Подводный трубопровод

Подводный трубопровод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении подводных трубопроводов.

Цель изобретения - снижение стоимости подводного трубопровода и повышение экологической безопасности при транспортировании через водную преграду жидкого или газообразного продукта.

Известен подводный трубопровод (Бородавкин П.П. и др. Подводные трубопроводы. М.: Недра, 1979, с.13, рис.1.7) типа "труба в трубе" (1), в котором кольцевое межтрубное пространство заполнено цементно-песчаным раствором.

Недостатком данного конструктивного исполнения является сложность обнаружения места утечки транспортируемого продукта при разрыве внутренней напорной трубы и трудоемкость ремонтных работ.

Известен трубопровод (авт. свид. СССР №1448157 A1, кл. F16L 1/12, опубл. 30.12.88. Бюл. №48) типа "труба в трубе" (2), в кольцевом межтрубном пространстве которого проложены продольные надувные каналы, выполненные из плоскосворачиваемых металлических рукавов для перераспределения напряжения с внутренней трубы на наружную. Оставшиеся между каналами секторы межтрубного пространства заполнены антикоррозионной жидкостью с введенным в нее твердым наполнителем.

Это устройство обладает теми же недостатками, что и предыдущее (1). Кроме этого, монтаж продольных каналов в межтрубном пространстве является сложным и весьма проблематичным решением, а разгрузка стенки внутренней (высоконапорной) трубы с помощью надувных каналов требует выполнения стенки наружной (опорной) трубы более толстой, чем стенка внутренней трубы. Такое решение вызывает большой расход металла и увеличивает стоимость трубопровода.

Известна секция подводного трубопровода и способ ее изготовления (пат. RU №2072466 C1, кл. F16L 1/16, опубл. 27.01.97. Бюл. №3, прототип в части устройства). Секция содержит внутреннюю трубу, установленную с эксцентричным зазором во внешней трубе посредством фиксирующих торцевых элементов. На внутреннюю трубу надеты балластирующие элементы в виде колец, а в межтрубном пространстве размещена дренажная трубка с обратными клапанами, предназначенная для отвода газа или жидкости из межтрубного пространства, которое может быть частично или полностью заполнено через впускные клапаны цементным или бетонным раствором.

Вдобавок к имеющим место недостаткам аналогов (1) и (2) прототип несет в себе еще и повышенную трудоемкость монтажа балластных колец на внутренней трубе. Наличие же на верхней образующей наружной трубы клапанов отвода газа или жидкости и клапана для подачи балластировочного материала экологически небезопасно, т.к. при эксплуатации секции подводного трубопровода эти клапаны не смогут гарантировать герметизацию межтрубного пространства в связи с возможной загрязненностью клапанных элементов застывшим еще при монтаже цементным или бетонным раствором. Кроме этого, экологическая небезопасность секции усугубляется еще и тем, что межтрубное пространство ограничено торцевыми соединительными элементами, и поэтому из него не может быть осуществлен отвод вылившегося при аварии внутренней трубы продукта. Для устранения указанных недостатков прототипа и аналогов (1) и (2) в изобретении подводного трубопровода произведены конструктивные усовершенствования.

Во-первых, в изобретении подводного трубопровода упрощен монтаж, а следовательно уменьшены расходы при его сооружении. Это достигается тем, что внутренняя труба-продуктопровод не несет на себе балластирующих колец, предохраняющих его от всплытия внутри кожуха (как в прототипе), а балластирующие пригрузы установлены поверх кожуха, что выполнить проще, чем монтировать бетонные кольца на внутреннюю трубу прототипа.

Во-вторых, в изобретении подводного трубопровода повышена его экологическая безопасность. Это достигается тем, что продуктопровод и кожух выполнены не посекционно, как в прототипе, а по всей своей протяженности сваркой встык стандартных труб, причем кожух не содержит экологически опасных монтажных клапанных отверстий и на нижнем (плесовом) берегу оснащен сливным патрубком, присоединенным к емкости для аварийного приема жидкости из межтрубного пространства. Экологическая безопасность изобретения достигается еще и тем, что коаксиальное расположение кожуха и продуктопровода на береговых участках дает возможность закрепления на кожухе и наружной поверхности продуктопровода заглушающих торцы межтрубного пространства конических сильфонов, выполненных из эластичного материала, которые способны без нарушения герметизации компенсировать температурные продольные деформации продуктопровода и кожуха.

В-третьих, изобретение подводного трубопровода позволяет снизить металлоемкость и стоимость устройства. Это достигается тем, что межтрубное пространство выполнено единым по всей его протяженности (а не разделено на секции, как в прототипе) и заполнено до уровня поверхности водной преграды жидкостью (водой или антифризом). Благодаря этому стенка кожуха разгружена от воздействия наружного статического давления и может быть выполнена минимальной толщины, которая возможна при промышленном производстве труб данного диаметра.

И еще одно немаловажное обстоятельство. При транспортировании подводным трубопроводом углеродсодержащих продуктов, например, нефтепродуктов или природного газа, рабочие площадки у торцев кожуха на обоих берегах водной преграды взрывобезопасны, т.к. трубопровод оснащен смонтированными на околоторцевых участках кожуха вытяжными свечами, газоанализаторами межтрубного пространства и измерителями уровня жидкости в нем, которые в случае аварии продуктопровода способны подавать команду на прекращение подачи продукта и закрытие отсекающих задвижек.

В заявленном изобретении подводный трубопровод типа "труба в трубе" для перехода через водную преграду включает забалластированный на дне цилиндрический кожух с выведенными за пределы береговых водоохранных зон торцами и проложенный внутри него напорный продуктопровод, на придонном участке продуктопровод уложен на клиновых антифрикционных подкладках с зазором над нижней образующей внутренней поверхности кожуха, а на береговых участках - смонтирован коаксиально с ним, образуя переменное по форме межтрубное пространство, подводная часть которого заполнена водой или антифризом, а береговые участки свободны от жидкости и сообщаются с атмосферой с помощью вытяжных свечей, выполненных на кожухе у его торцев.

Возможны следующие частные формы выполнения подводного трубопровода, в которых:

на придонном участке водной преграды вверху внутренней поверхности кожуха приварены резьбовые втулки с ввинченными в них регулировочными упорными болтами, головки которых выполнены из антифрикционного синтетического материала и установлены с зазором над наружной поверхностью продуктопровода;

торцы межтрубного пространства на обоих берегах заглушены коническими сильфонами, выполненными из эластичного материала, каждый из которых большим основанием конуса герметично закреплен на торце кожуха, а меньшим - на наружной поверхности продуктопровода;

на нижнем берегу водной преграды кожух снабжен сливным патрубком, который приварен к нему в зоне между вытяжной свечой и торцем и герметично присоединен к установленной в приямке емкости для аварийного приема поступающей из межтрубного пространства жидкости;

на вытяжных свечах обоих берегов смонтированы газоанализаторы, способные в случае аварии продуктопровода подавать световой и звуковой сигнал о наличии паров продукта в межтрубном пространстве;

на обоих берегах преграды над поверхностью залитой в межтрубное пространство жидкостью на кожухе смонтированы указатели уровня этой жидкости, способные в случае аварии продуктопровода подавать команду на отключение подачи продукта и закрывание отсекающих задвижек;

у береговых кромок по обе стороны водной преграды кожух оснащен приварными загерметезированными монтажными патрубками, позволяющими вводить через них зачистные рукава в заполненное жидкостью межтрубное пространство.

На фиг.1 представлен общий вид части подводного трубопровода у низкого (плесового) берега, на фиг.2 - разрез А - А на фиг.1, на фиг.3 - общий вид части подводного трубопровода у высокого (крутого) берега, на фиг.4 - вид Е на фиг.1, на фиг.5 - вид Ж на фиг.3, на фиг.6 - выносной элемент Б на фиг.1, на фиг.7 - сечение В - В на фиг.6, на фиг.8 - разрез Д - Д на фиг.1.

Подводный трубопровод состоит из цилиндрического защитного кожуха 1 и смонтированного внутри него продуктопровода 2, образующих межтрубное пространство 3. Для изготовления кожуха 1 и продуктопровода 2 используются сваренные встык стандартные стальные трубы, которые применяются при строительстве магистральных трубопроводов. Подводный трубопровод проложен по дну и береговым участкам водной преграды 4 глубиной Г и шириной Ш. По обе стороны преграды 4 расположены прибрежные водоохранные зоны шириной соответственно Ш1 и Ш2. На придонном участке продуктопровод 2 уложен с гарантированным зазором над нижней образующей внутренней поверхности кожуха 1, а на береговых участках - смонтирован коаксиально с кожухом. Межтрубное пространство 3 заполнено жидкостью до уровня Уж (немного выше поверхности водной преграды 4 или вровень с ней). Это может быть вода (при климатических условиях и температуре продукта, гарантирующих невозможность ее замерзания) или антифриз (при любых климатических условиях и любой температуре транспортируемого продукта).

При транспортировании подводным трубопроводом продукта с гарантированной плюсовой температурой через промерзающий в зимний период на какую-то глубину водоем возможно заполнение подводного межтрубного пространства водой. При этом необходимо применение дополнительных постоянно действующих неотключаемых в течение всего зимнего сезона подогревателей (например, в виде электронагревательной герметичной ленты), вводимых на обоих берегах в межтрубное пространство на глубину ниже глубины промерзания водоема.

Подводный трубопровод по всей своей протяженности или место закопан в траншее 5 засыпкой 6 заподлицо с дном водной преграды 4 и поверхностью берегов. Под водой кожух 1 забалластирован от всплытия пригрузами 7, а его торцы 8 на обоих берегах выведены за пределы водоохранных зон. На низком (плесовом) берегу у торца 8 кожух 1 снабжен сливным патрубком 9, герметично присоединенном к установленной под ним емкости 10 для приема жидкости из межтрубного пространства 3 в случае аварии продуктопровода 2. На обоих берегах между торцами 8 кожуха 1 и наружной поверхностью продуктопровода 2 смонтированы выполненные из эластичного синтетического материала конические сильфоны 11. Сильфоны 11 со стороны большего диаметра крепятся своими воротниками к приварным фланцам 12 кожуха 1 шайбами 13 - с помощью стандартных болтовых соединений, а меньшим диаметром - надеты на продуктопровод 2 и закреплены на нем стяжными хомутами 14. Предусмотрена возможность замены изношенных сильфонов. Для этого на продуктопровод надеты кольцеобразные упаковки 15 с законсервированными запасными сильфонами.

Для установки емкости 10, монтажа сильфонов 11 и удобства обслуживания на обоих берегах в зоне торцев 8 вырыты приямки 16, облицованные изнутри гидроизоляционной обкладкой 17. На обоих берегах у торцев кожуха 1 смонтированы вытяжные свечи 18. Емкость 10 оснащена опорожняющим насосом 19.

Внутри кожуха 1 (в верхней его части) приварены резьбовые втулки 20, в которые ввинчены регулировочные болты 21 с головками, покрытыми антифрикционной пластмассой (например, залитыми в ней при изготовлении). Болты 21 стопорятся гайками 22. При этом между головками болтов 21 и наружной поверхностью продуктопровода 2 выставляется гарантированный зазор, обеспечивающий свободу взаимного продольного перемещения кожуха 1 и продуктопровода 2. В нижней части - кожуха 1 под продуктопровод 2 заведены клиновые антифрикционные подкладки 23 с нажимными болтами 24, с помощью которых выставляется гарантированный зазор между продуктопроводом 2 и нижней образующей кожуха 1.

Для выведения продуктопровода 2 в коаксиальное с кожухом 1 положение внутри околоторцевых участков кожуха 1 закреплены направляющие сухари 25, изготовленные из антифрикционного материала, например пластмассы или текстолита. Сухари 25 закреплены внутри кожуха 1 болтами 26 и гайками 22.

На боковых патрубках вытяжных свечей 18 закреплены газоанализаторы 27, а на кожухе 1 - сигнализаторы 28 уровня жидкости межтрубного пространства 3. На продуктопроводе за пределами приямков 16 установлены электроприводные отсекающие задвижки 29. Насос 19, газоанализаторы 27, указатели 28 уровня жидкости и задвижки 29 обоих берегов с помощью электрошкафов 30 и разводки 31 проводов постоянно подключены к источнику питания 32. На береговых водоохранных зонах подводный трубопровод оснащен П-образными 33 или W-образными 34 компенсаторами температурных деформаций, выполненными, как и весь трубопровод, по типу "труба в трубе". У края водной преграды 4 на кожухе 1 приварены загерметизированные монтажные патрубки 35 для ввода зачистных рукавов.

Работа подводного трубопровода в штатном режиме осуществляется следующим образом. Продуктопровод 2, смонтированный внутри кожуха 1, зарыт в траншее 5 засыпкой 6 и забалластирован на дне водной преграды 4 пригрузами 7. Предварительно при монтаже придонного участка подводного трубопровода выставлен гарантированный зазор между головками болтов 21 и наружной поверхностью продуктопровода, а клиновыми подкладками 23 с помощью болтов 24 - зазор между нижней образующей продуктопровода 2 и внутренней поверхностью кожуха 1, чтобы обеспечить свободу взаимного продольного перемещения в результате тепловых деформаций. Сильфоны 11 заглушают межтрубное пространство, будучи закреплены на кожухе 1 и продуктопроводе 2 деталями 12,13 и 14. Емкость 10 пустая, насос 19 отключен. Патрубки 35 загерметизированы. Установленные на свечах 18 газоанализаторы 27, постоянно подключенные к источнику питания 32 разводкой 31 проводов, дают показания об отсутствии паров продукта в межтрубном пространстве 3. Сигнализаторы 33 уровня подтверждают отсутствие подъема жидкости в подводной части межтрубного пространства. Задвижки 29 открыты. Подводный трубопровод исправен, подводная часть межтрубного пространства 3 заполнена жидкостью (водой или антифризом - в зависимости от температуры продукта и климатических условий). Продуктопровод 2 заполнен транспортируемым продуктом при заданных давлении, температуре и производительности. Идет перекачка транспортируемого продукта. В случае изменения температуры транспортируемого продукта или температуры окружающей среды кожух - 1 и продуктопровод 2 могут претерпевать линейные тепловые деформации, которые воспринимаются береговыми компенсаторами 33 и 34 и коническими сильфонами 11.

В случае аварии даже небольшое количество просочившегося через поврежденную стенку трубопровода 1 продукта производит всплытие в подводной части межтрубного пространства 3 на поверхность заполняющей его жидкости и там образует парогазовые потоки, которые воздействуют на улавливающие их газоанализаторы 27, которые немедленно на обоих берегах подают световой и звуковой сигнал об этом.

Пока уровень жидкости в межтрубном пространстве не достиг указателей 28 уровня жидкости (например, при небольшой утечке продукта), водолазы-инспекторы могут производить с помощью акустических приборов поиск места аварии на дне преграды 4 - пока без отключения подачи продукта. Но когда уровень жидкости в межтрубном пространстве достигнет указателей 28 уровня жидкости, они звуковыми и световыми сигналами на обоих берегах извещают о необходимости аварийного отключения подачи продукта и дают команду на остановку насосов насосной станции и перекрытие отсекающих задвижек 29. Если с помощью акустических приборов водолазам обнаружить место аварии не удалось, то продуктопровод должен быть обследован с помощью диагностических поточных средств. После обнаружения места аварии подводный трубопровод подлежит ремонту.

После ремонта подводного трубопровода и заполнения жидкостью межтрубного пространства 3 на ее поверхности могут образоваться следы протекшего во время аварии продукта. Эти следы могут быть удалены зачистными рукавами, опускаемыми в межтрубное пространство через патрубки 35 на обоих берегах. Если после зачистки межтрубного пространства газоанализаторы 27 перестают показывать наличие паров продукта, подводный трубопровод опять готов к эксплуатации.

Изобретение подводного трубопровода позволяет снизить стоимость его изготовления и повысить экологическую безопасность устройства, а при транспортировании углеводородсодержащей среды, например нефтепродуктов или природного газа, - обеспечить взрывобезопасность площадок обслуживания.

1. Подводный трубопровод типа "труба в трубе" для перехода через водную преграду, включающий забалластированный на дне цилиндрический кожух с выведенными за пределы береговых водоохранных зон торцами и проложенный внутри него напорный продуктопровод, отличающийся тем, что на придонном участке продуктопровод уложен на клиновых антифрикционных подкладках с зазором над нижней образующей внутренней поверхности кожуха, а на береговых участках - смонтирован коаксиально с ним, образуя переменное по форме межтрубное пространство, подводная часть которого заполнена водой или антифризом, а береговые участки свободны от жидкости и сообщаются с атмосферой с помощью вытяжных свечей, выполненных на кожухе у его торцев.

2. Подводный трубопровод по п.1, отличающийся тем, что на придонном участке водной преграды вверху внутренней поверхности кожуха приварены резьбовые втулки с ввинченными в них регулировочными упорными болтами, головки которых выполнены из антифрикционного синтетического материала и установлены с зазором над наружной поверхностью продуктопровода.

3. Подводный трубопровод по п.1, отличающийся тем, что торцы межтрубного пространства на обоих берегах заглушены коническими сильфонами, выполненными из эластичного материала, каждый из которых большим основанием конуса герметично закреплен на торце кожуха, а меньшим - на наружной поверхности продуктопровода.

4. Подводный трубопровод по п.1, отличающийся тем, что на нижнем берегу водной преграды кожух снабжен сливным патрубком, который приварен к нему в зоне между вытяжной свечой и торцем и герметично присоединен к установленной в приямке емкости для аварийного приема поступающей из межтрубного пространства жидкости.

5. Подводный трубопровод по п.1, отличающийся тем, что на вытяжных свечах обоих берегов смонтированы газоанализаторы, способные в случае аварии продуктопровода подавать световой и звуковой сигнал о наличии паров продукта в межтрубном пространстве.

6. Подводный трубопровод по п.1, отличающийся тем, что на обоих берегах преграды над поверхностью залитой в межтрубное пространство жидкостью на кожухе смонтированы указатели уровня этой жидкости, способные в случае аварии продуктопровода подавать команду на отключение подачи продукта и закрывание отсекающих задвижек.

7. Подводный трубопровод по п.1, отличающийся тем, что у береговых кромок по обе стороны водной преграды кожух оснащен приварными загерметизированными монтажными патрубками, позволяющими вводить через них зачистные рукава в заполненное жидкостью межтрубное пространство.