое грунтовое обвалование 2 трубы 3; в другом случае, показанном на рис. 9.4, б, в, основным защитным покрытием является железобетонный короб (рис. 9.4, б) из отдельных блоков или покрытие-из шарнирно соединенных железобетонных плит (рис. 9.4, в).

Существуют другие виды конструкций, но все они являются более детально разработанными аналогами приведенных на рис. 1.1 - 1.4 конструкций.

§ 9.2. УСЛОВИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ТРУБОПРОВОДОВ

Подводный трубопровод, запроектированный и построенный с учетом факторов, неблагоприятно воздействующих на его работоспособность, может находиться в эксплуатации десятки лет, сохраняя свою работоспособность. Однако большое число подводных переходов через реки и другие внутренние водоемы выходят из строя - разрушаются или приходят в состояние, требующее немедленного ремонта, несмотря на двойное и даже тройное резервирование. Опыт эксплуатации показывает, что около 80 % всех аварийных ситуаций возникает в результате размыва грунта вокруг труб, образования оголенных участков трубопровода, подвергающихся силовому воздействию потока. Оставшиеся 20 % приходятся на коррозию, механические повреждения, невыявленные в процессе строительства дефекты труб и конструкций и др.

1. Размыв грунта

Основные причины размыва грунта - неправильный выбор створа перехода и недостаточное заглубление труб в грунте, нарушение естественного состояния грунта при устройстве подводных и береговых траншей.

Во многих работах, начиная с 1957 г. неоднократно поднимался вопрос о необходимости тщательного учета гидрологических характеристик водной преграды при выборе створа подводного трубопровода. С разработкой гидроморфологической теории русловых процессов появилась возможность обоснованно прогнозировать изменение положения русла и берегов рек на длительный период. Эта теория подробно изложена в работе [6], а особенности ее использования в трубопроводном строительстве- в работе [1]. Поэтому здесь будут приведены лишь самые общие положения по применению гидроморфологической теории русловых процессов для определения створа подводных переходов. Все русловые формы могут быть отнесены к одному из достаточно изученных типов: ленточно-грядовый, побочневый,

I! I.. I и. I. I м 1:1 I., i..i. I. I I; I, I ..I igE

-Wy .-ь

Рис. 9.5, Схемы русловых процессов:

а - ленточно-грядового (а.р-шаг гряды); б - побочневого в паводок Се -ширина русла в половодье, я.-шаг побочневый); в - побочневого в нежень; г - осередкового

осередковый, ограннчеппое меандрированис, незавершенное мс-андрированне, свободное меандрированис. Каждый из этих типов имеет достаточно четкие количественные определители, позволяющие установить, в каком направлении и как будут изменяться плановые и высотные отметки русла и берегов. Отметим, что количественные данные могут быть получены только в том случае, если имеются планы участков, где предполагается выбирать створ перехода по результатам трех-четырех съемок, полученных за период более 10 лет. Совершенно необходимы данные аэрофотосъемки на момент проектирования, так как они дают возможность не только установить, как изменилось очертание реки, но и проследить процесс изменения во времени.

Для ленточно-грядового и побочневого типов русловых процессов (рис. 9.5, а, б, в) характерны устойчивые берега, поэтому створы переходов должны размещаться иа плессовых (наиболее глубоких) участках (створ Б). При этом глубина заложения труб может быть минимальной. Наиболее частая ошибка при проектировании - размещение перехода в створе на гребне гряды (створ А). Гряды перемещаются вниз, и через некоторое время трубопровод оголяется. Если все же необходимо распо-

ложить переход в створе А, то трубу следует заглубить на ту же глубину, что и в створе Б. Это приведет к значительному увеличению объема земляных работ.

При осередковом типе переход следует располагать в створах Л и В (рис. 9.5, а), т. е. на участках наибольших глубин.

На участках ограниченного меандрирования створ должен проходить на плес-совых участках с врезкой в берега настолько, чтобы исключить оголение труб при сползании излучины в период расчетного срока эксплуатации. Особого внимания заслуживают переходы через реки со свободным меандрированием. Этот тип русла характеризуется больши.ми плановыми смещениями его (до нескольких сот метров). Так, размещение трубопровода в створе А-А (рис. 9.6) обязательно приведет к оголению трубопровода, поскольку русло будет перемещаться от исходного (на момент проектирования и строительства) состояния к последующим вплоть до образования старицы и прорыва меандры. Если переход т - т построить в створе А -А, то через некоторое время положение русла / начнет смещаться к положению 2 н берег реки будет размываться, а трубопровод перейдет в аварийное состояние. Поэтому створ следует размещать в условной точке поворота веера меандр (створ В -В). Наиболее благоприятны иа реках свободного меандрирования створы на прямых участках между меандрами (если они имеются). Причем выбирать следует наиболее глубокие участки. Конечно, это требует более тщательных изысканий, большого объема земляных работ, но зато полиостью исключает возникновение аварийных ситуаций, связанных с оголением труб в результате переформировании русла.

Выбрав створ перехода, необходимо уделить достаточное внимание и его профилю. Предельная глубина размыва при определенном типе руслового процесса ие должна приводить к оголению труб как в русле, так и в берегах. Анализ проек-

Рис. 9.6. Свободное меандрированпе:

/, 2, 3, 4 - изменение положений русла

Рис. 9.7. Схема разрушения берега

тоБ последних лет, начиная с 1970 г., показывает, что в них,, как правило, уже учитываются возможные переформирования русла и предусматривается достаточное заглубление. Однако строители не всегда укладывают трубы в проектное положение,, что и приводит к оголению труб со всеми последующими неприятностями.

Вторым важным условием, приводящим к размыву грунта, является нарушение его естественного состояния. При рытье траншей грунт перерабатывается, разрыхляется, разрушается его структурное сцепление, разрываются органические связи (корни деревьев, кустарника, травы). Рыхлый грунт достаточно быстро разрушается. В первую очередь это относится к береговым участка.м, когда в целях уменьшения объема земляных работ трубопровод выводят на крутой берег с помощью кривых вставок. Рыхлый грунт после засыпки труб, как правило, в течение первых двух-трех лет после окончания строительства осыпается и уносится течением. Иногда в таких случаях применяют крепление откоса железобетонными плитами; они не всегда предохраняют засыпку от обрушения, особенно если берег на вогнутой стороне меандры. Неуплотненный грунт при двух-трех поднятиях воды в паводок выталкивается, и плиты в беспорядке обрушиваются. Лучшим решением в данном случае была бы укладка труб по профилю, показанному на рис. 9.7 пунктирной линией. Угол а следует принять равным (0,5-0,6)ф (ф - угол внутреннего трения разрыхленного грунта засыпки). Грунт следует засыпать не па полную высоту, а под углом ф и после одного-двух лет эксплуатации (засыпка достаточно уплотнится) проводить досыпку грунта. Во всех случаях угол свободной поверхности засыпки не имеет смысла делать больше угла внутреннего трения ф. Крепление берега плитами при опи-

санной схеме не требуется, поскольку глубина врезки определяется с учетом прогнозных данных по переформированию береговой линии в соответствии с типом руслового процесса. Отказ от установки кривых вставок в русловой части существенно упрощает технологию укладки трубопровода и улучшает условия его работы.

2. Резервирование

Большинство подводных трубопроводов сооружается из двух и более трубопроводов (ниток). Наиболее часто укладывают две нитки- основную и резервную. Это делается с целью повышения эксплуатационной надежности перехода. Имеется в виду, что в случае разрушения основного трубопровода перекачка продукта будет осуществляться по резервному. В предыдущем пункте были показаны основные причины аварийных ситуаций и пути уменьшения или полного исключения их возиик-нове1ШЯ. Выполнение этих рекомендаций позволит отказаться от традиционной схемы перехода с резервированием. Однако такая рекомендация должна иметь достаточное обоснование. Поэтому мы дадим оценку показателей надежности двухниточ-пых переходов.

Основная идея резервирования состоит в предположении, что отказы основной и резервной ниток независимы друг от друга. Но теория русловых процессов, элементы которой были приведены выше, а также опыт эксплуатации показывают, что возникновение аварийной ситуации из-за размыва грунта при расположении одной нитки от другой не более 50 м происходит на обеих нитках. Вероятность безотказной работы двухниточ-иого перехода при этом оказывается существенно меньшей, чем в исходном предположении о независимости отказов.

Рассмотрим систему трубопроводов из двух параллельно включенных труб (элементов системы). Будем считать, что при отказе одного из трубопроводов вероятность отказа другого увеличивается. При этом возможны следующие состояния:

Яо -состояние системы, в котором не отказала ни одна из двух ниток; Hi - отказала одна (любая) нитка; Я2 - отказали обе нитки, произошел отказ системы.

Если интенсивность отказов одной нитки К, то интенсивность перехода из состояния, когда обе нитки исправны, в состояние, когда произошел отказ хотя бы одной из них.

(9.1)

Если отказ нитки уже произошел, то вероятность отказа второй нитки возрастает, поэтому интеисивность перехода в состояние Я2

(9.2)

Система дифференциальных уравнений Колмогорова для состояния Яо, Ни Яг имеет вид

Po{t)--KPoit) + liPiity,

PI (О = оо (О - (К + jii) Pi (О + iP (0;

P2ii) = KPl it)-\2P2 (t),

(9.3)

где Po{t) - вероятность пребывания системы в момент t в состоянии Яо при условии, что и при = 0 она находилась в состоянии Яо; Pi (t) - вероятность пребывания системы в момент / = 0 в состоянии Hi при условии, что при ==0 она находилась в состоянии Яо; 2(0-вероятность пребывания системы в момент t в состоянии Яг при условии, что при =0 она находилась в состоянии Яо; - интенсивность перехода из состояния Я, в состояние Яо; рг - интенсивность перехода из состояния Яг в состояние Ни

Пусть эти вероятности удовлетворяют начальным условиям

Ро(0) = 1, Рг{0) = РЛО) = 0. (9.4)

Вероятность безотказной работы системы находят путем решения системы дифференциальных уравнений (9.3) при заданных начальных условиях.

Выполнив преобразования, получим

Р(0 = 1-Р.(0 =

(Xl - Xj)

где Рг (О - вероятность одновременного отказа двух ниток;

«1.2 = -- [(К+vii + К) ± ViK+iii + K)-hK]

(9.5)

(9.6)

Среднее время работы перехода до отказа двух ниток т 0 -Ь 1 Ч- М-1

Вероятность Pii) определяется долей времени, в течение которого система находится в таком состоянии. Поэтому

PAi) = k„{t), (9.7)

коэффициент простоя, а коэффициент готовности си-

где стемы

kr{t) = i-kAt).

(9.8)

Приведем пример расчета показателей надежности для двух-ниточного перехода. Пусть Х=0,12, А,о=2-0,12 = 0,24, Xi = 0,24 1/год. Будем считать, что водолазное обследование подводных переходов проводится ежегодно. Примем период обследования Г=1 год, р,= 1/год. Определим вероятность безотказной работы в течение десяти лет. Находим xi и хг по формуле (9.6).