Устройство для защиты и закрепления трубопровода
DEVICE FOR PROTECTION AND FIXATION OF PIPELINE

Изобретение относится к трубопроводному транспорту нефти и газа и может быть использовано для механической защиты подземных трубопроводов на переходах через водные преграды.
Из области строительства подземных магистральных трубопроводов известно, что при сооружении переходов магистральных трубопроводов через водные преграды, толщина слоя грунта между верхом труб (или верхом средств балластировки) и дном водоема должна составлять не менее 1 м (СП 36.13330.2012 «Магистральные трубопроводы», актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85). Фактически, вследствие протекания русловых эрозионных процессов, грунт над трубопроводом может выноситься потоком воды, в результате чего происходит частичное или полное оголение труб. При этом, используемая в некоторых случаях механическая защита из деревянных или полимерных реек, монтируемая на трубопровод при сооружении подводного перехода и предназначенная для защиты поверхности трубопровода в процессе укладки, а также для предохранения противокоррозионного покрытия труб в местах размещения утяжеляющих пригрузов, при нахождении в воде или на открытом воздухе, вследствие деградации свойств материала, в течение достаточно короткого периода времени теряет свои защитные свойства.
Из области техники известно защитное покрытие подводного трубопровода от размыва [патент РФ №84400, Е02В 3/12, опубл. 10.07.2009 бюл. №19], содержащее продольный холмовидный корпус, заполненный инертным материалом, состоящий из нижнего и верхнего ковров. Ковры выполнены из троса или каната, выложенного продольными и поперечными рядами, соединенными в местах стыка бетонными модулями, причем по краям ковров выполнены ушки для соединения с аналогичным ковром.
Основным недостатком известного защитного покрытия подводного трубопровода от размыва является высокая трудоемкость и многостадийность монтажа известного устройства в реальных условиях эксплуатации, включающего укладку гибкого прямоугольного ковра на размываемый участок над подводным трубопроводом, поштучную укладку, предварительно подготовленных мешков с песчано-гравийной смесью, укладку второго гибкого прямоугольного ковра и намывание грунта, с целью уплотнения конструкции.
Из области техники известен гибкий бетонный мат с эластичной монтажной петлей [патент РФ №178889, Е02В 3/12, опубл. 23.04.2018 бюл. №12], содержащий совокупность бетонных блоков, соединенных между собой гибкой связью, и монтажные петли. Монтажные петли в свободном состоянии прижаты к боковым граням блоков и изготовлены из искусственного или синтетического каната, способного растягиваться под нагрузкой и возвращаться в исходное состояние в отсутствии нагрузки.
Основным недостатком известного гибкого бетонного мата с эластичной монтажной петлей является высокая трудоемкость монтажа, обусловленная необходимостью проведения части работ под водой, а также значительные размеры формируемой защитной конструкции размытого трубопровода, что при малой глубине водной преграды может способствовать изменению параметров русла в месте перехода трубопровода и, соответственно, размыву его береговых участков.
Из области техники известен секционный защитный футляр [патент РФ №177511, F16L 57/00, опубл. 28.02.2018 бюл. №7], выполненный из композиционного материала, содержащий элементы, соединенные между собой элементами скрепления, при этом внутри футляра установлены центраторы, а на его поверхности оборудован переходник под контрольную трубку. Футляр состоит из крайних и центрального элементов, а переходник под контрольную трубку оборудован на поверхности крайнего элемента.
Основным недостатком известного секционного защитного футляра является сложность производства и монтажа устройства, обусловленных особенностями конструкционного исполнения.
Из области техники известен переход трубопровода под автомобильной дорогой [патент РФ №2179277, F16L 7/00, F16L 1/028, опубл. 10.02.2002], содержащий сам трубопровод, цилиндрическую оболочку из трубы большего диаметра с вытяжной свечой и торцевыми уплотнениями. К цилиндрической оболочке из трубы снизу прикреплены металлические пояса, средний из которых выполнен на длине, равной ширине дорожного полотна.
Основным недостатком известного перехода трубопровода под автомобильной дорогой является отсутствие механическое защиты нижней части трубопровода на участках между анкерными поясами, а также сложность монтажа анкерных поясов, например, в случаях, если трубопровод частично или полностью находится в воде.
4
Из области техники известно устройство для закрепления трубопровода в грунте [патент РФ №2074999, F16L 1/06, опубл. 10.03.1997], содержащее ковер из синтетического материала, последовательно огибающий в обе стороны верх трубопровода, дно и стенки траншеи. Ковер выполнен из скрепленных продольных и поперечных трубопроводу полос армированных слоями нитей вулканизированного эластомера с условным модулем упругости деформации не ниже 8,3×10Н/м, причем размер ячей вдоль оси трубопровода назначается по наименьшему размеру, определенному по критериям условий работы полос на растяжение, разрыв или прочность скрепления полос. Продольные трубопроводу полосы ковра размещены в его краевых участках вне верха трубопровода. Скрепления полос выполнены механическими или на клею.
Основными недостатками известного устройства для закрепления трубопровода в грунте являются:
1) Высокая трудоемкость монтажа устройства, в условиях пересечения трубопроводом водных преград.
2) Отсутствие защиты трубопровода, при его оголении, вследствие вымывания грунта засыпки, механическим мусором, находящимся в водном потоке, а также ледоходом и ледоставом в зимний период.
Наиболее близкой по устройству (прототипом) является конструкция подземного перехода трубопровода [патент РФ №2121099, F16L 1/028, опубл. 27.10.1998], содержащая защитный кожух, включающий нижнюю часть, выполненную из армированного бетона с опорными пластинами на уровне оси трубопровода, а также верхнюю часть, выполненную из стальной трубы, соединенные между собой с образованием кольцевого зазора между трубопроводом и верхней частью кожуха.
Основными недостатками известной конструкции подземного перехода трубопровода являются:
1) Высокая трудоемкость обустройства защитного кожуха, а именно его нижней части, выполняемой из цементного раствора, заполняющего траншею под трубопроводом. При ремонте трубопровода в русловой части водной преграды, для достижения необходимого качества поверхностей сопряжения верхней и нижней частей защитного кожуха, при выполнении бетонной части защитного кожуха потребуется перекрытие водной преграды дамбой, обустройство временного русла для отвода воды, а также осушение участка ремонта трубопровода.
2) Нижняя, бетонная часть защитного кожуха будет обладать значительным весом, что, при недостаточной несущей способности грунтов на дне водной преграды, может способствовать осадке и искривлению трубопровода в вертикальной плоскости.
3) Сложность обеспечения сопряжения верхней и нижней части защитного кожуха при наличии искривлений оси трубопровода. В таких случаях защитный кожух должен формироваться из отдельных, расположенных последовательно, фрагментов, что также будет способствовать повышению трудоемкости его монтажа.
Задачей изобретения является создание устройства для защиты и закрепления трубопровода, устраняющего недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом изобретения является обеспечение защиты трубопровода от внешних механических воздействий, повышение степени закрепленности трубопровода в грунте, а также упрощение монтажных работ.
Поставленная задача и технический результат в устройстве для защиты и закрепления трубопровода, включающем навешиваемую на трубопровод защитную оболочку с открытой нижней частью, решается тем, что защитная оболочка изготовлена из стальной трубы, разрезанной вдоль оси, имеет механически разведенные кромки в стороны от линии реза на величину, достаточную для свободного прохождения защищаемого трубопровода, и содержит на внутренней поверхности центрирующие полукольца, исключающие механический и электрический контакт между трубопроводом и защитной оболочкой, уголковые опорные элементы, содержащие монтажные отверстия, и средства закрепления.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-8. На фиг. 1 показан общий вид устройства для защиты и закрепления трубопровода, смонтированный на трубопровод. На фиг. 2 показана схема изготовления устройства для защиты и закрепления трубопровода. На фиг. 3 показана схема закрепления устройства для защиты и закрепления трубопровода с помощью винтовых анкеров. На фиг. 4 показана схема закрепления устройства для защиты и закрепления трубопровода с помощью балластных грузов. На фиг. 5 показана схема обустройства траншеи справа и слева от трубопровода. На фиг. 6 показана схема установки устройства для защиты и закрепления трубопровода. На фиг. 7 показана схема закрепления устройства для защиты и закрепления трубопровода на грунте. На фиг. 8 показана схема засыпки трубопровода с установленным устройством.
Для защиты от механических воздействий на трубопровод 1 (фиг. 1) устанавливают цилиндрическую, открытую в нижней части, стальную защитную оболочку 2, оснащенную в нижней части опорными элементами 3, а также, закрепленными на внутренней поверхности центрирующими полукольцами 4.
Защитная оболочка 2 (фиг. 1) выполняется из стальной трубы 5 (фиг. 2), бывшей в эксплуатации и ранее демонтированной при проведении ремонтов. Для изготовления защитной оболочки 2 (фиг. 1) на трубе 5 (фиг. 2) делают продольный сквозной надрез 6 или вырезают продольный фрагмент (на фиг. не показан), после чего прикладывая усилие в направлениях 7, разгибают трубу 5 до тех пор, пока расстояние между краями надреза 6 или границами вырезанного фрагмента (на фиг. не показан) не достигнет величины, достаточной для свободного прохождения защищаемого трубопровода 1 (фиг. 1). После разгиба трубы 5 (фиг. 2) на внутренней поверхности образуемой защитной оболочки 2 (фиг. 1) закрепляют выполненные из полимерного материала центрирующие полукольца 4, исключающие механический и электрический контакт между трубопроводом 1 и защитной оболочкой 2. Далее, в нижней части защитной оболочки 2 (фиг. 1), на краях надреза 6 (фиг. 2) закрепляют L-образные опорные элементы 3 (фиг. 1), на горизонтальных участках которых выполняют отверстия (на фиг. не показаны).
Для закрепления защитной оболочки 2 (фиг. 1) в грунте используют винтовые анкеры 8 (фиг. 3), проходящие через отверстия (на фиг. не показаны), выполненные на горизонтальных частях опорных элементов 3 и вворачиваемые в грунт 9 или бетонные балластные грузы 10 (фиг. 4), укладываемые на горизонтальные части опорных элементов 3. В качестве бетонных балластных грузов 10 (фиг. 4) могут быть использованы демонтированные с трубопроводов балластирующие бетонные утяжелители или их фрагменты.
Пример.
Необходимо оборудовать механическую защиту частично размытого трубопровода диаметром 1420 мм на переходе через водную преграду.
Справа и слева от трубопровода 1 (фиг. 5) с помощью экскаватора 11 выполняют траншеи 12, глубина которых подбирается таким образом, чтобы опорные элементы 3 (фиг. 1) навешиваемой на трубопровод 1 защитной оболочки 2 касались грунта 9 (фиг. 5).
Устанавливают защитную оболочку 2 (фиг. 6) на трубопровод 1. Вворачивают в дно траншей 12 (фиг. 7) винтовые анкеры 8, прижимающие горизонтальные участки опорных элементов 3 (фиг. 1) к грунту на дне траншеи 12 (фиг. 7).
Засыпают нижнюю часть защитной оболочки 2 (фиг. 8) грунтом.
Обеспечение защиты трубопровода от внешних механических воздействий, и как следствие рост эксплуатационной надежности трубопровода на переходе через водную преграду достигается за счет использования стальной защитной оболочки, обладающей высокой механической прочностью, механически связанной с трубопроводом через установленные на ее внутренней поверхности центрирующие полукольца из полимерного материала, исключающие механический и электрический контакт между трубопроводом и защитной оболочкой и равномерно распределяющие по поверхности трубопровода воздействующие на защитную оболочку нагрузки, в том числе сосредоточенные.
Повышение степени закрепленности трубопровода в грунте, в том числе устойчивость устройства для защиты и закрепления трубопровода от опрокидывания, достигается за счет закрепления на грунте донной части водной преграды с помощью винтовых анкеров или бетонных балластных грузов.
Упрощение технологии монтажа устройства для защиты и закрепления трубопровода достигается за счет использования открытой в нижней части защитной оболочки, выполненной из бывших в эксплуатации труб, устанавливаемой на размытый трубопровод сверху и закрепляемой на грунте с помощью винтовых анкеров или бетонных балластных грузов. При проведении работ все грузоподъемные операции выполняются с помощью экскаватора, винтовые анкеры вворачивают в дно вручную, при этом привлечение водолазов не требуется.