Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Нефтегазовое дело, химия и экология»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Зав. кафедрой «НГДХиЭ»

_________________ Л.И.Никитина

(подпись)

«___» __________ 20___ г.

«Эксплуатация магистральных газопроводов, проложенных на участке с многолетнемерзлотными грунтами, с предложением мероприятий по контролю внешнего состояния газопроводов»

Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе

ВКР 21.03.01.2017.ПЗ - 946

Исполнитель

Студент 946 группы ____________ Е.Ю.Бородулин

(дата, подпись)

Консультант по экологии

Доцент, к.б.н., доцент ____________ М.М.Трибун

(дата, подпись)

Руководитель

Доцент, к.т.н. ____________ Д.В.Кузьминых

(дата, подпись)

Нормоконтроль

Доцент, к.т.н., доцент ____________ Е.В.Муромцева

(дата, подпись)

г. Хабаровск - 2017г.

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ПОНЯТИЕ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ И ЕЕ РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ 6

2 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ПРОБЛЕМ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЙ, ПОСТРОЕННЫХ В РАЙОНАХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ 8

3 ПРАВИЛА СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ 10

4 СУЩЕСТВУЮЩИЕ РЕШЕНИЯ В ОБЛАСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ 12

4.1 ПОДГОТОВКА СТРОИТЕЛЬНОЙ И ОХРАННОЙ ЗОН 12

4.2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНШЕЙ ДЛЯ ПОЗЕМНОГО МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА 13

4.3 ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ 16

4.4 ЗАПОРНАЯ АРМАТУРА 18

4.5 СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЪЕЗДНЫХ ДОРОГ 19

4.6 ПЕРЕХОДЫ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЯ 21

5 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО КОНТРОЛЮ ЗА ВНЕШНИМ СОСТОЯНИЕМ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ, ПОЛОЖЕННЫХ В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ 22

5.1 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИЗОЛЯЦИИ ГАЗОПРОВОДА 22

5.2 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО УЛУЧШЕНИЮ БАЛЛАСТИРОВКИ ПОДЗЕМНОГО ГАЗОПРОВОДА 28

5.3 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО КОНТРОЛЮ ПОЛОЖЕНИЯ ГАЗОПРОВОДА 29

5.3.1 ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ВСТАВКИ 30

5.6.1 ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ 34

5.3.3 ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОЛОГО-ДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА В ЗОНАХ ПОВЫШЕННОЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ И ПРИ ПЕРЕХОДАХ ЧЕРЕЗ ИСКУССТВЕННЫЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ 40

5.3.4 ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ СЕЙСМОДАТЧИКОВ 48

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 51

ВВЕДЕНИЕ

Газопроводный транспорт имеет огромное количество достоинств, делающих его использование очень выгодным. К таким достоинствам следует отнести его высокую автоматизацию, за счет которой достигается и его надежность и безопасность. Бесперебойность поставки также выгодно выделяет его из ряда других способов транспортировки. Газопроводный транспорт позволяет производить перекачку гигантских объемов природного газа. Большой срок службы позволяет газотранспортных сетей, а так же возможность соединения различных газопроводов в одну сеть делают его незаменимым для такой огромной страны как Россия, так как это позволяет обеспечить не только поставки природного газа из глубины территории в другие страны, но и попутно снабжать российские города. Стоит упомянуть и об попутном развитии инфраструктуры, которое обеспечивается необходимостью строительства дорог для обслуживания газопроводов. Эти и некоторые другие плюсы перекрывают большую начальную стоимость строительства таких сетей.

Россия является страной с самыми большими запасами природного газа на планете (почти четверть мировых запасов природного газа). Природный газ по праву является одним из самых больших сокровищ нашей страны. В 2016г. доходы от экспорта этого ресурса составили почти 20 млрд. долларов. На сегодня заключено множество договоров по экспорту газа из России во многие другие страны.

Большинство разработанных месторождений расположены в Западной Сибири. Они разрабатываются уже очень долгое время, и со временем добыча газа из них становится более трудоемкой и менее эффективной. Соответственно это влияет и на себестоимость, а следовательно на доход в общем. Однако геолого-разведочные работы показали большое количество крупных месторождений в Восточной Сибири, Дальнего Востока и в северной полосе.

Большой проблемой является то, что многие из этих месторождений расположены в суровых климатических условиях, в том числе и в зоне многолетней мерзлоты. Это затрудняет как их разработку, так и обслуживание, и эксплуатацию объектов транспорта и хранения добытого природного газа. Однако на данный момент уже существуют некоторые решения данной проблемы. В этой работе я подробно разобрал все аспекты данной проблемы и способы ее решения, которые в дальнейшем можно применить на строящихся объектах, таких как крупнейший проект «Сила Сибири», который затрагивает участки с многолетней мерзлотой, поэтому данная тема очень актуальна на сегодняшний день.

1 ПОНЯТИЕ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ И ЕЕ РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ

В условиях сурового климата с холодной и длинной зимой, с маломощным снежным покровом произошло глубокое промерзание поверхностных слоев горных пород. Это произошло несколько тысячелетий назад и современные климатические условия лишь поддерживают такое состояние грунтов. Районы, где температура грунтов долгое время (от 2 лет до тысячелетий) не превышает 0 , получили название районов многолетней мерзлоты.

Толщина мерзлых грунтов колеблется от нескольких метров до нескольких сотен метров. Соответственно на юге толщина промерзания меньше, чем на севере. Грунтовые воды в таких районах обычно содержатся в виде льда. Это образует водонепроницаемый слой, что приводит к розливам рек даже при небольших осадках. В теплое время года верхняя прослойка грунта оттаивает на несколько сантиметров, благодаря чему в районах с многолетнемерзлыми грунтами где количество осадков невелико, к примеру, Восточная Сибирь, существует тайга с заболоченными зонами. Из-за таких особенностей на таких грунтах произрастают лишь деревья с поверхностной корневой системой.

Термин «многолетняя мерзлота» используется в основном петербургской географической научной школой и является более точным, однако общепринятое название – «вечная мерзлота».

На рисунке 1 можно увидеть, что примерно 60% территории России находятся в зоне мерзлоты.

Глубина промерзания увеличивается так же по мере движения из центра России в сторону Дальнего Востока.

Рисунок 1- Распространенность мерзлоты на территории России

2 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ПРОБЛЕМ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЙ, ПОСТРОЕННЫХ В РАЙОНАХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ

Для начала стоит уточнить, что в состав магистральных газопроводов входят сам газопровод (от места выхода с промысла подготовленной к дальнему транспорту товарной продукции) с ответвлениями и лупингами, запорной арматурой, переходами через естественные и искусственные препятствия, узлами подключения компрессорных станций, узлами пуска и приема очистных устройств, установки электрохимической защиты газопроводов от коррозии, линии и сооружения технологической связи, средства телемеханики газопроводов, линии электропередачи, предназначенные для обслуживания газопроводов, устройства электроснабжения и дистанционного управления запорной арматурой и установками электрохимической защиты газопроводов, противопожарные средства, емкости для хранения, здания и сооружения линейной службы эксплуатации газопроводов, постоянные дороги и вертолетные площадки, расположенные вдоль трассы газопровода, и подъезды к ним, опознавательные и сигнальные знаки местонахождения газопроводов.

Из всего этого списка я рассмотрю основные части: трубу, запорную арматуру, дороги.

Как уже было сказано выше, в районах с многолетнемерзлыми грунтами имеются свои специфические сложности, которые осложняют строительство и эксплуатацию сооружений.

Заболоченные территории и без того являются сложными участками, а заболоченные территории в зоне многолетней мерзлоты существенно осложняют проведение достоверной оценки несущей способности на участке пролегания газопровода.

Также легко можно понять, что благодаря большой глубине промерзания грунта сцепленность грунта очень высока. Это мешает строительству траншей для прокладки подземного газопровода и их вскрытию для проведения ремонтных работ, что увеличивает финансовые и трудовые затраты.

Главной же проблемой стоит выделить периодическое оттаивание и промерзание грунтов. Из выше сказанного уже ясно, что это приводит к заболачиванию местности, но основной проблемой являются просадки грунта. Со временем это может привести к провисанию трубы и ее прорыву. При чем эта проблема актуальна и для подземных и для надземных газопроводов.

Последней особо значимой проблемой является то, что для закрепления газопроводов в нормальных условиях, как правило, используют материалоемкие жесткие балластирующие конструкции. Чаще всего это утяжелители из железобетона. Проблема заключается в том, что, как показала практика, такие конструкции при эксплуатации в условиях многолетней мерзлоты являются недолговечными, а следовательно не очень выгодными с финансовой точки зрения.

3 ПРАВИЛА СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ

Основными нормативными документами по данной теме являются:

• ГОСТ Р 54983-2012. Системы газораспределительные. Сети газораспределения природного газа. Общие требования к эксплуатации. Эксплуатационная документация.

• СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы.

• СТО Газпром 9.1-018-2012. Наружные защитные покрытия на основе термореактивных материалов для соединительных деталей, запорной арматуры и монтажных узлов трубопроводов с температурой эксплуатации от минус 20 до плюс 100 . Технические требования.

• СТО Газпром 2–3.5-454-2010. Правила эксплуатации магистральных газопроводов.

Из этих документов можно выделить следующие основные правила:

- Не допускается прокладка магистральных газопроводов по территориям населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, аэродромов, железнодорожных станций, морских и речных портов, пристаней и других аналогичных объектов.

- Для обеспечения нормальных условий эксплуатации и исключения возможности повреждения магистральных трубопроводов и их объектов вокруг них устанавливаются охранные зоны, размеры которых и порядок производства в этих зонах сельскохозяйственных и других работ регламентируются Правилами охраны магистральных трубопроводов (обычно это составляет 50 м влево и вправо от трубы) .