Технология прокладки морских трубопроводов

Первые суда для прокладки морских трубопроводов появились в конце 40-х годов прошлого века [8]. С небольших барж в мелководных районах трубы, собранные на муфтах, погружались на дно.

Практика показала, что укладка подводных трубопроводов способом свободного погружения даже с созданием в трубопроводе растягивающего усилия не дает возможности выполнить укладку трубопровода на глубину более 10-15 м и при волнении моря более двух баллов [9].

Необходимость увеличения диаметров укладываемого трубопровода, глубины укладки, производительности укладки и возможности укладки при более сильном волнении вызвало необходимость создания специальных судов.

Около 70% специализированных судов и все многоцелевые трубоукладочные суда применяют способ наращивания трубопровода на горизонтальной монтажной линии с последующим спуском его под натяжением по стингеру.

Изогнутый участок трубопровода, находящийся между точкой касания морского дна и натяжным устройством ТУС, принимает форму S-образной кривой (рисунок 2.

1), поэтому данный способ получил название S-метода укладки трубопровода.

Технология прокладки морских трубопроводов

Рисунок 2.1 S-метод укладки трубопровода

Наибольшие напряжения могут возникнуть на выпуклом или вогнутом участках S-образной кривой изогнутого трубопровода (рисунок 2.5-б).

Напряжения на вогнутом участке регулируются с помощью натяжного устройства, размещенного на ТУС, а напряжения на выпуклом участке трубопровода уменьшаются использованием стингера.

С увеличением диаметра трубопровода или глубины моря необходимо применять более мощные системы натяжения и увеличивать габариты стингера (радиус кривизны и длину).

Конструкции стингеров различных радиусов и расстояние от свободной поверхности воды до нижнего конца стингера (h) для трубоукладочного судна «Solitaire» показаны на рисунке 2.2.

Технология прокладки морских трубопроводов Радиус 100 м, h=99 м Технология прокладки морских трубопроводов Радиус 150 м, h=75 м
Технология прокладки морских трубопроводов Радиус 225 м, h=52 м Технология прокладки морских трубопроводов Радиус 300 м, h=39 м

Рисунок 2.2 Схема стингера трубоукладочного судна Solitaire

Применение S-метода укладки ограничивается максимальными напряжениями (относительными деформациями), зависящими от параметров укладываемого трубопровода (изгибной жёсткости, отрицательной плавучести), глубины моря (гидростатического давления воды), величины натяжения трубы, радиуса кривизны и длины стингера, а также от воздействия волн и течений.

Наиболее совершенные трубоукладочные суда со стингером осуществляют укладку S-методом трубопроводов диаметром до 1220 мм на глубину моря до 300 м и диаметром до 800 мм на глубину до 700 м со скоростью укладки 3…5 км/сут.

Перспективным способом укладки на большие глубины является укладка с трубоукладочной баржи с изгибом трубопровода по J-образной кривой (так называемый J-метод укладки). В верхней части упругая линия трубопровода принимает форму, приблизительно прямой линии с углом наклона к горизонтали от 40 до 90°, что значительно больше по сравнению с S-образной формой укладки.

На барже трубопровод опирается на спусковую наклонную рампу и не имеет изогнутого (с выпуклостью, обращенной вверх) участка (рисунок 2.3). Кривизна в провисающей части трубопровода контролируется созданием натяжения.

Основное отличие J-метода укладки от S-метода заключается в отсутствии стингера и в вертикальном расположении верхнего конца трубопровода в процессе укладки при больших глубинах моря, что обусловливает отсутствие напряжений от изгиба на верхнем конце трубопровода.

С уменьшением глубины моря угол наклона верхнего конца трубопровода относительно горизонтали уменьшается, и поскольку угол наклона рампы ограничен минимальным значением, то минимальная глубина моря, при которой возможно применение J-метода, значительно больше, чем при S-методе.

Технология прокладки морских трубопроводов

Рисунок 2.4 — J-метод укладки трубопровода

Наращивание трубопровода происходит в вертикальном положении. При использовании этого метода на транспортировочную рампу подается одна трубная секция или предварительно сваренная из нескольких секций плеть, которая затем передается на наклонную рампу и приваривается к основному трубопроводу в специальной сварочной камере.

Все операции по формированию сварного шва на главной технологической линии: сварка, контроль шва, изоляция выполняются в сварочной камере, предварительная сварка плети осуществляется либо на самом судне на вспомогательной технологической линии или на берегу.

Этот метод особенно эффективен при глубоководной укладке труб большого диаметра.

Одной из особенностей сварочного процесса при укладке трубопроводов J-методом является то, что полный цикл операции приварки трубной секции к спускаемой плети, контроль и изоляция сварного шва выполняются на одном посту.

При укладке J-методом напряженно-деформированное состояние глубоководных трубопроводов зависит от параметров укладываемого трубопровода (изгибной жёсткости, отрицательной плавучести), глубины моря (гидростатического давления воды), величины натяжения трубы и воздействия волн и течений. Эпюра изгибающего момента по длине укладываемого глубоководного трубопровода показана на рисунке 2.5-а.

Технология прокладки морских трубопроводов

а) J-метод укладки б) S-метод укладки

Рисунок 2.5 — Эпюры изгибающих моментов, возникающих при укладке трубопровода

Совместное воздействие изгибающего момента, наружного гидростатического давления и продольного усилия создаёт опасность потери устойчивости поперечного сечения трубы в виде локального смятия и последующего за ним лавинного смятия.

Лавинное смятие заключается в распространении возникшего дефекта вдоль всего глубоководного участка трубопровода. Скорость распространения волны смятия может достигать 100 – 150 м/с.

Лавиноопасный процесс смятия может самопроизвольно остановиться только при существенном снижении внешнего гидростатического давления воды.

Для защиты глубоководных трубопроводов от лавинного смятия необходимо увеличивать толщину стенки трубы или устанавливать ограничители лавинного смятия (вставки трубы с увеличенной толщиной стенки) с определённым шагом вдоль всего глубоководного участка трубопровода.

Однако, как показывают расчёты, по мере увеличения глубины моря рост толщины стенки для глубоководных трубопроводов может быть весьма значителен, что создаст непреодолимые трудности при их изготовлении на заводе, сварке и укладке на дно моря. Ограничители лавинного смятия не позволяют полностью исключить явление лавинного смятия, но локализуют его в пределах участка между двумя соседними ограничителями.

Проблема исследования напряженно-деформированного состояния и потери устойчивости поперечного сечения трубопроводов больших диаметров (D>1219 мм) при укладке на глубины моря более 500 м является недостаточно изученной.

3 ТРУБОУКЛАДОЧНЫЕ СУДА

Суда-трубоукладчики. Способы укладки трубопровода

J-Lay Tower – вышка для укладки трубопровода методом J-Lay; J-Lay DP Vessel – судно, оснащенное системой динамического позиционирования, с которого укладывается трубопровод методом J-Lay; Thrusters – винто-рулевые колонки; Unsupported span – неподдерживаемый участок; Sagbemd region – участок изгиба трубопровода;  Seabed – морское дно; Touchdown point – точка касания дна трубопроводом; Waterline – уровень воды.

В то время как метод укладки трубопровода S-lay приемлем только для мелководья,  метод укладки J-lay может быть использован на глубинах. Это возможно благодаря относительно короткому участку провисающего трубопровода и меньшим требуемым усилиям натяжения при укладке. Монтаж и укладка проводится практически вертикальным способом, причем трубопровод укладывается на морское дно с одинарным радиусом изгиба. Скорость укладки составляет 3,2 км/день. При укладке каждый сегмент трубы сначала поднимается в вертикальное положение, и затем они свариваются один с другим.  Инспектирование и нанесение покрытий также проводится на борту судна. При движении судна по маршруту трубопровод медленно опускается на дно. Поскольку трубопровод в отличие от метода S-lay, имеет только один изгиб, риск структурных повреждений за счет излома трубопровода минимален. Water – уровень воды; Touchdown point – точка касания дна трубопроводом; Tensioner – устройство для создания усилий натяжения; Stinger – стингер; Reel – барабан; Reel–Lay Barge – баржа для укладки трубопровода методом Reel–Lay; Pipeline – трубопровод.  Метод укладки трубопровода с барабана Reel-lay считается наиболее эффективным. Скорость укладки составляет 3,5 км/час. Он приемлем для укладки трубопроводов с диаметром трубы менее 18 дюймов и коэффициентом соотношения диаметра трубы к толщине стенок  (D/t)  между 20 и 24. Главное преимущество такого метода перед предыдущими в том, что весь производственный процесс, включая сварку, инспектирование и нанесение покрытий проводится на берегу, а не борту судна, что значительно сокращает затраты производственного времени и средств. Перед укладкой трубопровод наматывается на барабан большого диаметра, смонтированный на борту судна. С этого барабана и производится укладка трубопровода на дно.  

Время от времени появляются инновационные проекты судов-трубоукладчиков, как например судно «Lewek Constellation».

Компании, заключающие контракты на прокладку трубопроводов по дну моря, все чаще и чаще решают  использовать на борту судна различные способы укладки труб, поскольку инфраструктура нефтегазовых месторождений, по большей части, состоит из различных трубопроводов, которые требуют разных методов укладки труб. Это предъявляет к проектам судов-трубоукладчиков специфические требования: больше гибкости в использовании различных технологий, больше ценовой эффективности для работ на любых глубинах, оснащение оборудованием, пригодным для монтажа различных трубопроводов.

Технология прокладки морских трубопроводов Рис.7. Инновационное судно-трубоукладчик «Lewek Constellation», прокладывающее трубопровод методом Multy-Lay. Источник

Aligner Wheel – выравнивающий барабан; 3000 mT Main Crane – главный кран грузоподъемностью 3000 т; 4×1200 mT Storage reels – четыре барабана для хранения трубопровода весом по 1200 т;  2×1250 mT Carousels – два подпалубных поворотных барабана для трубопроводов весом по 1250 т; 60 mT PLET (pipeline end termination) handling system and work station – оборудование весом 60 т для  работы с оконечным устройством трубопровода  и рабочая станция; Moon pool 19 m L x 8 m W – шахта со свободной водной поверхностью размерами: длина 19 м, ширина 8 м; 2×600 mt Winches – две лебедки с натяжным усилием 600 т; 2x20mT Storage Reel – два барабана для хранения трубопровода весом по 20 т; 125 mT Secondary Winch – вспомогательная лебедка с усилием 125 т; 2 WROVs TMS (Thether Management System) – два подводных телеуправляемых аппарата (ПА) c устройством контроля кабеля ПА; Helipad Sikorsky 61N&S92 – вертолетная площадка для вертолетов марки Sikorsky 61N и S92; Optional J-Lay Module – опционный модуль для укладки труб методом J-Lay; 2x400mT Tensioners – два устройства для создания усилий натяжения по 400 т; Rigidpipe Straightening – спрямляющее устройство; 80mT Crane – кран грузоподъемностью 80 т.

Читайте также:  Схематическое изображение запорной арматуры

Наличие на борту судна ПА обеспечивает возможности инспекции и при необходимости проведения подводных работ. ПА является необходимым компонентом оборудования судна-трубоукладчика. Шахта со свободной водной поверхностью с размещенным спускоподъемным оборудованием также представляет собой сложное инженерное сооружение.

 

Технология прокладки морских трубопроводов Рис.8. Шахта со свободной водной поверхностью и спуско-подъемным оборудованием судна «Lewek Constellation». Оборудование шахты должно обеспечивать работу ТПА на глубине 4000 м в суровых погодных условиях. Источник

Cursor Winch – лебедка; Latch Beam and Subsea Snubber – выдвижная балка и амортизатор для подводных работ; Cursor Frame – рама; HPU (Hydraulic Power Unit) for Hatches and Skidding Pallet – гидравлический привод для люковых закрытий и паллет, движущихся по направляющим; Active Heave Compensation ROV Winches – спуско-подъемная лебедка для ТПА с активной компенсацией качки; Umbilical Sheave – шлангокабельный шкив;  Cursor Sheave – шкив; Cursor Rails and Parking Pads – направляющие и поддоны для ТПА; Latch Beam Umbilical Winch – шлангокабельная лебедка; Fall Safe Foldable Top Moon Pool Hatch – безопасный складывающийся верхний люк шахты с открытой водной поверхностью;  Skidding Pallet – паллета, перемещающаяся по направляющим; ROV Moon Pool – шахта с открытой водной поверхностью для спуска и подъема ТПА.

Строительство морских трубопроводов

Освоение нефтяных и газовых месторождений, расположенных на шельфе, невозможно без строительства трубопроводов. На современных морских нефтепромыслах одни подводные трубопроводы связывают отдельные морские платформы с центральным накопителем и плавучим причалом, который оборудован для швартовки танкеров, другие соединяют накопители непосредственно с береговым нефтехранилищем.

Технология строительства морских трубопроводов предусматривает следующие этапы: земляные работы, подготовку трубопровода к укладке, его укладку, засыпку и защиту от повреждений.

Необходимость в заглублении морских трубопроводов связана с тем, что в противном случае они могут быть повреждены при перемещении прибрежных льдов, тралами, якорями судов и т.п.

При земляных работахиспользуются устройства, разрабатывающие траншею как с поверхности воды, так и в подводном положении.

К первым относятся плавучие земснаряды, гидромониторные установки, грейферные землечерпалки, пневматические и гидравлические грунтососы. Ко вторым — различного рода автономные устройства, работающие под водой.

Так, в Италии создан земснаряд S-23, который может разрабатывать траншеи на глубине до 60 м. Рытье траншеи осуществляется фрезерным рыхлителем со скоростью до 130 м/ч в грунтах средней плотности. Параметры отрываемой траншеи следующие: глубина — до 2,5 м, ширина по дну — от 1,8 до 4,5 м.

В Японии разработаны бульдозер и экскаватор для ведения работ под водой на глубине до 70 м. Бульдозер массой 34 т имеет мощный двигатель и перемещается на гусеницах. В отличие от земснарядов он может разрабатывать плотные грунты.

Подводный экскаватор предназначен для разработки траншей при сооружении морских трубопроводов, котлованов под фундаменты различных морских сооружений и дноуглубительных работ. Скорость его перемещения по дну составляет 3 км/ч. Управляют экскаватором два оператора с надводного судна.

Перед укладкойна трубопровод наносят защитное покрытие и осуществляют его пригрузку против всплытия. Мировой опыт строительства морских трубопроводов показал, что лучшим защитным покрытием для них и одновременно пригрузом является бетонное покрытие.

Укладка морских трубопроводов осуществляется протаскиванием, либо с поверхности моря постепенным наращиванием.

Схема протаскиванияприведена на рис. 19.16. Трубопровод 1 движется по роликовой спусковой дорожке 5. Тяговое усилие по тросу 2 передается от лебедки, установленной на судне 3. Судно удерживается якорями 4. Метод протаскивания прост, обеспечивает укладку трубопровода точно по трассе. Однако он применим при укладке трубопроводов длиной лишь до 15 км.

Схема укладки с поверхности моря постепенным наращиванием (рис. 19.17) получила наибольшее распространение. Трубоукладочное судно 4 закрепляется на якорях 6, каждый из которых выдерживает усилие до 10 т.

На судне создается запас обетонированных труб, секции которых длиной по 36 м доставляются специальными транспортными судами. Длина трубоукладочного судна позволяет соединять секции в плети длиной 180 м.

Укладка трубопровода 1 осуществляется следующим образом. На судне 4 сваривают очередную плеть, стыки изолируют, бетонируют и оснащают поплавками 2.

Плеть стыкуют с концом трубопровода, уложенного ранее и удерживаемого натяжным устройством и специальной жесткой приставкой 3. Угол наклона этой приставки выбирается таким, чтобы максимально уменьшить напряжения в спускаемом трубопроводе.

Стык изолируют и бетонируют, после чего плети спускают в воду на понтонах. Отстроповка понтонов производится автоматически на заданной глубине.

Судно «Сулейман Везиров» водоизмещением 8900 т за сутки может уложить под водой 1,2 км сваренных труб диаметром 200…800 мм. Судно-трубоукладчик финской фирмы «Вяртсиля» водоизмещением 41000 т позволяет укладывать до 2,5 км трубопровода диаметром 530 мм в сутки на глубине до 300 м. Запаса труб на них хватает для работы в течение 5… 10 суток.

Укладка морских трубопроводов с предварительной отрывкой траншеи связана со значительными затратами. Прокладка траншеи в море обходится раз в сто дороже, чем на суше. Кроме того, точно уложить трубу в траншею с борта качающегося на волнах судна достаточно сложно.

Дешевле и проще заглубить в грунт стальной трубопровод, уже уложенный на дно. Для этого сконструированы специальные подводные агрегаты-трубозаглубители. Их основным элементом является тележка, которая катится по трубе.

На тележке закреплены различные заглубляющие приспособления: гидромониторные сопла, плуги, фрезы или роторные колеса. Энергия для их привода подается с борта судна по кабельной линии, которая достигает в длину 1 км и более.

В последнее время трубозаглубители оснащаются подводными телекамерами, что позволяет контролировать их работу с поверхности.

Для защиты морских трубопроводов от повреждений в прибрежной зоне наиболее часто используется каменная наброска. Отсыпку камня производят с борта барж с наклонными бункерами и вибраторами. Нередко применяются суда с гладкой палубой, за борт которых камни сбрасывает бульдозер.

Точность такой отсыпки невелика. Поэтому в настоящее время роль бульдозера выполняют специальные щиты, которыми управляют гидроцилиндры, связанные с ЭВМ.

Такие устройства позволяют качественно выполнить засыпку трубопровода при волнах высотой в двухэтажный дом и скорости ветра до 15 м/с.

Технология прокладки морских трубопроводов

Рис.1 9.16. Схема протаскивания трубопровода:

1 — трубопровод; 2 — трос; 3 — судно, на котором установлена лебедка; 4 — якоря

Технология прокладки морских трубопроводов

Рис. 19.17. Схема укладки трубопровода трубоукладочным судном:

1 — трубопровод; 2 — поплавки; 3 — жесткая приставка, на которой лежит конец трубопровода; 4 — трубоукладочное судно; 5 — кран; 6 — якоря.

Другой способ защиты морских трубопроводов от повреждений — это укладка асфальта поверх траншеи. Асфальтирование морского дна производится с помощью плавучего асфальтового завода.

С его палубы готовая смесь подается на дно по вертикальной трубе, в центре которой проходит труба-подогреватель с тем, чтобы из-за контакта с относительно холодной водой асфальт не успел остыть.

На дне асфальт разравнивает и укатывает автоматическое устройство, аналогичное применяемым при асфальтировании площадей и улиц. За один проход укладчика на дне появляется заасфальтированный участок шириной 5 м и толщиной 85 мм.

Технология строительства морских газопроводов

До начала укладки магистрального газопровода (МГП) проводится тщательное исследование дна моря на протяжении всей трассы с целью обнаружения возможных препятствий: затонувших кораблей, боеприпасов, неровностей морского дна.

ИА Neftegaz.RU. Некоторые общие параметры подводных магистральных трубопроводов:

  • протяженность обычно довольно большая (около 1000 км);
  • количество ниток — более 2х;
  • расстояние между нитками — до 100 м;
  • Ø трубы — 32″;
  • длина секций — стальных труб — 12,3 м;
  • на глубинах от 650 м устанавливают антидеформационные кольца;
  • на мелководье используют специальные утяжеляющие бетонные покрытия для стабильности на дне моря, на глубоководных такого утяжеляющего покрытия нет.
  • переход береговой линии осуществляется методом микротоннелирования или траншейным методом укладки. 

До начала укладки магистрального газопровода (МГП) проводится тщательное исследование дна моря на протяжении всей трассы:

  • поиск возможных препятствий: затонувших кораблей, боеприпасов, неровностей морского дна,
  • препятствия устраняют, либо проектируют трассу в обход,
  • выявление мест, где будет необходимо производить заглубление трубопровода в грунт или его засыпку.

Все трубы для будущего МГП проходят специальную обработку:

  • изнутри производится обработка антифрикционным покрытием, снижающим сопротивление при транспортировке газа,
  • снаружи производится обработка сначала антикоррозионным покрытием, потом — утяжеляющим бетонным.

Укладка труб на морское дно моря ведется со специальных трубоукладочных судов. Суда — трубоукладчики достигают длины 300 м и имеют экипаж в несколько сотен человек.

В процессе трубоукладки нередко принимают участие несколько вспомогательных судов:

  • судно — наблюдатель —  ведет мониторинг морского дна, находясь перед судном — трубоукладчиком,
  • суда обеспечения — обеспечивают постоянную доставку труб на палубу судна — трубоукладчика из расчета запаса труб на 12 часов работы. 
Читайте также:  Труба стальная вгп 110

Технология работы:

  • на поперечном конвейере судна — трубоукладчика производится зачистка и подготовка кромок при помощи торцевальной машины и индукционный прогрев труб до 150oС,
  • из поперечного конвейера подготавливаются и подаются трубы на сварочные посты продольного конвейера, на котором ведутся работы по сварке, контролю и изоляции швов,
  • производится последовательность технологических операций:
    • сварка поступивших труб на специальном конвейере судна — трубоукладчика,
    • ультразвуковая проверка каждого сварного шва на наличие дефектов,
    • покрывание антикоррозионным покрытием,
    • укладка труб вдоль линии сборки, проходящей по длине трубоукладчика,
  • по мере прохождения каждой следующей трубой сварочного участка, постов контроля и изоляции, труба становится частью трубопровода, который спускается с кормы в воду, вниз по наклонной площадке — стингеру. Стингер поддерживает трубу до некоторого расстояния под водой и направляет ее под небольшим углом на морское дно.  Угол стингера задает требуемый прогиб верхней части трубопровода, позволяющий не допускать деформации металла трубы. При укладке трубопровода на глубоководье трубе придается плавный изгиб в виде буквы S, 

На дне моря трубы обычно лежат под собственным весом, без специального крепления, потому что вес каждой трубы после нанесения бетонного покрытия достигает нескольких тонн. Однако в некоторых местах, например у выходов на берег, для обеспечения стабильности, трубы укладывают в специальные траншеи и сверху присыпают грунтом.

  • протаскивание трубы на берег после завершения строительства морской части МГП при помощи специальной лебедки, установленной на суше. Лебедка соединяется с трубой железными тросами и медленно вытягивает ее из моря. Или: строительство прибрежной части и морской части МГП с последующей сваркой замыкающего стыка (кольцевое стыковое сварное соединение, соединяющее участки МГП). Затем МГП соединяют с его сухопутной частью — делают «захлест».
  • проведение гидроиспытаний МГП — обязательная операция:
    • МГП наполняют водой под требуемым давлением и выдерживают так некоторое время для обнаружения возможных дефектов,
    • тщательный мониторинг состояния МГП, используя специальные электронные устройства внутритрубной диагностики, ведут и после его запуска в эксплуатацию.
  • независимая проверка и сертификация.

Испытания и подготовка к эксплуатации 

Испытания обычно проводят для всех ниток на мелководье, на участке длиной 3-4 км, в тч участки берегового примыкания и микротоннелирования.  Испытательный участок начинается от стационарной камеры запуска ДОУ и заканчивается временной камерой приема ДОУ на морском участке.  Виды работ:  — промывка, калибровка и очистка внутренней полости морского трубопровода для удаления механических примесей;  — заполнение морского трубопровода водой (заполнение производится в процессе промывки и калибровки);  — проведение гидроиспытаний (Рисп=1,1Рр); — сброс давления;  — удаление воды из полости трубы и промывка от соли; — осушка с целью удаления остаточной воды.  Глубина моря на трассе МГП может достигать нескольких км. Производительность труда при строительстве морских трубопроводов может достигать 3 -5 км/сутки, что выше, чем при строительстве сухопутных трубопроводов. Есть и другие преимущества: — большая долговечность, потому что часть внутреннего давления в трубах компенсируется давлением толщи воды, — использование современных технологий, позволяющих сократить количество компрессорных станций (КС), что, ко всему прочему, улучшает экологию снижением выбросов КС.   По дну Северного моря уже проложено около 6000 км трубопроводов, некоторым из которых более 50 лет. В Средиземном море тоже есть МГП, проложенный около 50 лет назад. Строительство морских трубопроводов началось в 1970 гг.

Доля морских МГП ныне составляет около 45% импорта природного газа в Европу.

Строительство морских трубопроводов

Развитие добычи нефти и газа на многих морях привело к необходимости строительства подводных морских трубопроводов различного назначения.

Первые подводные трубопроводы на Каспий начали прокладывать с конца 40-х и начала 1950 годов. Незначительное удаление нефтепромысловых акваторий Каспия от берега, небольшие глубины моря и потребность в трубопроводах малого диаметра предопределили технику и технологию строительства трубопроводов.

Первые трубопроводы диаметром 63-114мм прокладывали методом протаскивания по дну моря с помощью буровой лебедки.

В дальнейшем стали применять метод укладки трубопровода с плавучих средств, с киржима. Последний из указанных методов применяют и в настоящее время для прокладки внутрипромысловых трубопроводов.

Начало строительства подводных магистральных трубопроводов связано с открытием газового месторождения Южное в 60-х годах. Для транспортирования газа с этого месторождения на сушу потребовалось строительство магистрального газопровода в условиях открытого моря.

Удаленность района добычи газа от берега обусловила разработку новой технологией строительства трубопроводов, по которой заготовка километровых плетей, их антикоррозионная изоляция, балластировка, оснастка транспортными понтонами производятся на береговой монтажно-сварочной площадке.

При благоприятной погоде километровые плети с монтажной площадки сбрасывают в море и на плаву транспортируют в район стройтельства, где вместе с понтонами затапливают по трассе (метод свободного погружения).

Отдельные плети трубопровода стыкуют на 40-тонном крановом судне, специально оборудованном для этой цели.

  • Для транспортировки плетей на плаву институт «Гипроморнефтегаз» разработал специальные понтоны с замковым устройством для автоматического отсоединения понтонов от трубопровода с поверхности воды без участия водолазов.
  • К настоящему времени по указанной технологии построены сотни километров подводных трубопроводов диаметром до 500 мм на глубинах моря до 30 м.
  • Практика показала, что укладка подводных трубопроводов методом свободного погружения успешно может быть применена при их строительстве буксировкой плетей на расстояние до 50- 60 км при волнении моря до двух баллов включительно.
  • Классификация трубопроводных систем

По трубопроводным системам различных морских сооружений транспортируются десятки рабочих сред, необходимых для нормальной эксплуатации этих сооружений и всевозможного оборудования В качестве материалов для изготовления трубопроводов в зависимости от вида транспортируемых рабочих сред и их разрушающей активности применяют углеродистые и нержавеющие стали, чугун, медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы, титан, стеклопластик и полиэтилен и другие материалы. Кроме труб трубопроводные системы включают различные трубопроводные элементы, судовую арматуру, приводы, механизмы, аппараты, цистерны, резервуары, приборы, средства автоматики и другое оборудование.

В гражданском строительстве трубопроводные системы принято классифицировать по роду перекачиваемой рабочей среды и в зависимости от этого различают водопроводы, нефтепроводы, газопроводы, аммиакопроводы и т. п.

После извлечения продукта из земли, он должен транспортироваться с моря на берег. Одновременно с монтажом добывающего оборудования, трубоукладочные баржи и бригады занимаются укладкой трубопровода для транспортировки нефти и газа от платформы до места назначения. (рис 48.

Рис.40-Трубоукладочная баржа

Длина этих барж может доходить до 150 метров, а укладываемые ими трубы — до 1525 мм в диаметре. Трубы обычно поставляются длиной 12 метров, и могут быть покрыты бетоном для утяжеления.

Трубы привариваются друг к другу вдоль линии сборки, проходящей по длине баржи.

Вдоль этой линии расположен ряд сварочных постов, где работают высококвалифицированные сварщики на высокоэффективных сварочных машинах.

По мере перемещения каждой следующей трубы на сварочный участок, она становится частью трубопровода, который проходит через корму баржи ко дну моря, и, наконец, к терминалу, находящемуся на расстоянии в несколько сотен миль. Со сварочного участка трубопровод перемещается на участок рентгеноскопии, где каждый новый сварной шов проверяется на наличие дефектов в соединении. Если дефектов не обнаружено, сварной шов покрывается антикоррозийной изоляцией.

По мере увеличения длины трубопровода баржа перемешается вперед, каждый раз на несколько метров.

После каждого перемещения баржи новый участок трубопровода, приваренный, подвергнутый рентгеноскопии и заизолированный, спускается с кормы в воду, вниз по наклонной площадке, называемой стингером.

Стингер поддерживает трубу до некоторого расстояния под водой и направляет ее под небольшим углом на морское дно.

По мере движения трубоукладочной баржи, она тянет за собой плуг, который роет траншею на морском дне. Трубопровод укладывается в траншею, где он будет защищен от повреждения путем естественной замывки или засыпки. Морские течения перемещают песок, вырываемый плугом, обратно в траншею, покрывая трубопровод.

В процессе укладки труб водолазы постоянно инспектируют стингер и трубопровод. Они следят за отсутствием препятствий на морском дне, правильной укладкой трубопровода и надлежащим положением стингера.

Затем, после завершения прокладки трубопровода к платформе, водолазы подсоединяют его к стояку, участку трубопровода, который поднимается с морского дна к палубе и крепится к конструкции.

До эксплуатации трубопровода он должен быть спрессован и проверен на плотность.

Аналогично, все оборудование на палубе, трубопровод и проводка, клапаны и переключатели, насосы и системы, извлекающие сырую нефть из земли, очищающие ее и проталкивающие ее в сторону берега, должны быть многократно испытаны, чтобы убедиться в безотказной работе и отсутствии опасности для человека или окружающей среды.

Позже укладка глубоководных трубопроводов была выполнена по новой технологии, сущность которой заключается в том, что для регулирования напряжения в трубопроводе в процессе его погружения на дно моря были применены разгружающие понтоны взамен направляющего устройства- стингера. Это позволило значительно уменьшить изгиб трубопровода и тем самым обеспечить безаварийную его укладку в жестких гидрометеорологических условиях.

Трубопроводы могут быть проложены в различные места. Одни ведут к морским сборочным станциям, где нефть и газ подвергаются дальнейшему разделению, направляются обратно в трубопровод и к берегу для дополнительной переработки.

Другие трубопроводы заканчиваются на берегу в больших нефтебазах, где жидкие углеводороды хранятся для последующего распределения по нефтеперерабатывающим заводам. Углеводороды могут транспортироваться по подземному трубопроводу прямо на нефтеперерабатывающий завод, или к морскому терминалу для погрузки на танкеры, направляющиеся в другие части света.

Несколько танкеров могут загружаться и разгружаться с многопричального терминала, или один танкер может загружаться и разгружаться в системе с заякориванием буя.

Многопричальные терминалы находятся в зонах, укрытых от суровой погоды. Они погружают или разгружают нефтепродукты с помощью гигантских стрел, спроектированных с целью компенсации перемещения судна, вызванного приливами и отливами или меняющейся нагрузкой.

При системе с заякориванием буя танкер соединяется шлангами крупного диаметра с шарнирным соединением. Свободное перемещение соединения обеспечивает возможность загрузки нефти независимо от перемещения судна вследствие течений и волн.

С танкеров или береговых нефтебаз, сырая нефть и природный газ поступают на береговой завод, где они перерабатываются в продукты для нефтяной, газовой и химической промышленности.

На этих заводах углеводороды становятся ингредиентами для многочисленных продуктов, с которыми мы ежедневно соприкасаемся.

Они превращаются в бензин и моторное масло, в синтетические ткани и пластмассы, в асфальт и другие промышленные продукты, и в топливо для промышленности и наших домов.

Судовые системы и трубопроводы

Материалы, применяемые для систем, трубопроводов и их деталей

Трубопроводы и системы состоят из следующих конструктивных элементов:

  • труб;
  • присоединительной арматуры (фланцы, штуцерные соединения, фитинги, дюриты, подвески);
  • переборочной арматуры;
  • разветвляющей арматуры;
  • путевой арматуры;
  • приводов управления арматурой;
  • контрольно-измерительных приборов;
  • изоляции.

Трубы. Для Изготовление трубопроводов и монтаж систем на суднеизготовления трубопроводов применяются трубы, сводные данные по которым приведены в табл. 1.

На заводе-поставщике качество труб проверяется по химическому составу, механическим характеристикам, а также специальными и технологическими испытаниями (гидравлическая проба, испытание на раздачу по ОСТ 1689, испытание на отбуртовку по ОСТ 1691, испытание на сплющивание), медные трубы дополнительно подвергаются водородной пробе в соответствии с примечанием 2 к п. 16 изменения 4 к ГОСТ 617—41.

Таблица 1. Трубы для систем и трубопроводов
Наименование труб Марка метала труб ГОСТ на сортимент труб
Стальные бесшовные горячекатаные Сталь 10 8731-58; 8732-58
Сталь 20
Стальные бесшовные холоднокатаные Сталь 10 8733-58; 8734-58
Сталь 20
Стальные бесшовные повышенной точности для паропроводов свежего пара Сталь 10 5854-51
Сталь 20
Стальные водо-газопроводные шовные Сталь 3 3262-55
Сталь 08 ТУ 962–658–48ТУ 1005
10КП
08КП
Сварные электросварные Сталь 10 1753-53
Сталь 3
Красномедные МЗС 617-53
Латунные Л62 494-52
Медноникелевые до диаметра 150 мм МНЖ5-1 ТУ962–3449–57КВ 105–57
Медноникелевые диаметром от 150 до 258 мм МНЖ5-1 ВТУ962–3452–57КВ 106–57
Нержавеющие 1Х18Н9Т 5543-52
Биметаллические 10-М ВТУ 962–1937–514МТУ 2851–51
Алюминиевые из алюминиевых сплавов Д1; АД1М 1947-56
Д6; АМГ ТУ по ГОСТ 4773-49
Низколегированные трубы 15Х 301-50
20Х
15ХФ
Трубы сварные 08КП ВТУ 952-2444-53

 На заводе-строителе качество поставляемых труб проверяют наружным осмотром и 5 % труб подвергают обмеру. При осмотре необходимо убедиться в отсутствии плен, закатов, трещин, расслоений, забоин, рисок, борозд и задиров.

Холоднокатаные стальные трубы поставляются длиной от 1,5 до 7 м при толщине стенки более 1 мм до диаметра 133 мм. Горячекатаные стальные грубы изготовляются, начиная с диаметра 57 мм, при длине в зависимости от диаметра от 4 до 12.5 м.

Допустимые отклонения размеров холоднокатаных труб указаны в табл. 2. Медные трубы поставляются в необожженном состоянии длиной до 6 м.

Допустимые отклонения для красномедных труб составляют по наружному диаметру ±0,7—0,4 %, по толщине стенки ± 10 %.

Таблица 2. Допуски на размеры труб
Размеры труб, мм Допустимые отклонения Размеры труб, мм Допустимые отклонения
По наружному диаметру: По толщине стенки:
до 30 0,4 мм до 1 0,15 мм
от 30 до 51 0,45 мм от 1 до 3 10-15%
свыше 51 1% свыше 3 10-21%

 Медноникелевые трубы поставляются при толщине стенки до 2,5 мм включительно — твердыми, при толщине стенки более 2,5 мм — мягкими; при диаметре от 40 до 100 мм — длиной не менее 4 м, при диаметре свыше 100 мм — не менее 3 м.

Допустимое отклонение по толщине стенки ± 10 %, по наружному диаметру 1 %. Водо-газопроводные трубы поставляются черные без резьбы длиной 4—12 м, оцинкованные — с резьбой длиной 4—8 м. Допустимые отклонения по толщине стенки — минус 15 %.

Латунные трубы поставляются длиной от 0,5 до 6 м. Допустимые отклонения по толщине стенки ± 10 %, по наружному-диаметру — минус 10 % (для труб общего назначения).

Материал труб зависит от назначения трубопроводов (см. табл. 3).

Таблица 3. Выбор метла в зависимости от назначения
Наименование трубопровода Материал и тип труб
Паропроводы при t = 430º Легированной стали, бесшовные
Паропроводы свежего пара при t = 251 – 430º и Стальные бесшовные
Паропровод отработавшего пара, парового отопления и обогревания цистерн Медные; допускаются стальные бесшовные
Санитарная система пресной воды, охлаждающие и перекачивающие пресной воды Стальные оцинкованные или бакелированные водо-газопроводные и бесшовные
Санитарные системы (фановая, сточная и забортной воды) Медные, медноникелевые; допускаются стальные бакелизированные или оцинкованные бесшовные, сварные и водо-газопроводные
Пожарная система Медноникелевые, медные; допускаются стальные бесшовные оцинкованные или бакелизированные
Шпигаты с открытых палуб Стальные оцинкованные или бакелизированные сварные и водо-газопроводные
Охлаждающие трубопроводы забортной воды Медные и медноникелевые
Питательные до насосов, конденсатные Медные, стальные бесшовные оцинкованные или бакелизированные
Напорно-питательные Стальные бесшовные или медные (при pр < 32 кг/см2)
Топливные трубопроводы Стальные бесшовные
Масляные трубопроводы Медные и стальные бесшовные; допускаются сварные для наливных и приемных труб
Воздухопроводы Стальные бесшовные, медные и биметаллические
Воздушные, измерительные и газопроводные Стальные бесшовные, водо-газопроводные и электросварные
Выхлопные трубопроводы Стальные сварные и бесшовные
Манометры Медные
Трубопроводы агрессивных проводимых сред Нержавеющей стали
Охлаждающий трубопровод, топливный и масляный трубопроводы катеров Дюралевые трубы

 При проектировании и изготовлении трубопроводов типоразмеры труб выбираются согласно ограничительным ведомственным нормалям судостроительной промышленности:

  • для стальных бесшовных труб по C1—643—53;
  • для медных труб по С1—645—53;
  • для водо-газопроводных труб по С1—644—49 (редакция 1955 г.).

Материалы для арматуры. Для трубопроводов из стальных и биметаллических труб применяется стальная арматура, из цветных сплавов или чугунная; для медных трубопроводов из цветных сплавов.

Материал для Ремонт систем трубопроводов и арматуры суднаарматуры из цветных сплавов применяется по нормали С1—667—53.

Для трубопроводов из легких сплавов используется, как правило, арматура из легких алюминиевых сплавов.

Латунная арматура (марок ЛК80-ЗЛ, ЛМц 58-2, ЛЖМц 59-1-1, ЛС59-1, Л0 62-1) применяется для пресной воды, масла, воздуха и пара при t < 250°, бронзовая арматура (марок Бр. АМц 9-2, Бр.

ОЦ 10-2) — для морской воды, стальная арматура (сталь 25Л, шпиндель и уплотнительные кольца — из стали 2X13) — для воздуха, масла, нефти, пресной воды и пара при t < 400°.

Арматура для пара и питательной воды при рр = 64 кг/см2 и t = 450 ± 20° изготовляется из молибденовой стали 20ХМ-Л ко С1—929—47 (для пара) и стали 25—4522 по ГОСТ 977 -41 (для питательной воды).

Планки и отличительные таблички для судовой арматуры и приборов изготовляются и гравируются согласно ГОСТ 1470—53. Материал планок и табличек;

  • лента свальная по ГОСТ 503—41;
  • латунная полоса по ГОСТ 931—52;
  • пластмасса.

Маховики для арматуры изготовляются по ГОСТ 5260—50 и ГОСТ 852—53, рукоятки — по ГОСТ 1043—53. Типы, основные размеры и технические условия на детали приводов арматуры — см. ведомственную нормаль С1—511—55.

Путевые протекторы для защиты от коррозии труб забортной воды устанавливаются в виде ввертной пробки с впаянным в нее цинковым протектором и применяются для труб с Dу = 20—200 мм согласно нормали. С1—1495—52. Материал протектора — катаный цинк марки Ц-2 по ГОСТ 3640—47.

Материал пробки — латунь с механическими свойствами не ниже σb = 37 кг/см2, δ10 — 12 и %.

Путевые соединения. Фланцевые соединения труб применяют согласно табл. 4, штуцерно-торцовые резьбовые соединения с ру < 100 кг/см2 — по ГОСТ 5890—56. Материал для деталей штуцерных соединений см. табл. 5, размеры резьбы штуцерно-торцовых соединений см. ниже

Размеры резьбы штуцерно-торцовых соединений
Условный проход, мм Размеры резьбы Условный проход, мм Размеры резьбы
3 1М18х1,5 20 2М39х2
6 1М22х1,5 25 2М48х2
10 2М27х1,5 32 2М56х2
15 2М36х2
Таблица 4. Фланцевые соединения
Тип фланца ГОСТ Материал Пределы применения
марка ГОСТ ру, кг/см2 Dу, мм
Стальной трубный плоский приварной 1537-48 СТ. 4 380-41 16 20-500
Стальной приварной в стык 4437-48 Ст. 3 380-41 25 20-400
Стальной приварной в стык с выступом или впадиной 4437-48 Ст. 4 380-41 40 20-350
Свободный стальной на приварном кольце и кольцо стальное под фланец трубный свободный 4439-484439-48 Ст. 4Ст. 3 380-41380-41 1010 20-50020-500
Свободный на бурт стальной приварной в стык и стальной бурт 4438-484438-48 Ст. 5Ст. 4 380-41380-41 4040
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector