Способ ремонта провисающих и размытых участков подземного трубопровода

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется при ремонте магистральных подземных трубопроводов в руслах малых водных преград. Вскрывают трубопровод, начиная с концов участка с образованием под ним приямков расчетной глубины и длины. Заполняют приямки насыпным материалом, разрабатывают траншею под трубопроводом на расчетную величину с последующим извлечением грунта, образуют опорные перемычки, отрывают водоотводной рукав с организацией водотока вне русловой части, разрабатывают траншею в русле с ремонтом изоляции, одновременно срезают опорные перемычки, восстанавливают русло с окончательной засыпкой траншеи. После вскрытия трубопровода определяют поврежденность металла труб методами неразрушающего контроля, ремонтируют поврежденные трубы, опорные перемычки образуют при условии невыявления критически поврежденных труб, при этом под поврежденными трубами образуют дополнительные опорные перемычки, водоотводной рукав выполняют с возможностью расположения уровня воды в рукаве ниже поверхности трубопровода. В прирусловой части роют водосборный котлован, после срезки перемычек измеряют напряжения в трубопроводе методами неразрушающего контроля, выравнивают дно траншеи и обеспечивают величину напряжений в трубопроводе не более нормативной. На поврежденных трубах обеспечивают минимально возможный градиент напряжения по длине этих труб. Повышает качество и безопасность ремонтных работ. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области строительства и ремонта магистральных трубопроводов подземной прокладки на провисающих и размытых участках в руслах малых водных преград.

Известен способ ремонта провисающих и размытых участков трубопровода, включающий вскрытие ремонтируемого участка трубопровода, углубление под ним траншеи, последующую его укладку на новые отметки и засыпку грунтом [1].

Недостатком известного способа является то, что заглубление трубопровода вызывает повышение изгибающих моментов, достигающих максимальной величины на концах подсаживаемого участка, а размытие дна траншеи вызывает при укладке трубопровода неконтролируемые напряжения изгиба, что снижает его эксплуатационную надежность.

Известен другой способ ремонта провисающих и размытых участков трубопроводов, взятый нами в качестве прототипа, включающий вскрытие ремонтируемого трубопровода частями, начиная с концов участка, образование под трубопроводом приямков расчетной глубины и длины, заполнение приямков насыпным материалом, разработку траншеи под трубопроводом на расчетную величину с последующим извлечением грунта, образование опорных и водозадерживающих перемычек, ограничивающих русловую часть участка, рытье водоотводного рукава с организацией водотока вне русловой части, разработку траншеи в русле с ремонтом изоляции, срезание водозадерживающих перемычек с установкой пригрузки, одновременное срезание опорных перемычек и восстановление русла с окончательной засыпкой траншеи [2].

Недостатки способа, принятого в качестве прототипа состоят в следующем:

1. Не учитывается вероятность наличия на ремонтируемом участке труб с поврежденностью металла, увеличение напряжений в которых может вызвать их разрушение при ремонте или последующей эксплуатации.

2. Расстояние между опорными перемычками определяют без учета наличия труб с поврежденностью металла, которые ограничивают максимальное использование резервов прочности трубопровода на изгиб.

3. При подсадке участка трубопровода фактические напряжения от продольной нагрузки, изгибного момента и внутреннего давления на локальных участках могут превышать расчетные величины из-за неровностей дна траншеи, а также наличия кривых отводов упругопластического гнутья и труб, сваренных под углом.

4. В русловой части фактический профиль подсаженного участка может отличаться от расчетного очертания вследствие того, что при срезании водозадерживающих перемычек устремившаяся в траншею русловой части вода наносит грунт и размывает траншею, что вызывает недостаточное заглубление трубопровода в русле, которое компенсируется только излишней пригрузкой и внедрением трубопровода в слабоструктурированный водонасыщенный грунт. Как следствие, изгибные напряжения в этом месте не контролируются и могут превысить допустимую величину, что снижает безопасность ремонта и эксплуатационную надежность трубопровода.

5. Пригрузка после срезки перемычек в обводненной части участка практически может осуществляться только «седловидными» ж/б пригрузами, устанавливаемыми сверху трубопровода. Такие пригруза склонны к смыванию потоком воды и опрокидыванию, особенно при непроектном заглублении трубопровода в русловой части траншеи и высоком уровне грунтовых вод, например, в паводковый период, что снижает надежность трубопровода.

6. Недостаточная технологичность операции разработки траншеи в русле, обусловленная трудоемкостью извлечения водонасыщенного грунта, труднопроходимостью подъездов для техники к руслу и низкой скоростью работы за счет постоянного дренирования воды в траншею.

Задачей изобретения является снижение объема земляных работ в обводненных и слабосвязанных грунтах русла и прирусловой части водной преграды, упрощение, повышение качества и безопасности ремонта и эксплуатационной надежности трубопровода.

Поставленная задача в известном способе ремонта провисающих и размытых участков подземного трубопровода, включающем вскрытие ремонтируемого трубопровода частями, начиная с концов участка, образование под трубопроводом приямков расчетной глубины и длины, заполнение приямков насыпным материалом, разработку траншеи под трубопроводом на расчетную величину с последующим извлечением грунта, образование опорных перемычек, рытье водоотводного рукава с организацией водотока вне русловой части, разработку траншеи в русле с ремонтом изоляции, одновременное срезание опорных перемычек, восстановление русла с окончательной засыпкой траншеи, решается тем, что после вскрытия трубопровода определяют поврежденность металла труб методами неразрушающего контроля, ремонтируют поврежденные трубы, опорные перемычки образуют при условии не выявления критически поврежденных труб, при этом под поврежденными трубами образуют дополнительные опорные перемычки, водоотводной рукав выполняют так, чтобы уровень воды в рукаве был ниже поверхности трубопровода в подсаженном положении над рукавом, в прирусловой части роют водосборный котлован, после срезки перемычек измеряют напряжения в трубопроводе методами неразрушающего контроля, выравниванием дна траншеи обеспечивают величину напряжения в трубопроводе не более нормативной, а на поврежденных трубах обеспечивают минимально возможный градиент напряжения по длине этих труб.

Поставленная задача решается также тем, что в качестве неразрушающего метода контроля для измерения напряжений в металле трубопровода применяют метод измерения коэрцитивной силы.

Поставленная задача решается также тем, что в качестве неразрушающего метода контроля для определения поврежденности металла трубопровода применяют метод измерения коэрцитивной силы.

Поставленная задача решается также тем, что минимальное расстояние между уровнем воды в водоотводном рукаве и поверхностью трубопровода над рукавом определяются исходя из вероятности повышения уровня воды при ремонте, когезионных и фильтрационных свойств грунта.

Заявителю не известны из патентной и научно-технической информации следующие признаки изобретения:

- после вскрытия трубопровода определяют поврежденность металла труб методами неразрушающего контроля и ремонтируют поврежденные трубы;

- опорные перемычки образуют при условии невыявления критически поврежденных труб;

- под поврежденными трубами образуют дополнительные опорные перемычки;

- водоотводной рукав выполняют так, чтобы уровень воды в рукаве был ниже поверхности трубопровода в подсаженном положении над рукавом;

- в прирусловой части роют водосборный котлован;

- после срезки перемычек измеряют напряжения в трубопроводе методами неразрушающего контроля;

- выравниванием дна траншеи обеспечивают напряжения в трубопроводе не более нормативной величины;

- на поврежденных трубах обеспечивают минимально возможный градиент напряжений по длине этих труб;

- в качестве неразрушающего метода контроля для измерения напряжений в металле трубопровода применяют метод измерения коэрцитивной силы;

- в качестве неразрушающего метода контроля для определения поврежденности металла трубопровода применяют метод измерения коэрцитивной силы;

- минимальное расстояние между уровнем воды в водоотводном рукаве и поверхностью трубопровода над рукавом определяются исходя из вероятности повышения уровня воды при ремонте, когезионных и фильтрационных свойств грунта.

Сущность способа представлена на фиг.1-4 и в таблице.

На фиг.1 приведен профиль ремонтируемого участка трубопровода в двух положениях: 1 - до ремонта, 2 - после ремонта, причем до ремонта трубопровод находился в русле водной преграды 3. В положении 1 трубопровод опирается на опорные перемычки 4. В концевых сечениях трубопровода выполнены приямки 5, заполненные насыпным материалом 6. Под трубопроводом проходит водоотводной рукав 7 с уровнем воды 8.

На фиг.2 показан вид сверху с очертанием русла водной преграды 3, водоотводного рукава 7, защитной дамбы 9 и водосборного котлована 10.

На фиг.3 и 4 представлены два графика напряжений, соответственно, по всему ремонтируемому участку и по длине поврежденной трубы: 11 - напряжения в трубопроводе после срезания опорных перемычек; 12 - напряжения в трубопроводе после выравнивания дна траншеи. Также показано местоположение поврежденной трубы 13 и нормативное значение напряжений 14.

В таблице представлена шкала поврежденности металла, по которой определяют степень поврежденности труб.

Способ реализуют следующим образом. Измеряют начальное положение 1 трубопровода на размытом участке (фиг.1). Задают необходимую величину заглубления трубопровода в русле водной преграды. Производят расчет параметров подсадки, определяя длину участка, отметки дна траншеи в положении 2 трубопровода, требуемое количество опорных перемычек 4, пригрузки, силовые факторы, воздействующие на трубопровод в концевых сечениях, размеры приямка, деформационные характеристики насыпного материала. Начиная с концов участка, разрабатывают траншею на глубину до расчетного положения 2 трубопровода, образуя приямки 5 с насыпным материалом 6. После вскрытия внерусловой части участка определяют степень поврежденности металла труб методами неразрушающего контроля, подразделяемую на три категории (см. табл.): без повреждений, поврежденные, критически поврежденные. Производят ремонт поврежденных труб. При невыявлении критически поврежденных труб образуют расчетное количество опорных перемычек 4 и по одной дополнительной перемычке под каждой выявленной поврежденной (отремонтированной) трубой. Роют водоотводной рукав 7 с организацией водотока с помощью дамбы 9 вне русловой части участка 3 таким образом, чтобы уровень воды в рукаве 7 был ниже поверхности трубопровода в положении 2 над рукавом на расстояние Δf, что необходимо для избежания проникновения воды из рукава 7 в русловую часть 3 после подсадки трубопровода. В прирусловой части роют водосборный котлован 10 с организацией водотока воды со слабосвязным грунтом из русловой части участка 3. Разрабатывают траншею в русле и выполняют ремонт изоляции. Определяют степень поврежденности металла труб в русловой части участка. Производят ремонт поврежденных труб. Одновременно срезают опорные перемычки 4. На русловой части участка устанавливают хомутообразные пригрузы (на фиг.1 не показаны) или крепят трубопровод ко дну траншеи с помощью анкерных устройств (на фиг.1 не показаны). Определяют напряжения 11 (фиг.3) в трубопроводе методами неразрушающего контроля. Отмечают местоположение отрезков трубопровода, на которых напряжения превышают нормативное значение 14. Поэтапно выравнивая дно траншеи на отмеченных отрезках и определяя напряжения в трубопроводе, добиваются непревышения напряжениями 12 нормативной величины 14. Под поврежденными трубами 13 дно траншеи выравнивают таким образом, чтобы обеспечить минимально возможный градиент напряжений по длине этих труб (фиг.4). Тем самым создаются оптимальные условия для работы отремонтированной трубы и ремонтной конструкции. Засыпают русловую часть траншеи и котлован грунтом, восстанавливают русло водной преграды и засыпают внерусловую часть траншеи.

Пример.

Необходимо выполнить ремонт участка трубопровода диаметром 1220×12 мм из стали марки 17Г1С. Нормативное значение напряжения, при котором допускается эксплуатация трубопровода, согласно [3] составляет 335 МПа. Ширина водной преграды - 20 м.

После разработки траншеи на концах участка образуют приямки 5 (фиг.1), заполненные смесью песка с торфом 6. Вскрывают внерусловую часть участка и определяют степень поврежденности металла труб методами неразрушающего контроля, например, коэрцитиметрическим [4], подразделяемую на три категории (см. табл.): без повреждений, поврежденные, критически поврежденные.

Устанавливают, что внерусловая часть не имеет критически поврежденных труб, однако согласно шкале поврежденности структуры металла (см. табл.) труба 13 (фиг.3) имеет локальное повреждение структуры металла. Величина коэрцитивной силы в области повреждения составляет 6,2...7,5 А/см, поэтому труба относится к категории поврежденных. Ремонтируют область повреждения установкой ремонтной конструкции типа усиливающей муфты с болтовым соединением.

Образуют опорные перемычки 4 (фиг.1). Дополнительно одну перемычку образуют под отремонтированной трубой 13. Роют водоотводной рукав 7 с организацией водотока с помощью дамбы 9 вне русловой части участка 3 таким образом, чтобы уровень воды в рукаве 8 был ниже поверхности трубопровода в положении 2 (фиг.1) над рукавом на расстояние Δf=1 м. В прирусловой части роют водосборный котлован 10, размерами (длина × ширина) 15×15 метров, глубиной 4 метра, с организацией водотока, который наполняется водой со слабосвязным грунтом из русловой части участка 3, позволяя проводить разработку траншеи в русле и выполнять ремонт изоляции. Коэрцитиметрическим методом определяют, что русловая часть участка газопровода не имеет критически поврежденных и поврежденных труб. Срезают опорные перемычки 4 (фиг.1). После чего на русловой части участка устанавливают хомутообразные пригрузы с болтовым соединением. Определяют напряжения 11 (фиг.3) в трубопроводе методами неразрушающего контроля с шагом 5 м по величине анизотропии коэрцитивной силы [5]. Отмечают местоположение локального отрезка участка, на котором напряжения превышают нормативное значение 335 МПа с продольной координатой 170...200 м. Максимальные напряжения 370 МПа зафиксированы в точке с координатой 195 м.

Выравнивая дно траншеи под трубопроводом на отмеченном отрезке, периодически контролируют напряжения в трубопроводе и добиваются их снижения ниже величины 335 МПа. Кривая 12 (фиг.3) показывает, что напряжения не превышают 300 МПа. Затем контролируют напряжения на участках трубопровода, примыкающих к месту выравнивания дна траншеи. Так, отмечено, что в точке с координатой 220 м напряжения в результате изменения профиля участка 170...200 м увеличились с 200 до 300 МПа, однако они не превысили нормативной величины.

Определяют напряжения 11 в поврежденной трубе 13 (фиг.3) по величине анизотропии коэрцитивной силы с шагом 2 м (фиг.4). Рассчитывают, что максимальный градиент напряжений по длине трубы составляет 25 МПа/м между точками с координатами 6 и 8 м. Выравниванием дна траншеи под поврежденной трубой и периодическим контролем напряжений добиваются минимально возможного градиента напряжений, составляющего 5 МПа/м (определяется по кривой 12), тем самым минимизируют величину изгибных напряжений.

После чего засыпают русловую часть траншеи и котлован грунтом, восстанавливают русло водной преграды и засыпают внерусловую часть траншеи.

Эффект изобретения проявляется в следующем. Определение поврежденности металла труб на ремонтируемом участке до образования опорных перемычек, т.е. в тот момент, когда на трубопровод не действуют нагрузки, превышающие эксплуатационные до проведения ремонта, позволяет повысить безопасность ремонта и дальнейшей эксплуатации. Измерение напряжений в трубопроводе и выравнивание дна траншеи под трубопроводом не допускает превышение нормативного значения напряжения и обеспечивает минимальные изгибные напряжения в выявленных поврежденных и отремонтированных трубах, создавая оптимальные условия для работы трубы совместно с ремонтной конструкцией, что повышает надежность трубопровода. Отвод остатков воды из русловой части после организации водотока по рукаву с помощью водоотводного котлована и особого расположения водоотводного рукава обеспечивает облегченный доступ техники и людей к месту прокладки трубопровода в русле для разработки траншеи, проведения переизоляции, измерения напряжений, пригрузки трубопровода или закрепления его анкерными устройствами, что повышает скорость и качество проводимых ремонтных работ.

1. Способ ремонта провисающих и размытых участков подземного трубопровода, включающий вскрытие ремонтируемого трубопровода частями, начиная с концов участка, образование под трубопроводом приямков расчетной глубины и длины, заполнение приямков насыпным материалом, разработку траншеи под трубопроводом на расчетную величину с последующим извлечением грунта, образование опорных перемычек, рытье водоотводного рукава с организацией водотока вне русловой части, разработку траншеи в русле с ремонтом изоляции, одновременное срезание опорных перемычек, восстановление русла с окончательной засыпкой траншеи, отличающийся тем, что после вскрытия трубопровода определяют поврежденность металла труб методами неразрушающего контроля, ремонтируют поврежденные трубы, опорные перемычки образуют при условии невыявления критически поврежденных труб, при этом под поврежденными трубами образуют дополнительные опорные перемычки, водоотводной рукав выполняют с возможностью того, чтобы уровень воды в рукаве был ниже поверхности трубопровода в подсаженном положении над рукавом, в прирусловой части роют водосборный котлован, после срезки перемычек измеряют напряжения в трубопроводе методами неразрушающего контроля, выравниванием дна траншеи обеспечивают величину напряжения в трубопроводе не более нормативной, а на поврежденных трубах обеспечивают минимально возможный градиент напряжения по длине этих труб.

2. Способ ремонта трубопровода по п.1, отличающийся тем, что в качестве неразрушающего метода контроля для измерения напряжений в металле трубопровода применяют метод измерения коэрцитивной силы.

3. Способ ремонта трубопровода по п.1, отличающийся тем, что в качестве неразрушающего метода контроля для определения поврежденности металла трубопровода применяют метод измерения коэрцитивной силы.

4. Способ ремонта трубопровода по п.1, отличающийся тем, что минимальное расстояние между уровнем воды в водоотводном рукаве и поверхностью трубопровода над рукавом определяют исходя из вероятности повышения уровня воды при ремонте, когезионных и фильтрационных свойств грунта.