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

Рис. 1.12. Стенка многослойной трубы;

а - нормальное состояние; б - расслоение листов

ЧИСЛО слоев), при сжатии может потерять устойчивость, как показано на рис. 1.12.

Многослойная труба может служить средством торможения в виде вставок / длиной 10-20 м (рис. 1.13), устанавливаемых через определенные расстояния / в трубопроводе из труб с монолитной стенкой.

2. Трубопровод с вязкими вставками из монолитных труб с высокой вязкостью стали или биметаллических труб. Длина вставок до 2D (D -диаметр труб). Назначение вставок -предотвращение лавинных разрушений.

3. Трубопровод из бандажированных труб, основной несущий контур которых усилен высокопрочным материалом, например, проволокой. Проволока навивается в виде спирали на поверхность трубы и обжимает ее. Получается предварительно напряженная труба, что позволяет уменьшить растягивающие кольцевые напряжения в ее стенке от внутреннего давления. Одновременно решается и проблема торможения лавинных разрушений.

4. Трубопровод с бандажом для остановки лавинных разрушений и уменьшения продольных и поперечных перемещений (рис. 1.14). Бандаж представляет собой металлическую трубу большего, чем основная труба, диаметра, концентрически расположенную на трубопроводе. Пространство между внешней и наружной трубами заполняется бетоном на расширяющемся цементе.

Использование бандажей целесообразно на участках, требующих повышенной иа-

/ 7 / /

Рис. 1.13. Трубопровод со вставками из многослойных труб

Рис. 1.14. Трубопровод с бандажными кольцами

дежности (подход к КС, водные препятствия и т. п.).

5. Двухтрубная конструкция трубопровода представляет собой две концентрически расположенные трубы (однослойные пли многослойные) с заполнением межтрубного пространства цемснтно-песча-ным раствором (рис. 1.15).

Такая конструкция может быть использована при

Рис 1.15. Двухтрубная конструкция Рис. 1.16. Закрепленный трубопровод:

а - утяжеляющими грузами; б - анкерами

строительстве трубопроводов в сложных условиях: на болотах, при пересечении водных преград, на переходах под автомобильными и железными дорогами и др. Двухтрубная конструкция обладает высоким уровнем падсжности.

При использовании конструкции на болотах и в обводненных грунтах бетонное заполнение позволяет обойтись без утяжеляющих грузов или без креплений винтовыми или иными анкерами.

6. Трубопровод одной из описанных выше конструкций, утяжеленный различного рода пригрузами (рис. 1.16, а). Применяется при укладке труб, обладающих плавучестью, в обводненные грунты и на болотах.

7. Трубопровод, закрепленный анкерами (рис. 1.16,6) для прсдотвратцения всплытия труб, уложенных в обводненных грунтах. В настоящее время применяются винтовые и забивные анкера.

Названные конструкции труб пока еще не используются в промышленном масштабе. Однако их достоинства позволяют ожидать, что в самое ближайшее время они получат широкое внедрение.

ГЛАВА 2

ПРОДОЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

§ 2.1. НЕСТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Подземный трубопровод на первый взгляд кажется простейшим легко поддающимся расчетам инженерным сооружением, однако его поведение в период эксплуатации прогнозировать чрезвычайно сложно. Состояние трубопровода ие остается раз и навсегда таким, каким оно зафиксировано ирн строительстве. Под влиянием различных факторов оно непрерывно изменяется. Причем изменения эти бывают настолько существенны, что могут привести к разрушению трубопровода.

С.медует отметить, что несмотря на значительную исследовательскую работу, общая теории стабилизации подземного трубопровода еще не разработана. Получены решения для расиста продольных и поперечных перемещений, устойчивости и т. д. Они позволяют рассчитать возможные изменения состояния трубопровода от тех или иных нагрузок или воздействий, но ие дают однозначного ответа иа самый важный для практики вопрос: каким будет его действительное, а не возможное состояние. По-видимо.му, наиболее эффективным подходо.м к решению этой проблемы является вероятностный подход, реализация которого может быть успешной, если есть достаточно обоснованное решение частных случаев.

Прежде чем перейти к рассмотрению этих случаев, охарактеризуем процесс стабилизации трубопровода в наиравлеиии его главной оси.

Для онределеиия действительного положения трубопровода и действующих в нем усилий в какой-то момент времени необходимо иметь данные о его начальном состоян1И1. Под начальным ноинмастся любое состояние трубопровода с четко зафиксированными параметрами: геометрическое иоложепие главной оси в иростраистве, продольное уси.ше в стенке трубы, температура труб и окружающей среды, внутреннее давление, физико-механические характеристики грунтов, окружающих трубопровод, и их расиределеине вдоль главной оси. Только имея эти данные, можно определить, что произойдет с трубопроводом в последующее за начальным моментом время как в изменении его геометрических характеристик, так и напряженного состояния. Как следует из определеиия начального состояния, его установление представляет не менее сложную задачу, чем нахождение любого другого состояния.

Часто за начальное состояние трубопровода принимают состояние в момент укладки труб в траншею, иногда -в момент замыкания захлестов, в момент засыпки труб грунтом, в момент пуска трубопровода в эксплуатацию и т. п. Однако это настолько иеоиределспныс состояния, что говорить о них как о «четко зафиксированных» состояниях трубопровода нельзя. Это обстоятельство усугубляется еще и тем, что при строительстве трубопроводов, при пуске их в эксплуатацию, да и при эксплуатации не проводится измерение таких важнейших характеристик трубопровода, как его плановое и высотное положения, температура стенки труб при засыике траншей, перед испытанием труб, а затем регулярные ее замеры при эксплуатации. Существующие приборы и методы геодезического копт-роля позволяют точно и быстро фиксировать положение труб перед засыпкой. Датчики, установленные в трубах хотя бы через 0,5-1 км, дадут возможность измерять температуру труб в любое время. Наконец, не представляет никаких трудностей выполнение экспресс-анализа через каждые 100-200 м вдоль трубопровода таких свойств грунтов, как пористость, влажность, несущая способность.

До тех нор, пока доку.меитально, на основе физических измерений ие будет оирсдсчсио начальное состояние, можно иметь лишь приблизительную картину «действительного состояния», уровень приблизительности которого к действительному можно толковать как весьма неопределенный. В работе [1] отмечалось, что «начальным будем считать состояние трубопровода, которое устанавливается перед его испытанием».

Все характеристики, относящиеся к этому состоянию, обозначаются индексом «О», например, 0о-начальное иапряжеинс, /о - начальная температура стенки труб, 8о, чуо - соответственно начальный коэффициент пористости грунта и его влажность, /о - начальная стрелка прогиба какого-либо участка труб от прямолинейной его формы и т. п.

Весь период эксплуатации трубоир01Юд находится в исста-билизированиом состоянии, которое является для него основным. Взаимосвязь между всеми характеристиками трубопровода настолько существенна, что изменение даже одной из них приводит к изменению остальных.

На основе изучения и обобщения опыта проектироваиня, строительства и эксплуатации подземных магистральных трубопроводов составлен перечень основных характеристик (табл. 2.1), полностью определяющих поведение трубопровода в течение всего времени его работы. Следует отметить, что затраты на выполнение работ по измерению указанных в таблице характеристик ничтожны по сравнению с затратами иа выполнение строительных работ. Они окупаются сразу же после ввода трубопровода в эксплуатацию, так как дают возможность существенно уменьшить эксплуатационные расходы и, самое глав-

Рис. 2,2. Деформации надземного трубопровода и прилегающего к нему подземного участка:

а - общий вид; б - подземный участок

чем прямолинейный трубопровод, удлинение участков /д на величину «о (рис. 2.3,6) уменьшило пролет арки за счет ее сжатия на 2 Мо. Арка перешла из состояния / в состояние 2, прочность труб в сечении 1/2 оказалась недостаточной, и арка разрушилась.

Приведенные примеры показывают важность учета продольных перемещений.

Таким образом, при анализе возможных изменений состояния трубопровода, в том числе и приводящих к аварии, прежде всего следует обращать внимание на участки меньшей (по сравнению с прямолинейным трубопроводом) продольной жесткости. При этом проверять их прочность необходимо с учетом перемещений прилегающих к ним участков с большей продольной жесткостью, поскольку эти перемещения собираются именно на слабых участках.

§2.3. ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОЛУБЕСКОНЕЧНОГО ТРУБОПРОВОДА

Полубесконечный трубопровод -основная схема (рис. 2.4) при расчете продольных перемещений.

Если приложить к концу полубесконечного трубопровода граничную силу Р, то трубы будут растягиваться и сечение х = 1\ выйдет из грунта на Ыо; соответственно переместится в продольном направлении и продольное сечение х на величину u{x)<Uo. Наконец, на каком-то расстоянии от конца полубес-

арочного пере-

Рис. 2.3. Деформации хода:

и -деформации арки; б - расчетная схема

конечного трубопровода перемещения затухнут. Это может быть, например, в сечении х=0, IfOTOpoe мы и взяли за начало системы координат.

Ясно, что величина перемещений и закон их применения по длине h зависят от взаимодействия грунта, окружающего трубу, с поверхностью трубы. Приведем некоторые из моделей, используемых для описания этого взаимодействия.

1. Модель упругого грунта В. А. Флорина.

Касательные напряжения по контакту труба-грунт определяются из условия

x{x)-kuu{x), (2.1)

где ku - коэффициент постели грунта на сдвиг: и{х)-продольное перемещение сечения х. Коэффициент постели ku определяется экспериментально.

Продольное перемещение трубопровода в соответствии с формулой (2,1) происходит в неподвижном грунте.

2. Модель упругого грунта, предложенная автором.

Во многих случаях продольное перемещение трубопровода сопровождается одновременным перемещением окружающего трубу грунта, в этом случае связь между поверхностью трубы и грунтом определяется условием

т{х) = ~кАи{х)~и{х)], (2.2)

где «й(х) - перемещение грунта в направлении главной оси трубопровода.

Поясним суть модели. Сечение х {1-/) трубопровода (рис. 2.5) под воздействием продольной силы переместилось на "(л;); в то же время окружающий трубу грунт переместился в том же направлении на величину Uk{x). Таким образом, действительное перемещение трубы в грунте

u(x)-Uf,{x).

: и(х)

Рис. 2.4. Перемещение ного трубопровода

полубесконеч-