В процессе эксплуатации магистральных трубопроводов, расположенных в районах многолетнемерзлых грунтов, трубопроводная система взаимодействует с климатическими условиями местности, которые приводят к аварийным ситуациям.
Данные проблемы возникают вследствие изменения свойств мерзлых грунтов, зависящие от инженерно-геологических процессов (промерзание и оттаивание грунтов, морозное пучение, солифлюкция, поверхностные оползни, образование морозобойных трещин), также влияет температура продукта, перекачиваемого по МГ, и природная среда.
В районах многолетнемерзлых грунтов применяется надземная прокладка трубопроводов, лежащих на свайных опорах, на которых наблюдается снижение несущей способности, деформации морозного пучения опор, повышение температур грунтов вследствие снегозаносов и теплопередачи по сваям, т. е. опоры являются уязвимой частью трубопроводной системы, которая нуждается в тщательном контроле.
Для предотвращения продольных и поперечных смещений трубопровода используют опорные металлоконструкции, распределяющей вес трубы и массу транспортируемого вещества, выступает в роли «фундамента» трубопровода.
Опоры делятся на:
– неподвижные: трубопроводный участок закреплен в проектном положении, исключающее возможность продольных и поперечных смещений.
– подвижные: трубы имеют возможность смещаться от проектного положения. Тепловая деформация у данных опор естественно распределяется.
Основными структурными элементами опоры являются: жесткое основание, металлические держатели, прокладка, крепление. Такое устройство позволяет нивелировать большую часть вертикальной нагрузки.
В условиях вечномерзлых грунтов применяются скользящие регулируемые опоры, позволяющие так же регулировать положение трубопровода по вертикали.
Для термостабилицации грунтовых оснований применяют: сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ) и круглогодичнодействующие охлаждающие устройства (КОУ). СОУ теплообмен между грунтом и воздухом за счет фазовых превращений и циркуляции теплоносителя в замкнутом теплообменнике. КОУ термостабилизаторы круглогодичного действия подключены к холодильным машинам, включающимся в теплое время года,
Существующие регулируемые опоры
Конструкция саморегулируемой опоры
С двух противоположных сторон саморегулируемой опоры содержатся кронштейны и продольные пазы. Стойка имеет возможность перемещаться продольно возвратно-поступательным движением, также она имеет свойство поддерживать трубопровод. Опора снабжена опорно-поворотными узлами, установленными в верхней части стойки опоры и в нижней части основания, и рычагами, ось которых закреплена на кронштейне. Один конец рычага может упираться в торец стойки, а второй конец рычага закреплен и при необходимости может двигать вдоль рычага груз для создания усилия, с возможностью регулирования, воздействующего на трубопровод.
Рис. 1. Устройство саморегулируемой опоры трубопровода
Элементы опоры:
– основание 1, размещенное в грунте;
– стойка 2 с вертикально-поступательным движением, расположенная в полости основания;
– упорно-поворотный узел 3, находящийся в верхней части стойки;
– трубопровод 4, упирающийся на упорно-поворотный узел;
– пазы 5 в боковых стенках и кронштейны 6, закрепленными осями 7 и рычагами 8;
– грузы 9, расположенные на рычагах.
Недостатком данной конструкции является ее громоздкость, что затрудняет ее использование в условиях малых площадей промплощадок КС.
Конструкция регулируемой силоизмерительной винтовой опоры трубопровода
Регулируемая винтовая силоизмерительная опора трубопровода, содержащая ложемент, соединенный гайками через подвижно-силовые весоизмерительные механизмы в стойках на основании и регулирующие устройства, выполненные в виде гаечно — резьбовых соединений, отличающаяся тем, что подвижно-силовые механизмы выполнены в виде винтовых домкратов, регулирующие устройства — в виде подъемных винтов домкратов, а в качестве силоизмерительных устройств используют силоизмерительные датчики с аналоговым выходом.
Рис. 2. Устройство винтовой силоизмерительной регулируемой опоры 1 –ложемент, 2 — гайка, 3 — стойка, 4 — винт домкрата, 5 — силоизмерительный датчик, 6 — винтовой домкрат
Недостатки опоры:
– громоздкость конструкции, что затрудняет ее применение в условиях промплощадок;
– затруднительная эксплуатация домкратов в условиях Крайнего Севера.
Конструкция опорной системы трубопровода
Опорная система состоит из опор (N рис.3), которые содержат ложемент, установленный на силоизмерительном элементе, передающее необходимую информацию регистратору, который расположен на свайных фундаментах регуляторов вертикального положения ложемента, регулировочный винт и винтовой механизм связаны с силоизмерительными элементами. Силоизмерительный элемент — два тензометрических датчика, находящиеся на самой силоизмерительной балке, также вертикальное положение ложемента содержит в себе регулировочные башмаки, установленные на равном расстоянии относительно ложемента над тензометрическими датчиками силоизмерительной балки и связанные с центрирующим элементом с регулировочным винтом.
Рис.3. Регулируемая опора
Недостатком системы является невозможность измерения непосредственно изменения положения трубопровода, вызванное подвижками грунта.
Конструкция стержневой регулируемой опоры с датчиками усилия растяжения/сжатия.
В ходе работы выявлены недостатки существующих конструкций регулируемых опор и предлагается усовершенствованная конструкция.
Регулируемая опора состоит из четырех цилиндрических стержней 1, имеющих резьбу в нижней части и закручивающихся в стаканы 2,3, ложемента 4. На стержнях прикреплены тензометрические датчики сжимающих и растягивающих усилий 5. Регулирование высотного положения производится путём закручивания или выкручивания стоек в стаканы, также определен необходимый диаметр.
Рис. 4. Конструкция стержневой регулируемой опоры с датчиками усилия растяжения/сжатия
Предложенная конструкция обладает рядом преимущество по отношению к аналогичным решениям, а именно:
– Возможность более точного измерения изменения положения опоры в горизонтальной плоскости за счет 4 датчиков, в том числе возможность мониторинга неравномерности просадок;
– Возможность более точного регулирования положения опоры за счет четырех независимых опор;
– Надежность конструкции и простота расчета;
– Простота регулирования;
– Возможность модернизирования с целью автоматизации процесса.
Регулирование положения опоры производится путем вкручивания или выкручивания стержней из стаканов, для этого могут использоваться стержни с продольным отверстием в центрально части.
В заключении можно сказать, что после сравнения существующих на данный момент регулируемых опор, стержневая опора с датчиками усилий является наиболее усовершенствованной технологией регулирования положения надземных трубопроводов, что в свою очередь, увеличит срок службы трубопровода.
Литература:
- СП 497.1325800.2020. Основания и фундаменты зданий и сооружений на многолетнемезлых грунтах: правила эксплуатации: издание официальное: дата введения 2020–12–30. — Москва: Минстрой России, 2020. ‒ 37 с. ‒ Текст: непосредственный.
- СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах: свод правил: издание официальное: введен взамен СНиП 2.02.04–88: дата введения 2013–01–01. — Москва: Минрегион России, 2012. ‒ 123 с. ‒ Текст: непосредственный.
