устройство для транспортировки газа и жидкостей через глубоководные пространства (море, океан)

Формула изобретения

Устройство для транспортировки газа и жидкостей, содержащее взвешенный в толще воды трубопровод, соединенный гибкими тросами с плавучими опорами, отличающееся тем, что оно снабжено свободнорасположенными на дне грузами, эластичными резиновыми или подпружиненными изменяемой длины растяжками с зажимами, страховочными тросами и закрепленными на трубопроводе пластмассовыми обжимными, выполненными из двух полуколец муфтами, при этом на последних закреплены концы гибких тросов плавучих опор, причем грузы и муфты соединены растяжками и страховочными тросами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам транспортировки газа и жидкостей через глубоководные пространства.

За последние десятилетия в связи с развитием разработок морских месторождений нефти и газа значительно возросли объемы строительства подводных трубопроводов, увеличились их диаметры и количество перекачиваемых по ним продуктов.

Переход через водные преграды является наиболее трудоемким и дорогостоящим элементом инженерных сооружений линейной части трубопроводов. Прокладка водных переходов обходится в 2-3 раза дороже, чем наземное сооружение такой же длины [1]. Особенно сложна и дорога перекладка трубопроводов через открытые пространства морей и океанов.

В изобретении рассматривается вопрос транспортировки газа и жидкостей по глубоководным магистральным трубопроводам.

В соответствии с ВНТП2-62 к ним относятся работающие круглосуточно трубопроводы с диаметром более 219 мм, длиной более 50 км и глубиной погружения более 200 м [2, 3].

Обычно такие трубопроводы относятся к первому [1] классу - высоконапорных (рассчитанных на давление P25 кг/см), что обеспечивает транзитный проход всего объема транспортируемого продукта по трубопроводу (или его части).

Общепринятая методика прокладки водного перехода непосредственно по дну, в траншее, трубе и т.п. требует дорогих трудоемких и длительных излучений геологии, гидрологии и геоморфологии предполагаемой трассы подводного перехода. Существенными являются рельеф берега и дна, геология трассы и района, устойчивость грунта дна, влияние насосов, волнения, ветра и т.п. [4].

Жесткие требования, предъявляемые к рельефу дна, геологии и т.п. трассы подводного перехода приводят к необходимости прокладывать трубопровод не по кратчайшему пути, между условными "источником" "потребителем", а в соответствии со спецификой природных условий. Это приводит к удлинению трубопровода, необходимости строительства дополнительных инженерных сооружений и удорожанию строительства и эксплуатации.

Для предохранения подводного перехода от всплытия, т.е. придания ему надежной отрицательной плавучести проводится балластировка подводных трубопроводов специальными утяжелителями. Балластировка стала особенно существенным элементом трубопровода в связи с ростом диаметров труб, т.к. сила, выталкивающая их из воды, пропорциональна квадрату их диаметра [5]. В отечественной практике для балластировки применяют чугунные и железобетонные одиночные кольцевые грузы (из 2-х половин), надеваемые на трубу. Вес необходимого груза, обеспечивающего устойчивость трубопровода, определяется нормами СН и ПД-45-75 [6], он зависит также от профиля дна, радиусов кривизны плетей и т.п.

Аварии подводных трубопроводов приводят к большим убыткам, связанным с нарушением экологии района и затратами на ремонт.

Как показывает статистика [5, 6], основными причинами аварии являются

движение трубопровода по дну вследствие влияния волн и течений, что приводит к стиранию труб и появлению трещин;

удары трубопровода о скалообразования при шторме приводят к обрыву балласта и механическим повреждениям;

недостаточная балластировка;

провисание нефтепровода вследствие размыва грунта.

Однако наиболее частой причиной аварии (72%) являются повреждения трубопровода, вызванные вибрациями (особенно при частичном провисании) под воздействием потока воды [5].

Для борьбы с ошибкой в балластировке и механического упрочнения трубопровода увеличивают толщину его стенок, что связано с усложнением производства труб и дополнительными расходами металла [7]. В прибрежной зоне с глубинами менее 10 м оптимальным способом защиты нефтепровода является загрубление его в грунт, однако при больших глубинах, сложном профиле дна (скалы-песок-скалы) загрубление трубоемко, дорого и не всегда возможно.

Предлагаемое устройство исключает ряд недостатков, свойственных общей методике прокладки и устройств подводных трубопроводов.

Осуществление глубоководного трубопровода заключается в размещении его во взвешанном (на плаву) состоянии на глубинах, где отсутствует влияние волн. Положительная плавучесть трубопровода обеспечивается расположенными вдоль по трассе подводными буями, рассчитанными на то, что приведенная, выталкивающая трубопровод из воды сила не будет более 5-10 кг в местах закрепления буев; в этом же месте расположены крепления трубопровода гибкими, эластичными тросами к свободно расположенным на дне грузам (например, бетонным или якорям), исключающим возможность его произвольного всплытия. При таком способе расположения трубопровода и конструкции крепления исключается влияние вибрации (см. п. 3), становится не существенным рельеф дна, появляется возможность прокладки трассы по кратчайшему расстоянию, исключается необходимость в балластировке и утяжелении труб для придания трубопроводу отрицательной плавучести, отпадает необходимость в трудоемких и сложных подводных земляных работах.

При необходимости трубопровод может быть оснащен подводными радио-буями для исключения аварии при столкновении с подводными лодками и буями на поверхности для предохранения от повреждения якорями и сетями.

Известны подводные трубопроводы, расположенные в толще воды на жестких опорах 8, однако они не исключают влияние вибраций, рельефа дна и необходимости сложных подводных земляных работ.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез трубопровода: на фиг. 2 и 3 - закрепление концов работы и тросов на муфте; на фиг. 4 - зажимная муфта.

Устройство (конструктивная схема) взвешенного трубопровода изображено на фиг. 1.

на трубопроводе 1 закреплена болтами 2 пластмассовая обжимная муфта 3, которая состоит из двух полуколец 4, 5. На фланцах полуколец расположены отверстия для закрепления тросов тяг 6, свободно страховочных синтетических концов 7 и создающих подъемную силу двух одинаковых буев 8. При необходимости обозначения трассы трубопровода некоторые из буев могут располагаться на поверхности водоема. Буи рассчитаны на то, что каждого из них достаточно для надежного поддержания трубопровода в рабочем состоянии.

Закрепление всех тросов осуществляется изготовленными из нержавеющего материала зажимными муфтами 9 с отверстиями 10 с диаметрами, равными диаметрам тросов. Муфта закрепляется винтом 11 на свободном конце соответствующего троса и позволяет легко изменить его длину.

Для создания упругой "виброустойчивой" системы тросы, присоединенные на дне к грузам 12 выполнены из резины или синтетики. В последнем случае они прикрепляются к муфте 3 через промежуточную пружинную вставку 13.

Литература

1. Шадрин О.Б. (и др.) Проектирование и строительство газонефтепроводов, 1990.

2. Бородавкин П.П. (и др.) Подводные трубопроводы, 1972.

3. Алиев Р.А. (и др.) Техника и технология транспортировки нефти, 1992.

4. Искандеров И.А. Вопросы проектирования и строительства морских трубопроводов, 1970 г.

5. Левин С. П. Предупреждение аварий и ремонт подводных трубопроводов, 1963.

6. Камышев М.А. (и др.) Строительство морских трубопроводов.

7. Камышев М.А. (и др.) Новая техника и технология строительства подводных переходов магистральных трубопроводов, 1987.

8. Вершинин А.А., Лайкевич С.С. Подводный пультопровод, авторское свидетельство 16 2/100, УДК 621,623 (088.8).