Прокладка газопровода в вечномерзлых грунтах

Содержание

Введение                                                                                                                   7

1 Общая часть                                                                                                          9

1.1 Характеристика района строительства                                                            9

1.2 Общее положение по очистке  и испытанию газопровода                           10

1.3 Выбор способа очистки и  испытания газопровода                                      12

1.4 Нормы и правила на производство  работ по очистке и испытанию  подземного газопровода природным газом                                                        13

2 Техническая часть

2.1 Устройство узлов подключения  к источнику газа, запуска и приема поршней                                                                                                                  17

2.2 Очистительные устройства                                                                             17

2.3 Технология проведения продувки                                                                 20

2.4 Технология проведения испытания                                                               22

2.5 Исполнительная документация                                                                      24

3 Расчетная часть                                                                                                   26

3.1 Определение параметров продувки                                                               26

3.2 Определение затрат газа на  продувку                                                           31

4 Экономика и организация производства                                                          33

4.1 Расчет затрат на очистку  внутренней полости газопровода                       33

4.2 Затраты на вспомогательные  материалы                                                      34

4.3 Расчет заработной платы основной  и дополнительной                               36

4.4 Расчет отчислений в единый  социальный налог                                          37

4.5 Амортизация оборудования                                                                           39

4.6 Расчет прочих денежных  расходов                                                                39

5 Охрана труда и  окружающей среды                                                                 41

5.1 Техника безопасности и противопожарные  мероприятия при продувке и  испытании газопровода                                                                                         41

5.2 Охрана окружающей среды при  строительстве и продувке газопровода  44

Список литературы                                                                                                47

Магистральные газопроводы представляют собой  сложные технические системы.

С каждым годом все  острее становится проблема ремонта, реконструкции и эксплуатации магистральных газопроводов. Их высокая энергетическая мощность, сложность и ответственность за бесперебойное снабжение потребителей сырьем и топливом делают надежность и безопасность основными требованиями, предъявляемыми к трубопроводам.

Наилучшее решение по оптимизации трубопровода может  быть получено в том случае, когда одновременно достигнуты наивысшая надежность при минимуме ущерба, наносимого природе и минимуме затрат на строительство и эксплуатацию.

Надежность имеет две основные ветви: конструктивную и технологическую. Конструктивная надежность обеспечивается на заданном уровне, когда обеспечивается неразрушимость и долговечность. В свою очередь неразрушимостью определяется необходимая прочность конструкций, рассчитанная на испытательное и рабочее давление перекачиваемого продукта, а также на воздействие внешних факторов (осадки, оползни и т.п.).

Долговечность при уже обеспеченной неразрушимости не может быть обеспечена, если не учтены длительные воздействия, уменьшающие несущую способность конструкции (коррозия, воздействие нагрузок и т.п.).

Главная цель магистральных газопроводов на заданном уровне технологической надежности - бесперебойная доставка расчетного количества продукта в конечный пункт. Надежность магистральных газопроводов на заданном уровне   не может быть обеспечена, если перед сдачей их в эксплуатацию не было проведено проверки несущей способности отдельных участков и трубопровода в целом. Какие бы усилия не принимались в процессе сооружения, начиная от производства труб, каким бы строгим не был контроль за всеми проводимыми работами при строительстве, до тех пор, пока не определена действительная несущая способность трубопровода и не выявлены все его дефекты, аварии трубопровода в процессе эксплуатации неизбежны. Поэтому проблема  испытаний   трубопроводов   является не менее важной, чем  проблемы расчета прочности и меры надежности, а взаимосвязь настолько существенна,                                           недопустимо, что рассматривать их обособленно, недопустимо.

В последние  годы существенно изменились основные конструктивные и технологические   параметры   магистральных    трубопроводов.  Резко   возросла протяженность строящихся объектов при одновременном увеличении  их диаметров и рабочих давлений. Основные направления строительства трубопроводов переместились в районы со сложными природно-климатическими условиями, откуда прокладываются уникальные многониточные трубопроводы. Одновременно возросли объемы и темпы сооружения магистральных трубопроводов.

Газопроводы нового поколения должны обладать превосходящими количественными и качественными показателями, а именно:

• на них не должно происходить непредсказуемых аварий за

исключением случаев, вызванных стихийными бедствиями;

• нормативный срок службы должен составлять минимум от 50 до 60 лет;
• газопроводы   должны   быть  безопасными;  потери    газа    должны    быть   сокращены в несколько раз, на газопроводах должны использоваться средства, обеспечивающие утилизацию сбрасываемого газа при ремонтах;
• газопроводы должны иметь 100 % уровень автоматизации контроля, управления и аварийной сигнализации;
• уменьшенную от 5 до 7 % металлоемкость, за счет применения стали с более высокими свойствами;
• для  контроля  за  их  состоянием должны применяться современные средства, включая спутниковые.

Успешное  решение  задач, поставленных  перед  строителями трубопроводов, возможно только на основе применения современной технологии и организации производства всех видов работ с использованием высокоэффективных технических средств.

1 Общая часть   

1.1 Характеристика района строительства

Газопровод-отвод  диаметром Ду 700 мм (ПК 0-327+30) прокладывается на севере Тюменской области Западно-Сибирской  низменности.

Поверхность района - пологоволнистая, заболоченная, пересекается оврагами, озерами, реками, ручьями.

Весеннее половодье продолжается с конца апреля до конца июня - начала июля. Подъем уровня воды в зависимости от величины рек и морфологических характеристик пойм составляет от 1,5 до 5,0 метров. Толщина ледового покрова зимой составляет от 1,3 до 1,5 метров. Началу ледостава предшествует кратковременный осенний ледоход. Реки питаются талыми водами, а в летнее время атмосферными осадками.

Территория    строительства   покрыта    смешанным    редколесьем,   густым разнотравьем в летний период, мохово-лишайниковым покровом, ягелем, багульником, карликовой березой.

Климат района строительства резко континентальный  с продолжительным холодным зимним периодом и коротким летом. Близость холодного полярного бассейна, равнинный характер территории способствует вторжению в ее пределы холодных арктических масс.

Температурный режим характеризуется отрицательными среднегодовыми температурами   воздуха  от    минус   3  до минус 4 °С. Наиболее холодный  месяц — январь,    когда    минимальная    температура  воздуха   достигает   минус 60 °С, а среднемесячная — от минус 30 до минус 35 °С. Самый теплый месяц — июль со среднемесячной температурой  воздуха от плюс 15 до плюс 18 °С.  Положительные температуры воздуха наблюдаются с июля по сентябрь. Продолжительность периода около 230 дней.

Устойчивый  снежный покров устанавливается к середине октября, максимальных  величин достигает в марте и полностью сходит к началу июня. Снежный покров держится от  220 до 230 дней при снежной мощности 0,9 м, на открытых участках - 0,4 м.

Преобладающие ветры  в зимний период – южного и юго-западного направления, в весенне-летний период - северные, северо-западные. Максимальная скорость ветра достигает от 28 до 30 м/сек., среднегодовая - 4,6 м/сек.

1.2 Общие положения по очистке внутренней полости и испытанию газопроводов.

В последние годы существенно  изменились основные конструктивные и  технологические параметры газопроводов. Резко возросла протяженность строящихся объектов при одновременном увеличении их диаметров и рабочих давлений.

Основные направления  строительства трубопроводов переместились  в районы со сложными природно-климатическими условиями.

Для того, чтобы  окупились затраты, вложенные на строительство газопровода, должен работать без сбоев в течении длительного промежутка времени, осуществляя бесперебойный транспорт газа до потребителя.

Особое место  в общем комплексе работ занимают процессы очистки полости, испытания на прочность и проверка на герметичность. В результате их проведения определяют важнейшие показатели готовности построенного объекта к эксплуатации - чистота полости, прочность и герметичность. Эти показатели - неотъемлемая и завершающая часть общей системы контроля качества строительно-монтажных работ, а также определения начального уровня надежности построенного трубопровода.

Чистота полости  трубопровода обеспечивает надежную безаварийную работу объектов с заданной производительностью и без изменения физико-химических свойств транспортируемых продуктов. В процессе очистки из трубопроводов удаляют загрязнения (грунт, окалина, и т.п.), случайные предметы (электроды и др.), наличие в трубопроводе загрязнений существенно снижают производительность трубопровода, могут быть причиной выхода из строя в процессе эксплуатации линейной арматуры, приборов и т.п.

Испытание на прочность  предполагает проведение окончательной  проверки расчетной прочности законченного строительством трубопровода в условиях, близких к эксплуатационным в течении времени необходимого и достаточного, чтобы выявить дефекты, ранее не обнаруженные. Поэтому на закопченном строительством газопроводе, перед сдачей его государственной комиссии для ввода в действие, внутренняя полость трубопровода подлежит очистке от грязи, ржавчины, посторонних предметов и т.п., после чего он должен быть испытан на прочность и проверен на герметичность, что позволит определить запас прочности по отношению к рабочим нагрузкам, выявить и устранить в газопроводе дефектные элементы и тем самым обеспечить надежную работу газопровода на расчетных режимах.

1.3 Выбор способа очистки и испытания газопровода

Выбор способа  очистки и испытания газопровода  определяется природно-климатическими условиями района строительства и совокупностью многих факторов, которые могут быть сгруппированы следующим образом:

• конструктивно-технологические – назначение объекта, диаметр, конструктивная   схема укладки или монтажа; технологическая схема с указанием характеристик линейной арматуры, определяющих возможность пропуска через арматуру очистительных или разделительных устройств; способ последующего испытания; возможность подачи к моменту начала работ по очистке полости природного газа или воды и др.;
• организационно-технические - возможность выполнения очистки полости в общем технологическом потоке строительства в пределах установленных сроков производства работ и подготовки объекта к испытанию, наличие машин, механизмов, оборудования и возможность их доставки к месту работ; условия безопасного выполнения работ и требования по охране окружающей среды;

            - экономические - суммарные затраты на очистку полости;

• особые - специфические условия по качеству чистоты полости (отсутствие на рабочей поверхности загрязнений); повышенная точность соблюдения геометрических   размеров и цилиндрической формы трубопровода на всем протяжении.

Особенностями производства работ по очистке полости  газопровода в условиях вечной мерзлоты являются:

- крайне ранимая природная среда;

- возможность производства основных строительно-монтажных работ только в зимний период;

- прокладка газопроводов в высокольдистых вечномерзлых грунтах;

- невозможность использования воды для промывки и испытания вследствие высокой вероятности ее замерзания;

- неизбежная многовариантность ведения строительно-монтажных работ и корректировкой их графика применительно к суровым и изменчивым природно-климатическим условиям.

Учитывая  изложенные факторы, очистку полости  и испытание участка газопровода-отвода диаметром Ду 700 мм наиболее целесообразно произвести пневматическим способом с использованием природного газа от близ расположенного действующего газопровода.

С учетом изложенного  проект на продувку и испытание газопровода-отвода  диаметром Ду 700 мм выполнен исходя из следующих предпосылок:

- участок газопровода-отвода диаметром Ду 700 мм (ПК 0-327+30) протяженностью 32 км оконченный строительством используется в качестве ресивера-наполнителя при продувке и испытанию. Источником газа для продувки и испытания участка газопровода-отвода диаметром Ду 700 мм в пределах пикетов ПК 327+30-585+61 протяженностью 26 км служит действующий газопровод диаметром Ду 1400 мм   (IV нитка восточного коридора от II нитки газопровода «Уренгой-Челябинск»).

На период производства работ по продувке и  испытанию монтируется временный  узел подключения с трубопроводной арматурой и манометрами для контроля давления.

1.4 Нормы и  правила на производство работ  по очистке полости и испытанию подземного газопровода природным газом

Испытание на прочность и проверка на герметичность  перед сдачей газопроводов в эксплуатацию занимает особо важное место в обеспечении надежности.

Работы по очистке полости и испытанию  газопроводов должны производиться по технологии, включающей:

• защиту газопроводов от загрязнения на всех этапах сооружения газопровода;
• предварительную очистку полости протягиванием механических очистных устройств в процесс производства сварочно-монтажных работ;
• предварительное испытание крановых узлов запорной арматуры до их монтажа в нитку газопровода;
• контроль проходного сечения газопровода (выявление вмятин, гофр, овальностей и др.)

Очистку полости газопроводов, а также их испытание на прочность  и проверку на герметичность, следует осуществлять по специальной инструкции, которая составляется строительно-монтажной организацией и заказчиком по каждому конкретному газопроводу или на группу однотипных объектов с учетом местных условий производства работ, согласовывается с проектной организацией и утверждается председателем комиссии по испытанию трубопровода.

Инструкцией предусматривается:

           - способы, параметры и последовательность выполнения работ;

           - схема очистки полости и испытания  газопровода;

           - методы и средства выявления и устранения отказов (застревания очистных устройств, утечки, разрыва и т.п.);

           - схема организации связи на  период производства работ;

           - требования пожарной, газовой, технической  безопасности и указания о размерах охранной зоны;

           - требования  по охране окружающей среды;

           - специальные вопросы (размещение и перемещение комиссии, взаимоотношения комиссии с заинтересованными организациями, срочное медицинское обеспечение и др.);

• очистка полости газопровода проводится после выполнения всех сварочно-монтажных, изоляционно-укладочных и земляных работ, т.е. линейная часть трубопровода должна быть практически подготовлена к перекачке продукта.

Испытание трубопровода на прочность и проверку на герметичность  следует производить после полной готовности участка или всего трубопровода:

            - полной засыпки, обваловывания  или крепления на опорах;

            - установки арматуры и приборов, катодных выводов;

            - удаления персонала и вывозки  техники из опасной зоны;

            - обеспечения постоянной или  временной связи.

Для того чтобы  обеспечить качественную очистку полости  газопровода, должны быть выдержаны условия следующих требований, позволяющих поршню беспрепятственно проходить на всем очищаемом участке:

- диаметр газопровода для пропуска очистных поршней по всей длине 
одинаков;

• внутренняя поверхность труб не имеет выступающих деталей, кроме сигнализаторов; рычаг которых утопает при прохождении очистного устройства;
• отводы, компенсаторы выполнены с радиусом изгиба, не превышающими пяти диаметров очистного устройства;
• переходы через естественные и искусственные препятствия выполняются с учетом дополнительных нагрузок от веса поршня;
• при продувке трубопровода газом, из них предварительно должен быть вытеснен воздух.

Газ для вытеснения воздуха  следует подавать под давлением  не более 0,2 МПа. Вытеснение воздуха считается законченным, когда содержание кислорода в газе, выходящем из трубопровода, составляет не более 2 %.

Скорость движения очистных поршней не должна превышать 70 км/ч.

Пропуск очистных поршней  производится при давлении за поршнем  от 0,8 до 1,0 МПа.

Застрявшие  в процессе продувки очистные устройства извлекаются со вторичной продувкой участка.

            Давление при пневматическом  испытании на прочность трубопровода  в целом на последнем этапе должно быть равно 1,1 Р_раб а продолжительность выдержки под этим давлением 12 часов.

Заполнение трубопровода природным газом производится с  осмотром трассы при давлении, равном 0,3 от испытательного на прочность, но выше 2 МПа.

2 Технологическая  часть

2.1 Устройство узлов подключения к источнику газа, запуска и приема поршней

Продуваемый участок расположен между двумя  линейными крановыми узлами. Линейный крановый узел со стороны ПК 327+30 подключен  к участку, служащему ресивером (ПК 0+00-326+68) и разобщен с продуваемым  участком заглушкой, а линейный крановый узел со стороны ПК 585+61 подлежит захлесту с продуваемым участком.

На ПК 0+00 с помощью  узла подключения газопровод-отвод  диаметром Ду 700 мм соединяется с действующим газопроводом Ду 1400 мм (IV нитка восточного коридора от II нитки газопровода «Уренгой-Челябинск») из которого газ подается в ресивер.

Для подачи газа на поршни при продувке, между линией продувочной свечи и продуваемым участком на расстоянии 1,5 м друг от друга наземно монтируются 3 перемычки диаметром Ду 219 мм, с установкой на них регулирующей арматуры (регулирующий шаровой кран диаметром Ду 200 мм «Гровэ») и одна перемычка для вытеснения воздуха перед продувкой. Торцы продуваемого участка герметизируются сферическими заглушками диаметром Ду 700 мм.

После окончания  продувки производится демонтаж продувочного патрубка, регулирующего шарового крана 4 и перемычек, и производится захлест участка с граничными линейными крановыми узлами (лист 2).

2.2 Очистительные устройства

Для очистки полости  трубопроводов от загрязнений, освобождения от воздуха и воды применяют специальные устройства.

Возможность использования  определенного типа устройства устанавливают применительно к конкретным целям и условиям производства работ, учитывая физико-химические свойства транспортируемых сред, режимы перемещения устройств по трубопроводу. Такой подход к определению комплекта устройств, необходимого для производства работ на конкретном объекте, позволяет ограничить его состав по типажу без снижения качественных результатов проведения, предусмотренных нормативами операций.

По ситуационному  плану трасса газопровода пересекает водные преграды в виде мелких ручьев и речек, Что позволяет производить продувку с применением не только поршней-разделителей, но и с пропуском металлических поршней, обеспечивающих более качественную очистку внутренней полости газопровода.

В проекте  на продувку участка газопровода-отвода очистка полости производится с пропуском трех поршней: металлического, резинового, поролонового.

В качестве металлического очистного устройства используется очистной поршень типа ОП, предназначенный для продувки сжатым воздухом или природным газом трубопроводов диаметром от 250 до 1420 мм любых назначений и конструкций.

Поршень ОП состоит  из металлического корпуса, на котором  во фланцах закреплены плоские резиновые манжеты и металлические щетки (лист 3). Оптимальная скорость пропуска поршня - 30 км/ч. Для очистки трубопровода диаметром Ду 700 мм используется поршень типа ОП-700, наружным диаметром 750 мм, длиной 1090 мм, массой 257 кг.

К резиновым  относятся очистные поршни типа ОПР-М, используемые на трубопроводах диаметром от 325 до 1420 мм с целью обеспечения независимости усилий, обеспечивающих необходимое прилегание рабочих поверхностей разделителя к стенкам трубопровода от давления среды в трубопроводе, постоянства усилий прижатия рабочих элементов к внутренней поверхности трубопровода в процессе движения разделителя. Скорость пропуска поршня от 3 до 10 км/ч.

В зависимости от характера загрязненности трубопровода поршень-разделитель ОПР-М монтируется в нескольких вариантах: с двумя, тремя и более рабочими элементами, имеющими гладкую или рифленую поверхность. Изношенные рабочие элементы можно быстро демонтировать в трассовых условиях, что значительно повышает экономичность эксплуатации устройства.

Однако поршень-разделитель  типа ОПР-М имеет и некоторые  недостатки. В частности, наличие  полого пространства между рабочими элементами, в котором могут скапливаться загрязнения, приводит к деформации и повышенному износу кольцевых элементов и, как результат этого, значительно снижает надежность работы поршня-разделителя. Кроме того, конструкция элементов не обеспечивает достаточной площади контакта по всей длине поршня с трубопроводом, что ухудшает качество очистки полости.

Для продувки трубопровода диаметром Ду 700 мм используется поршень типа ОПР-М-700, диаметром 770 мм, длиной 1130 мм и массой 106 кг.

К поролоновым очистительным устройствам  откосятся поршни-разделители типа ДЗК. Это эластичные устройства, изготовляемые из мягкой пористой пластической массы (пенополиуретана), устойчивой к действию нефтей, нефтепродуктов, природного газа и кислорода. Поршни разделители типа ДЗК эффективно используют для контрольного пропуска в трубопроводах любых назначений, конструкций и конфигураций. Однако в связи со сравнительно низкой механической прочностью пенополиуретана при продувке и других процессах скорость поршня не должна превышать 10 км/ч, давление на поршень при этом должно быть минимальным. Пропуски при больших давлениях, особенно на открытый конец трубопровода, могут приводить к разрушению поршней при вылете.

Для трубопроводов диаметром  до 720 мм — поршни-разделители изготавливают в виде совокупности из нескольких плоских цилиндров толщиной от 300 до 400 мм. Отдельные цилиндры склеивают герметиком и сшивают капроновым шнурком после установки на торцах дисков из транспортерной ленты. Стандартная длина поршней данного типа составляет от 1,5 до 2 диаметров трубопровода. При необходимости проведения особенно ответственных операций длину поршней увеличивают от 3 до 6 диаметров трубопровода.

Надежная работа поршня-разделителя типа ДЗК зависит от чистоты полости трубопровода и наличия в нем грата на сварных соединениях и сохраняется на участках протяженностью до 30 км.

В связи с высокой пористостью пенополиуретана поршни-разделители типа ДЗК изготавливают только для трубопроводов диаметром до 720 мм. При больших диаметрах устройства поры материала насыщаются продуктами очистки и возможно проседание Поршня в трубопроводе из-за дополнительной вертикальной весовой нагрузки, что вызывает переток газа через образовавшийся зазор между стенкой трубопровода и поверхностью поршня.

Для проектируемого трубопровода диаметром Ду 700 мм используется поршень типа ДЗК-700, диаметром 730 мм и массой в сухом виде — 23,2 кг.

Все перечисленные  выше типы поршней имеют цилиндрическую форму. Очистные устройства цилиндрической формы отличаются устойчивостью в скорости, большой шириной контактной площади (рабочей поверхности) и сравнительной простотой эксплуатации и ремонта.

2.3 Технология  проведения продувки

Проектом  предусмотрена продувка сооружаемого участка газопровода-отвода диаметром Ду 700 мм протяженностью 26 км в пределах ГК 327+30-585+61.

Источником  газа для продувки является действующий  газопровод диаметром Ду 1400 мм (IV нитка восточного коридора от II нитки газопровода «Уренгой-Челябинск»), из которого газ подается в ресивер (избыточное давление в ресивере 1 МПа).

Работы по продувке участка делятся на три  этапа:

- подготовка участка к продувке;

- вытеснение воздуха;

- продувка трубопровода.

При подготовке участка к продувке линейный кран на продувочной линии оборудуется двумя манометрами для контроля и измерения избыточного давления при продувке.

Для подачи газа на поршни при продувке, между линией продувочной свечи и продуваемым участком на расстоянии друг от друга 1,5 м наземно монтируются 3 перемычки диаметром Ду 219 мм, с установкой на них регулирующей арматуры (регулирующий шаровый кран диаметром Ду 200 мм "Гровэ") и одна перемычка для вытеснения воздуха перед продувкой.