Подводные переходы магистральных трубопроводов как важная часть нефтегазового комплекса

1.1. Подводные переходы магистральных трубопроводов как важная часть нефтегазового комплекса. На территории Российской Федерации действует уникальная по протяжённости, сложности и производительности система трубопроводов для транспортировки природного газа, нефти и нефтепродуктов. Эта система является одним из самых крупных инженерных сооружений XX века. Трубопроводный транспорт по своей физической сущности и инженерным решениям наиболее безопасный способ доставки пожаровзрывоопасных жидких и газообразных углеводородов. Однако эта безопасность обеспечивается при выполнении целого ряда обязательных условий, в числе которых такие, как: соблюдение всех нормативных требований при проектировании, строительстве и эксплуатации трубопроводных систем, использовании при проектировании и строительстве современных методов, использовании современных средств диагностики и мониторинга трубопроводных систем и т.д. В системе обеспечения надёжности и безопасности трубопроводного транспорта наибольшую сложность представляют пересечения газопроводами и нефтепроводами рек, каналов, озёр и водохранилищ – подводные переходы или дюкеры. К подводным переходам относятся участки трубопроводов, пересекающих естественные или искусственные водоёмы (реки, озёра, водохранилища), шириной более 10 м по зеркалу воды в межень и глубиной более 1,5 м (рис.1) Рис. 1. Схема подводного перехода. Подводные переходы трубопроводов через водные преграды следует проектировать на основании данных гидрологических, инженерно-геологических и топографических изысканий с учётом условий эксплуатации в районе строительства ранее построенных подводных переходов, существующих и проектируемых гидротехнических сооружений, влияющих на режим водной преграды в месте перехода, перспективных дноуглубительных и русловыправительных работ в заданном районе пересечения трубопроводом водной преграды, требований по охране рыбных ресурсов и окружающей среды. Границами подводного перехода трубопровода , определяющими длину перехода, являются для: Многониточных переходов – участок, ограниченный запорной арматурой, установленной на берегах; Однониточных переходов – участок, ограниченный горизонтом высоких вод (ГВВ) не ниже отметок 10 %-й обеспеченности. Створы переходов через реки необходимо выбирать на прямолинейных устойчивых плёсовых участках с пологими не размываемыми берегами русла при минимальной ширине заливаемой поймы. Створ подводного перехода необходимо, как правило, предусматривать перпендикулярным динамической оси потока, избегая участков, сложенных скальными грунтами. Устройство переходов на перекатах, как правило, не допускается. При выборе створа перехода трубопровода следует руководствоваться методом оптимального проектирования с учётом гидролого-морфологических характеристик каждого водоёма и его изменений в течении срока эксплуатации подводного перехода. При определении оптимального положения створа и профиля перехода, расчет необходимо производить по критерию приведённых затрат с учётом требований, предъявляемых к прочности и устойчивости трубопровода и охране природы. При прокладке подводных переходов должно быть предусмотрено заглубление в дно пересекаемых водных преград. Величину заглубления устанавливают с учетом возможных деформаций русла и перспективных дноуглубительных работ. Проектную отметку верха забалластированного трубопровода при проектировании подводных переходов необходимо назначать на 0,5 м ниже прогнозируемого предельного профиля размыва русла, определяемого на основании инженерных изысканий с учётом возможных деформаций русла в течении 25-ти лет после окончания строительства перехода, но не менее 1-го м от естественных отметок дна водоёма. При пересечении водных преград, дно которых сложено скальными породами, заглубление трубопровода необходимо принимать не менее 0,5 м, считая от верха забалластированного трубопровода до дна водоёма. Переходы нефтепроводов и нефтепродуктопроводов через реки и каналы следует предусматривать, как правило, ниже по течению от мостов, промышленных предприятий, пристаней, речных вокзалов, гидротехнических сооружений, водозаборов и других аналогичных объектов, а также нерестилищ и мест массового обитания рыб. При соответствующем технико-экономическом обосновании допускается располагать переходы нефтепроводов и нефтепродуктопроводов через реки и каналы выше по течению от указанных объектов на расстояниях, приведённых в приложении Е (СП 34-116-97. Инструкция по проектированию, строительству и реконструкции промысловых нефтегазопроводов.- М.:ВНИИСТ,1998.-136 с.), при этом должны быть разработаны дополнительные мероприятия, обеспечивающие надёжность работы и пожарную безопасность подводных переходов. Минимальные расстояния от оси подводных переходов нефтепроводов и нефтепродуктопроводов при прокладке их ниже по течению от мостов, пристаней и других аналогичных объектов и от оси подводных переходов газопроводов до указанных объектов принимают по таблице в приложении Е как для подземной прокладки. При пересечении водных преград расстояние между параллельными подводными трубопроводами назначают исходя из инженерно-геологических и гидрологических условий, а также из условий производства работ по выполнению ремонтных работ, при возникновении аварии. Минимальное расстояние между: Осями трубопроводов, заглубляемых в дно водоёма с зеркалом воды в межень шириной свыше 25 м, должно быть ≥ 30 м; Параллельными трубопроводами, прокладываемыми на пойменных участках подводного перехода, следует принимать не менее, чем на линейной части трубопровода. Подводные переходы трубопроводов в границах ГВВ не ниже 1% обеспеченности необходимо рассчитывать с учётом предотвращения всплытия, при этом, если результаты расчета подтверждают возможность всплытия трубопровода, следует предусматривать: На русловом участке перехода – сплошные (бетонные) покрытия или специальные балластные грузы, конструкция которых должна обеспечивать надёжное крепление к трубопроводу для укладки трубопровода различными способами, в том числе, и способом протаскивания по дну. На пойменных участках – одиночные балластные грузы или закрепление трубопровода анкерными устройствами. Профиль трассы трубопровода следует принимать с учетом допускаемого радиуса изгиба трубопровода, рельефа русла реки и расчетной деформации (предельный профиль размыва), геологического строения дна и берегов, необходимой нагрузки и способов укладки подводного трубопровода. Кривые искусственного гнутья в русловой части подводных переходов допускается предусматривать в особо сложных топографических и геологических условиях. Применение сварных отводов в русловой части не допускается, при этом кривые искусственного гнутья на переходах следует располагать за пределами прогнозируемого размыва этих участков, или они должны находиться под защитой специального крепления берегов. Запорную арматуру, устанавливаемую на подводных переходах трубопроводов, размещают на обоих берегах на отметках не ниже отметок ГВВ 10%-ой обеспеченности и выше отметок ледохода. В проекте необходимо предусматривать решения по укреплению берегов в местах прокладки подводного перехода и по предотвращению стока воды вдоль трубопровода. При ширине водных преград при меженном горизонте 75 м и более в местах, где их пересекает трубопровод, должна быть предусмотрена прокладка резервной нитки с учётом следующих замечаний: 1. При ширине заливаемой поймы выше 500 м по уровню горизонта высоких вод при 10%-й обеспеченности и продолжительности подтопления паводковыми водами свыше 20 дней, а также при пересечении горных рек и соответствующем обосновании в проекте, резервную нитку допускается предусматривать при пересечении водных преград шириной менее 75 м. 2. Диаметр резервной нитки определяется проектом. 3. Допускается предусматривать прокладку перехода через водную преграду шириной свыше 75 м в одну нитку, при условии тщательного обоснования такого проектного решения. 4. При необходимости транспортирования по трубопроводу вязкой нефти и нефтепродуктов, временное прекращение подачи которых не допускается, следует предусматривать прокладку нефтепроводов и нефтепродуктопроводов через водные преграды шириной менее 75 м в две нитки. При проектировании подводных переходов, прокладываемых на глубине свыше 20 м из труб диаметром 1000 мм и более, необходимо производить проверку устойчивости поперечного сечения трубы на воздействие гидростатического давления воды с учётом изгиба трубопровода. Подводные переходы через реки и каналы шириной 50 м и менее допускается проектировать с учётом продольной жесткости труб, обеспечения закрепления перехода против всплытия на береговых неразмываемых участках установкой грузов или анкерных устройств. На обоих берегах судоходных и лесосплавных рек и каналов при пересечении их трубопроводами должны быть предусмотрены сигнальные знаки согласно Правилам плавания по внутренним судоходным путям, утверждённым Минречфлотом РФ, и Правилами охраны магистральных трубопроводов. Строительство трубопроводов через водные преграды осуществляют: 1. Открытым (траншейным) способом, в том числе типа «труба в трубе», с укладкой (протаскиванием) трубопроводов в подводные или береговые траншеи, разработанные в границах переходов плавучей и наземной землеройной техникой (Рис.2). 2. Закрытым способом, с протаскиванием трубопроводов в наклонные скважины, выполненные методом наклонно-направленного бурения, или методом микротонеллирования. Рис. 2. Строительство подводного перехода трубопровода методом протаскивания в траншее. Перед началом разработки подводных траншей традиционно выполняют следующие подготовительные работы: 1. С помощью эхолота измеряют глубину водоёма и на основании полученных данных составляют фактический профиль дна, который сверяется с проектными данными. 2. Выполняется водолазное обследование дна водоёма в границах проектной ширины подводной траншеи для выявления случайных препятствий и удаления их в случае обнаружения. 3. Инженерно-геодезическими методами проверяются проектные створы переходов и высотные реперы. Земляные работы обычно начинают на нижней по течению реки нитке перехода, что позволяет при разработке верхней траншеи использовать часть грунта для засыпки нижней траншеи с уложенным в неё трубопроводом. Разработка, транспортировка грунта и складирование его в подводные и береговые отвалы баржами и путём рефулирования земснарядами не должны мешать судоходству, нарушать установившийся режим потока, вызывать загрязнение водоёма и ухудшать экологическую ситуацию в районе перехода. При глубине водоёмов не более 2-3 м и незначительной их ширине (до 200 м) для устройства траншеи можно использовать экскаватор, установленный на барже или понтоне соответствующей грузоподъёмности. Экскаватор надёжно закрепляют на понтоне, который перемещается в створе с помощью якорей. При ширине русла до 150 м работу ведут от одного берега к другому, причём тросы крепят на берегах, что позволяет разрабатывать траншеи без перекладки якорей. При глубине водоёмов до 1 – 1,5 м и ширине до 100 м возможна разработка подводных траншей экскаватором со специальных земляных дамб. Дамбы устанавливают с берега или отсыпают грунт самосвалами. Делают дамбы шириной (по верху) 4 – 5 м. Лучшим материалом для дамбы является гравийный грунт. При пересечении широких судоходных водных преград при глубине водоёма более 4 метров рациональнее использовать земснаряды общестроительные или специальные для трубопроводного строительства.