Основы сооружения объектов трубопроводного транспорта и хранения углеводородов


Е. Е. Яворская, Е. В. Исупова





                ОСНОВЫ СООРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА И ХРАНЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ





Учебное пособие















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 622.69
ББК 33.362 Я22




Рецензенты:
доктор технических наук, профессор кафедры транспорта и хранения нефти и газа Санкт-Петербургского горного университета И. А. Шаммазов;
кандидат технических наук, доцент кафедры проектирования и эксплуатации магистральных газонефтепроводов Ухтинского государственного технического университета А. А. Игнатик

     Яворская, Е. Е.
Я22       Основы сооружения объектов трубопроводного транспорта и хране-
     ния углеводородов : учебное пособие / Е. Е. Яворская, Е. В. Исупова. -Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 220 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1056-4

     Приведены основные сведения о назначении магистральных трубопроводов и области их применения. Представлена технология и организация строительных работ при сооружении магистральных газонефтепроводов, насосных и компрессорных станций, газонефтехранилищ. Даны конструктивные решения магистральных трубопроводов, состав сооружений и основные рабочие показатели магистральных трубопроводов, способы сооружения газонефтепроводов, насосных и компрессорных станций, газонефтехранилищ, особенности и современные методы выполнения основных видов строительных работ в различных условиях сооружения.
     Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 21.03.01, 21.04.01 «Нефтегазовое дело».

                                                             УДК 622.69
                                                             ББК 33.362







ISBN 978-5-9729-1056-4

     © Яворская Е. Е., Исупова Е. В., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ.........................................5
ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ................................7
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.............................18
1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ...20
1.1. НАЗНАЧЕНИЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.........................20
1.2. СОСТАВ, КЛАССИФИКАЦИЯ И КАТЕГОРИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ..........................21
1.3. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ........................................24
1.4. СОСТАВ СООРУЖЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ 28
1.4.1. ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ И СООРУЖЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА......................29
1.4.2. СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА.....................33
1.5. ОСНОВНЫЕ РАБОЧИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТРУБОПРОВОДОВ..40
1.5.1. НЕФТЕПРОВОДЫ И НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДЫ......40
1.5.2. ГАЗОПРОВОДЫ..............................41
1.6. ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ ТРУБОПРОВОДОВ...................................43
1.6.1. ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ ТРУБ И ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ.46
1.6.2. ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ..........................48
1.6.3. МОНТАЖ И УКЛАДКА ТРУБОПРОВОДА............49
1.7. ПРОЕКТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ НА СТРОИТЕЛЬСТВО МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОНЕФТЕПРОВОДА.................56
1.8. ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ТРУБОПРОВОДОВ В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ. МОРСКИЕ ТРУБОПРОВОДЫ..................64
1.8.1. СООРУЖЕНИЕ МОРСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ.........69
1.9. СООРУЖЕНИЕ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.....................82
1.9.1. ПРОКЛАДКА ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ НА УЧАСТКАХ СО СЛОЖНЫМИ ГЕОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ............. 86
1.9.2. ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ ОТ ОПАСНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ..............................98
1.10. ПЕРЕХОДЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ЧЕРЕЗ ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ ПРЕГРАДЫ ...............100

3

1.10.1. ВОЗДУШНЫЕ ПЕРЕХОДЫ....................101
1.10.2. ПОДВОДНЫЕ ПЕРЕХОДЫ....................103
1.10.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ.....104
1.10.4. ПЕРЕХОДЫ ПОД ЖЕЛЕЗНЫМИ И АВТОМОБИЛЬНЫМИ ДОРОГАМИ......................................169
1.11. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРУБОПРОВОДОВ...................172
2. СООРУЖЕНИЕ НАСОСНЫХ И КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ...................174
2.1. СОСТАВ РАБОТ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ ПРИ СООРУЖЕНИИ НАСОСНЫХ
И КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ.......................174
2.2. ОБЩЕСТРОИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ НА ПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ СТАНЦИЯХ......................................177
2.2.1. РАЗБИВОЧНЫЕ РАБОТЫ.....................177
2.2.2. ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ........................177
2.2.3. БЕТОННЫЕ РАБОТЫ........................178
2.2.4. МОНТАЖНЫЕ РАБОТЫ ПО СООРУЖЕНИЮ ЗДАНИЙ..181
2.2.5. УСТРОЙСТВО КРОВЛИ......................182
2.2.6. МОНТАЖ ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ.................................183
2.2.7. РАБОТЫ ПО МОНТАЖУ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ..............................184
2.2.8. СООРУЖЕНИЕ БЛОЧНО-КОМПЛЕКТНЫХ НАСОСНЫХ И КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ.......................186
ПРИМЕРНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОГО ТЕСТА......189
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК......................217

4

ВВЕДЕНИЕ


     Трубопроводный транспорт углеводородов России - сложная техническая система (СТС) с мощным энергетическим потенциалом. Трубопроводные магистрали по грузообороту занимают 2-е место после железных дорог. Природный газ, нефть и нефтепродукты помимо внутренних потребителей поставляются по трубопроводам в 25 стран СНГ, Балтии и Европы. Поэтому к трубопроводам предъявляются высокие требования по обеспечению надёжности и безопасности их функционирования. Одним из путей решения проблемы повышения надёжности газонефтепроводов является использование новых эффективных научно обоснованных технологий строительства трубопроводных систем. Основной особенностью строительства является разнообразие природно-климатических и гидрологических характеристик местности вдоль трассы, что требует значительного разнообразия конструктивных и технологических решений при прокладке и эксплуатации линейной части трубопровода.
     Для повышения эффективности, надежности и безопасности функционирования газонефтепроводов необходимо проводить постоянную работу по поддержанию их надлежащего технического уровня, своевременному устранению выявленных в процессе их эксплуатации дефектов и отказов.
     В России накоплен огромный опыт проектирования, сооружения и эксплуатации трубопроводов. Эффективность своевременного и качественного проведения ремонтно-восстановительных работ может быть достигнута только путем комплексного решения взаимосвязанных оптимизационных задач по технике, технологии и управлению ремонтным производством.
     Основной составляющей магистрального трубопровода является линейная часть - непрерывная нить, сваренная из отдельных труб или секций и уложенная по трассе тем или иным способом.
     Существуют принципиально различные конструктивные схемы прокладки газонефтепроводов: подземная, полуподземная, наземная и надземная. Выбор схемы прокладки определяется условиями строительства и принимается на основании технико-экономического сравнения различных вариантов.
     Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплины «Основы сооружения КС и НС», «Основы сооружения ГНП и ГНХ», «Производство работ при сооружении ГНП» и «Производство работ при сооружении НС и КС». Дисциплины «Основы сооружения КС и НС», «Основы сооружения ГНП и ГНХ», «Производство работ при сооружении ГНП» и «Производство работ при сооружении НС и КС» предусматривают изучение технологии ведения и организации строительных работ при сооружении магистральных газо-

5

нефтепроводов, насосных и компрессорных станций, газонефтехранилищ; способов сооружения газонефтепроводов, насосных и компрессорных станций, газонефтехранилищ; особенностей и современных методов выполнения основных видов строительных работ в различных условиях сооружения.
     Учебный материал излагается на основе современных требований к топливно-энергетическому комплексу, последних достижений отечественной и зарубежной науки и техники.
     В процессе преподавания дисциплин необходимо формировать у студентов интерес к профессии, навыки самостоятельного изучения учебного материала и работы с нормативно-справочной литературой, применять эффективные формы и методы обучения, позволяющие развить творческие способности студентов.

6

ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ


     В учебном пособии использованы следующие термины и определения по направлению подготовки 21.03.01 «Нефтегазовое дело» (профиль - «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ», «Эксплуатация и об-

служивание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов    
переработки»).                                                       
Арматура запорная   промышленная запорная арматура, предназначен-    
                    ная для перекрытия потока рабочей среды с опре-  
                    деленной герметичностью.                         
Байпас              трубопровод с запорно-регулирующей арматурой,    
                    соединяющий вход и выход технологической уста-   
                    новки (сооружения), и предназначенный для        
                    направления всего или части потока перекачивае-  
                    мого продукта в обход этой установки, в том числе
                    для исключения ее из работы при обслуживании     
                    или в случае отказа.                             
  Бровка траншеи    линия пересечения стенки траншеи (кювета, выем-  
 (кювета, выемки)   ки) с поверхностью земли.                        
   Балластировка    дополнительные пригрузы, утяжелители - обеспе-   
                    чивающие устойчивость трубопроводов против       
                    всплытия.                                        
Вибрация            механические колебания, возбуждаемые вибрато-    
                    рами (полезная вибрация) или возникающие при     
                    движении транспортных средств, работе машин      
                    и механизмов (вредная вибрация).                 
Воздействия         нагрузки, изменения температуры, влияния на      
                    строительный объект окружающей среды, действие   
                    ветра, осадка оснований, смещение опор, деграда- 
                    ция свойств материалов во времени и другие эф-   
                    фекты, вызывающие изменения напряженно-          
                    деформированного состояния строительных кон-     
                    струкций. При проведении расчетов воздействия    
                    допускается задавать как эквивалентные нагрузки. 
Временный анкер     грунтовый анкер с расчетным сроком эксплуата-    
                    ции не более двух лет.                           

7

впт                метод укладки бетона в траншею или скважину      
                   применением вертикально-перемещаемой бетоно-     
                   литной трубы.                                    
Гнутый отвод       отвод, изготовленный из трубы и имеющий угол     
                   поворота до 6° включительно.                     
Гофр               нарушение формы сечения трубы в результате по-   
                   тери местной устойчивости стенки трубы, когда    
                   при изгибе трубопровода в сжатой зоне развивают- 
                   ся чрезмерные пластические деформации. Обычно    
                   вытянут в окружном направлении, имеет малую      
                   длину по оси трубопровода. Гофр может иметь,     
                   кроме основной волны, дополнительные (вторич-    
                   ные) волны меньшей высоты.                       
Геосинтетика       геотекстильные материалы в виде рулонов, меш-    
                   ков, георешеток, арматурных стержней, изготовля- 
                   емых на основе стекловолокна, синтетического,    
                   базальтового или углеродного волокна.            
Грунтовый анкер    геотехническая конструкция, предназначенная для  
                   передачи осевых выдергивающих нагрузок от за-    
                   крепляемой конструкции на несущие слои грунта    
                   только в пределах корневой части своей длины и   
                   состоящая из трех частей: оголовка, свободной ча-
                   сти и корня.                                     
Гидроразрыв        способ усиления грунтов, связанный с нагнетанием 
                   в скважину раствора (воды), с последующим обра-  
                   зованием искусственной локальной трещины         
                   в грунтовом массиве, заполняемой раствором.      
Грунтовые нагели   геотехническая конструкция для обеспечения       
                   устойчивости откосов и склонов, устраиваемая го- 
                   ризонтально или наклонно без дополнительного     
                   натяжения.                                       
Давление рабочее   наибольшее избыточное давление участка трубо-    
                   провода на всех предусмотренных в проектной до-  
                   кументации стационарных режимах перекачки.       
Давление трубопро- максимальное давление, которому подвергается     
вода испытательное участок трубопровода при предпусковых испыта-    
                   ниях на прочность в течение требуемого времени.  

8

        Дюкер         напорный трубопровод, прокладываемый под рус-    
(«дюкер» - проводить) лом реки или канала, по склонам и дну глубокой   
                      долины и оврага, под дорогой и т. д.             
Захватка траншеи      фрагмент траншеи, разрабатываемый для после-     
                      дующего бетонирования или заполнения сборными    
                      элементами с омоноличиванием.                    
     Заглубление      расстояние от верха трубы до поверхности земли;  
    трубопровода      при наличии балласта - расстояние от поверхности 
                      земли до верха балластирующей конструкции.       
Заземление анодное    устройство, обеспечивающее стекание защитного    
                      тока катодной защиты в землю и состоящее из од-  
                      ного или нескольких анодных заземлителей.        
Защита катодная       торможение скорости коррозионного процесса по-   
                      средством сдвига потенциала оголенных участков   
                      трубопровода в сторону более отрицательных зна-  
                      чений, чем потенциал свободной коррозии этих     
                      участков.                                        
 Изгиб трубопровода   изменение направления оси трубопровода (в вер-   
       упругий        тикальной или горизонтальной плоскостях) без ис- 
                      пользования отводов.                             
Извлекаемый анкер     грунтовый анкер (временный), конструкция кото-   
                      рого позволяет извлечь его тягу полностью или ча-
                      стично (на свободной длине анкера).              
Кабель дренажный      проводник, соединяющий минусовую клемму ис-      
                      точника постоянного тока с трубопроводом (ка-    
                      тодная дренажная линия) и плюсовую клемму - с    
                      анодным заземлением (анодная дренажная линия).   
      Категория       показатель, обозначающий для рассматриваемого    
    трубопровода      трубопровода (участка) выполнение определенных   
      (участка)       условий по прочности.                            
     Компенсатор      специальная конструкция или участок трубопро-    
                      вода заданной кривизны, предназначенный для      
                      восприятия температурных перемещений.            
Карстовые пустоты     пустоты, образующиеся в результате карстовых яв- 
                      лений, связанных с растворением природными во-   
                      дами горных пород.                               

9

Категория труб и СДТ классификационная группа труб и СДТ по возмож-   
                     ности их эксплуатации в МГ, а также порядку их   
                     подготовки к применению.                         
   Компрессорная     неотъемлемая и составная часть магистрального га-
      станция        зопровода, обеспечивающая транспорт газа с помо- 
   магистрального    щью энергетического оборудования, установленного 
    газопровода      на компрессорной станции. КС служит управляющим  
                     элементом в комплексе сооружений, входящих в ма- 
                     гистральный газопровод. Параметрами работы КС    
                     определяется режим работы газопровода.           
   Компрессорная     компрессорная станция, которая предназначена для 
      станция        поддержания необходимого режима транспорта газа  
промежуточная (ПКС)  по всей длине магистрального газопровода.        
      Коррозия       самопроизвольное разрушение твердых тел, вызван- 
                     ное химическими и электрохимическими процесса-   
                     ми, развивающимися на поверхности тела при его   
                     взаимодействии с внешней средой. Коррозионному   
                     разрушению подвержены металлы, бетон, строитель- 
                     ный камень, дерево, некоторые пластмассы и другие
                     конструкционные и строительные материалы.        
      Контроль       ультразвуковой метод контроля качества (сплошно- 
   ультразвуковым    сти) буронабивных свай в условиях строительной   
      методом        площадки.                                        
   Корень анкера     часть анкера, передающая нагрузку от тяги анкера 
                     на грунт.                                        
Кожух защитный       наружная стальная труба на участках прокладки    
                     нефтепродуктопровода по типу «труба в трубе»     
                     и соответствующая по прочности и герметичности   
                     требованиям, предъявляемым к рабочему нефте-     
                     продуктопроводу.                                 
       Лупинг        трубопровод, проложенный параллельно основно-    
                     му трубопроводу и соединенный с ним для увели-   
                     чения его пропускной способности.                
Линейная часть       основная составляющая магистрального трубопро-   
                     вода, непрерывная нить, сваренная из отдельных   
                     труб или секций и уложенная вдоль трассы тем или 
                     иным способом.                                   

10

Локальные дефектные участки газопровода, на которых существуют усло-
      участки       вия отслоения изоляционного покрытия и протекают
    газопровода     коррозионные и/или стресс-коррозионные процессы.
   Магистральные    капитальные инженерные сооружения, рассчитан-   
   трубопроводы     ные на длительный срок эксплуатации и предназна-
                    ченные для бесперебойной транспортировки нефти  
                    и газа на значительные расстояния.              
   Магистральный    вид федерального транспорта, предназначенный    
  трубопроводный    для транспортировки магистральными трубопрово-  
     транспорт      дами продукции, подготовленной в соответствии   
                    с требованиями национальных (государственных)   
                    стандартов и технических условий и состоящей из 
                    магистральных трубопроводов и их систем.        
 Морозное пучение   поднятие поверхности земли, обусловленное увели-
дисперсных пород    чением объёма замёрзшей влаги и льдообразованием
                    (вследствие миграции воды) при промерзании. Про-
                    исходит выпучивание крупнообломочного материа-  
                    ла с образованием на поверхности каменных полей 
                    (курумов) или сортировка грунтов с образованием 
                    каменных полигонов или полос на склонах.        
   Морозобойное     механизм процесса заключается в том, что при    
растрескивание      охлаждении в соответствии с распределением тем- 
                    ператур по глубине в мёрзлых породах возникают  
                    сжимающие и растягивающие напряжения, накоп-    
                    ление которых приводит к разрыву пород и образо-
                    ванию трещин.                                   
Несущая стена       стена в грунте, предназначенная для использова- 
     в грунте       ния в качестве несущего элемента постоянной кон-
                    струкции.                                       
    Надежность      свойство объекта сохранять во времени в установ-
                    ленных пределах значения всех параметров, харак-
                    теризующих способность выполнять требуемые      
                    функции. Надежность - комплексное свойство, со- 
                    стоящее в общем случае из безотказности, долго- 
                    вечности, ремонтопригодности и сохраняемости.   

11

Нагрузки            внешние механические силы (вес конструкций,        
                    оборудования, снегоотложений, людей и т. п.), дей- 
                    ствующие на строительные объекты.                  
Нагрузки длительные Нагрузки, изменения расчетных значений которых в   
                    течение расчетного срока службы строительного      
                    объекта пренебрежимо малы по сравнению с их        
                    средними значениями.                               
     Нагрузки       нагрузки, длительность действия расчетных значе-   
  кратковременные   ний которых существенно меньше срока службы        
                    сооружения.                                        
       Насос        машина для создания потока жидкой среды.           
  Насос нефтяной    центробежный насос (одно- или многоступенчатый),   
   магистральный    предназначенный для подачи в системах маги-        
                    стральных трубопроводов нефти и нефтепродуктов     
                    с температурой от -5 до +80 °C, кинематической     
                    вязкостью не более 3 • 10-4 м2/с, с содержанием ме-
                    ханических примесей не более 0,005 % (по объему)   
                    и размером частиц до 0,2 мм.                       
Насосная станция    комплекс сооружений, машин и устройств для         
                    напорного перемещения жидкостей.                   
Насосная установка  насосный агрегат с комплектующим оборудовани-      
                    ем и системами, смонтированными по определен-      
                    ной схеме, обеспечивающий работу насоса.           
Нефтехранилище      резервуар или система резервуаров для хранения     
                    нефти или продуктов ее переработки. Сооружаются    
                    наземные, полуподземные и подземные хранилища.     
                    Резервуары бывают стальные, железобетонные,        
                    пластмассовые; наиболее распространены наземные    
                    стальные (объемом до 100 тыс. м3) и полуподзем-    
                    ные железобетонные (объемом до 30 тыс. м3) резер-  
                    вуары.                                             
   Неразрушающий    контроль, при котором не должна быть нарушена      
     контроль       пригодность труб и СДТ к применению и эксплуа-     
                    тации.                                             
    Нормативное     основная базовая характеристика, устанавливаемая   
(базовое) значение  соответствующими нормами проектирования, техни-    
     нагрузок       ческими условиями или заданием на проектирование.  

12