Комбинированный метод стабилизации пространственного положения при эксплуатации магистрального трубопровода в многолетнемерзлых грунтах

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД СТАБИЛИЗАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ Идрисов Р.Х.1, Кормакова Д.С.2

'Идрисов Роберт Хабибович - доктор технических наук, профессор;

2Кормакова Дарья Сергеевна - магистрант, кафедра промышленной безопасности и охраны труда, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа

Аннотация: изменения климата за последние несколько лет ведут к развитию ряда деструктивных геоморфологических процессов многолетнемерзлых грунтов, что приводит к снижению безопасной эксплуатации построенных объектов. Поэтому одной из первостепенных задач газонефтетранспортных предприятий, работающих в районах распространения многолетнее мерзлых грунтов, является выбор оптимального метода прокладки, обеспечение устойчивости и надежности трубопровода. Оттаивание вечномерзлых грунтов приводит к нарушению устойчивого положения подземных магистральных трубопроводов и, как следствие этого, происходит всплытие или просадка участков трубопровода. Поэтому проблема обеспечения безопасности в процессе эксплуатации трубопроводов на участках вечномерзлых грунтов является актуальной. В статье предлагается техническое решение по стабилизации положения эксплуатируемого трубопровода при его просадке на участках вечномерзлых грунтов, как инструмент обеспечения безопасной эксплуатации нефтегазопроводов на участках вечномерзлых грунтов. Ключевые слова: термостабилизация, планово-высотное положение, многолетнемерзлые грунты, трубопровод.

Технология термостабилизации с применением искусственного замораживания и охлаждения грунтов с помощью охлаждающих устройств — термостабилизаторов различных типов и конструкций — позволяет расширить область использования мёрзлых пород в качестве оснований сооружений. Термостабилизация позволяет повысить несущую способность грунтовых и свайных оснований и фундаментов и тем самым обеспечить их устойчивость и эксплуатационную надёжность, упростить технические решения и технологию строительства, а кроме того, в ряде случаев, снизить материалоёмкость и трудозатраты, сократить сроки и, соответственно, стоимость.

В зоне вечной мерзлоты для обеспечения устойчивости надземных сооружений и многочисленных трубопроводных систем (нефтепроводы, газопроводы) наиболее часто применяют методы свайного строительства (сваи «намертво» вмораживаются в вечномерзлотный слой), которые более других приемлемы для сохранения вечномерзлого состояния грунтов [1, 2].

Традиционный метод свайного строительства фундаментов и опор в зоне вечной мерзлоты предусматривает применение железобетонных свай (буроопускных, опускных и бурозабивных). В любом случае для установки свай на месте дислокации и последующей эксплуатации бурят скважины на расчетную глубину погружения в вечную мерзлоту, используя механические, тепловые или комбинированные способы бурения.

Существует ряд технических решений по термостабилизации грунта при его просадке на участках криолитозоны [3-6]. Выбор технологии и технических средств активной термостабилизации и инженерной защиты мёрзлых грунтов оснований определяется на стадии эксплуатации на основании результатов моделирования напряженно-деформированного состояния и краткосрочных, долгосрочных прогнозов, выполняемых методом математического моделирования и мониторинга состояния планово-высотного положения трубопровода.

Для обеспечения безопасности магистральных трубопроводов в процессе эксплуатации нами предложен способ обеспечения безопасности трубопроводов, проложенных на участках многолетнемерзлых грунтов.

Метод заключается в термостабилизации и обеспечении высотного положения эксплуатируемого трубопровода с помощью размещения трубопровода на свайных опорах и с противоположных сторон - термостабилизаторов. Устройство термостабилизации многолетнемерзлых грунтов содержит по меньшей мере два термостабилизатора грунта на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, и по меньшей мере один теплопроводящий элемент, выполненный в виде пластины из теплорассеивающего материала с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/мК, причем по меньшей мере два термостабилизатора грунта установлены по обе стороны от трубопровода подземной прокладки, а по меньшей мере один теплопроводящий элемент установлен под теплоизоляционным материалом, отделяющим трубопровод подземной прокладки от кровли многолетнемерзлых грунтов, и имеет отверстия для соединения с испарительными частями по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта.

Теплорассеивающий материал представляет собой теплорассеивающий полимерный композит, обладающий коэффициентом теплопроводности от 5 до 15 Вт/м*К. Край заложения теплопроводящего элемента отстоит от места его соединения с испарительной частью термостабилизатора грунта на расстоянии от 0,2 до 0,3 г.

1 - трубопровод подземной прокладки; 2 - кровля многолетнемерзлых грунтов; 3 - песчаный слой;

4 - теплопроводящий элемент; 5 - теплоизоляционный материал; 6 - талый грунт; 7 -термостабилизатор грунта.

Рис. 1. Участок подземной прокладки трубопровода

Работают термостабилизаторы следующим образом: при отрицательной температуре атмосферного воздуха, которая ниже температуры грунта, термостабилизаторы, установленные в грунт, запускаются в работу. Теплопроводящий элемент, отобрав тепло от грунта или воды передает его вверх, через испарительные части термостабилизатора, конденсат стекает вниз в виде пленки. При этом атмосферный холод передается через пленку конденсата и стенку корпуса в грунт. Затем термодинамический цикл повторяется

Способ стабилизации пространственного положения при эксплуатации магистрального трубопровода с термостабилизацией прилагающего грунта, выполняется в следующей последовательности:

- проводят выемку талого грунта на участке прокладки трубопровода до глубины залегания кровли многолетнемерзлых грунтов;

- забиваются сваи на глубину, превышающую глубину оттаивания многолетнемерзлого грунта;

- проводят укладку песчаного слоя на кровлю многолетнемерзлых грунтов;

- на верхней части свайных опор под трубопроводом монтируется опорная плита, на которую укладывается трубопровод для ограничения вертикальных перемещений вниз и вверх

- укладывают на песчаный слой по меньшей мере один теплопроводящий элемент, выполненный в виде пластины из теплорассеивающего материала с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/мК;

- - укладывают по меньшей мере один теплопроводящий элемент теплоизоляционный материал;

- - проводят засыпку выемки талым грунтом;

- - устанавливают по обе стороны от трубопровода подземной прокладки по меньшей мере два термостабилизатора грунтов на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части;

- производится обратная засыпка траншеи грунтом;

- причем в теплопроводящем элементе выполняют отверстия для соединения с испарительными частями по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта.

1 1

1 ш §

А 1 м

W и) ^

Рис. 2. Метод стабилизации пространственного положения при эксплуатации магистрального трубопровода с термостабилизацией прилегающего грунта

Список литературы

1. Идрисова Я.Р. Методические основы определения напряженно-деформированного состояния трубопровода на участках многолетнемерзлых грунтов [Текст] /Я.Р. Идрисова, А.К. Гумеров, Р.Х. Идрисов // НТЖ «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе», 2010. № 12. С. 89-91.

2. Новиков П.А. Выявление опасных участков магистральных нефтепроводов на основе долгосрочного прогнозирования ореола оттаивания многолетнемезлых грунтов // [Электронный ресурс] / Дисссерт. Уфа, 2016. Режим доступа к журн. http: // www.dissercat.com. Загл. с экрана/ (дата обращения: 27.05.2019).

3. Пат. 782448 Российская Федерация, МПК6 F 16 L 1/028. Способ сооружения газопровода в вечномерзлом грунте / Ершов Ю.Г., Медведский Р.И., Долгих Г.М., Аршинов С.А.; заявитель Тюменский государствен-ный научно-исследовательский и проектный институт природных газов. - № 2752080/08; заявл. 12.04.1979; опубл. 20.05.1999.

4. Пат. 2034955 РФ Способ устройства основания в вечномерзлых грунтах / Н.Б. Кутвицкая, А.А. Анишин. E02D3/12, Заявлено 26.12.1991; Опубл. 10.05.1995.

5. Пат. 94992 РФ Способ осуществления устройства грунтового основания для здания или сооружения на вечномерзлых грунтах / А.Ю. Лебедев, И.Т. Хункаев, Я.М. Хайтин, В.Г. Чеверев, В.Е. Гагарин. E02D 27/35, Опубл. 10.06.2010. Бюл № 16.

6. Пат. 2556591 РФ Устройство для температурной термостабилизации многолетнемерзлых грунтов / П.А. Ревель-Муроз, Ю.В. Лисин, В.И. Суриков, Ю.Б. Михеев, С.В. Лахаев. E02D3/115, Заявлено 20.03.2014; Опубл. 10.06.2015.