Сооружение и ремонт газонефтехранилищ и газонефтепроводов

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет)

Кафедра ТХНГ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

На тему:

Сооружение и ремонт газонефтехранилищ и газонефтепроводов

Санкт-Петербург

2010

Оглавление

Введение

1 Общая часть

1.1 Характеристика района строительства

1.11 Климатическая характеристика

1.1.2 Гидрологические условия

1.1.3 Гидрологический режим р. Нева

1.2 Механический расчёт трубопровода

1.2.1 Выбор труб

1.2.2 Определение толщины стенки трубопровода

1.2.3 Расчет длины скважины трубопровода

1.3 Расчёт тягового усилия протаскивания трубопровода в процессе протаскивания

1.4 Проверка трубопровода на пластические деформации в процессе протаскивани

1.5 Расчёт параметров спусковой дорожки

2 Строительство резервной нитки

2.1 Строительные решения

2.2 Гидравлический расчёт

3 Основные решения по технологии и организации строительства

3.1 Последовательность и методы производства работ

3.1.1 Подготовительные работы

3.1.2 Подготовка трубопровода к протаскиванию

3.1.3 Бурение скважины и протаскивание в нее трубопровода

3.1.4 3аключительные работы

3.1.5 Контроль качества строительно-монтажных работ

Заключение

Список литературы

Введение

Подводный переход нефтепровода через р. Нева относится к Балтийской трубопроводной системе - комплекс сооружений трубопроводного транспорта Сев.-Зап. федерального округа России, предназначен для транспортировки нефти и нефтепродуктов из республики Коми и Западной Сибири для обеспечения внутренних потребностей региона и продажи за рубеж.

В ее состав вошли магистральный нефтепровод Ярославль - Кириши (построен в 1986), нефтепродуктовый трубопровод Кириши - Красный Бор - Мор. порт СПб., нефтепровод Кириши - Приморск (Ленингр. обл.) с подводным переходом под р. Нева и нефтеналивным терминалом в Приморске (сдан в дек. 2001), стационарный причал в Приморске.

Подводный переход нефтепровода через р. Нева состоит из двух ниток трубопровода диаметром 820 мм, строительство которого должно вестись с применением метода наклонно-направленного бурения. Рабочее давление в трубопроводе на участке подводного перехода 5,9 МПа. Протяжённость участка подводного перехода в границах прокладки трубопровода бестраншейным способом с применением метода ННБ составляет 600 м.

В соответствии с требованиями СНИП 2.05.06-85* «Магистральные нефтепроводы» границами подводного перехода трубопровода, определяющими его длину является участок, ограниченный запорной арматурой, установленной на берегах на отметках не ниже отметок ГВВ 10% обеспеченности и выше отметок ледохода.

Таблица 1 – Характеристики транспортируемой нефти

1 Общая часть

1.1 Характеристика района строительства

1.1.1 Климатическая характеристика

Подводный переход нефтепровода расположен на территории Ленинградской области. Ленинградская область находится в умеренных широтах северного полушария, в лесной зоне, на стыке подзон тайги и смешанных лесов, между 58.26' и 61.20' северной широты и 27.45' и 35.40' восточной долготы.

На климатические условия Ленинградской области, как и всей другой территории, влияет прежде всего ее географическое положение, от которого зависят угол наклона солнечных лучей к поверхности и продолжительность дня, а следовательно, приход и расход солнечного тепла.

В целом за год в наших широтах разница между поступлениями солнечного тепла и его расходом (на нагревание земной поверхности и воздуха, на испарение воды и таяние снега)- положительная. Однако поступление солнечного тепла на протяжении года неравномерное, что обусловлено большими изменениями высоты стояния солнца над горизонтом (в полдень на 60 град.с.ш.- от 6.30' в декабре до 53 град. в июне) и продолжительности дня (от 5 часов 30 минут в декабре до 18 часов 30 минут в июне).

С апреля по октябрь приход солнечного тепла в Ленинградской области превышает его расход, а с ноября по март расход тепла больше его прихода.

С изменениями в соотношении прихода и расхода солнечного тепла в течении года связаны сезонные изменения температуры, воздействующие на все другие элементы климата.

Огромное влияние на климат Ленинградской области оказывают также движение воздушных масс разного происхождения.

Число дней в году с преобладанием морских и континентальных воздушных масс примерно одинаково, что характеризует климат области как переходный от континентального к морскому.

С запада, со стороны Атлантического океана, на территорию области поступает влажный морской воздух умеренных широт. Зимой он теплый и восполняет недостаток солнечного тепла, вызывая оттепель, дождь и мокрый снег. Летом приход этого воздуха вызывает дождь и прохладную погоду. Континентальный воздух умеренных широт входит на территорию области чаще всего с востока, но иногда с юга и юго-востока. Он приносит сухую и ясную погоду: летом - теплую, зимой - очень холодную.

С севера и северо-востока, главным образом со стороны Карского моря, приходит сухой и всегда холодный арктический воздух, формирующийся над льдом. Вторжения этого воздуха сопровождаются наступлением ясной погоды и резким снижением температуры.

С северо-запада поступает морской арктический воздух. По сравнению с воздухом, поступающим с северо-востока, он менее холодный, но более влажный. Летом на территорию области изредка вторгаются массы тропического воздуха, влажного морского с юго-запада и очень сухого, запыленного- с юго-востока; они приносят жаркую погоду.

Воздушные массы часто сменяются, что связано с частой циклонической деятельностью (в СПб примерно 40% всех дней года с циклонами). Следствием этого является характерная для Ленинградской области неустойчивая погода.

Среднегодовая температура воздуха понижается в Ленинградской области с запада на северо-восток от +4,5С до +2,0С. Самых холодный месяц в области - январь или февраль. Средняя температура января на востоке области -10С, на западе -6С. В СПб средняя температура января -7,5С, февраля -7,9С.

Самый теплый месяц области- июль. Среднесуточная температура июля в СПб +17,7С; отклонения от нее в пределах области невелики (+16С у побережья Ладожского озера, около +18С на юго-востоке).

Таблица 2 - Среднемесячная температура воздуха (в градусах Цельсия)

Продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха выше 5С на востоке области примерно 160, а на юго-западе- 170 дней. Сумма среднесуточных температур в дни с температурами выше 10С составляет 1600-1800.

Для области характерна высокая облачность. В течение года в СПб, в среднем бывает только 30 безоблачных дней. Зимой облачность большая. Это замедляет падение температуры воздуха, так как облака препятствуют оттоку тепла из нижнего слоя атмосферы. Наименьшая облачность- весной и в начале лета, наибольшая- осенью.

Вся территория Ленинградской области находится в зоне избыточного увлажнения. Относительная влажность воздуха всегда высокая (от 60% летом до 85% зимой). Среднегодовая сумма осадков, составляющая 550-650 мм, на 200-250 мм больше количества испаряющейся влаги. Это способствует заболачиванию почв. Основная масса осадков выпадает в период с апреля по октябрь. Наибольшее количество осадков (750-850 мм в год) выпадает на возвышенных частях области.

Таблица 3 - Среднемесячное количество осадков (в мм)

Значительная часть осадков выпадает в виде снега. Устойчивый снежный покров лежит около 127 дней на юго-западе области и до 150-160 дней на северо-востоке. К концу зимы высота снежного покрова на северо-востоке достигает 50-60 см, а на западе, где часто бывают оттепели, не превышает обычно 30 см.

Климат СПб имеет некоторые особенности. В летнее время днем каменные здания, мостовые и тротуары сильно нагреваются и накапливают тепло, а ночью оттают его в атмосферу. Зимой воздух получает дополнительное тепло от отопления зданий.

Многочисленные примеси в воздухе (пыль, дым, сажа и пр.) замедляют его охлаждение; вместе с тем они собирают влагу, что способствует образованию дождевых капель. Поэтому в городе температура несколько выше и осадков больше, чем в его окрестностях.

Самое продолжительное время года- зима; она наступает на востоке области в конце ноября, а на западе- в начале декабря, с установлением снежного покрова и ледоставом на реках. Для первой половины зимы характерна неустойчивая циклоническая погода с частыми оттепелями.

Вследствие малой высоты стояния солнца, короткого дня и отсутствия снежного покрова суша в начале зимы сильно охлаждается. Морской воздух, поступающий с циклонами, также быстро охлаждается и достигает состояния насыщения, содержащийся в нем водяной пар конденсируется, что вызывает облачность и частые туманы. В течение декабря бывает 18-20 пасмурных дней и лишь 2 ясных дня.

Вторая половина зимы в Ленинградской области почти всегда значительно холоднее первой. Поступающий с запада морской воздух становиться более холодным и менее влажным, ослабляется циклоничность. Вследствие этого уменьшается облачность, туманы редки. Вместе с тем чаще вторгается арктический воздух, резко понижающий температуру. Весна наступает в области в конце марта, когда начинает таять снег. В западной части области снежный покров сходит обычно в последних числах марта, на востоке- в первой половине апреля. В начале весны прилетают первые птицы, зацветают деревья. Весна развивается медленно, так как оказывает влияние охлажденных за зиму крупных водоемов. Средняя суточная температура выше 0С устанавливается в СПб в первых числах апреля, но достигает +5С лишь в конце апреля, а +10С в середине мая. Циклоны весной редки, поэтому погода сравнительно устойчивая. Число дней с осадками невелико, а облачность меньше, чем в другие времена года. Нередко в пределы Ленинградской области вторгаются арктические воздушные массы. С ним связаны похолодания, а иногда длительные, а также поздние, главным образом ночные, заморозки, которые случаются в мае и даже в июне. Конец весны совпадает с прекращением заморозков.

Лето в Ленинградской области умеренно теплое. В связи с преобладанием континентальных воздушных масс облачность в большинстве случаев небольшая, особенно в начале лета.

Во второй половине лета ясную и теплую погоду все чаще прерывают циклоны. Они приносят пасмурную, ветреную и дождливую погоду. В годы с сильной циклонической деятельностью такая погода преобладает в течение всего лета. В начале сентября уже наступает осень, заморозки учащаются, начинается листопад, однако погода еще напоминает позднее лето. Это так называемое бабье лето, довольно теплое и сухое. С октября температура быстро понижается, усиливаются циклоны, преобладающей становиться пасмурная, прохладная, ветреная погода с моросящими дождями и туманами, которая сохраняется и в ноябре. Облачность и влажность в это время года самые высокие. С конца октября и в течение всего ноября снег неоднократно выпадает и тает. В последние дни ноября среднесуточная температура падает ниже 0С. Это конец осени.

1.1.2 Гидрологические условия

Вытекает из Ладожского озера в районе Шлиссельбурга, протекает по Приневской низине, впадает в Финский залив (Балтийское море). Её длина от Шлиссельбургской губы Ладожского озера до устья, при впадении Большой Невы в Невскую губу у Невских ворот Санкт-Петербургского торгового порта— 74км. Расстояние от истока до устья Невы по прямой— 45км.

Протекая по равнинной Невской низменности, Нева имеет невысокие берега, почти на всём протяжении круто обрывающиеся к воде, в среднем около 3—6 метров, в устье— 2—3 метра. Имеется 3 крутых поворота русла реки: у Ивановских порогов, у Невского лесопарка и Усть-Славянки (так называемое Кривое Колено) и у Смольного ниже устья реки Охты. Средний многолетний уровень падения реки 4,27 метра. В одном месте река пересекает моренную гряду и образует Ивановские пороги. Здесь, напротив мыса Святки у начала порогов находится самое узкое место реки (210м). Средняя скорость течения воды в стрежне Невы около 0,8—1,1 метра в секунду. В результате дноуглубительных и очистительных работ в 1973—1978 годах была срезана каменная мель. В результате судовой ход в районе порогов расширился с 85 до 160 метров, и тем самым удалось обеспечить двухстороннее движение судов.

1.1.3 Гидрологический режим р. Нева

Нева— широкая и глубокая река. Средняя ширина 400—600м. Самые широкие места (1000—1250м)— в дельте у Невских ворот Морского торгового порта в так называемой воронке рукава Большая Нева, у окончания Ивановских порогов при впадении реки Тосны и у острова Фабричный вблизи истока. Средняя глубина 8—11м; наибольшая глубина (24м)— выше Литейного моста в Смольнинской излучине у правого берега, напротив Арсенальной улицы, наименьшая (4,0—4,5м)— в Ивановских порогах.

Через Неву в Финский залив поступает вода с площади бассейна Ладожского озера. Площадь собственного бассейна Невы составляет 5 тыс. кмІ, включая бассейн Ладожского озера— 281 тыс. кмІ. На этой территории осадки значительно превышают испарение: на него идёт лишь 37,7%, а на суммарный сток реки— 62,3%.

По многоводности Нева уступает в Европейской части России лишь Волге, Каме и Печоре. За период наблюдения с 1859 года наибольшая водность наблюдалась в 1924 году (116 кмі), наименьшая— в 1900 году (40,2 кмі). Средний многолетний годовой расход воды в Неве— 78,9 кмі (в среднем 2500 мі/с).

Из-за равномерного стока воды из Ладожского озера у Невы в течение всего года не бывает весеннего подъёма воды и паводков. Замерзает Нева на всём протяжении. Средние сроки замерзания Невы— первая декада декабря, а вскрытия— первая декада апреля. Толщина льда 0,3—0,4м в черте Санкт-Петербурга, и 0,5—0,6м за его пределами. В верхнем течении Невы зимой иногда возникают зажоры и заторы льда, из-за этого выше по течению происходят наводнения. Из общего объёма льда Ладожского озера (10,6 кмі) в Неву выносится не более 5%. Средняя температура воды летом 17—20°C, купальный сезон длится около 1,5 месяцев. Вода в Неве пресная (средняя минерализация 61,3 мг/л), гидрокарбонатно-кальциевая 7 мг/л, средняя мутность.

Таблица 4 - Объём стока основных гидрологических величин Невы (средний год, в скобках указан процент от годового значения)

1.2 Механический расчёт трубопровода

1.2.1 Выбор труб

Обеспечение высокой степени надёжности работы проектируемого межпромыслового нефтепровода достигается наряду с прогрессивными техническими решениями выбором материалов и изделий для строительства нефтепровода, соответствующих климатическим условиям и технологическим параметрам эксплуатации, при этом эффективным способом обеспечения надёжности является применение труб, обладающих повышенной коррозионной стойкостью.

Учитывая коррозионную активность перекачиваемого продукта и высокую степень экологической уязвимости данных районов, для снижения аварийности в проекте принимаем трубы с заводским изоляционным покрытием, изготовленные из стали повышенной хладностойкости и коррозионной стойкости марки 16Г2СФ, по ТУ 14-157-54-97 Нижнеднепровского трубопрокатного завода. Марка прочности стали К52.

Характеристика конструктивных параметров труб межпромыслового нефтепровода приведена в табл. 5.

Таблица 5 - Характеристика конструктивных параметров труб

определены согласно таблице 7 [3]

Эти трубы отличаются от традиционных стальных бесшовных горячедеформированных труб по ГОСТ 8731-74 повышенной стабильностью механических характеристик, низкой температурой вязко-хрупкого перехода, повышенной стойкостью к общей и язвенной коррозии, стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию и образованию водородных трещин. Все трубы на заводе-изготовителе подвергаются 100%-ному контролю неразрушающим способом, гидравлическому испытанию.

Учитывая, что в проекте приняты трубы из стали повышенной коррозионной стойкости, внутреннее антикоррозионное покрытие не предусматривается.

1.2.2 Определение толщины стенки трубопровода

Подземные трубопроводы следует проверять на прочность, деформативность и общую устойчивость в продольном направлении и против всплытия.

Толщину стенки трубы находят исходя из нормативного значения временного сопротивления на разрыв, диаметра трубы и рабочего давления с использованием предусмотренных нормами коэффициентов.

Расчетную толщину стенки труб δ, см следует определять по формуле:

где n - коэффициент перегрузки;

Р - внутреннее давление в трубопроводе, МПа;

Dн - наружный диаметр трубопровода, см;

R1 - расчетное сопротивление металла труб растяжению, МПа.

Расчетные сопротивления материала труб растяжению и сжатию

R1 и R2, МПа определяются по формулам:

;

,

где m - коэффициент условий работы трубопровода;

k1, k2-коэффициенты надежности по материалу;

kн - коэффициент надежности по назначению трубопровода.

Коэффициент условий работы трубопровода принимаем равным m=0,75.

Коэффициенты надежности по материалу принимаем k1=1,34; k2=1,15.

Коэффициент надежности по назначению трубопровода выбираем равным kн=1,0

Вычисляем сопротивления материала труб растяжению и сжатию соответственно по формулам (2) и (3)

;

Определяем толщину стенки по формуле (1)

Принимаем предварительное значение толщины стенки δ=12 мм.

Внутренний диаметр трубопровода Dвн вычисляется по зависимости

Продольное осевое напряжение от расчётных нагрузок и воздействий

σпр.N, МПа определяем по формуле

где α – коэффициент линейного расширения, град-1,α=0,000012 град-1 ;

Е – модуль упругости материала трубы, МПа, Е=206000 МПа;

∆t – расчётный температурный перепад, ˚С, ∆t =55˚С;

μпл –коэффициент поперечной деформации Пуассона пластической стадии

работы металла, μпл=0,3.

Коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб Ψ1, определяется по формуле

.

Подставляем значения в формулу (6) и вычисляем коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб

Расчётная толщина стенки с учётом влияния осевых сжимающих напряжений определяется по зависимости

Принимаем значение толщины стенки δ=12 мм.

Проверка трубопровода на прочность производится по условию

,

где Ψ2 – коэффициент, учитывающий двухосное напряжённое состояние металла труб.

Коэффициент Ψ2 определяем по формуле

где σкц – кольцевые напряжения от расчётного внутреннего давления, МПа.

Кольцевые напряжения σкц, МПа определяем по формуле

Подставляем полученный результат в формулу (9) и находим коэффициент

Определяем максимальное значение отрицательного температурного перепада ∆t_,˚С по формуле

Определяем максимальное значение положительного температурного перепада ∆t+, ˚С по формуле

Рассчитываем условие прочности (8)

69,4<0,38·285,5

69,4<108,49

Условие прочности выполняется.

Произведём проверку трубопровода на недопустимые пластические деформации.

Определяем кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления σнкц, МПа по формуле

Коэффициент Ψ3, учитывающий двухосное напряжённое состояние металла труб определяем по формуле

Минимальный радиус изгиба оси трубопровода ρ, см определяем по зависимости

где μупр – коэффициент упругости металла трубы, равный μупр=0,3.

Подставляем значения в формулу (15) и рассчитываем минимальный радиус изгиба оси трубопровода

Минимально допустимый радиус упругого изгиба должен быть не менее ρ≥1200Dн. Принимаем для дальнейших расчётов минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода ρ=1500 м. [6]

Положительное значение продольного напряжения от нормативных нагрузок и воздействий σнпр(+), МПа определяем по формуле

Отрицательное значение продольного напряжения от нормативных нагрузок и воздействий σнпр(-), МПа определяем по формуле

Принимаем в расчёте большее по модулю значение из σнпр(+) и σнпр(-), т.е. σ = -133,6 МПа. Так как принятое значение напряжения меньше ноля, то уточнённое значение коэффициента Ψ3=0,485.

Проводим проверку трубопровода на недопустимые пластические деформации по условиям

Подставив значения, получаем следующие зависимости на недопустимые пластические деформации

133,6<142,7

195,7<294,2

Условие проверки трубопровода на недопустимые пластические деформации выполняется.

1.2.3 Расчет длины скважины трубопровода

Ширина зеркала воды ;

Ширина русла между береговыми кромками ;

Высотные отметки:

Левого берега

Дна

Правого берега

Прогнозируемые величины отступления береговых склонов:

Левого

Правого

Заложения откосов береговых склонов :

Левого

Правого

Прогнозируемая глубина размыва дна от наинизшей его отметки

Запас к прогнозируемой глубине размыва дна, м;

Минимальный радиус кривой изгиба трубопровода, м;