Способ сооружения подводного трубопровода

 

Сущность изббретения: подводный трубопровод (ТП) размещают на плаву в створе перехода, оснащают балластирующими устр-вами Плавучесть устр-в предварительно регулируют частичным заполнением их объема балластом Погружают ТП заполнением устр-в водой. Оснащение ТП устр-вами 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.

союз соеетских социАлистических

РЕСПУБЛИК (si)s F 16 L 1/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1. (21) 4888012/29 (22) 16.10.90 (46) 15,12,92. Бюл. М 46 (71) Институт электросварки им, Е.О, Патона (72) С,М, Билецкий (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1571349, кл. F 16 L 1/04, 1988 (непубл,). (54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ПОДВОДНОГО ТРУБОПРОВОДА (57) Сущность издбретения: подводный трубопровод (ТП) размещают на плаву в створе.

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 8 зависимости от скорости подводных течений, состояния дна, зонь1 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,5U. „, 1781497 Al перехода, оснащают балластирующими устр-вами. Плавучесть устр-в предварительно регулируют частичным заполнением их объема балластом. Погружают ТП заполнением устр-в водой. Оснащение Tfl устр-вэми 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. бопроводов (или морские участки их) выполйяются с приданием им отрицательной плавучести путем дополнительной балластировки, Утяжеление подводного участка трубопровода (балластировка) осуществляется либо сплошным обетонировэнием, либо навеской на трубопровод утяжеляющих чугунных или железобетонных грузов.

I. 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 подни1781497 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 водоК, если дистанционная система отстропрвф не сработалэ. ббетонирование, 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 необетонированную трубу, имеющую положительную плавучесть, со-. храняло бы еще общую положительную пла.вучесть 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 можно 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 нэ 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 стяжек3. Часть объема 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), э при заполнении их водой

5 — тонула и обладала при этом также заданной расчетной отрицательной плавучестью с коэффициентом устойчивости (отношение массы трубопроводов в воде к вытэл кивающей силе) К -1,15, 10 Такое возможно при определенных зна- . чениях коэффициента (доле) заполнения бетоном объема. вспомогательных труб.

Определить его можно, базируясь на следующих положениях, 15 Находящийся на дне водной преграды с заданным коэффициентом устойчивости К трубопровод должен удовлетворять следую-. щее неравенство:

X Grp +ф V доп фб +/Ъ (I Д V доп 2 фосн + Vдоп)/Ъ K

25 Откуда, после преобразования, получаем

pz

V допфб ps)

30 (1)

8 то же время для обеспечения плавучести (с заданной положительной плавучестью q) на поверхности водной преграды должно обеспечиваться условие:

35 в н

XG, + p v«> рв (v«, + V„«") р + q (2)

V допpi

В формулах (1, 2) приняты следующие обозначения: р- коэффициент (доля) заполнения бетоном балластирующих труб:

45 Чолн" — наружный объем одного метра трубопровода;

Чдоп — наружный объем одного метра н балластирующих трубопроводов; ь — плотность воды;

50 ps — плотность бетона;

ZGip - масса 1 и.м. всех труб в системе;

Чдоп — внутренний объем 1 п,м, балластирующих трубопроводов;

К вЂ” заданный коэффициент устойчиво55 сти системы трубопроводов на дне водоема;

q — заданная псвожительная плавучесть системы трубопроводов.

Если значение Р будет удовлетворять неравенствам (1) и (2), то условие о плавуче1781497 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.

Пример 1 (фиг, 1). Принимаем основную трубу размером 1220 ° 19,1 мм (подводный газопровод на рабочее давление 7,4

МПа) из стали 08Г2ФТ и дополнительные трубопроводы из труб размером 720 7 общего назначения из Ст. 3, Часть объема вспомогательных труб заполняем бетоном с плотностью 2850 кг/м . Морская вода имеет плотность 1025 кг/мз. Заданная положительная плавучесть q - 60 кг/п.м. По принятым исходным данным определяем объем (по наружному диаметру) 1 п.м. основной трубы Чостн - 1,168 м, объем (по наружному диаметру) 1 п.м. дополнительных труб - Чдопн 2 0,407 0,814 м, масса

1 п.м. основной трубы — 572 кг, масса 1 п.м. дополнительных труб 2 . 123 - 246 кг, Чдоп = 2 0,3912 = 0,7824 мз.

По формулам (1) и (2) определяем значение коэффициента заполнения бетоном:

oHñí+V "on -ZG +а

V доп ре

15

Как видно из этих результатов ф больше

0,48, но меньше 0,56, т. е. объем заполнения в пределах от 48 до 56 объема вспомога20 тельных 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 < P < 0,56 выполнено.

Изготавливать составную систему труб следует следующим образом.

Вспомогательные трубы длиной по 1112 м предварительно заполняют требуемым. количеством бетона. В варианте, показан30 ном на фиг. 2, это очень просто, т. к. две трубы полностью, отступив от края по 100

-05 мм, заполняют бетоном, а две — оставляют пустыми, На специальной роликовой площадке

35 (стапеле) последовательно собирают, пристыковывая последовательно одну к другой, трубы (как при сборке на бровке траншеи при сооружении обычных подземных трубопроводов) рсновного и балластирующих

40 (с некоторым отставанием) трубопроводов, скрепляя их между собой стяжками так же как обычно крепят понтоны.

Возможно предварительное изготовление составных плетей замой на льду.

45 Изготовив плеть требуемой длины, устанавливают по концам основного и вспомогатеЛьных трубопроводов заглушки.

Возможен вариант, когда применяется со-. четание части труб с бетоном, а части труб

50 пустых (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 затопле55 ния 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

V до@я pe) -0,57

Как видно из полуненных результатов

Р больше 0,5, но меньше 0,57, т. е. заполнение трубы бетоном должно быть в пределах от 50 до

57 обьема вспомогательных трубопроводов.

Пример 2 (фиг. 2). Принимаем ту же 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 Чост" = 0,882 м, масса 1 п.м. (G) - 309 кгlп.м., внутрейний объем 1 fl.ì. - Чдоп - 0,840 м, плотнозсть бетона для заполнения — рб = 2700 кг/м

Определяем по формуле (1) и (2) значеНМе P.

Ч допфб Pe) осн+Чноп — Хбт -V oï р<

Ч допфб

1,168+ 0,814 1025 — 818+ 60

1 р» осн+Ч оп т V доп

2416 - 881 — 861 674 ои

2101 — 881+60 1280 056

2268

1781497 балластирующие трубопроводы для транспортировки сопутствующих продуктов их также стыкуют между торцами на фланцах с отводами или без них.

Оценка эффективности предложенной конструкции морского трубопровода была на стадии ТЭО выполнена ВНИИПИШельф (г. Симферополь) по сравнению с вариантом обетонированным трубопроводом диаметром 1220 мм, укладываемым традиционным способом, применительно к переходу через

Байдарацкую губу.

Затраты по строительно-монтажным работам составили на 1 км подводного перехода s предлагаемом варианте 1,077 млн.руб., а в варианте обетонированной трубы 1,291 млн. руб., а с учетом всех капвложений на 70 км перехода через Байдарацкую губу соответственно 193,4 млн.руб. и

212,2 млн.рублей, т. е, снижение стоимости одной нитки перехода составило 19 млн. рублей.

Формула изобретения

Способ сооружения подводного трубопровода, заключающийся в размещении его на плаву в створе перехода, оснащении балластирующими устройствами, плавучесть которых предварительно регулируют частичным заполнением их объема балластом и погружении трубопровода последующим заполнением балластирующих устройств . водой, отличающийся тем,что оснащенйе трубопровода балластирующими устройствами осуществляют предварительно на берегу, при этом в качестве балластирующих устройств используют расположенные параллельно ему и соеди5 ненные с ним гибкими тягами трубопроводы, а в качестве балласта — бетон, объем которого определяют из соотношений Zß

10 в фб Ч дои

pz осн + V доп — Хбт — Ч доя

15 фб -Ph) одоп где P — коэффициент заполнения бетоном балластирующих устройств;

YAH" — наружный объем одного погонного метра трубопровода;

20 Чдоп — наружный Объем одного noroH ного метра балластирующих трубопроводов

Чдоо - внутренний объем одного погонного метра балластирующих трубопрово25 дов; — плотность воды; рб — плотность бетона;

XGnp — масса одного погонного метра системы трубопроводов;

К вЂ” заданный коэффициент устойчивости системы трубопроводов на дне водоема;

q — заданная положителъная плавучесть системы трубопроводов, 1781497

Составитель В.Копаев

Техред M.Mîðãåíòàë

Корректор Л.филь

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10t

Заказ 4266 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5