Анализ технических решений обеспечения конструктивной надежности трубопроводов, эксплуатируемых в условиях вечномерзлых грунтов

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................. 5
Актуальность темы исследования............................................................. 5
Цель работы............................................................................................ 5
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика вечномерзлых грунтов............................................... 9
1.2 Назначение и состав трубопроводов.................................................. 12
1.3 История изучения напряженно-деформированного состояния нефтегазопроводов, эксплуатируемых в условиях вечномерзлых грунтов............................................................................ 14
1.4 Анализ существующих методов расчета ореола оттаивания и осадки грунта под трубопроводом 18
1.5 Российский опыт эксплуатации трубопроводов в условиях Крайнего Севера 22
1.6 Мировой опыт эксплуатации трубопроводов в условиях вечномерзлых грунтов 24
1.7 Основные применяемые сегодня способы решения проблемы............ 26
1.8 Выводы............................................................................................ 29
Глава 2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОНСТРУКТИВНОЙ НАДЕЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ 31
2.1 Теоретические основы обеспечения конструктивной надежности трубопроводов 31
2.2 Классификация нагрузок и воздействий на трубопроводы.................. 32
2.3 Особенности строительства и эксплуатации трубопроводов в условиях многолетнемерзлых грунтов 34
2.4 Расчет нагрузок и прочностной расчет трубопровода......................... 39
2.4.1 Расчет постоянных нагрузок........................................................... 39
2.4.2 Расчёт временных длительных нагрузок.......................................... 40
2.4.3 Прочностной расчет трубопровода.................................................. 41
2.4.4 Расчет толщины стенки трубопровода............................................. 41
2.5 Методика расчета теплового взаимодействия трубопровода и вмещающего грунтового массива 42
2.6 Материал для армирования основания под трубопроводом................. 46
2.6.1 Укладка георешетки с целью защиты трубопровода........................ 47
2.6.2 Защита водотока и организация дренажа при помощи геосинтетических материалов 48
2.6.3 Монтаж георешетки....................................................................... 49
2.6.4 Заполнение ячеек объемной георешетки.......................................... 49
2.7 Предлагаемое решение проблемы...................................................... 50
2.8 Практический пример подобного метода........................................... 50
2.9 Выводы............................................................................................ 52
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ НАДЕЖНОСТИ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ... 52
3.1 Выбор объекта исследования............................................................. 52
3.2 Расчет рассматриваемого участка нефтепровода................................ 53
3.3 Выбор метода исследования.............................................................. 56
3.4 Создание модели рассматриваемого участка нефтепровода................ 60
3.5 Анализ нагрузок и деформаций при моделировании пучения (набухания) грунта под нефтепроводом 62
3.6 Анализ распределения температуры от нефтепровода по грунту......... 66
3.7 Анализ нагрузок и деформаций при моделировании протаивания грунта под нефтепроводом 72
3.8 Выводы............................................................................................ 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................... 76
Список литературы................................................................................ 77

















ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
Россия – одна из немногих стран, эксплуатирующих магистральные трубопроводы в условиях вечной мерзлоты. Грунты в мерзлом состоянии можно рассматривать как надежное основание. Но за несколько циклов оттаивания-замерзания грунт теряет устойчивость, что приводит к поперечному смещению и деформациям трубопроводов.
Таким образом, при прокладке нефтегазопроводов инженеры сталкиваются с двоякой задачей: им нужно проложить трубопроводы в среде, которая в ненарушенном состоянии обладает высокими прочностными и несущими свойствами, но в случае изменения теплового режима может быстро превратиться в болото. При этом и сами трубопроводы могут быть источниками тепла, разрушающего структуру грунтов основания.
Повышенный риск аварий и отказов при эксплуатации нефте- и газопроводов в зоне вечной мерзлоты объективно связан с проблемой обеспечения надежности и безопасности трубопроводного транспорта. Строительство нефте- и газопроводов на территории распространения вечной мерзлоты характеризуется значительными экономическими потерями. В таких специфических климатических и рельефных условиях обеспечение надежной и безопасной эксплуатации газопроводов является актуальной задачей.