РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЕМОГО ТЕПЛООБМЕНА НАЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА В НАСЫПИ В РЕЖИМЕ САМОПОГРУЖЕНИЯ С ЗАМЕРЗШЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

З. Р. Кутлыева, Н. А. Гаррис, О. А. Глухов

Аннотация


В районах распространения вечной мерзлоты на территории России создана разветвленная инфраструктура объектов трубопроводного транспорта. Наиболее крупными проектами магистральных трубопроводов являются «Восточная Сибирь - Тихий Океан 1, 2» (ВСТО), «Ванкор - Пурпе», «Заполярье - Пурпе», «Ямал - Европа», «Куюмба - Тайшет» и «Сила Сибири». Основные и вспомогательные объекты трубопроводной системы используют многолетнемерзлый грунт в качестве оснований и рассчитаны на эксплуатацию в определенных температурных условиях. Рост температуры мерзлых грунтов и уменьшение их несущей способности представляют серьезную угрозу для дорог, нефте- и газопроводов, резервуаров, площадок нефтегазопромысловых объектов, зданий и сооружений. В зонах распространения мерзлоты грунты крайне различны по составу, влагосодержанию и стабильности в условиях таяния и промерзания. Если трубопровод функционирует как холодное устройство, то имеет место перепад пучения грунта по причине возникновения ассиметричных ледяных образований, появляющихся на трубе со временем. Если трубопровод функционирует как горячее устройство, грунт может начать таять, что приведет к неравномерной осадке. Предельные условия также возникают на границе раздела разных грунтов. Эти неравномерные движения приводят к возникновению горизонтальных, вертикальных и поперечных напряжений, продольных напряжений и напряжений кручения на трубопроводе. Скорость и степень таких перемещений определяются теплотехническим расчетом, однако их последствия не оцениваются в нормативных документах. Из СП 25.13330.2012 не ясно, какие размеры ореолов или какие величины осадок опасны для трубопроводов, работающих в тех или иных условиях на мерзлоте. На основе практики эксплуатации трубопроводов было замечено, что трубопровод, проложенный наземно, имеет меньшую аварийность. Исходя из этого в данной статье обоснована применимость наземной прокладки трубопровода на мерзлоте с учетом его самопогружения. Решена задача теплообмена наземного трубопровода в насыпи с учетом его самопогружения с замерзшей поверхности. Определены величины осадок и выпучивания трубопровода, положение оси трубопровода при достижении стабильной отметки. В работе учитываются режимы перекачки, при которых величина ореола протаивания в течение всего периода эксплуатации остается в допустимых пределах для предотвращения прогрессирования таяния мерзлого массива грунта.

Ключевые слова


наземная прокладка;теплообмен трубопровода в насыпи;регулируемый теплообмен;осадка;выпучивание;самопогружение;устойчивость трубопровода;мерзлота;многолетнемерзлый грунт;торфяное основание;«плавающий трубопровод»;техногенное воздействие;ground laying;heat transfer of the pipeline in the bunch;controlled heat exchange;sediment;buckling;self-dipping;pipeline stability;frozen ground;permafrost soil;peat base;«floating pipeline»;anthropogenic impact;

Полный текст:

PDF

Литература


Соколов С.М. Теоретические основы новых методов сооружения нефтепромысловых трубопроводов в условиях Западной Сибири: дисс. … д-ра техн. наук. Тюмень: 2009. 490 с.

Димов Л.А., Богушевская Е.М. Магистральные трубопроводы в условиях болот и обводненной местности. М.: Горная книга, 2010. 392 с.

Кривошеин Б.Л., Агапкин В.М., Двойрис А.Д. Способы прокладки и эксплуатация трубопроводов в условиях вечной мерзлоты. М.: ВНИИОЭНГ, 1975. 111 с.

Ruixia He, Huijun Jin. Permafrost and Cold-Region Environmental Problems of the Oil Product Pipeline from Golmud to Lhasa on the Qinghai - Tibet Plateau and Their Mitigation // Cold Regions Science and Technology. 2010. Vol. 64. No. 3. P. 279 - 288.

Шац М.М. Геоэкологические проблемы нефтегазовой отрасли Якутии // Промышленная безопасность и экология. 2009. № 10 (43). С. 36-42.

Гаррис Н. А., Закирова Э.А. Третий принцип использования мерзлых грунтов в качестве основания трубопроводов // Территория «Нефтегаз». 2017. № 5. С. 70 - 78.

СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88. М.: Минрегион России, 2012. 116 с.

Пат. 609019 СССР, МПК F 16 L 1/026. Способ прокладки трубопровода / С.М. Соколов, Г.А. Зайцева. 2341437, Заявлено 02.04.1976; Опубл. 30.05.1978. Бюл. 20.

Пат. 861167 СССР, МПК В 63 В 21/40. Выстреливаемый анкер / С.М. Соколов, В.А. Гагин, В.М. Сайфуллин. 2499926, Заявлено 27.06.1977; Опубл. 07.09.1981. Бюл. 33.

Пат. 1013689 СССР, МПК F 16 L 1/02. Способ прокладки подземного трубопровода / С.М. Соколов, В.В. Бессараб. 823392098, Заявлено 05.02.1982; Опубл. 23.04.1983. Бюл. 15.

Гаррис Н.А., Кутлыева З.Р., Баева Г.Н. Алгоритм регулирования процесса протаивания-промерзания грунта вокруг наземного трубопровода в условиях вечной мерзлоты // Нефтегазовое дело. 2018. Т.16, № 6. С. 46-55. DOI: 10.17122/ngdelo-2018-6-46-55.

Гаррис Н.А. Эксплуатация нефтепродуктопроводов в различных температурных режимах и загрузках при условии сохранности экологической среды: дисс. … д-ра техн. наук. Уфа, 1998. 385 с.

Соколов С.М., Ткаченко Е.И., Даниэлян Ю.С. Определение зоны оттаивания под тепловыделяющими сооружениями при точной формулировке нижнего граничного условия // Нефтяное хозяйство. 2006. № 12. С. 128 - 129.

Соколов С.М. Разработка и экспериментальное обоснование методики расчета осадки торфяного основания // Известия вузов. Нефть и газ. 2008. № 3. С. 53 - 58.

Соколов С.М. Исследование сопротивления торфяного грунта засыпки вертикальным перемещениям трубопровода при применении геотекстильных материалов // Нефтяное хозяйство. 2008. № 5. С. 78 - 79.

Соколов С.М. Многолетнемерзлые грунты в качестве основания промысловых трубопроводов // Нефтяное хозяйство. 2008. № 10. С. 126 - 127.

Харионовский В.В. Повышение прочности газопроводов в сложных условиях. Л.: Недра, 1990. 180 с.

Гаррис Н.А., Закирова Э.А., Кутлыева З.Р. Учет тепла трения при расчете режима регулируемого теплообмена нефтепровода с мерзлым грунтом // Нефтегазовое дело. 2017. Т. 15. № 1. С. 108 - 113.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ngdelo-2019-5-62-71

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2019 З. Р. Кутлыева, Н. А. Гаррис, О. А. Глухов

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

УФА, УГНТУ, 2017