CC BY
0
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТАЛЫХ ВОД НА ПРОЕКТНОЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ТРУБОПРОВОДА В ПРОЦЕССЕ
ЭКСПЛУАТАЦИИ
В.Р. Лукашенко, магистрант
Волгоградский государственный технический университет (Россия, г. Волгоград)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-5-1-254-257
Аннотация. На сегодняшний день, в связи тем, что большинство трубопроводов имеют большой срок эксплуатации и разного рода деформации, вопрос по надежности трубопроводного транспорта представляется крайне актуальным и требует своего всестороннего рассмотрения. Стоит отметить, что деформация пространственного положения, в большинстве случаев, происходит под воздействием талых вод, так как большинство магистралей пролегают именно в грунте. В данной статье будет рассмотрено исследование влияния талых вод на проектное пространственное положение трубопровода в процессе эксплуатации, а также уделено внимание методу стабилизации температуры - термостабилизатору (Далее по тексту ТСГ).
Ключевые слова: трубопровод, термостабилизатор, грунт, вода, таяние, пучини-стость, температура.
На сегодняшний день развитию магистрального транспорта отведено особое значение и, связано, это с ростом добычи нефти и газа. В связи с чем, состояние при эксплуатации трудопроводов должно быть исправным, надёжным и без деформации [5]. И, одним из ключевых факторов, определяющих данную исправность и надежность, является защита со стороны талых вод. Стоит отметить, что воздействие талых вод на трубопровод в грунте может быть коррозионным, силовым, тепловым, химическим, биологическим и другими. В свою очередь, талые воды воздействует на грунт как через постоянно действующие нагрузки, так и сквозь переменные, обусловленные изменением силы, давлением и температуры перекачиваемого продукта. В связи с чем, при проектировании и эксплуатации трубопроводов необходимо учитывать разного рода воздействия трубопровода на грунт и особое внимание уделять климатическим условиям, монтажу и дислокации эксплуатации.
Отметим, что в сложных климатических условиях характерны резкие перепады температурных режимов, заболоченность территории и пучинистости грунтов. Опыт эксплуатации трубопроводов показал, что негативные климатические и природные
условия могут привести к дефектам трубопровода, а также выходу его из рабочего состояния. Стоит отметить, что неисправности трубопровода происходят чаще в местах с многолетней мерзлотой, а также в связи с пучинистостью грунтов, которое происходит с осени по весну в почвах отличных по составу [3]. Также пучение может иметь и зимний характер, к примеру, негативное воздействие геокриологического процесса на состояние трубопровода. Так, при замерзании воды, объем грунта увеличивается на 10 и даже 99 процентов, что сопровождается образованием льда и становится опасным для сооружения трубопровода. При отрицательной температуре грунты переходят из трёх-компонентной системы в четырехкомпо-нентную систему, что создаёт затруднения при монтаже.
Так, соотношение между грунтовыми водами определяется гидрофильностью состояния грунта. Стоит отметить, что в глинистых и песчаных грунтах содержания воды намного больше по сравнению с обычными грунтами. Температура для разных грунтов также различна (для песка 0 °С, для глины -0,5-1,5 °С) и, «наивысшей» считается температура при начале замерзания (начала замерзания воды при
концентрации солей 16% составляет -10 °С, а в не солённом состоянии -1,0 °С) [4].
Интенсивность промерзания грунта определяется следующими факторами:
- суровостью зимнего периода и продолжительностью снежного покрова;
- временем выпадения осадков, а также видом и влажностью грунта;
- влажностью и динамикой грунта во времени;
- наличием и характером растительного покрова;
- глубиной залегания подземных вод;
- дислокационными характеристиками;
- рельефом местности и др.
Данные факторы имеют также региональное значение. Пространственная из-
менчивость приводит к тому, что активность процесса пучения изменяется на отдельных участках и проявляется как случайный процесс.
Перечисленные температурные процессы приводят к следующим последствиям:
- выпучиванию и всплытию трубопровода;
- провисанию и деформации состояния отдельных участков трубопровода.
В результате, изменяется состояние трубопровода и тепловой режим грунтов, что сопровождается экологическими, экономическими, а также материально-техническими негативными последствиями [1]. Ниже, на рисунке 1 изображено распределение отказов трубопровода в зависимости от времени года.
Рис. 1. Зависимость отказов трубопровода
Так, по результатам измерений температуры было доказано, что наибольшее количество отказов приходится на осенний или весенний периоды, и связано это, прежде всего, с высоким содержанием воды в грунтах. Так, в апреле или мае, при таянии снега или льда наблюдается резкое увеличение объема воды. При высыхании вод можно наблюдать также просадку грунта. В результате оттаивания грунта под трубопроводом образуется ореол оттаивания, который приводит к его осадке, и, как следствие, к деформации пространственного положения [2]. И, именно дан-
ный фактор приводит, зачастую, к аварийным ситуациям.
Стоит отметить, что процесс оттаивания грунта достаточно затруднительный, который следует разделить на два этапа:
- величина и осадка оттаивания зависит от физико-химических свойств грунта;
- осадка уплотнения и оттаивания зависит от веса и нагрузки.
Следует сделать вывод, что на взаимодействие трубопровода пагубно воздействую сезонность и оттаивание грунта. И, наилучшим методом является термостабилизатор, который представляет собой стабилизатор нужной температуры.
Рис. 2. Стандартная схема работы термостабилизатора грунта (ТСГ) 1 - воздушный конденсатор, 2 - исправитель, 3 - грунт, 4 хладагент, 5 -тепловой поток от
охлаждаемого грунта
Стоит отметить, что радиус зоны замер- алюминиевых сплавов. А также для повы-зания грунта вокруг ТСГ при температуре шения эффективности применения ТСГ -15 составляет 1,5 метра и функциониро- необходимо увеличивать количество ТСГ вать данный ТСГ начинает при температу- или объем хладагента. В связи с чем, при ре воздуха минус пять градусов. Однако, и проектировании и монтаже трубопроводов данный ТСГ наделён недостатком - спо- следует уделять особого внимания данно-собность пропускать тепло, что приводит к му факту, так как грунт, вода и трубопро-изменению проектного пространственного вод находятся в постоянном взаимодей-положения трубопровода. В связи с чем, ствии. необходимы ТСГ из антикоррозионных
Библиографический список
1. Горковенко А.И. Основы теории расчета пространственного положения подземного трубопровода под влиянием сезонных процессов: Автореф. дис... канд. тех. наук. - Тюмень, 2006. - 305 с.
2. Николаева М.В. Оценка ореола оттаивания грунта вокруг трубопровода. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.tmnlib.ru/jirbis/files/upload/abstract/01.04.14/3956.pdf (Дата обращения 06.03.2024).
3. Современная классификация по пучинистости. сайт. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://problok.ru/klassifikaciya-gruntov.htm (Дата обращения 06.03.2024).
4. Тепловое влияние подземного трубопровода на окружающие мерзлые. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=7029(Дата обращения 06.03.2024).
5. Транспортировка газа. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.neftegas.info/gasindustry/-05-2018/teoreticheskoe-issledovaniemetodov-inzhenernoy-zashchity-podzemnykh-truboprovodov-ot-moroznogopuch/ (Дата обращения 06.03.2024).
INVESTIGATION OF THE EFFECT OF MELTWATER ON THE DESIGN SPATIAL POSITION OF THE PIPELINE DURING OPERATION
V.R. Lukashenko, Graduate Student Volgograd State Technical University (Russia, Volgograd)
Abstract. Today, due to the fact that most pipelines have a long service life and various kinds of deformations, the issue of reliability of pipeline transport is extremely relevant and requires its comprehensive consideration. It is worth noting that the deformation of the spatial position, in most cases, occurs under the influence of meltwater, since most highways run precisely in the ground. This article will consider the study of the influence of meltwater on the design spatial position of the pipeline during operation, as well as pay attention to the temperature stabilization method - the thermostabilizer (Hereinafter referred to as TSG).
Keywords: pipeline, heat stabilizer, soil, water, melting, heaviness, temperature.
