Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Нефтегазовое дело, химия и экология»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

____________ Л.И. Никитина

«____» ___________ 2017 г.

ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ ПОДВОДНОГО ПЕРЕХОДА РЕЗЕРВНОЙ НИТКИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА ЧЕРЕЗ Р. АМУР

Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе бакалавра

ВКР 21.03.01 – 946.2017 ПЗ

Студент гр. 946 _______________ К.А. Чугаев

Руководитель _______________ Д.В. Кузьминых

доцент, к.т.н.

Консультант _______________ Л.И. Никитина

Профессор, д.б.н., профессор

Нормоконтроль _______________ Е.В. Муромцева

доцент, к.т.н., доцент

Хабаровск - 2017

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ОБЗОР МЕТОДОВ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО 6

2 СВЕДЕНИЯ ОБ УСЛОВИЯХ УЧАСТКА ПЕРЕХОДА 10

2.1 Характеристика трассы 11

2.2 Климат территории 12

2.3 Рельеф и геоморфология. Гидрологические условия 14

3 ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ В РУСЛОВОЙ ЧАСТИ Р. АМУР 17

3.1 Устройство монтажной площадки и карт намыва 21

4 ПОДГОТОВКА ТРУБОПРОВОДА К ПРОТАСКИВАНИЮ 24

4.1 Сборка, сварка и контроль качества сварных соединений 25

4.2 Изоляционные работы 30

4.3 Выбор необходимого оборудования 32

4.4 Балластировка нефтепровода утяжелителями типа УЧК 36

4.5 Монтаж понтонов на трубопровод 41

5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОТАСКИВАНИЯ ДЮКЕРА 43

5.1 Выбор и монтаж запорной арматуры 44

6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НЕФТЕПРОВОДА 46

6.1 Расчет диаметра проектируемого нефтепровода 46

6.2 Расчет толщины стенки нефтепровода 47

6.3 Проверка толщины стенки трубопровода 49

6.3.1 Проверка на прочность трубопровода в продольном направлении. 50

6.3.2 Проверка на предотвращение недопустимых пластических деформаций подземного трубопровода 51

6.4 Расчет устойчивости трубопровода на водном переходе 53

6.5. Расчет тягового усилия при протаскивании и при трогании трубопровода с места 57

6.6 Расчет расстановки понтонов 61

6.7 Расчет тягового троса 62

6.8 Расчет анкера для тяговой лебедки 63

7 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 65

7.1 Мероприятия по охране и рациональному использованию земельных ресурсов и почвенного покрова 65

7.2 Мероприятия по рациональному использованию и охране вод и водных биоресурсов на пересекаемых линейным объектом реках и иных водных объектах 67

7.3 Берегоукрепление пересекаемых водных объектов 70

7.4 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 71

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73

Список литературы 74

Приложение 1 76

Приложение 2 77

Приложение 3 78

Приложение 4…………………………………………………………………….79

Приложение 5 80

ВВЕДЕНИЕ

Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов в настоящее время является основным средством доставки этих продуктов от мест добычи, переработки или получения к местам потребления. Для транспортировки нефти сооружаются трубопроводы длиной 2000-4000 км. Так, Трубопроводная система «Восточная Сибирь — Тихий океан» - нефтепровод, который соединяет нефтяные месторождения Западной и Восточной Сибири с нефтеналивным портом «Козьмино» (Приморский край) имеет общую протяжённость трубопровода – 4 188 километра. Трубопроводы такой протяженности пересекают огромное число разнообразных водных препятствий: малых и больших рек, водохранилищ, озер, глубоких болот, сложенных слабыми грунтами. Таким образом, увеличение протяженности магистралей неизбежно сопровождается соответствующим значительным ростом объема подводно-технических работ при строительстве переходов.

Пересечение водных преград магистральными трубопроводами чаще всего решается путем строительства подводных переходов. Подводным переходом называется гидротехническая система сооружений одного или нескольких трубопроводов, пересекающая водные преграды, при строительстве которой применяются специальн ые методы производства подводно-технических работ. К подводным следует относить трубопроводы, уложенные по дну или ниже отметок дна водоема. Строительство переходов через реки является наиболее трудоемкой и ответственной частью сооружения магистрального нефтепровода [1].

Объекты трубопроводного транспорта нефти относятся к категории опасных, отказ которых сопряжен, как правило, со значительным материальным и экологическим ущербом.

Определяющим критерием экологической безопасности нефтепроводов является их надежность – одни из основных показателей качества любой конструкции (системы), заключающийся в способности выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные свойства в течение требуемого промежутка времени. Поэтому наибольшее внимание в области обеспечения требований экологической безопасности и повышения надежности нефтепроводов уделяется подводным переходам.

Помимо основной нитки при переходе магистрального нефтепровода, нефтепроводы оснащаются резервными. Оснащение подводных переходов резервными нитками проводится в целях повышения уровня экологической и эксплуатационной безопасности трубопроводной системы.

В выпускной квалификационной работе рассмотрена технология организации перехода резервной нитки магистрального нефтепровода через р. Амур. Также произведен расчет толщины стенки нефтепровода, выполнена проверка толщины стенки на прочность и деформацию, осуществлен расчет устойчивости трубопровода против всплытия на речном переходе и на его основании подобраны балластирующие пригрузы. На основании расчетов подобрано необходимое оборудование и описаны меры по обеспечению экологической безопасности во время проведения работ.

1 ОБЗОР МЕТОДОВ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО

В настоящее время существуют принципиально различные конструктивные схемы прокладки подводных переходов магистральных нефтепроводов (ППМН). Выбор той или иной схемы прокладки определяется условиями строительства и окончательно принимается на основании технико-экономического сравнения различных вариантов.

В мировой практике строительства ППМН наиболее широкое применение получили методы их прокладки, которые условно можно разделить на две группы: траншейные и бестраншейные.

Траншейный метод – это один из наиболее распространенных методов строительства ППМН. При пересечении с водной преградой строительство проводится с заглублением в дно реки. Все работы, выполняемые под водой при глубине более 3 м проводятся с помощью специальной техники (земснарядов, грунтососов, гидромониторов, скреперов и др.) [2].

В состав основных работ по строительству подводных переходов магистральных нефтепроводов траншейным входят:

• разработка подводной траншеи и приурезных участков до проектных отметок экскаватором и грунтососом;

• сварка, гидравлическое испытание на монтажной площадке (I этап), изоляция сварных стыков;

• контроль качества строительно-монтажных работ;

• футеровка, балластировка и укладка трубопровода;

• соединение с береговыми участками ППМН;

• засыпка руслового и береговых участков ППМН;

• проверка состояния изоляции методом катодной поляризации;

• гидроиспытание II-го этапа участка ППМН;

• выполнение работ по врезке участка трубопровода в магистраль, ввод в эксплуатацию.

Основными способами укладки являются:

• протаскивание по дну подводной траншеи;

• погружение с поверхности воды трубопровода полной длины;

• укладка трубопровода со льда.

Ограничения применения и недостатки траншейного метода связаны с тем, что в ходе строительства нарушается поверхность и грунтовая толща, возникают воздействия на пересекаемый объект.

В настоящее время широкое распространение получили бестраншейные методы строительства подводных переходов магистральных трубопроводов: наклонно-направленное бурение (ННБ), микротоннелирование, тоннелирование, вантовые и др. При использовании бестраншейных технологий строительства подводных переходов отсутствуют недостатки традиционных методов, уменьшается неблагоприятное воздействие на окружающую среду, в том числе гидрологию водоемов, повышается надежность трубопровода [3].

В процессе строительства перехода способом ННБ выполняется комплекс работ с применением бурового оборудования:

• бурение пилотной скважины;

• расширение скважины в один или несколько приемов методом «на себя» (к буровой установке) или методом «от себя» (от буровой установки);

• калибровка скважины;

• протаскивание трубопровода в скважину [4].

Технологические параметры бурения (крутящий момент, тяговое усилие, параметры бурового раствора и др.) необходимо контролировать на каждом участке скважины с учетом геологических условий для предупреждения возможных осложн ений в процессе производства работ.

Основные параметры метода наклонно-направленного бурения при строительстве подводного перехода:

• диаметр скважины: до 2 м;

• длина проходки до 2000 м.

Микротоннелирование (МТ) – это безлюдная щитовая проходка пород с укреплением стенок тоннеля особо прочными и долговечными железобетонными трубами, которые продавливаются из стартовой шахты мощной пресс-рамой, оборудованной домкратами, вслед за продвигающимся в породах проходческим щитом.

После продавливания щита на длину одной железобетонной трубы ее помещают перед пресс-рамой и вдавливают в разработанное отверстие тоннеля. Далее процесс повторяется.

Конструкция микротоннельного перехода через реку состоит из железобетонного туннеля, в котором последовательно прокладывается полиэтиленовая труба, металлический кожух, вновь полиэтиленовая труба и затем основной рабочий нефтепровод. На границах перехода устанавливаются сальниковые заглушки, герметизирующие пространство между двумя металлическими трубами. Межтрубное пространство заполняется инертным газом, позволяющим существенно замедлить процесс коррозии. Давление в межтрубном пространстве контролируется дистанционными датчиками давления.

Закрепление стенок тоннеля осуществляется с помощью кольцевых типовых секций (стальных, железобетонных), продавливаемых вслед за щитом и наращиваемых по мере проходки тоннеля.

Основные параметры метода МТ при строительстве подводного перехода:

• диаметр скважины: 0,6-12 м;

• длина проходки до не скольких десятков киллометров.

Осложняющим фактором при строительстве перехода способами наклонно-направленного бурения и микротоннелирования является наличие скальных грунтов в объеме 89% от общей длины скважины и гравийных грунтов. Прохождение в гравийных грунтах характеризуется крайней неустойчивостью стенок скважины, вследствие их постоянного обрушения.

В связи с этим, для организации подводного перехода резервной нитки магистрального нефтепровода через р. Амур выбран траншейный метод протаскивания трубопровода по дну подводной траншеи.

Преимуществом данного метода перед ННБ и МТ является:

• отсутствие ограничений по длине перехода и диаметру трубопровода;

• относительно низкая стоимость строительства;

• возможность выполнения земляных работ распространенных оборудованием;

• возможность выполнения ремонта дефектных участков трубопровода, обнаруженных в процессе эксплуатации;

• возможность демонтажа трубопровода, выведенного из эксплуатации.

Недостатком строительства переходов траншейным методом является:

• нарушение экологической ситуации и нарушение руслового режима водотока в период выполнения земляных работ;

• высокая вероятность увеличения эксплуатационных (ремонтных) затрат в процессе эксплуатации в связи с незначительным заглублением трубопровода на русловом участке и высокой вероятностью размыва трубопровода.

2 СВЕДЕНИЯ ОБ УСЛОВИЯХ УЧАСТКА ПЕРЕХОДА