Система транспортировки жидкого продукта на большие расстояния
LIQUID PRODUCT LONG-RANGE TRANSPORTATION SYSTEM

Изобретение относится к магистральным трубопроводам, предназначенным для транспортировки жидких продуктов, преимущественно воды, в регионы, обедненные водными запасами.
Известен магистральный трубопровод, выполненный по типу труба в трубе, межтрубное пространство которого разделено на герметичные полости, герметичную емкость для сбора транспортируемого продукта при его утечках, соединенную с герметичными полостями вспомогательным трубопроводом с вентилями, датчик сигнализации наличия утечек, выведенный на пульт управления. При этом магистральный трубопровод снабжен винтовой вставкой, установленной в каждой герметичной полости и выполненной из пластины полимерного материала, имеющий ширину, равную расстоянию между трубами, и пазы, выполненные на внешней и внутренней цилиндрической поверхности и равномерно расположенные по ее длине (авторское свидетельство SU №1788386 [1]).
Известен также транспортный трубопровод, который содержит эластичную оболочку и расположенные по длине трубопровода на равном расстоянии друг от друга кольцеобразные жесткие элементы, шарнирно соединенные между собой посредством планок, смещенных одна относительно другой на 90 градусов в плоскости поперечного сечения трубопровода (авторское свидетельство SU №1787907 [2]). Для достижения технического результата, заключающегося в повышении надежности, трубопровод снабжен дополнительной оболочкой, размещенной внутри эластичной оболочки и образованной расположенными вдоль трубопровода на равном расстоянии друг от друга жесткими кольцами, по наружной поверхности которых уложены вплотную друг к другу тросы, а кольцеобразные элементы выполнены в виде хомутов, охватывающих тросы в зоне расположения жестких колец и снабженных каждый по крайней мере четырьмя роликовыми опорами, закрепленными на осях шарниров планок, выполненных в зоне размещения указанных осей.
Известен также трубопровод с обогревом, содержащий покрытый теплоизоляцией основной трубопровод и внешний трубопровод-спутник, расположенный с зазором относительно основного трубопровода и плотно прикрепленный краями к нему. Трубопровод выполнен в виде двугранного угла, равного 12-90 градусов (авторское свидетельство SU №1788382 [3]).
Известна также система транспортировки газа на большие расстояния, которая включает участки газопровода с постоянно возрастающим диаметром для расширения газа непосредственно в трубопроводе и установку компрессорных станций на головных сооружениях газопровода, в которой компенсаторы на компрессорной станции установлены с возможностью сжатия газа до давления, при котором свойства природного газа соответствуют законам идеального газа, а внутренний диаметр газопровода на каждом последующем участке возрастает в отношении к внутреннему диаметру предыдущего участка (патент RU №2016350 [4]).
Известные конструкции трубопроводов при их сооружении в сложных условиях отягощены необходимостью выполнения трудоемких работ для обеспечения безопасной эксплуатации трубопроводов. В соответствии с нормативными актами к сложным условиям относятся следующие условия.
Строительство трубопроводов в горных условиях, в том числе в прибрежных скальных грунтах.
При этом должны учитываться следующие факторы.
Характеристика горных условий. Особенности организации строительства в условиях горной местности. Разработка траншей на продольных уклонах без применения буровзрывных работ. Конструкции полок и траншей, буровзрывной комплекс. Разработка грунтов на полках. Расчет устойчивости полок. Монтажные и изоляционно-укладочные работы. Напряженное состояние трубопроводов, подверженных воздействию оползающих грунтов. Методы закрепления оползающих грунтов.
Строительство трубопроводов в условиях болот.
При этом должны учитываться следующие факторы.
Классификация болот применительно к трубопроводному строительству. Разработка водонасыщенных грунтов. Способы укладки трубопроводов на болотах. Устойчивость трубопроводов, сооружаемых на болотах. Способы усиления несущей способности болотистого грунта.
Строительство и эксплуатация морских трубопроводов.
При этом должны учитываться следующие факторы.
Проектирование морских трубопроводов. Глубоководные участки морских трубопроводов. Тепловой и гидравлический расчет морских участков трубопроводов. Расчет напряженно-деформированного состояния на стадии строительства и эксплуатации. Предельные состояния морских трубопроводов (усталость, смятие, коррозионный износ). Способы строительства, обслуживания и ремонта морских трубопроводов. Защита от коррозии. Особенности эксплуатации в береговой, шельфовой и глубоководной (абиссальной) зоне. Защита от оползневых явлений и мутьевых потоков. Обеспечение устойчивости глубоководных участков с помощью стопперов.
Специальные технические решения при проектировании и строительстве магистральных трубопроводов.
При этом должны учитываться следующие факторы.
Проектирование, строительство и эксплуатация компенсирующих устройств. Проектирование и применение многослойных, полиэтиленовых и композитных труб. Способы ремонта стальных трубопроводов с помощью композитных материалов, муфтовых катушек и т.д.
Проектирование, эксплуатация и ремонт трубопроводных обвязок КС, ДКС, ГРС. Оценка напряженно-деформированного состояния. Отстройка от резонанса, возбуждаемого циклическими и динамическими пульсациями газового потока. Обеспечение прочности и устойчивости проектного положения путем расстановки опор, применения сильфонных компенсаторов и т.п.
Расчет на прочность сосудов, работающих при высоком давлении на трубопроводных обвязках КС, ДКС, ГРС. Нормативные требования к техническому обслуживанию и обеспечению безопасности сосудов давления.
Проектирование, расчет напряженно-деформированного состояния тройниковых соединений на обвязках КС и магистральных трубопроводах. Обеспечение прочности и надежности камер приема-запуска внутритрубных снарядов-дефектоскопов.
Применение известных конструкций трубопроводов для транспортировки в сложных условиях, в частности на шельфе морей, сопряжено с решением нескольких существенных проблем, заключающихся в необходимости создания такого веса участков трубопровода между компрессорными станциями, чтобы морские течения не могли повлиять на стабильность трубы, уменьшение нагрузок почвенного покрова и давления моря. Для уменьшения влияния отмеченных факторов известные конструкции трубопроводов выполняют методом кожуха (стальные трубы покрывают толстым слоем бетона) или методом труба в трубе, при этом пространство между трубами заполняют бетоном или укладывают трубы в специально подготовленные траншеи при выходе трубопровода на морской берег. Кроме того, изготовление труб из стали существенно увеличивает проявление такого нежелательного эффекта, как просадка, чему способствуют неравномерности рельефа морского грунта, особенно в прибрежных водах.
Также к недостаткам конструкции известных трубопроводов могут быть отнесены высокая и неравномерная шероховатость внутренней поверхности труб, высокие затраты на стыковку участков труб и выполнение ремонтных работ при авариях участков трубопровода. Выполнение ремонтных работ помимо устранения выявленных неисправностей трубопровода включает подъем аварийного участка на поверхность моря, что осуществляется путем использования известного способа подъема конца трубопровода на поверхность моря посредством понтонов (авторское свидетельство SU №1788378 [5]), что также является трудоемкой операцией.
Известно также техническое решение, направленное на повышение надежности эксплуатации транспортных трубопроводов за счет исключения нагрузок придонного слоя (патент RU №2452891 С1. 10.06.2012 [6]).
Поставленная задача в известном техническом решении [6] решается за счет того, что в системе транспортировки природного газа на большие расстояния, которая включает участки газопровода с постоянно возрастающим диаметром для расширения газа непосредственно в трубопроводе и установку компрессорных станций на головных сооружениях газопровода, внутренний диаметр газопровода на каждом последующем участке возрастает в отношении к внутреннему диаметру предыдущего участка, причем участки газопровода соединены между собой посредством переходных диффузорных участков с углом конусности 20-24 градусов, в которой морские участки газопровода выполнены из полипропилена и размещены в водной среде посредством якорных устройств, снабженных размыкателем, участки газопровода, расположенные в прибрежной зоне и болотистой местности, установлены на понтонах, снабженных стабилизирующим устройством.
При этом совокупность новых отличительных признаков заключается в том, что морские участки газопровода выполнены из полипропилена и размещены в водной среде посредством якорных устройств, снабженных размыкателем, участки газопровода, расположенные в прибрежной зоне и болотистой местности, установлены на понтонах, снабженных стабилизирующим устройством что позволяет повысить надежность эксплуатации транспортных трубопроводов за счет исключения нагрузок придонного слоя.
Выявленные известные устройства в основном предназначены для транспортировки углеводородов и их производных, и такие сложные технические конструкции, применяемые для их транспортировки, практически оправданы.
Практически, во все времена существования цивилизованного человечества существовала проблема доставки воды в регионы, обедненные водными ресурсами. На территории Российской Федерации, одним из таких регионов является Крым.
Одним из вариантов, обеспечения Крыма водными ресурсами, может быть рассмотрен вариант транспортировки воды из бассейнов горных рек в период таяния снегов и выпадения интенсивных осадков в горных массивах Кавказких гор посредством магистрального трубопровода.
Известные конструкции магистральных трубопроводов, предназначенные для дальнего транспорта жидких продуктов от условной начальной точки трубопровода (место добычи) к условной конечной точке (место потребления) представляют собой сооружение линейного типа в виде непрерывной трубы, вдоль которой размещаются сооружения, обеспечивающие перекачку транспортируемого продукта при заранее заданных параметрах (давлении, температуре, пропускной способности и т.п. В отличие от других линейных сооружений, таких как автодороги, железные дороги, магистральный трубопровод, в течение всего срока эксплуатации находится в сложном напряженном состоянии под воздействием внутреннего давления перекачиваемого продукта и работает как сосуд высокого давления.
В общем случае магистральный трубопровод состоит из следующих комплексов сооружений:
- подводящие трубопроводы, связывающие источники перекачиваемого продукта с головными сооружениями трубопровода; по этим трубопроводам перекачивают транспортируемый продукт от места добычи (скважины) в резервуары головной станции;
- головная перекачивающая станция, на которой собирают перекачиваемый продукт, предназначенный для перекачки по магистральному трубопроводу; здесь проводят приемку транспортируемого продукта и перекачку его на следующую станцию;
- промежуточные перекачивающие станции, на которых перекачиваемый продукт, поступающий с предыдущей станции, перекачивают далее;
- конечный пункт, где принимают продукт из трубопровода, распределяют потребителям или отправляют далее другими видами транспорта;
- линейные сооружения трубопровода, к которым относятся собственно трубопровод, линейные колодцы на трассе, станции катодной и протекторной защиты, дренажные установки, а также переходы через водные препятствия, железные и автогужевые дороги. Кроме того, к ним относятся вертолетные площадки, дома обходчиков, линии связи, грунтовые дроги, сооружаемы вдоль трассы трубопроводов.
Линейная часть трубопровода сооружается по трем конструктивным схемам: подземной, наземной и надземной. Подземная схема составляет около 98% от общей длины всех построенных трубопроводов. По этой схеме трубы укладываются ниже естественной поверхности грунта. Наземная схема предусматривает укладку труб на поверхность спланированного грунта или на грунтовое сплошное основание, устраиваемое из привозного грунта. При надземной схеме трубопровод укладывают на опоры, размещаемые на определенном расстоянии друг от друга.
Для плотных грунтов наиболее удачной схемой является подземная, она обеспечивает надежную защиту труб от внешних воздействий, достаточно хорошо стабилизирует положение трубопровода, обеспечивает его устойчивость, не изменяет вида рельефа, не создает никаких препятствий для сельскохозяйственных работ, движения транспортных средств. При подземной прокладке трубопровод и транспортируемый по нему продукт не подвергается резким перепадам температур, что имеет немаловажное значение для обеспечения технологической надежности трубопровода (http://www.transportsolve.ru/skes-1068-1.html [7]).
Известные конструкции магистральных трубопроводов имеют сложную конструкцию и их обустройство сопряжено с существенными трудоматериальными затратами.
Задачей предлагаемого технического решения является снижение трудоматериальных затрат за счет упрощения конструкции магистрального трубопровода.
Поставленная задача решается за счет того, что в системе транспортировки жидкого продукта на большие расстояния, состоящей из магистрального трубопровода, подводящих трубопроводов, связывающих источники перекачиваемого продукта с головными сооружениями магистрального трубопровода, головной перекачивающей станции с резервуарами для перекачиваемого продукта, промежуточных перекачивающих станций, конечного пункта для приема продукта из магистрального трубопровода, продукт распределяют потребителям или отправляют далее другими видами транспорта, линейные сооружения магистрального трубопровода, к которым относятся магистральный трубопровод, линейные колодцы на трассе, станции катодной и протекторной защиты, дренажные установки, а также переходы через водные препятствия, железные и автогужевые дороги, и при этом линейная часть магистрального трубопровода сооружается по трем конструктивным схемам: подземной, наземной и надземной, морские участки магистрального трубопровода выполнены из полипропилена и размещены в водной среде посредством якорных устройств, снабженных размыкателем, участки магистрального трубопровода, расположенные в прибрежной зоне и болотистой местности, установлены на понтонах, снабженных стабилизирующим устройством, промежуточные перекачивающие станции размещают в географических точках, по мере уменьшения разности высот уровня моря от начальной к конечной точке участка магистрального трубопровода, при этом диаметр магистрального трубопровода, образующего каждый каскад, уменьшается на 10% от диаметра магистрального трубопровода, расположенного в географической точке с наивысшим уровнем моря, в месте вывода магистрального трубопровода на берег, магистральный трубопровод помещен в наклонную железобетонную шахту, резервуар головной перекачивающей станции соединен с системой каналов для сбора воды, выполненных из глины или камня.
Морские и прибрежные участки магистрального трубопровода, как и в известном устройстве (патент RU №2452891 С1. 10.06.2012), выполнены из полипропилена типа HDPE, имеющего вес в 5-7 раз меньше, чем у стальных труб, коэффициент шероховатости которого в 7 раз меньше, чем у стальных труб.
Для участков магистрального трубопровода, размещенного на суше, применены стальные трубы, которые для повышения стойкости к воздействию коррозии могут быть покрыты слоем цинка как изнутрии, так и снаружи или трубы типа EN ISO 1127-1997 (трубы из коррозионно-стойкой стали). В месте вывода магистрального трубопровода на берег магистральный трубопровод помещен в наклонную железобетонную шахту для защиты его от воздействия морского прибоя.
Морские участки магистрального трубопровода снабжены якорными устройствами, снабженными размыкателями. Якорное устройство представляет собой железобетонное основание, сочлененное с участком магистрального трубопровода через размыкатель, представляющий собой автономный гидроакустический размыкатель, включающий упругие стропы, соединенные тонким проводом, и источник питания.
На мелководье, болотистой почве в прибрежной зоне участки магистрального трубопровода устанавливают на понтоны, снабженные стабилизирующим устройством, выполненным в виде выпуклой металлической фермы, расположенной по периметру понтона, которая в донной части понтона имеет форму пирамиды, что обеспечивает стабилизацию понтона на волнении и при наличии шуги в полярных районах. Аналогом понтона является устройство, приведенное в описании к патенту RU №2271962 от 16.11.2004.
Размещение промежуточных перекачивающих станций по трассе магистрального трубопровода в географических точках по мере уменьшения разности высот от начальной к конечной точке участка магистрального трубопровода позволяет использовать силу тяжести при транспортировки воды, что исключает применение большого количества насосных станций.
Сбор воды в резервуар головной перекачивающей станции осуществляется системой каналов, выполненных из глины или камня и соединенной с резервуаром головной перекачивающей станции.
Предлагаемая система транспортировки жидкого продукта на большие расстояния состоит из магистрального трубопровода, подводящих трубопроводов, связывающих источники перекачиваемого продукта с головными сооружениями магистрального трубопровода, головной перекачивающей станции с резервуарами для перекачиваемого продукта, промежуточных перекачивающих станций, конечного пункта для приема продукта из магистрального трубопровода для распределения потребителям или отправки далее другими видами транспорта, линейных сооружений магистрального трубопровода, к которым относятся магистральный трубопровод, линейные колодцы на трассе, станции катодной и протекторной зашиты, дренажные установки, а также переходы через водные препятствия, железные и автогужевые дороги. При этом линейная часть магистрального трубопровода сооружается по трем конструктивным схемам: подземной, наземной и надземной. Морские участки магистрального трубопровода выполнены из полипропилена и размешены в водной среде посредством якорных устройств, снабженных размыкателем. Участки магистрального трубопровода, расположенные в прибрежной зоне и болотистой местности, установлены на понтонах, снабженных стабилизирующим устройством. Промежуточные перекачивающие станции размещают в географических точках по мере уменьшения разности высот уровня моря от начальной к конечной точке участка магистрального трубопровода, при этом диаметр магистрального трубопровода, образующего каждый каскад, уменьшается на 10% от диаметра магистрального трубопровода, расположенного в географической точке с наивысшим уровнем моря. В месте вывода магистрального трубопровода на берег магистральный трубопровод помещен в наклонную железобетонную шахту. Резервуар головной перекачивающей станции соединен с системой каналов для сбора воды, выполненных из глины или камня.
Предлагаемая система транспортировки жидкого продукта на большие расстояния работает следующим образом.
Посредством системы каналов, выполненных из глины или камня и соединенных с резервуаром головной перекачивающей станции, заполняют собираемой водой резервуар головной перекачивающей станции. Посредством линейной части магистрального трубопровода осуществляют подачу собранной воды до конечного пункта для приема воды. При этом промежуточные перекачивающие станции размещают в географических точках по мере уменьшения разности высот уровня моря от начальной к конечной точке участка магистрального трубопровода, при этом диаметр магистрального трубопровода, образующего каждый каскад, уменьшается на 10% от диаметра магистрального трубопровода, расположенного в географической точке с наивысшим уровнем моря.
При реализации предлагаемого технического решения используют естественный рельеф местности, при этом резервуары по трасе магистрального трубопровода размещают каскадным методом в пунктах, расположенных над уровнем моря от пункта, находящегося в географической точке с наивысшим значением уровня моря до пункта, находящегося в географической точке с наименьшим значением уровня моря, при этом диаметр магистрального трубопровода, образующего каждый каскад, уменьшается на 10% от диаметра магистрального трубопровода, расположенного в географической точке с наивысшим уровнем моря.
Предлагаемое техническое решение выгодно отличается от известных аналогичных устройств и позволяет прокладывать магистральные трубопроводы для транспортировки жидкого продукта в сложных условиях с существенным снижением трудоемкости. При его использовании также снижается трудоемкость, связанная с подъемом магистрального трубопровода на поверхность для выполнения операций по ремонту аварийных участков.
Реализация предлагаемого устройства технической трудности не представляет, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического предложения условию патентоспособности «промышленная применимость».
Источники информации
1. Авторское свидетельство SU №1788386.
2. Авторское свидетельство SU №1787907.
3. Авторское свидетельство SU №1788382.
4. Патент RU №2016350.
5. Авторское свидетельство SU №1788378.
6. Патент RU №2452891 С1. 10.06.2012.
7. Найдено в Интернете: (http://www.transportsolve.ru/skes-1068-1.html).