WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Научные основы строительства объектов трубопроводного транспорта в сложных инженерно-геологических условиях были заложены трудами отечественных учёных: В.Л.Березина, П.П.Бородавкина, О.М.Иванцова, Л.Г.Телегина, А.Г.Гумерова, А.Б.Айнбиндера, А.Г.Камерштейна, Н.П.Васильева, И.В.Перуна, Н.А.Малюшина, В.В.Харионовского, Г.Г.Васильева, Н.Х.Халлыева, С.М.Соколова, И.Г.Абдуллина, Н.П.Глазова, А.М.Зиневича, а также зарубежных:

С.Л.Куперуайта, Р.Г.Маршалла и др.

Развитию теоретических основ технической мелиорации грунтов способствовали работы М.М.Филатова, С.С.Морозова, В.М.Безрука, Е.М.Сергеева, В.Е.Соколовича, Б.А.Ржаницына, Л.В.Гончаровой, С.Д.Воронкевича и применительно к практике трубопроводного строительства работы Л.А.Бабина, Л.И.Быкова, Ю.И.Спектора, С.К.Рафикова, Т.Г.Ведерниковой и др.

В результате анализа теории и практики применения грунтов с улучшенными свойствами при строительстве линейной части нефтегазопроводов научно обоснованы различные конструктивные схемы прокладки трубопроводов в специально обработанных грунтах и предложена классификация способов прокладки трубопроводов. В соответствии с данной классификацией определена возможность использования ГФГ при подземной и наземной прокладке с целью предотвращения смерзания изоляции с грунтом, балластировки трубопровода, деаэрации электролита почвы, уменьшения опасности биокоррозии путём обработки ядохимикатами, замены грунта на менее коррозионно-агрессивный, теплоизоляции трубопровода и обеспечения гидрофобизации. Классификация способов прокладки трубопроводов представлена на рис. 1.

СПОСОБЫ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ Надземная Подземная Наземная В обсыпке специально обработанным грунтом Рис. 1. Классификация способов прокладки трубопроводов:

– рекомендуется применение гидрофобизированных грунтов компенсаторами грунтом щелочами агрессивный Зигзагообразная прокладка В обсыпке минеральным грунтом Прямолинейная прокладка со слабо В тоннелях, каналах и коллекторах обеспечение гидрофобизации балластировка трубопровода теплоизоляция трубопровода деаэрация электролита почвы изогнутыми компенсационными участками путем обработки ядохимикатами уменьшение опасности биокоррозии замена грунта на менее коррозионно нейтрализация грунта кислотами или Прямолинейная прокладка с П, Г, Z образными предотвращение смерзания изоляции с На основании изучения современного состояния исследований различных грунтов с улучшенными свойствами определены область применения и перспективы использования ГФГ на объектах трубопроводного транспорта при строительстве линейной части трубопроводов, ремонте изоляционных покрытий нефтегазопроводов, строительстве и ремонте резервуаров.

Учитывая опыт использования методов технической мелиорации грунтов в трубопроводном строительстве, в работе основное внимание было уделено двум направлениям: одно из них связано с исследованиями по влиянию ГФГ на свойства изоляционных покрытий в период эксплуатации, второе – по применению органических вяжущих и ГФГ при ремонте трубопроводов.

Выявлены основные причины возникновения дефектов защитных покрытий трубопроводов, сформулированы требования к основным свойствам и характеристикам материала изоляции. Ввиду того, что этим требованиям не удовлетворяет ни одно из существующих на сегодняшний день покрытий, сделан вывод о необходимости защиты изоляционных покрытий от негативного воздействия окружающей грунтовой среды обвалованием из ГФГ.

Обсыпка изолированного трубопровода ГФГ защищает изоляцию от механических повреждений при засыпке и создаёт защитную оболочку (или экран), препятствующую отрицательному воздействию окружающей среды на защитные свойства изоляции. При этом значительно увеличивается срок службы защитных покрытий, что позволяет эксплуатировать трубопроводы без переизоляции и капитального ремонта весь нормативный срок – 30 и более лет.

На рис. 2 показано соотношение стоимости и срока службы различных защитных покрытий трубопроводов с учётом воздействия окружающей среды. Широкое применение полимерных ленточных и мастиСуществующее Предлагаемый Перспективные направления положение способ 40 Полимерцементные, полиуретаПолимерные Заводские новые, ленточные полиэтилефосфатнои мастичные новые, теркерамив обсыпке Полимерные моусаживаческие гидрофобиленточные ющиеся зированным и мастичные грунтом - срок службы защитных покрытий - уменьшение срока службы защитных покрытий вследствие воздействия окружающей грунтовой 9 среды - относительная стоимость защитных покрытий - дополнительная стоимость на гидрофобизацию грунта обсыпки трубопровода Рис. 2. Соотношение стоимости и срока службы защитных покрытий трубопроводов с учетом воздействия окружающей грунтовой среды чных защитных покрытий в нашей стране обусловлено их сравнительно невысокой стоимостью, но, с другой стороны, как показывает опыт эксплуатации, требуется проведение ремонтных работ в течение нормативного срока службы трубопровода. Применение в качестве обсыпки трубопровода ГФГ увеличивает срок службы защитных покрытий до нормативного значения. Экономические расчёты показывают, что затраты на гидрофобизацию грунта более чем на два порядка ниже, чем затраты на переизоляцию трубопровода в период эксплуатации.

Объём применения заводских полиэтиленовых и термоусаживающихся защитных покрытий с каждым годом возрастает. Они Срок службы, лет Относительная стоимость использовались при строительстве нефтепровода Каспийского трубопроводного консорциума, в нефтяной компании «ЛУКОЙЛ», планируется внедрение в системе АК «Транснефть». На сегодняшний день расширение применения ограничивается высокой стоимостью и доля в общем объёме составляет менее 10%. Разработанные за рубежом полимерцементные, полиуретановые, фосфатно-керамические и др.

защитные покрытия являются весьма перспективными, но дорогостящими.

Поэтому с точки зрения экономической целесообразности наиболее приемлемым на сегодняшний день является применение полимерных ленточных и мастичных покрытий в обсыпке из ГФГ.

В качестве вяжущего вещества для гидрофобизации грунта используются вяжущие для магистральных трубопроводов, выпускаемые по ТУ 0258-001-02080196-2000 «Вяжущее нефтяное летнее ВМТ-Л» и ТУ 0258-002-02080196-2003 «Вяжущее нефтяное зимнее ВМТ-3», разработанные при участии автора.

Дополнительным мероприятием по повышению надёжности эксплуатации трубопроводов является использование новых конструкций и технологий нанесения полимерных лент и обёрток с двусторонним липким слоем.

В результате анализа состояния эксплуатируемых трубопроводов выявлено, что многие магистральные и промысловые трубопроводы, введённые в эксплуатацию в прошлые годы, требуют ремонта. В связи с этим ежегодно растут капитальные затраты на проведение ремонтных работ. Ориентировочные расчёты показали, что для обеспечения требуемого уровня надёжности трубопроводов необходимо увеличить более чем в 5 раз ежегодные объёмы работ по капитальному ремонту линейной части. Поэтому сделан вывод о необходимости создании технологии ремонта трубопроводов, обеспечивающей ускорение темпов ремонтных работ, снижение материальных и трудовых затрат при сохранении высокой надёжности. Сформулированы преимущества способа ремонта изоляционных покрытий трубопроводов восстановлением защитных свойств с применением органических вяжущих веществ и ГФГ.

Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований по гидрофобизации грунтов вяжущими веществами ВМТ для закрепления трубопроводов на проектных отметках и защиты изоляционных покрытий трубопроводов, проводимых в период строительства и ремонта при различных условиях прокладки.

Лабораторные эксперименты, в результате которых определились характеристики ГФГ, позволили разработать рекомендации по использованию вяжущих веществ на объектах трубопроводного транспорта.

Получение водостойкого гидрофобизированного материала зависит от ряда факторов, основными из которых являются: вид, состав и влажность исходного грунта, дозировка вяжущих веществ, однородность смеси и качество её уплотнения.

Из всего многообразия исследованных грунтов (глина, торф, суглинок, супесь, песок) закреплению вяжущими веществами без корректировки гранулометрического состава подлежат суглинки и супеси.

Для северных регионов нашей страны, где преобладают пески и торф, для закрепления и гидрофобизации вяжущим ВМТ-Л рекомендуется смешивать эти грунты в соотношении 30% – песок, 70% – торф.

Предшествующие исследования по закреплению грунтов органическими вяжущими продуктами производились Л.А.Бабиным, Л.И.Быковым, Ю.И.Спектором, С.К.Рафиковым для летних условий их применения при строительстве объектов трубопроводного транспорта.

С целью круглогодичного ведения строительных работ разработано вяжущее для магистральных трубопроводов зимней модификации – ВМТ-с требуемыми гидрофобными и связывающими свойствами, которое может эффективно применяться для закрепления и гидрофобизации грунтов при температуре окружающего воздуха до минус 25 С.

Для основных характеристик грунтов по экспериментальным данным проведён регрессионный анализ и получены зависимости. На рис. 3 предМПа 0,0,0,max Rmax = 0,0,0,0,0,0,0,0,wmax = 18,kmax = 6,% Влажность грунта, W Дозировка вяжущего, k % Рис. 3. Зависимость предела прочности на сжатие образцов суглинка от дозировки вяжущего ВМТ-3 и влажности грунта:

– экспериментальные данные; – точка максимальной прочности грунта;

R=(0 0,1) МПа; R=(0,1 0,2) МПа; R=(0,2 0,3) МПа; R=(0,3 0,36) МПа; R=0,36 МПа и выше ставлено графическое изображение зависимости R (прочности при сжатии) образцов суглинка от дозировки вяжущего k при различной влажности грунта W,%. Эта зависимость имеет вид:

R = aR + bR k + cR W + dR k2 + eR W2 + fR k W, (1) где aR, bR, cR, dR, eR, fR – коэффициенты регрессии.

В соответствии с разработанными требованиями, гидрофобизации вяжущими ВМТ подлежат суглинки с влажностью, отличающейся от оптимального значения не более, чем на 5%.

Зависимость водонасыщения WВ суглинка от дозировки вяжущего при различной влажности имеет вид:

WВ = aВ + bВ W + cВ k + dВ W2 + eВ k, (2) где aB, bB, cB, dB, eB – коэффициенты регрессии.

Графическое изображение этой зависимости представлено на рис.4.

Прочность при сжатии, R 14,% 14,12,12,10,10,8, 8,6,6,24,23,% 22,5,6,21,7,8,Влажность грунта, W 20,9,Дозировка вяжущего, k 10,% Рис. 4. Зависимость водонасыщения образцов суглинка от дозировки вяжущего при различной влажности:

• экспериментальные данные Поcтроенные поверхности позволяют найти искомые значения Rmax, равное 0,39 МПа, и WВmin, равное 5%, и область допустимых значений k и W в соответствии с разработанными требованиями к свойствам ГФГ.

В результате проведённых исследований установлено значительное снижение коррозионной активности ГФГ с увеличением дозировки вяжущих. Эксперименты, проводившиеся по трём методам: потере массы стальных образцов, удельному электросопротивлению и плотности поляризующего тока, показали идентичные результаты: коррозионная активность снижается с высокой до низкой согласно классификации нормативных документов. На рис.5 представлено графическое изображение поверхности зависимости плотности тока от дозировки вяжущего и температуры.

Наибольший эффект понижения коррозионной активности грунтов в 10 и более раз наблюдается при температурах более 15 °С при увеличении n Водонасыщение, W 1,мА/см1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,10,0,°С 0,4,-10,00 8,12,-20,00 16,Температура, t Дозировка вяжущего, k 20,% Рис. 5. Зависимость плотности тока от температуры для проб засолённой супеси при различной дозировке вяжущего:

• экспериментальные данные дозировки вяжущего до 10%, поэтому на наиболее опасных в коррозионном отношении «горячих» участках трубопроводов, например, после КС, для повышения надёжности эксплуатации необходимо производить обсыпку трубопроводов ГФГ.

Нахождение оптимального значения дозировки вяжущего производилась по принципу суперпозиции. Оптимальное значение определялось исходя из суммарного изменения целевой функции от основных влияющих параметров: коррозионной активности, газопроницаемости, коэффициента водоустойчивости, сцепления, набухания, водонасыщения и прочности на сжатие ГФГ. Для этого была определена зависимость нормированных функций от их дозировки (рис. 6).

На основании проведённых экспериментов и расчётов по построению целевой функции определена оптимальная дозировка вяжущего для гидрот Плотность тока, 1,Плотность тока, А/см 1, Сцепление, МПа 0, Коэффициент водоустойчивости Набухание, % 0, Водонасыщение, % 0, Газопроницаемость, мД 0, Сопротивление сжатию, МПа 468 10 Дозировка вяжущего, % Рис. 6. Графики зависимостей нормированных функций от дозировки вяжущего фобизации грунтов – 9,6% от массы грунта (рис. 7). При этой дозировке все микрочастицы грунта покрыты плёнкой вяжущего продукта, наблюдается наибольшее значение коэффициента водоустойчивости и сцепления, структура грунта становится зернисто-плёнчатой.

Для оценки влияния обсыпки из ГФГ на скорость коррозии металла трубопровода был рассмотрен процесс электрохимического разрушения его стенки с учётом изменения переходного сопротивления по следующей схеме. Сопротивление dR элементарного цилиндрического слоя грунта толщиной dr вычисляется как dr dR =, (3) 2 r L где – удельное электросопротивление грунта, Ом·м;

r – радиус слоя, м;

L – длина трубопровода, м.

i,j Нормированное значение, y А 0,• 0,0,-0,-0,-0,4 5 6 7 9,6 11 8 9 Дозировка вяжущего, % Рис. 7. Зависимость целевой функции от дозировки вяжущего:

т.А – точка оптимального значения дозировки вяжущего при максимальном значении целевой функции Сопротивление слоя конечной толщины =r2–r1 вычисляется интегрированием по пределам от rтр до rслоя:

rтр + слоя слоя слоя слоя R = ln = ln 1 +, (4) слоя 2 L rтр 2 L D тр где слоя – толщина слоя ГФГ, м;

Dтр – диаметр трубопровода, м;

rтр – радиус трубопровода, м.

Переходя от сопротивления одного погонного метра трубы к сопротивлению единицы площади трубы диаметра Dтр, т.е. к переходному сопротивлению, находим Dтр 1 2 слоя слоя Rп.слоя = Rслоя L Dтр = ln + 2 Dтр. (5) Полученная формула (5) была проверена экспериментально, результаты представлены на рис. 8. Как следует из представленных Целевая функция, S 3,2, 2,1, 0, 0 0,05 0,1 0,15 0,Толщина слоя ГФГ, м Рис. 8. Экспериментальная проверка формулы (5) при Dтр=500 мм, слоя=50 Ом м:

сплошная линия – расчет по формуле (5), - экспериментальные данные данных, формула (5) удовлетворительно описывает экспериментальные данные.

Скорость коррозии в зависимости от толщины обваловки и диаметра трубопровода определяется по полученному соотношению:

1000U M V =, мм/год, (6) слоя 2слоя грунта r * Rп.из Z F Dтр ln1+ + ln + 2 Dтр 2 rтр +слоя D где М – молярная масса материала трубы, кг/моль;

Z – валентность железа в электрохимической реакции;

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»