авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Разработка методов повышения устойчивости северных газопроводов

-- [ Страница 4 ] --

Максимальное усилие сопротивления грунта qNmax, которое преодолевает осевая сила Nо, меньше общего сопротивления грунта qгр в

713 раз, т.е. практически на порядок. Из этого следует, что главной причиной всплытия трубопровода является выталкивающая сила воды, особенно на начальной его стадии. С другой стороны, достаточно высоким оказывается сопротивление засыпки подъему трубы (qгр = 6,311,2 кН/м). Возможно, в обводненной засыпке выталкивающая сила реализуется не в полной мере, соответственно, снижается сопротивление грунта qгр, а разность qгр- qпл = qN сохраняется. В этом случае для удержания всплывшего участка трубопровода в устойчивом положении возможно снизить объемы балластирующих средств. Нормативные документы независимо от типа болота предписывают закладывать утяжеляющие пригрузы, которые по весовой нагрузке во взвешенном состоянии (в воде) на 2530% перекрывают плавучесть трубы, что существенно увеличивает стоимость балластировки, особенно если не учитывать балластирующую способность заторфованной засыпки.

Практика обследования всплывших участков показывает, что верхняя образующая арки возвышается над поверхностью грунта не более, чем на 0,80,9 Dн для газопроводов диаметром 10201420 мм. Основная причина этого – вес части арки над поверхностью грунта. В этом случае энергетический баланс имеет вид:

АNиq + Эа, ( 10 )

где Эа - энергия подъема надземной части арки. Для получения выражения сопротивления грунта с учетом энергии Эа необходимо выразить площадь проекции Fа надземной части арки на вертикальную плоскость:

, ( 11 )

где f – стрела изгиба всей арки; f – стрела изгиба надземной части арки; l - длина арки.

Для упрощения интегрирования выражение ( 11 ) аппроксимируется степенной функцией , тогда вес Ga надземной части арки равен:

, ( 12 )

где - относительный прогиб; g – ускорение свободного падения; ст – плотность стали; - толщина стенки трубы.

Интегрируя функцию Fа и учитывая Ga по формуле ( 12 ), получим энергию подъема арки:

( 13 )

Уравнение энергетического баланса можно выразить в единицах силы:

, ( 14 )

где Qа= 0,677gстl2 ; Вгр=2l2 /2.

Определим qN из уравнения ( 14 ):

( 15 )

Выражение ( 15 ) связывает сопротивление среды с действующими усилиями и вертикальными перемещениями арки.

На примере всплывшего участка газопровода сечением Dн=1220
12,5 мм получены кривые зависимости qN от f для двух областей развития прогибов 0 f h и f > h, где h – глубина заложения газопровода. Первая область характеризует подъем трубы до выхода на поверхность земли, вторая – дальнейший подъем, когда верхняя образующая арки возвышается над дневной поверхностью (рис. 6).

Пятая глава посвящена разработке и расчетно-экспериментальной апробации новых методов и устройств, повышающих устойчивость северных газопроводов. Описана суть новых технических решений, защищенных патентами на изобретения. Формулы изобретений основаны на использовании энергетического подхода, а также на решениях теорий оболочек и строительной механики.

  Зависимость сопротивления грунта qN от величины подъема всплывшего участка f,-20

Рис. 6 Зависимость сопротивления грунта qN от величины подъема всплывшего участка f, f для разных значений силы N0 = 5 МН (1),
7 МН (2), 9 МН (3)

Получено решение по корректировке очертания оси для плавающих участков в горизонтальной плоскости с целью снижения напряжений изгиба, при этом параметры скорректированного положения определяются из условия равенства приращений длины кривой за счет изменения ее геометрии и изменения параметров газа при ремонте - давления и температуры по зависимости:

, ( 16 )

где f1, f2 - максимальная стрела изгиба оси до корректировки положения и после, м; l1 - длина участка до корректировки; l2 – то же после корректировки, м.

Величина l2 определяется путем решения кубического уравнения с использованием формулы ( 16 ), а затем определяется f2:

, , ( 17 )

где пр= t+0,2кц - продольная деформация стенок трубы газопровода; и=Dн/(22доп) – продольная деформация стенки трубы в месте максимальной стрелы изгиба участка; 2доп - минимально допустимый радиус изгиба участка газопровода при возобновлении эксплуатации, м.

Получены также зависимости для корректировки оси участка, когда металл работает в упруго-пластической стадии деформирования, например, в вершине кривой изгиба (рис. 7).

Параметры скорректированной оси газопровода имеют вид:

, , ( 18 )

где ксн=(ост+доп)/пол- коэффициент снижения деформаций.

Результаты расчета использованы в процессе создания изобретения по патенту РФ №2180718, касающегося приведения плавающего участка в устойчивое положение со снижением деформаций изгиба.

Перейдем к участкам пересечения малых водных преград. Размыв и оголение газопроводов на подземных переходах через малые водные преграды - ручьи, речки, водотоки - одно из самых частых проявлений нарушения технического состояния газопроводов в процессе его эксплуатации. Одним из эффективных методов восстановления устойчивого положения переходов через малые водные преграды (МВП) является заглубление (подсадка) существующего газопровода в новое расчетное положение без вырезки труб и разрезки участка подсадки. На метод подсадки получены патенты РФ № 2196269, №2285186. Разработаны расчетная методика подсадки, технология работ по заглублению участка газопровода и методы его балластировки с учетом высоких горизонтов воды. Расчетная методика может быть использована также для случаев, когда осуществляется вырезка дефектных катушек.

К определяемым параметрам подсадки относятся: начальное положение участка по профилю, форма кривой заглубления участка, длина участка подсадки, возникающие усилия и напряжения при подсадке и возобновлении эксплуатации газопровода.

Исходной базой данных для расчета параметров подсадки является профиль существующего положения газопровода, размеры его сечения, физико-механические свойства грунтов на границах участка подсадки, нагрузки и воздействия на газопровод. Разрешающее уравнение энергетического баланса усилий метода подсадки связывает погонный вес трубопровода и длину участка подсадки:

, ( 19 )

где CX0 - коэффициент постели грунта при сдвиге трубы, Н/м3; сл – накопленная деформация в процессе эксплуатации трубопровода; t=t - температурная деформация.

Формулу (19) можно упростить с учетом запаса длины разрабатываемой траншеи в виде:

, (20)

где f0 - стрела профиля газопровода до подсадки; f1 – то же после подсадки.

Длина подсадки определяется графоаналитическим методом. Строятся два профиля - расчетный и реальный по данным геодезического нивелирования. Точка пересечения кривых дает решение.

Разработан новый метод прокладки газопровода в глубоком болоте с неравномерной мощностью торфа. Метод базируется на явлении осадки водонасыщенного торфа при воздействии на его поверхность распределенной нагрузки, создаваемой насыпью. При прокладке трубопровода в насыпи на глубоком неосушенном болоте II - III типа, наблюдается осадка насыпи и выдавливание торфа. Известна зависимость высоты насыпи от глубины болота при постоянной осадке насыпи:

, (21)

где Sст - стабилизированная (конечная) осадка насыпи, м; н - объемный вес грунта насыпи, Н/м3; h - высота насыпи, м; т - объемный вес торфа, Н/м3; нп - объемный вес подводной части насыпи, Н/м3; Н – глубина болота, м.

Зависимость (21) отражает суть предлагаемого метода. Задавая наперед величину Sст в виде константы и зная весовые характеристики грунтов, можно варьировать высотой h в зависимости от глубины болота H. Неизменность осадки Sст для болот с горизонтальной поверхностью сводит к минимуму изгибающие моменты в теле трубопровода, что повышает его эксплуатационную надежность. Кроме того, в новом методе насыпь армируется синтетическим ковровым материалом, формирующим из минеральной части насыпи искусственное основание вокруг трубопровода, повышающее его продольную устойчивость в торфяном слое при эксплуатации. По данному методу получен патент РФ №2227857.

Разработаны новые способы балластировки с применением геотекстильных материалов и полимерно-контейнерных устройств. На базе комбинированного способа балластировки создан новый способ, защищенный патентом РФ № 2153119, в котором ЖБУ заменены на дополнительные блоки засыпки, заключенные в ковры НСМ. В результате выросла экономичность способа балластировки.

Дальнейшее развитие методов повышения устойчивости участков МГ связано с созданием впервые в мировой практике полимерно-контейнерных устройств (ПКУ), являющихся изделиями полной заводской готовности и защищенных двумя патентами РФ на изобретения №2047035, № 2185561 (рис. 8).

ПКУ представляет собой полый П-образный короб, содержащий наружные плоские боковые 1 и лобовые 2 стенки, нижние торцевые участки 3, опорный криволинейный свод 4, сопряженный с внутренними боковыми стенками 5, силовой пояс 6 в 1-2 слоя по верхнему периметру короба. Первый вариант ПКУ (пат № 2047035) выполняли из полотен НСМ с пропиткой их полимерным связующим (полиэфирная смола). Для второго варианта использовали стекломатериалы, пропитанные эпоксидной смолой (пат. № 2185561). Прочность на разрыв стенок по результатам испытаний образцов второго варианта ПКУ составляет 149-220 МПа, что на порядок выше, чем у ПКУ первого варианта.

Рис.8 Общий вид ПКУ (а), продольный разрез (б): 1 боковая стенка; 2 лобовая стенка; 3 нижний торцевой участок; 4 криволинейный свод; 5 внутренняя боковая стенка; 6 силовой пояс.

Разработан также сборный пакет-утяжелитель (СПУ), объединяющий преимущества способов балластировки с применением НСМ и ПКУ. На устройство СПУ и способ балластировки с их использованием получен патент РФ № 2054595.

Определена экономическая эффективность новых способов балластировки газопроводов с применением НСМ и ПКУ по сравнению с балластировкой ЖБУ. Например, экономический эффект балластировки с применением НСМ составляет 5,082 млн. руб., а в случае использования ПКУ - 2, 673 млн. рублей в расчете на 1 км газопровода диаметром 1420 мм.

В шестой главе рассмотрены результаты практической реализации методов обеспечения устойчивости МГ на обводненных, заболоченных участках трассы, а также в зоне распространения вечной мерзлоты. В течении 1988 - 1990 гг. широкое внедрение прошел комбинированный способ балластировки по авт. свид. №1645720 на линейной части строящейся системы МГ Ямбург-Ныда. Внедрение осуществлено на МГ Ямбург-Тула 1, км 111-151; лупинге МГ Ямбург-Тула, км 111-151; Ямбург-Тула 2, км 33,4-112; Ямбург – Поволжье, км 112-152. Общий объем внедрения составил 60,9 км, экономический эффект с переводом цен на 2006 г. составляет 250 млн. руб.

На объекте реконструкции МГ Грязовец-Ленинград, км 195-197 в 2002 г. внедрен способ прокладки трубопровода по патенту № 2227857. С применением НСМ проложен участок газопровода в глубоком (до 7 м) болоте протяженностью 2265 м без единого ЖБУ. Экономический эффект составил 3,67 млн. руб. На этом же газопроводе в пределах км 252-292 после переизоляции с использованием также патента № 2227857 забалластировано 4,320 км газопровода с экономическим эффектом 6,165 млн. рублей.

На всплывших участках Ухта-Торжок 1, км 894; Ухта-Торжок 2, км 984; Грязовец-Ленинград 2, км 29; Ухта-Торжок 3, км 152 внедрены стеклопластиковые ПКУ по патентам № 2047035, № 2185561. Всего установили 202 ед. ПКУ. Кроме ПКУ частично использовали НСМ, ЖБУ. Балластировку с НСМ по патенту №2153119 внедрили на всплывших участках Ухта-Торжок 2, км 559; км 563; Ухта-Торжок 3, км 559. Результаты экономического расчета по всплывшим участкам приведены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты экономического расчета по всплывшим участкам

Объект, км Протяженность балластировки, м Способы балластировки с применением Количество, шт, м2 Экономический эффект, тыс. руб.
Ухта-Торжок 1, км 894 118 НСМ ПКУ 900 м2 30 шт 179,647
Ухта-Торжок 2, км 984 162 ПКУ 92 234,616
Грязовец-Ленинград 2,
км 29
155 НСМ ПКУ 4455 м2 40 шт 111,614
Ухта-Торжок 2, км 559 240 НСМ 5130 м2 1098,840
Ухта-Торжок 2, км 563 125 НСМ 2583 м2 575,060
Ухта-Торжок 3, км 559 350 НСМ 7300 м2 1686,400
Ухта-Торжок 3, км 152 140 ПКУ НСМ ж/б 40 шт 735 м2 8 шт 346,280
Итого 4232,457 тыс. руб.


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.