Способ демонтажа трубопровода для вывода из эксплуатации или в целях его ремонта
METHOD OF DISMANTLING A PIPELINE FOR DECOMMISSIONING OR FOR REPAIR PURPOSES

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к технологиям проведения демонтажных работ выведенных из эксплуатации, подлежащих ремонту и/или замене трубопроводов, например нефте-продуктопроводов, трубопроводов предназначенных для отопления и водоснабжения, наружной канализации в местах их прохождения.
Демонтаж выведенных из эксплуатации, подлежащих ремонту и/или замене трубопроводов - комплекс технических мероприятий, направленных на извлечение трубопровода из грунта, резку на части и транспортировку труб к месту складирования (ОСТ 153-39.4-027-2002).
Трубопровод, подлежащий выводу из эксплуатации, должен быть подготовлен к демонтажу. Подготовка заключается в освобождении трубопровода от нефти, очистке полости трубы от грязи и парафин смолистых, известковых, илистых, солевых и прочих отложений.
Трубопроводы, выведенные из эксплуатации и переведенные в безопасное состояние, не требуют проведения подготовительных работ, так они должны быть отключены от соседних участков, опорожнены и очищены от транспортируемых продуктов.
Как правило, в процессе очистки, не удается полностью освободить трубопровод от остатков нефтепродуктов и прочих отложений, что в процессе демонтажа труб приводит к истечению продукта и загрязнению окружающего грунта.
С разливами нефти и нефтепродуктов - сырья нефтехимических процессов - по масштабам распространения и количеству источников загрязнения окружающей среды не может сравниться никакой другой вредный фактор.
Ликвидация разливов различных продуктов нефтехимии является актуальной проблемой.
В таких случаях проводят рекультивацию грунта, загрязненного нефтепродуктами, в особенности в болотистой и заводненной местности, которая является трудоемким и дорогостоящим процессом.
Поэтому одной из важнейших задач является предотвращение разливов различных продуктов нефтехимии.
Известны способы и устройства для демонтажа нефтепроводов.
Известен способ вскрытия траншеи и подъема подземного трубопровода при капитальном ремонте магистральных трубопроводов или при демонтаже выведенных из эксплуатации недействующих трубопроводов. Способ включает рыхление и удаление растительного и минерального грунта засыпки, подъем трубопровода и укладку его на поверхность грунта по оси траншеи, причем рыхление и удаление растительного и минерального грунта засыпки производят синхронно с перемещением многорядной троллейной подвески и подъемом трубопровода рыхлителями, присоединенными к тягачам (Патент РФ на изобретение №2389930, дата приоритета 24.03.2008).
Известен способ ремонта трубопровода (патент РФ №2332610, от 22.12.2004), который может быть использован при эксплуатации и ремонте линейной части магистральных трубопроводов. Предложенный способ заключается в обследовании трубопровода с обозначением на местности местоположения ремонтируемого участка трубопровода, его демонтаже и сооружении нового участка трубопровода, при обследовании трубопровода ремонтируемый участок перед обозначением на местности его местоположения определяют, как отрезок трубопровода, предрасположенный к коррозионному растрескиванию труб под напряжением КРН, который обнаруживают за счет нахождения зоны пересечения трубопровода с водотоком, вскрытия трубопровода шурфом, начиная от зоны пересечения, в противоположных направлениях от центра водотока и выявления в отрытом шурфе одновременно присутствующих диагностических признаков условий возникновения КРН, представляющих собой наличие в шурфе оглеения грунта вокруг трубопровода, наличие отслоений изоляционного покрытия трубопровода, наличие более 10% сидерита в общей массе продуктов коррозии под изоляционным покрытием трубопровода. В местах прекращения выявления в отрытом шурфе указанных диагностических признаков устанавливают границы отрезка трубопровода, предрасположенного к КРН, которые рассматривают в качестве границ ремонтируемого участка трубопровода. Затем осуществляют демонтаж ремонтируемого участка трубопровода в установленных границах, в которых производят сооружение нового участка трубопровода путем возведения надземного перехода трубопровода либо путем укладки его ниже границы проникновения водотока в грунт.
Известен «Способ герметизации полости трубопровода при помощи глиняного тампона и устройство для его осуществления» (патент РФ №1832879 от 07.04.1989, опубл. 20.03.1996).
Изобретение относится к способам трубопроводной транспортировки жидких продуктов, в частности нефтепродуктов, и предназначено для перекрытия полости трубопровода при аварийном и плановых ремонтах. Устройство содержит колпак, загрузочный сменный быстросъемный контейнер, устанавливаемый на механизированный челюстной захват, посредством которого устройство монтируется на свободных концах трубопровода после вырезки дефектного участка. Челюстной захват имеет верхнюю неповоротную и нижнюю поворотную челюсти, образующие при замыкании на трубопроводе герметичную полость.
Подача глины в полость трубопровода осуществляется по коленообразному отводу, установленному на верхней челюсти монтажного узла, за счет усилия, развиваемого гидроцилиндром колпака. Все устройство в сборе навешивается на стрелу подъемно-транспортной машины.
Недостаток: способ и устройство предназначены для перекрытия полости трубопровода при аварийном и плановых ремонтах. Устройство является очень громоздким и дорогостоящим.
Известно «Устройство для герметизации внутренней полости трубопровода» SU №1643852 от 30.05.1988, опубл. 23.04.1991).
Устройство для герметизации внутренней полости трубопровода содержит пенополиуретановый тампон и канал для ввода композиции пенополиуретана в трубопровод. Новым в устройстве является то, что тампон представляет собой цилиндр, переходящий в усеченный конус, при этом в цилиндрической части тампона выполнена канавка, в которой вдоль образующей расположены диаметрально противоположно два канала -канал для ввода композиции пенополиуретана и канал для вывода газов, образующихся в процессе вспенивания пенополиуретана, внутренняя часть тампона выполнена пустотелой и имеет форму конуса, основанием которого является торец тампона, причем диаметр тампона меньше диаметра герметизируемого трубопровода.
Недостаток: это устройство используется для временной герметизации трубопровода.
Также из патента US 3310615 (приоритет от 21.03.1967) известен способ герметизации заброшенных трубопроводов, находящихся под землей, имеющих отношение к подаче воды, газа, топлива, а также для телефонных кабелей, где кабели не полностью заполняют внутреннюю полость трубопроводов.
Целью изобретения является обеспечение легко выполняемого способа герметизации труб под землей, с использованием минимального количества материала для получения герметизирующей пробки, обладающей высокими адгезивными свойствами, а также уменьшение количества оборудования, необходимого для герметизации трубы, находящейся под землей. Причем полученный пенный материал должен затвердевать и обладать адгезивными свойствами.
Герметизирующая пробка может быть выполнена из любой комбинации синтетических смол в виде двух компонентов, которые при смешивании образуют пенопласт, например таких как полиуретан, эпоксидная смола, поливинилхлорид, мочевиноформальдегидная смола и другие.
Для уменьшения количества материала для получения герметизирующей пробки используют контейнер из гибкого материала, например полиэтилена, состоящий из карманной части, ориентированной в стороны и открытой верхней части в виде трубы.
Недостатком вышеуказанного способа является то, что при использовании такого контейнера при создании герметизирующей пробки внутри мягкого резервуара возникают полости с газом, образующиеся, например в результате получения герметизирующей пробки из пенополиуретана. Такие полости, наполненные газом, препятствуют плотному прилеганию герметизирующей пробки к внутренним стенкам трубы, которую необходимо демонтировать, что может привести к протечке вещества, находящегося в трубе после ее разрезания.
Известные способы демонтажа выведенных из строя нефтепроводов с использованием устройств для герметизации внутренней полости трубопровода являются малоэффективными и труд затратными.
В настоящее время демонтаж нефтепроводов осуществляется согласно ОСТ 153-39.4-027-2002.
Ближайшим аналогом заявленного изобретения является способ демонтажа выведенного из эксплуатации нефтепровода, описанный в патенте RU 2585158 (приоритет от 16.04.2015 г.).
Способ включает вскрытие грунта до верхней образующей трубы, резку трубы и ее транспортировку. После вскрытия грунта до верхней образующей трубы проводят разметку демонтируемой трубы на участки длиной, определяемой разрешенной грузоподъемностью транспорта для ее транспортировки. Затем в размеченных местах просверливают технологические отверстия, через которые отводят избыточное давление в трубопроводе. После этого подают во внутреннюю полость нефтепровода пенополиуретан (ППУ) для создания герметизирующих «пробок» во всех размеченных местах, проводят резку трубы по центру образованной пробки. При этом длина герметизирующей пробки при попадании полиуретана составляет не менее 1 метра, или до полного заполнения отверстия трубы, длиной необходимой для герметизации.
Недостатками этого способа является возможное стекание жидкого ППУ из рабочей зоны до начала химической реакции из-за наклона трубы и невозможность фиксации герметизирующей пробки в требуемом месте герметизации, а также отсутствие возможности для создания герметизирующей пробки из ППУ (пенополиуретана) оптимального размера.
Целью заявленного изобретение заключается в исключении недостатков способа, описанного в патенте RU 2585158.
Технической задачей заявляемого изобретения является предотвращение стекания жидкого ППУ из рабочей зоны до начала химической реакции из-за наклона трубы, фиксация герметизирующей пробки в требуемом месте герметизации и создание герметизирующей пробки из ППУ (пенополиуретана) оптимального размера.
Технический результатом является повышение герметичности в результате создания герметизирующей пробки из пенополиуретана оптимального размера, препятствующей стеканию жидкого ППУ из рабочей зоны до начала химической реакции из-за наклона трубы, и сокращение расхода потерь герметизирующего материала при получении герметизирующей пробки.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что для подачи ППУ (пенополиуретана) в подготовленный для демонтажа участок трубы трубопровода опускают мягкий резервуар из синтетического материала, который затем заполняется ППУ, синтетический материал резервуара имеет воздухопроницаемость на уровне от 50 до 1000 ед (дм3/(м2*с), достаточную для прохода сквозь него газов образующихся в результате образования ППУ, для определенной марки ППУ, для исключения образования воздушных полостей внутри «пробки».
Это обусловлено тем, что при использовании мягкого резервуара из синтетического материала с воздухопроницаемостью меньше 50 ед (дм3/(м2*с) при создании герметизирующей пробки внутри мягкого резервуара возникают полости с газом, препятствующие плотному прилеганию герметизирующей пробки к внутренним стенкам демонтируемой трубы. В результате этого после разрезания трубы может возникнуть разлив остатков нефтепродукта или отложений, находящихся внутри демонтируемой трубы, через воздушные полости, образовавшиеся в результате скопления газов.
Причем области с воздухопроницаемостью от 50 до 1000 ед (дм3/(м2*с) расположены в области боковых сторон мягкого резервуара, что обеспечивает равномерный выход газов из резервуара внутрь трубы, без создания воздушных пузырей сверху и снизу.
3
2
В общем виде заявленный способ демонтажа трубопровода для вывода из эксплуатации или в целях его ремонта включает вскрытие грунта до верхней образующей трубы, резку трубы и транспортировку трубы к месту складирования, причем после вскрытия грунта до верхней образующей трубы проводят разметку трубы на участки длиной, определяемой разрешенной грузоподъемной массой трубопровода для транспортировки. Затем в размеченных вырезают технологические отверстия, в каждое из которых опускают мягкий резервуар с воздухопроницаемостью в области боковых сторон от 50 до 1000 дм/(м⋅с), выполненный из синтетического материала и максимально приближенный по размеру к внутреннему размеру трубы, и подают внутрь мягкого резервуара пенополиуретан для создания герметизирующей пробки, после этого проводят резку трубы по центру образованных герметизирующих пробок и транспортировку трубы к месту складирования.
Осуществление способа демонтажа трубопровода для вывода из эксплуатации или в целях его ремонта.
Подготовка трубопровода к демонтажу заключается в обеспечении условий, исключающих разлив нефтепродуктов и парафин смолистых, известковых, илистых, солевых и прочих отложений из полости трубопровода и увеличение жесткости трубы для исключения образования изломов.
Способ демонтажа включает в себя следующие технологические операции:
- вскрытие грунта до верхней образующей трубы,
- резка на части,
- транспортировка труб к месту складирования.
Перед тем как производить резку трубы на части перед транспортировкой необходимо провести следующие действия. Эти действия направлены на герметизацию тех участков трубы, где будет производиться ее резка, с целью предотвращения разлива остатков нефтепродукта при транспортировке труб после их резки.
Для этого:
- проводят разметку трубопровода на участки определенной длины, по которым будут проводить резку трубы;
- вырезают отверстия для подачи ППУ в полость трубы;
- размещают мягкий резервуар из синтетического материала (технологического мешка) в полость трубы, мягкий резервуар максимально приближен к внутреннему размеру трубы и длиной достаточной для герметизации трубы.
- подают пенополиуретана в мягкий резервуар из синтетического материала;
- осуществляют резку трубы;
- поднимают и укладывают трубу для транспортировки.
Демонтируемую трубу размечают на участки определенной длины, по которым будут проводить резку трубы. Количество участков и его длина, на которые будет делиться трубопровод, рассчитывается математически, принимая во внимание условие, что масса одного участка не должна превышать разрешенную грузоподъемную массу для ее транспортировки спецтехникой до подготовленной площадки.
Масса одного участка трубопровода не должна превышать разрешенную грузоподъемную массу транспортировщика.
Массу одного метра труб общего назначения, изготавливаемых по наружному диаметру, толщине стенки и длине, вычисляют по формуле:
-6
m=π*(d-s)*s*ρ*10,
где m - теоретическая масса одного погонного метра трубы, кг,
π=3,14 (постоянная величина),
d - наружный диаметр трубы, мм,
s - толщина стенки, мм,
3
ρ - плотность материала труб, г/см.
Максимальная длина трубной секции не должна превышать 100 метров.
Герметизация внутренней полости трубопроводов ППУ должна осуществляться в соответствии со следующей технологией.
Затем вырезают в размеченных местах отверстия для подачи ППУ в него опускается мягкий резервуар из синтетического материала (мешок), характеристики материала мягкого резервуара описаны выше.
Через отверстие в мягкий резервуар из синтетического материала подается пенополиуретан (ППУ) для образования пробки. Под воздействием внутренней химической реакции происходит увеличение объема закачанного пенополиуретана, полное заполнение внутреннего объема мешка, плотное прилегание мешка к внутренним стенкам трубы и дальнейшее затвердевание образовавшейся таким образом пробки.
Целью применения мягкого резервуара из синтетического материала является точное позиционирование пробки в размеченных местах, экономия расхода ППУ-компонентов, предотвращение смещения ППУ пробки при работе на склонах.
Объем подаваемого ППУ рассчитывается в зависимости от диаметра (радиуса) трубопровода.
Количество пенополиуретана (ППУ) для образования одной герметизирующей пробки в полости нефтепровода рассчитывается по формуле:
ППУ
п
М=m+m
где М - количество пенополиуретана, необходимого для изготовления одной пробки, кг;
п
m - масса потерь, которая составляет от 30% до 50% расчетной массы пенополиуретана, кг, но в данном случае при использовании мягкого резервуара данный показатель не учитывается, т.к. объем ограничен мягким резервуаром.
ППУ
m - расчетная масса пенополиуретана, кг.
ППУ
m=ρ*V
3
где ρ - плотность пенополиуретана, кг/м опытным путем получено, что плотность должна быть не менее 15 кг/м3, для создания плотной структуры пробки, для расчетов плотность взята 30 кг/м3;
То есть количество пенополиуретана (ППУ) для образования одной герметизирующей пробки в полости нефтепровода в данном случае рассчитывается по формуле:
ППУ
М=m.
3
V - объем участка трубопровода, который необходимо запенить, м.
2
V=π*r*b
r - радиус трубопровода, м;
b - длина участка трубопровода, который необходимо запенить, м;
π=3,14 (постоянная величина).
Пример конкретного выполнения способа демонтажа выведенного из эксплуатации нефтепровода.
Пример расчета необходимого количества пробок ППУ и сырья для их изготовления для трубы диаметром 219 мм и длиной 3 км.
1. Определяется объем участка трубопровода (длиной в 0,5 метра), полученная длина вычислялась опытным путем, для примера расчета, для каждого диаметра длина будет разной, который необходимо запенить:
∧
3
V=π*r2*b=3,14*0,10952*0,5=0,0188 м.
2. Рассчитывается масса сырья, необходимого для 1 (одной) пробки, длиной 0,5 метра:
ППУ
m=ρ*V=30*0,0188=0,564 кг, для идеальных температурных условий, т.е. температуры окружающего воздуха от +15С и выше и влажности 80%, для другой температуры окружающего воздуха в расчет вводится коэффициент зависимости от температуры, который определен для каждой конкретной марки ППУ.
4. Вес 1 метра этой трубы по таблице сортамента составляет 41,63 кг, а грузоподъемность механизма составляет 10 т, отсюда следует, что длина участка трубы, которую может поднять механизм, будет длиной:
10000:(41,63+1,7)=230,79 м.
Учитывая то, что максимальная длина трубной секции не должна превышать 100 метров количество таких участков по длине трубопровода будет равно
3000:100=30 шт.
5. Для 30 участков необходимо 31 пробок ППУ, для изготовления которых необходимо 31*0,564=17,484 кг сырья.
Образуют герметизирующие пробки из ППУ во всех размеченных местах трубопровода.
После образования герметизирующих пробок производят резку трубы.
Резку трубы проводят по центру образованной пробки (т.е половине ее длины).
После проведения резки края трубопровода остаются полностью загерметизированы, остатки продукта в полости трубы транспортируются к месту складирования.
Таким образом, для предотвращения разлива продукта из выведенного из эксплуатации трубопровода для трубы длиной 3 км требуется всего 17,484 кг ППУ, что при сопоставлении с вредом загрязнения окружающей среды значительно дешевле.
Схематично заполнение трубы демонтированного трубопровода ППУ показано на фигуре 1.
Пенополиуретан из комплекса для заливки пенополиуретана (4) через рукав для подачи герметизирующего материала (3) с помощью пистолета для заливки (5) подают в мягкий резервуар из синтетического материала (6), расположенный во внутренней полости трубы (1) демонтируемого трубопровода для образования герметизирующей пенополиуретановой пробки, препятствующей разливу остатков продукта (2), где параметр (b) это длина участка трубопровода, который необходимо запенить.
Демонтаж выведенного из эксплуатации трубопровода заявленным способом позволяет предотвратить разлив остатков продукта при транспортировке труб после их резки, что снижает риск загрязнения окружающей среды.
К тому же демонтаж выведенного из эксплуатации трубопровода заявленным способом является более простым и эффективным в сравнении с существующими способами.
При демонтаже выведенного из эксплуатации трубопровода использовался ППУ для образования герметизирующих пробок внутри полости опорожненного трубопровода и предотвращения разлива остатков транспортируемых продуктов.
В сравнении с известными способами демонтажа трубопроводов, которые эффективно работают только в благоприятных условиях с нормальными подъездными путями, заявляемый способ является более упрощенным, так как при его осуществлении используется мобильная техника и даже возможно осуществление герметизации внутренней полости трубопровода силами двух людей.