Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

§ 5.17. Балластировка трубопроводов

Закрепление трубопроводов па проектных отметках. Трубопроводы, прокладываемые в подводпых траншеях па переходах через водные преграды, заливаемые поймы, болота, заболоченные и обводненные участки, орошаемые территории п зчасткп, слон«енпые слабыми грунтами с высоким стоянием уровней грунтовых вод, должны быть рассчитаны па устойчивость положения против всплытия. Устойчивость положения трубопроводов па таких jiacTKax обеспечивается пригрузкой (балластировкой) спсдчальными балластпылш грузами, утяжеляющи.ми покрытиями всей трубы, закреплением трубопроводов к основанию винтовыми авкерамп, балластировкой млперальным грунтом и комбинированным способом при любом сочетании вышеуказанных мероприятии. Пригруз15а (вес балласта под водой) или расчетное усилие анкерного устройства на 1 м длипы трубопровода, уложенного в подводную трапшею при отсутствии течения воды без учета массы грунта над трубой, кгс/м.

бК„ {К„.ъдв + Ваэг + бшр-.а-дгр~дяоп),

(5.129)

где Км - коэффициент безопасности по материалу, принимаемый равным 1,00 при закреплении анкерными устройствами, 1,04 для чугунных грузов, 1,05- для железобетонных грузов, 1,07 - прп сплошно.м обетонированип в опалубке, 1,10 - при сплошном обетонированип методом торкретирования, 1,2 - при балластировке грунтом; К», в - коэффициент надежности при расчете устойчивости положения трубопровода против всплытия, принимаемый :авпым 1,05 для болот, водоемов при отсутствии течения воды, пойм рек я периодически заливаемых участков горизонтом поды 1%-ноц обеспеченности, 1,1 - для водных преград с шириной зеркала воды в межень до 200 ir при диаметре трубопроводов менее 1000 мм, 1,15 - для всех подводных* переходов диаметром 1000 мм и более, а также при диаметре трубопроводов мспос 1000 мм на водных преградах с шириной зеркала воды в межень более 200 м и горных реках с неустойчивым руслом; - расчетпая выталкивающая сила воды, кгс/м, действующая ва трубопровод (с учетом изоляции и футеровки), определяе.мая по формуле (5.10); дтр - расчетный вес трубопровода (с учетом изоляции и футеровки) на воздухе, кгс/м, определяемый по формулам (5.3)-(5.5); доп - расчетный вес продукта на воздухе, допол-пительпых обустройств в воде, а также обледепепия в воде при трапспорти-ровании продукта с отрицательной температурой, кгс/м (при палпчип над трубопроводом устойчивого грунта с толщиной слоя пе менее 0,5 ,м обледенение трубопровода не учитывается); JSnp. с - расчетное значение прпгрузки (вес балласта под водой), пеобходимоп для предотвращения подъема трубопровода на криволинейных участках в вертикальной плоскости под воздействием внутреннего давления и измепения температуры стенок труб, кгс/м; определяется в соответствии с проектным очертанием оси трубопровода на данном участке при расчетном отрпцвтельпом теипературвои перепаде на вогпутых кривых и при расчетном положительном температурном перепаде па кривых, обращенных выпуклостью вверх; finir - расчетпое зпачеппс прпгрузки (вес балласта под водой), необходимой для изгиба трубопровода по заданпой кривой два травшеи, кгс/м, определяется пз условия прилегания трубопровода ко дпу траншеи.

При обоих защемленных копцах трубопровода

Л„.,г = 384/£ /4;

при обоих свободных концах

Янзг=76.8/£ г4;

при одном защемленпом и одном свободном конце

Ви8г =185/7/4,

(5.130) (5.131) (5.132)

где i - длина кривой данного радиуса, см; / - стрела прогиба укладываемого трубопревода, см; е - модуль упругости стали при растяжении, сжатии и изгибе, кгс/см; / - момент иперции сечеппя трубы, смз.

В том случае, когда зона размыва на переходах через водные преграды не может быть достоверно определена и при эксплуатации возможен размыв трубопровода, а также при укладке трубопровода на дно подвой преграды без заглубления, когда трубопровод будет ваходиться под действием потока, необходимо учитывать гидродинамическое давлепие и подъемпую силу дви-ЖJщeгocя потока и увеличивать балластировку ва

5и = А„{А:„;в(г/-Ь тр)].

(5.133)

где x - давление потока воды на трубопропод; у - вертикальная составляющая гидродинамического давлепия воды.

(5.1,34)

(5.135)

где Сх Су - коэффициенты лобового сопротивления и подъемной силы движущегося потока воды в зависимости от состояния поверхности трубопровода и числа Рейнольдса; уд - донпая скорость потока в паводок, м/сек; g - ускорение свободного падения (9,81 м/сек); /тр - коэффициент трения трубопровода о групт (по табл. 5.9).

Число Рейнольдса (безразмерная пеличипа)

Re = Z)a,/v (5.136)

где v - скорость течения потока, м/сек; v - кинематический коэффициент вязкости воды, см/сек.

Практически для шерохопатых (футерованных и обетонировапвых) трубопроводов рекомендуется припимать Сх= 1,2 и Со = 0,6 при Re = = 104Н-105 и = 1,0 и Cj, = 0,6 при Re = Ю-МО.

При прокладке трубопровода по дну водных преград без заглубления в том случае, когда температура газа па входе в подводный трубопровод отрицательная, ва трубе образуется корка льда и увеличивается плавучесть трубопровода. Для обеспечения устойчивости таких трубопроводов необходимо увеличить их балластировку с учетом обледенеппя. Для расчета общей величины пригрузки необходимо определить предельный радиус обмерзания и соответствующий объем льда.

Предельный радиус обмерзания, м, рекомендуется определять по формуле

. ,.0,в -0,4

r = ri4-l9,6;) „0.6 pru.63i„

(5.1.37)

где Tj - наружный радиус трубопровода, м; ta - начальная температура газа или продукта (абсолютное значение), °С; \ж - кинематический коаффи-циевт вязкости годы, смсек; /ж - температура воды в прпдопиом слое, омывающем трубу, "С; vx - скорость движения поды в придоппом с.мое, м/сек; Рг - число Прапдтля для воды; - коэффициент теплопроводности воды, ккал/(м-ч-°С).

Для определения температуры газа илп продукта по длине трубопровод разбивается па несколько участков. Для первого участка г рассчитывается по температуре газа илп продукта ва входе и подводный трубопровод. Температура газа или продукта на входе в следующий участок, т. е. конечная для первого участка,

,, = ,„-(«р) (5.138)

где а - коэффициент, ккал/(м-ч-°С); L - длина участка нодводного трубо-нронода, и; G - массовый расход газа илп продукта, кг/ч; ср - удельная теплоемкость газа или продукта (при постоянном давлении), ккал/(кг-С).

а==2лЯл/1п(г/г1), (5.139)

где Ял - коэффициент тенлопронодности льда, ккал/(м-ч-С),

Для практических расчетов можно рекомендовать параметры воды в зависимости от се температуры н соответствии с данными табл. 5.32. Объем льда, образующегося на трубопроводе, мз,

7л = £л(г2 г).

(5.140)

ТАБЛИЦА 5.32

Некоторые характеристики воды

Пример. Определить радиус обмерзания подводного газопровода и объем образовавшегося льда. Условный диаметр газопровода Dy = 1020 мм, L = 2000 м, «„ = -24° С, G = = 4-10S кг/ч, Уж = 0,05 м/сек, «ж = 1° С, ср= 0,5 ккал/(кг-С), Х„ = 1,935 ккал/(м-ч-°С).

Решение. По табл. 5.32 при г» = 1° С Яж = 0,48 ккал/(м X X ч-С), Ргж = 13,1, \ж = 1,7-10"б м2/сек. Газопровод условно разбиваем на четыре равных участка длипой 2000 : 4 = 500 м.

24 d 7 • Юво.е . о ")1о.4 По формуле (5.137) г = 0,51 + 19,65 одао.о .13,10.63 о 48 = = 0,81 м. По формулам (5.139) и (5.138) для первого участка

-2-3.14. 1.93.т-.50(

«к= 24е"(081/о.51*-10-<Ь.> 22,5С.

Подставляя нформулу (5.137) ипринимая ее за «„ для второго участка, определяем для него г и «к- Аналогично продолжаем расчет и для остальных участков. По формуле (5.140) определяем для каждого j4acTKa объем льда. В результате расчетов получаем:

I участок-г =0,81 м, «k=-22,5°С, Fi=620 м»;

II участок-г = 0,8 м, «k = -21 °С, 2 = 596 м;

III участок -г=0,77 м, гк = -19.6°С, 7з = 525 м«;

IV участок -г = 0,75 м, «к = -17,6°С, F4 = 475 м.

Общий объем льда на подводном газопроводе Vj, = 620 + + 596 + 525 -f-:475 = 2216 мз. Балластировка трубопроводов утяжеляющими грузами. В практике балластировки трубопроводов широкое применение нашли чугунные коль-

цевые и армобетонные седловидные балластные грузы. Для определения шага грузов при установке их на трубопроводе следует пользоваться формулами

гр = (Сгр. ср - Yiirp. <:р)/В; hp=Qrp. ср (Yrp -Ув)/(-Бугр).

(5.141) (5.142)

где гр - расстояние между осями грузов, м; гр. ср-средний фактический нес груза в воздухе, кгс; Vpp. ср - средний фактический объем груза, м*; 7гр - объемный вес груза, кгс/мЗ; - объемный нес воды, кгс/мз.

Кольцевые грузы. Для балластировки трубопроводов на переходах через водные преграды п болота при укладке способом протаскивания рекомендуется применение кольцевых утяжеляющих грузов, состоящих из двух полугрузов (с разъемом по диаметральной плоскости), скрепляе.мых между собой болтами. Изготавливают их из серого чугуна (объемная масса 7000 кг/мЗ) или железобетона (объемная масса не менее 2200 кг/мЗ). Кроме того, как разновидность железобетонных следует применять скорлунообраз-ные грузы, изготовляемые н виде продольных частей цилиндрической оболочки.

Армобетонные седловидные балластные грузы. Балластировка трубопроводов армобетоппыми седловидными грузами требует значительного расхода армобетона. С увеличением диаметров труб и их плавучести расход армобетона, затраты труда и общая стоимость балластировки резко возрастают. Кро.ме того, велика трудность транснортиронки больших объемов грузов к месту строительства н условиях бездорожья. Поэтому область применения армобетонных седловидных грузов следует ограничивать участками, где трубопровод укладывается в заполненпые водой траншеи, водоотлив из которых невозможен, переходами через глубокие болота с мощностью торфа, превышающей глубипу трапшси, на обводненных участках, где невозможны балластировка грунтом и закрепление ниптоными анкерами, а также на переходах через малые водные преграды с устойчивым дпом и неразмываемые поймы рек. Седловидные утяжеляющие одиночные грузы изготовляются н виде монолитных изделий из бетона, армобетона и других материалов с объемной массой пе менее 2200 кг/мЗ. При необходимости установки грузов н агрессивную среду их следует изготовлять с применением стойкого цемента и соответствующих защитных покрытий. Каждый груз должен иметь маркировку масляной краской с указанием фактической массы и объема груза; грузы, предназначенные для укладки в агрессивной среде, должны маркироваться дополнительным индексом.

Закрепление трубопроводов против всп.1ытия анкерными устройствами. Для закрепления от всплытия трубопроводов, прокладываемых подземно на болотах, заболоченных участках, обнодненпых и орошаемых территориях, заливаемых поймах рек, сложенных неразмынаемыми устойчивыми грунтами, рекомендуется применять винтовые анкерные устройства. Иа практике применяются анкерные устройства из винтовых анкеров типов АС-4, АС-4П, АЛ-4 и АЛ-4П диаметром лопасти от 100 до 400 мм, изготовляемых по техническим условиям ТУ 51-03-6-68, AG-4-40 и АС-4П-40 но ТУ 51-347-70 и АЛ-4-40 и АЛ-4П-40 по ТУ 51-348-70 (АС - анкер сварной, АЛ - анкер литой 4 - анкер четвертой модификации конструкции, 4П - анкер четвертой модификации конструкции для грунтов нонышенной плотности, число после индекса 4 или 4П - условный диаметр нинтоной лопасти, см). Шаг винтовой лопасти t анкеров типов АС-4 и АЛ-4 составляет 0,3, анкеров типов АС-4П и АЛ-4П - 0,4 диаметра лопасти.

Несущая способность анкерных устройств определяется характеристиками грунта, н который заглубляются анкеры, конструкцией анкерного устройства и типом анкера. Минимальная глубина завинчивания анкеров в грунт - 6 диаметров нинтоной лопасти. Расчетное усилив (допускаемая нагрузка) на анкерное устройство, кгс,

В aaK = ZKrpN aaкfft

(5.143) 253

где Z - количество анкеров в анкерном устройстве; К - коэффициент несущей способности грунта, в котором находятся Лопасти апкеров (табл. 5.33); JVaim - максимальная нагрузка на анкер, кгс (табл. 5.34); т - коэффициент условий работы анкерпого устройства (0,5 при 22 и 0,4 при Z > 2).

ТАБЛИЦА 5.33

Грунты и коэффициенты их несущей способностц

Группа групта

Групты

I II

Мягкопластичныо глины и суглинки, пластичные супеси

Мелкие плотные и средней плотности влажные, маловлаяшые и водонаеыщенные пески, полутвердые тугопластичные глины и суглинки

Гравелистые крупные и сродней крупности влажные, маловлажные и вoдoнacыneнныe пески, твердые супеси, суглинкп и глины

ТАБЛИЦА 5.34

Максимальная (критическая) нагрузка на один винтовой анкер

Примечание. Данные снрапсдливы прп условии, что анкер завинчен в грунт I группы на глубину не менее 6 диаметров лопасти.

Расстояние между осями анкерных устройств, м,

анк = >анк/.

(5.144)

Валластнровка минеральным грунтом. При укладке трубопроводов в осушенную траншею на заболоченных, обводненпых и периодически заливаемых участках трассы, а также на участках с высоким стоянием уровней грунтопь[Х вод, когда полностью исключаются размыв, выветривание и другие нарушения балластной засыпки, можпо применять балластировку мппсраль-ным грунтом засыпки. Это возможно на прямолинейных участках и криво-липейвых, монтируемых как упругим изгибом труб, так и вваркоп колен при поворотах (в плане и в профиле), при подземном и наземном способах прокладки при любых температурах стенок труб в условиях эксплуатации (рис. 5.24). Балластировку грунтом можно применять в сочетании с другими способами: утяжеляющими грузами, сплошным обетопировавием и анкерными устройствами (в частности, на вертикальных вогнутых кривых, где необходима пригрузка для пзгиба трубопроводов, и на выпуклых кривых, где требуется пригрузка для предотвращения выпирания трубопровода).

-"ТПри расчетном темцературном перепаде более 40С неооходимо проверять продольпую устойчивость трубопроводов для предотвращепия их выпучивания на прямолинейных у>шстках трасс. На криволинейных участках, образоваппых упругим изгибом и путем вваркп колен, требуется проверка продольной устойчивости трубопроводов и при расчетном температурном перепаде, меньшем 40" С. Продольная устойчивость труоопроводов при балластировке грунтом проверяется с учетом рекомендаций § 5.5. Высота слоя групта над трубопроводом, обеспечивающего его проектное положение при строительстве и эксплуатации, зависит от геометрических размеров труб, объемной массы грунта и воды с учетом взвешеппых твердых частиц, удельного сцепления и угла внутреннего трения групта засыпки, а также от уровня

g 1,5м.м не

i/ревеиь Воды

Рис. 5.24. Схема балластировки трубопроводов грунтом, а - подземная укладка; б - укладка о малый заглублением; в - наземная укладка.

воды по отношению к трубопроводу, уложенному на проектные отметки. Для расчетов массы грунтовой балластировки пеобходимо в процессе инженерных изысканий определить объемную массу грунта в плотном состоянии и в состоянии засыпки и скелета грунта, коэффициент пористости, угол внутреннего трения, удельное сцепление. В тех случаях, когда при изысканиях не были получены какие-либо необходимые для расчета характеристики грунтов, недостающие следует принимать в соответствии с табл. 5.6-5.13) (л.(Я объемной Массы, удельного сцепления и угла внутреннего трения принимают минимальные значения, которые могут быть у данного вида групта).

Необходимая толщина слоя грунта над трубоироводо.м (без учета тем-цературпого перепада и давления) определяется из условия

АмЛГи.вЗв = Зир. гр. (5.145J

где Км - коэффициент безопасности по материалу; Ki,. в - коэффициент надежности при расчете устойчивости положения трубопровода против всплытия; дв - выталкивающая сила, приходящаяся па единицу длипы погруженного в воду трубопровода, кгс/м; дпр. гр-расчетпы11 вес грунта, приходящийся На единицу длиещ трубопровода и препятствующий его всплытию, кгс/м (предельпая удерживающая способность грунта вертикальным поперечным перемещениям).

(5.146) 255