Материалы для устройства трубопроводов. Трубопроводы. Элементы трубопроводов
К материалам, что используются для постройки подводных трубопроводных систем, предъявляются особые требования. Это неудивительно, поскольку им придется работать в особо сложных условиях. Прежде всего основной составляющей ТП являются трубы. Их изготовляют в соответствии со стандартами. Задействуют трубы:
— с прямыми швами;
— бесшовные.
Аналогичные используются и для формирования стояков.
Трубы по прибытии на место строительства обязательно проверяют на прочность, герметичность, проверяют качество изоляции и проч. Трубы не соответствующие качеству к инсталляции в трубопровод не допускаются.
Качество труб имеет большое значение, то также большое значение имеет и качество их монтирования. Между собой трубы в системе подводного трубопровода принято стыковать при помощи сварки. Сварку ведут в соответствии с нормами и технич. условиями. Задействуют только разрешенный для таких объектов сварочный материал и оборудование.
Все материалы, конструктивные элементы трубопровода (стояки, труба, арматура) должны изготовляться в полном соответствии стандарту, принятому в стране изготовителе. Запрещается использовать некондиционные материалы, кот. не имеют сертификата качества и не соответствуют требованиям ГОСТов.
Помимо основных элементов трубопровода существуют еще второстепенные. Их качество также регулируется соответствующими условиями, стандартами. По стандарту должны изготовляться балласты (грузы), кот. задействуют при застройке для придания трубопроводу добавочного веса, чтобы предотвращать его всплытие.
Трубы обетонированные изготовляют по стандартам и сопровождают их поставку набором документации, где указано:
— их сорт и р-р;
— общ. длина;
— масса покрытия из бетона;
— ср. толщина покрытия из бетона.
Сварка трубопроводов.
Сварку ТП ведут в соответствии с нормами и тех. условиями. Задействуют только разрешенное оборудование и в процессе работы с ним соблюдают все меры защиты. Материалы для сварки также должны соответствовать по качеству и стандарту.
По правилам снятие фасок на трубопроводе ведется прямо перед началом сварки (не ранее). Это связано с тем, что сталь может достаточно быстро подвергаться коррозии в условиях агрессивной среды водоема. Чтобы улучшить и ускорить процесс в таком случае, баржи для прокладывания трубопроводов дооснащают спец. механизмами предназначенными для обрабатывания трубных кромок.
Если сварка труб ведется прямо на барже, то нужно снимать центратор с трубы исключительно после того, как будет наложен корневой и первый слой сварного шва. Такой подход призван минимизировать риск продольного смещения трубопровода на роликах дорожки баржи.
Трубы большого d сваривают по особым условиям. К ним относятся:
— задействие в кач. материала труб, изготовляемых из высокоуглеродистой стали;
— не допущение стыкового смещения больше, чем на 0,2 см.;
— исполнение дополнительного подварочного слоя, кот. делается без охлаждения корневого слоя.
Меры защиты ТП от коррозии.
Для трубопроводов надо принимать меры защиты от коррозии, поскольку коррозия является довольно опасным явлением, кот. может привести к потере трубопроводом работоспособности, вызвать опасные ситуации протечек, разрыва и проч. Для защиты от коррозии разработаны системы методик, каждая из кот. задействуется в зависимости от конкретных условий. Меры защиты от коррозии и их реализация на трубопроводе предусматриваются еще на этапе проектирования.
Схема антикоррозийной защиты включает:
— мех. наружную защиту труб, стояков, опор, арматуры и остальных металлич. элементов трубопровода. Реализуется она нанесением спец. покрытия;
— электро-хим. защиту. Реализуется методом превращения металла в катод электрохим. элемента.
Защищают обычно внешнее покрытие, однако в некоторых случаях может понадобиться и внутренняя антикоррозийная защита. Это происходит тогда, когда трубопроводы или стояки могут быть подвержены коррозии в ходе эксплуатации под действием транспортируемого вещества. Т.е. при устройстве трубопровода его внутр. факторы и планируемое к транспортированию вещество и его св. также надо учитывать.
К высоко активным в плане коррозии веществам можно относить те, что содержат повышенное число серы, кислорода, углерода, кислот, запыленные и проч. Активность устанавливается необходимыми исследованиями и анализами.
Для трубопроводов и их стояков требуется задействовать спец. наружн. защитные покрытия. Расчет покрытия должен быть таким, чтобы оно сохраняло свою работоспособность в теч. всего срока эксплуатирования трассы. Выбор покрытия для изоляции делают, исходя из его характеристик, характеристик трубопровода, показ. физ-мех. свойств, удельного электр. сопротивления материалов, стойкости к действию бактерий водной среды и проч.
Также изоляционное покрытие должно иметь высокую устойчивость к повреждениям мех. характера в ходе его хранения, транспортирования, монтирования.
Нанесение изоляц. покрытия на трубы и арматуру являет собой сложный тех. процесс, кот. имеет свои особенности. Следующие:
— важно соблюдать максим. качество нанесения изоляц. покрытия;
— нанесение должно проводиться на особо оборудованной площадке с участием комплекса механизмов;
— материалы должны быть качественными и изготовленными с соблюдением стандартов;
— перед нанесением изоляции покрытие надо подготовить. Способ подготовки нормируется;
— в ходе нанесения важно вести контроль за предельными знач. t и влажн. воздуха. Также следует контролировать интервал времени, кот. проходит между этапами работ по нанесению;
— по окончании нанесения покрытия проводят его испытания на качество и стабильность.
Стояки трубопроводов, кот. размещаются в зонах периодического смачивания, принято формировать добавочную защиту от коррозии. Проектирование такой защиты ведется по особым требованиям:
— учитывается максимум и минимум t транспортируемых углеводородов в ходе будущего эксплуатирования. Также приводится и средний показатель;
— учитывается t значение у поверхности стояка и в зонах близких ко дну водоема;
— определяется частота смены t в ходе эксплуатирования;
— измеряется показатель сопротивления старению при воздействии воды, воздуха, УФЛ;
— ведется расчет совместимости задействуемых материалов;
— определяется возможность удобного ремонта при необходимости.
Для таких зон действенным методом защиты служит использование трубной обшивки, изготовляемой из сплавов никеля, облицовка труб стальными пластинами, ЖБИ, резиной с вулканизацией, пластиком с армировкой и проч.
Эффективная защита систем от коррозии достигается задействием методик электрохим. защиты. Ее реализуют в ходе работы тех. системы особой конфигурации. В конфигурацию такой системы входят:
— станции катодной защиты;
— заземления анодные;
— кабеля стыковочные;
— провода;
— изолирующие схемы соединений;
— КИП.
В требованиях, предъявляемых к качеству электрохим. защиты, указывается, что она должна реализовать эффективную протекцию трубопровода на весь период его эксплуатирования. Возможно в некоторых случаях предусматривать временную защиту, кот. формируется на короткий период. Это предполагается тогда, когда в будущем планируется повторная инсталляция анодного протектора.
ТУ на электрохим. защиту включает информацию след. характера:
— схемы расположения электр. соединений защитных средств;
— диапазон допускаемых раб. параметров для протекционных установок;
— сроки плановой замены.
Организация электрохим. защиты также требует предварительного проектирования. В проекте указываются:
— удельн. электр. сопротивление для покрытия изоляции или же общая s поверхности трубопровода, на кот. нет изоляции и она нуждается в ее нанесении;
— время будущего эксплуатирования трубопровода, либо требуемый срок гарантированной работы защиты. В данный подпункт также включаются показатели состояния трубопровода в момент включения установок защиты в работу;
— хим. состав и t воды в водоеме. Также их изменения по сезону;
— данные о течении, его υ, темп. показатель, направленность, стабильность;
— присутствие и колич. кислорода в воде, аэрация воды;
— предполагаемые отрезки подключений до источников энергетич. снабжения и зоны контактов с трубопроводом.
Ход проектирования электрохим. защиты должен быть проведен в четком соответствии нормативам и стандартам, а также принятым ТУ на ЭХЗ. Действие ЭХЗ установок должно вестись в принятом рабочем режиме.
Для стояков, размещаемым по зонам периодич. смачивания, принято реализовывать защиту от коррозии за счет ЭХЗ. Причем у поверхности стояка фиксируется дополнительно гигроскопичный материал, призванный исполнять роль электролита. Электролит нужен для качественной работы ЭХЗ и проведения тока.
При устройстве трубопроводные сети надо изолировать от прочих береговых или подводных инженерных сооружений. Изоляцию проводят при участии спец. сформированных изоляционных стыков. Реализуются они в виде фланцев. Притом схема устроенной ЭХЗ не имеет в данном случае никакого значения и ее присутствие не учитывается.
Реализация ЭХЗ сопровождается инсталляцией анодных протекторов. Их принято производить из металлов: Zn, Mg, Al. При поступлении для них необходимо наличие сопроводительной документ. от производителя. В ней указываются: наим. производителя, состав мет. сплава, колич. зарядов, хим. анализ и его данные, методика проведенного анализа и проч.
Проводят входную проверку анода. Оценивают состояние его поверхности. На ней не должно быть мелких и крупных вмятин, трещин, заломов и проч. Все повреждения отриц. влияют на качество работы анода и такие приборы задействовать для инсталляции нельзя.
Фиксацию токоотдающих электродов в конфигурации системы ЭХЗ ведут при помощи спец. металлич. хомутов или шин. Фиксируют их прямо к трубам трубопровода. После фиксации электроды надежно электрически включают в цепь основной защитн. установки. Притом при соединении важно по возможности избегать эл. контактирования между электродом и металлич. арматурой балластов трубопровода.
Стыки кабеля с трубами принято размещать на удалении в 25 см. от сварных швов или опор стояков.
Возможна инсталляция и индивидуальных анодных протекторов. Их размещают на удалении от трубопровода и защищают дополнительно. Также надо следить, чтобы не происходило их смещения, а также смещения стыковочных кабелей. Аналогичные меры безопасности принято реализовывать для инсталляции заземлителей при формировании защ. схем наложенного тока.
При использовании ЭХЗ важно установить за ее работой четкий контроль. По срокам надо вести ее регулярные замеры показателей потенциалов для защищаемого трубопровода. Замеры ведут при участии Сl-серебряного элеткрода сравнения. Вести такие замеры надо не реже, чем 2 р. в год.
Когда на трубопроводе имеется опасность разрушения внутр. поверхности подводных труб от коррозии, их надо защитить дополнительно. В данном случае используются спец. вещества – ингибиторы или внутр. изоляция.
В процессе укладывания на дно трубопроводу надо сообщать достаточную избыточную массу для того, чтобы он беспрепятственно погружался. Также избыточный вес должен обеспечивать максим. устойчивость трубопровода на дне. Он не должен смещаться под действием течений. Причем смещение трубопровода за пределы допускаемых значений не должно иметь места на весь срок его использования.
Для того, чтобы обеспечить трубопроводу избыточный вес прибегают к помощи балластов или грузов. Балласты принято фиксировать прямо к трубопроводу одним из ряда способов:
— создается сплошное покрытие из бетона, кот. добавочно армируется мет. сеткой;
— на трубопроводе инсталлируется ряд индивидуальных балластов из бетона;
— стенки трубопровода увеличиваются от ср. толщины еще на этапе производства. Здесь руководствуются экономическими причинами. Увеличение толщины должно быть достаточным для создания избыточной массы, но также должно экономить материал;
— инсталляцией креплений анкерного типа.
Один из наиболее целесообразных и универсальных способов это все-таки балластировка труб при помощи сплошного покрытия из бетона.
К балластам и покрытиям для подводных труб предъявляют особые требования прочности и устойчивости. По прибытию ведут входной контроль, на котором проводят анализ мех. и хим. прочности.
По конструкции покрытия должны предусматривать полную сохранность наруж. покрытия трубопровода. Для балластов нормируется их вес. Он зависит от общего состояния и конфигурации трубопровода.
Расчет балластов ведется таким о., чтобы они реализовывали свою функцию на протяжении всего срока работы трубопровода. Притом они должны выдерживать все нагрузки и влияние подводной среды, хим. состава воды в данном водоеме, активность биологической среды и проч. К тому же это покрытие должно выдерживать макс. ударные нагрузки и притом не разрушаться.
Для утяжелителей имеются свои ТУ. В ТУ включены описания конструкций покрытия, материалов, из кот. оно изготовляется, задействуемой арматуры, ее типоразмеров, физ. и мех. свойств, а также методики нанесения покрытий и проведения испытаний на качество.
Ход испытаний покрытий указывается в соответствующих нормативах. Они должны совпадать по методикам с условиями прокладывания трубопровода и его дальнейшей эксплуатацией.
Для бетонных покрытий большое значение имеет наполнитель и его состав. От него зависит во многом вес покрытия в целом. В некоторых случаях, наоборот, рекомендовано избегать излишнего утолщения покрытия, тогда используют наполнители тяжелые, к примеру, гематит или магнетит.
Если сваривание трубопроводов ведется в морских условиях, то имеет место возникновение высоких концентраций изгиб. усилия в местах стыков. Для его компенсации требуется делать прорези по окружности кольцевого типа. Толщина прорези регулируется.
Когда требуется прокладывание трубопроводов в зонах активного судоходства, то их снабжают обетонированным слоем. Слой должен иметь достаточную прочность и быть испытан. То же для водоемов с активным рыболовством и сезонным движением льда.
Бетонное покрытие наносится на трубы за исключением их концевых отрезков.
Возможно укладывать трубы с бетонированным покрытием с использованием трубоукладочного судна. Тогда задействуют спец. натяжные машины. Для труб и покрытия должен быть реализован достаточный уровень сцепления их друг с другом. Вести укладку можно только тогда, когда будет обеспечено срезывающее напряжение между изоляцией и бетоном в достаточных показателях.
Фиксируют трубопроводы по мере укладывания на отметках, определенных проектом. Для фиксации используют анкерные крепления. Их используют тогда, когда есть уверенность в стабильности дна и оно дает возможность погружать анкер на достаточную глубину и не допускает его смещения. Чтобы определить качество и возможность инсталляции анкеров по дну, проводят предпроектные изыскания и обследования дна, состава его грунта, придонных течений и проч.
Анкеры для фиксирования трубопровода используются многолопастные винтовые. Добавочно трубопровод скрепляют к анкерам при помощи стальных бандажей.
При инсталляции трубопровода под воду используются добавочные пригрузы – понтоны. Понтоны позволяют задавать трубопроводу плавучесть. По мере продвижения и погружения понтоны отстыковываются или спускаются и трубопровод помещается на дно. Понтоны создают дополнительную безопасность для труб при прокладывании. Понтоны принято заполнять воздухом или водой. Также их можно задействовать для балластировки временно сооружаемых трубопроводов.
Когда предусматривается, что по подводному трубопроводу будет транспортироваться газ, кот. имеет «-» темп., то расчет надо вести особым образом. Принимают ко вниманию обтекаемость трубопровода потоком воды и отмечают величину необходимого балласта так, чтобы учитывалось возможное обледенение трубопровода и деформация под действием льда.
Промеры укладываемых подводных трубопроводов рассчитываются согласно проекту. Здесь принимают ко вниманию массу факторов. Среди них тип транспортируемого вещества, особенности среды, маршрут будущей трассы, физ. и хим. показатели среды и другое. D труб определяется на основе технолог. расчета.
Расчетами же определяются толщина труб и прочие конструкции – креплений, стояков и проч. Следует помнить, что типоразмеры арматуры, стояков, фиксаторов должны соответствовать типоразмерам труб. Надо использовать только те элементы, кот. соотносятся друг с другом и их совместное использование рекомендовано производителем.
Колич. стояков, их конфигурация и число креплений определяются расчетами на прочность.
Фиксация стояка к свае должна быть такой, чтобы он не соприкасался с самой сваей. При закреплении стояка к платформе важно обеспечить его устойчивость и стабильность. Он не должен смещаться под действием внеш. факторов. Наиболее актуально это в условиях промерзающего водоема, там, где имеется возможность прохождения льда над или под платформой. Т.к. лед обладает высокой деформационной активностью, меры по закреплению стояков нужно принимать самые серьезные. В таких условиях подводный трубопровод может быть пристыкован к платформе при помощи фланцев. По окончании формирования стыка примыкающий отрезок трубопровода заглубляют. Заглубление обычно ведут методом подмыва.
Отрезок трубопровода, кот. напрямую примыкает к стояку, надо снабжать запасом длины для компенсирования возможного размывания течением.
По стационарным платформам принято размещать стояки по отрезкам, кот. свободные от судовых навалов.
Когда возле платформы размещается группа стояков, то каждый их них надо фиксировать в индивидуальном режиме. Фиксируют его прямо к платформе спец. креплениями. Нормируют длины между стояками на соседних трубопроводах.
Подводные трубопроводы не всегда являются линейными. Довольно часто на них имеются повороты, кот. позволяют обходить сложные отрезки маршрута. Такие повороты оформляются при инсталляции крутозагнутых колен. Их радиус выбирается так, чтобы они позволяли пропуск эластичного скребка.
Арматура для трубопровода изготовляется стальная. Сечение должно быть равнопроходным. Вся арматура рассчитывается и проверяется на соответствие раб. давлению внутри труб. На морском окончании трубопровода принято инсталлировать запорную арматуру. Инсталлируют ее на стацион. морском сооружении. На береговом окончании трубопровода также ставят запорную арматуру, кот. инсталлируется прямо в грунте или в спец. заготовленном колодце. Места инсталляции колодцев обозначаются еще на этапе проектирования.
Фитинги для стыкования используют исключительно щтампованного вида или кованые. Изготовляться они должны согласно ТУ и стандартам. По прибытии на площадку строительства фитинги, как и прочие элементы трубопроводной системы, проверяют на соответствие и качество. Нельзя инсталлировать в систему фитинги не прошедшие испытания, не имеющие сопроводительной документации от производителя, бракованные, имеющие повреждения, трещины, сколы и проч.
В ходе проектирования для трубопроводной схемы подводится расчет всех возможных нагрузок, кот. могут иметь место в ходе эксплуатирования. Трубы, а также прочие элементы системы, должны выдерживать эти нагрузки на весь предполагаемый период работы. Чтобы провести точный анализ нагрузок, трубопровод подвергают испытаниям. В ходе испытаний моделируют нагрузки индивидуально и в совокупности. Притом учитывается распределение нагрузок по этапам застройки. Расчет ведется как для линейной части трубопровода, так и для стояков, арматур, фиксаторов и проч.
Нагрузки на трубопровод в ходе его эксплуатирования могут быть вызваны его собственным весом, раб. и внеш. давлениями, расширением под действием t, сжатием по аналогичной схеме, напряжением.
В ходе расчета на массу принимают во внимание вес трубопровода, притом учитывается и его покрытие, а также участие всех добавочных элементов трубопровода. Также учитывается:
— масса сырья, предполагаемого к транспорту;
— показ. плавучести трубопровода.
При расчете на давление учитывается:
— внутр. раб. давления сырья;
— наруж. давления гидростатики;
— давл. грунта при формировании заглубления.
При расчетах на сжатие и растяжение принимается ко вниманию влияние, оказываемое темп. транспортируемого по трубопроводу сырья на материал трубы. Притом назначаются разные расчеты с учетом изменений темп. в ходе разных процессов монтирования, а также последующего использования ТП по назначению.
Напряжение предварительное учитывается т.о., как оно оказывает влияние на способность трубопровода проявлять стойкость к внеш. и внутр. нагрузкам.
В ходе расчета следует помнить, что нагрузки во время эксплуатирования системы являются статичными, т.е. постоянными. Единственно в некоторых случаях изменения проистекают в показателях внутр. давления жидкости. Оно может сменяться и приводить к возникновению динамических нагрузок.
При монтировании трубопровода также имеются определенные нагрузки. Они вызываются в основном собственным весом ТП, его показателем плавучести, имеющимся давлением из окр. среды.
По производству строительных работ типичные нагрузки отмечаются в ходе опускания трубопровода непосредственно на дно, также сюда можно добавить усилие от траншеезаготовительного оборудования. Возникает такое усилие обычно уже после того, как трубопровод опущен на дно и ведутся работы по его заглублению.
Для определения нагрузок от окр. среды следует сначала обозначить их постоянство. Чаще всего они возникают случайно. Это означает, что оценивать их надо при участии метода вероятности. Однако довольно часто такие нагрузки могут возникать в совокупности. Потому при расчетах трубопровода его подвергают возможным нагрузкам в комплексе и отмечают его поведение. Далее оценивают методики предотвращения повреждений от данных нагрузок и соответственно этому строят трубопровод, подбирают материалы, организуют защитные меры.
Трубопроводы магистрального значения принято рассчитывать по показателям стабильности положения на донном грунте. Нельзя, чтобы допускалось всплытие трубопровода, его боковые смещения. Притом учитывают силы воздействия на него течений, деформаций, сейсмической активности. Замеры воздействий ведут как при нахождении водоема в состоянии покоя, так и для штормовых ситуаций.
Для ТП внутри промыслового значения требуется вести расчет на основе волн 10 проц. обеспеченности. Повторяемость притом взята за единицу на период в десять лет.
Волновые нагрузки на трубопровод, а также нагрузки, предлагаемые ему течением, определяют в соответствии с нормативами. Так же определяют и нужную величину массы трубопровода для нахождения его на дне без смещений.