CC BY
33
УДК 622.692.4.01:539.4
https://doi.org/10.24412/0131-4270-2021-1-36-40
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЗАЦИИ РАБОТ ПРИ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
INCREASING THE EFFICIENCY OF MECHANIZATION OF WORK DURING THE REPAIR OF TRUNK PIPLINES
Т.Р. Мустафин, Э.Ш. Субхангулов, К.В. Кожаева,
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0143-6087, E-mail: tim-mr@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0389-7725, E-mail: subkhangulov.emil@mail.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0432-2341, E-mail: msjealous@mail.ru
Резюме: В работе рассматриваются методы повышения эффективности механизации работ при ремонте магистральных трубопроводов. Предложено возобновить применение роторных траншейных экскаваторов.
Ключевые слова: трубопровод, актуальность, анализ, механизация работ, машины и механизмы, эффективность, экскаватор траншейный роторный, автоматизация, многолетнемерзлый грунт.
Для цитирования: Мустафин Т.Р., Субхангулов Э.Ш., Кожаева К.В. Повышение эффективности механизации работ при ремонте магистральных трубопроводов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021. № 1. С. 36-40.
D0I:10.24412/0131-4270-2021-1-36-40
Timur R. Mustafin, Emil S. Subkhangulov, Ksenia V. Kozhaeva
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0143-6087, E-mail: tim-mr@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0389-7725, E-mail: subkhangulov.emil@mail.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0432-2341, E-mail: msjealous@mail.ru
Abstract: The article deals with the methods of increasing the efficiency of mechanization of work during the repair of trunk pipelines. It is proposed to resume the use of rotary trench excavators.
Keywords: pipeline, relevance, analysis, mechanization of works, machines and mecha-nisms, efficiency, trench rotor excavator, automation, permafrost soil.
For citation: Mustafin T.R., Subkhangulov E.S, Kozhaeva K.V. INCREASING THE EFFICIENCY OF MECHANIZATION OF WORK DURING THE REPAIR OF TRUNK PIPLINES. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2021, no. 1, pp. 36-40.
DOI:10.24412/0131-4270-2021-1-36-40
Одним из основных факторов, влияющих на эффективность своевременного и качественного проведения ремонт-но-восстановительных работ на трубопроводах является высокая степень механизации проводимых работ, позволяющая осуществлять работы относительно быстро и с сохранением их качественных характеристик.
В результате анализа механизации работ при ремонте магистральных нефтепроводов можно сделать следующие выводы:
- технологии ремонта магистральных трубопроводов, используемые в настоящее время, и практический опыт организаций, производящих данные работы, показывают востребованность оборудования для разработки грунта под магистральным трубопроводом, а также необходимость повышения его эффективности;
- оборудование для вскрытия трубопроводов на базе одноковшового экскаватора обладает удобством эксплуатации, достаточной мобильностью и универсальностью, однако цикличность процесса копания и отсутствие технических устройств, исключающих возможность повреждения трубопровода, затрудняют работу оператора и снижают производительность;
- наиболее актуально будет провести анализ механизации земляных работ при ремонте магистральных нефтепроводов;
- в результате анализа механизации работ при ремонте магистральных нефтепроводов, было выделено два направления повышения эффективности данного процесса (рис. 1):
- применение машин и механизмов с улучшенными характеристиками (новые разработки, решающие проблемы старых образцов) [1], а также внедрение, реабилитация старых разработок;
- рационализация методик по комплектации машин и механизмов под выполнение ремонта (организационная сторона вопроса).
Земляные работы при ремонте магистральных трубопроводов состоят из нескольких этапов. При выполнении каждого этапа работ применяется универсальная или специальная техника (рис. 2).
Повышение эффективности земляных работ достигается посредством:
|Рис. 1. Структура повышения эффективности механизации работ при ремонте магистральных нефтепроводов
|Рис. 2. Земляные работы при ремонте магистральных
трубопроводов и машины, применяемые при этом
Используемые машины
Одноковшовые экскаваторы
Вскрышные машины
Подкапывающие машины
Одноковшовые экскаваторы
Бульдозеры
Вручную
Бульдозеры
I 1. Роторный экскаватор ЭТР-254А
- повышения технических характеристик существующих машин (данный процесс осуществляется машиностроительными предприятиями в условиях конкурентной борьбы [2]);
- совершенствования или разработки новых рабочих органов существующих машин с целью повышения эффективности и технологичности выполнения земляных работ;
- разработки принципиально новых машин;
- приспособления к требованиям по выполнению земляных работ машин, не использующихся в настоящее время, но применение которых позволит повысить эффективность земляных работ [2]. В рамках этого пункта предлагается
возобновление применения роторных экскаваторов, разработанных в СССР, при производстве работ по ремонту трубопроводов в условиях многолетнемерзлых грунтов (ММГ). Возобновление применения роторных экскаваторов позволит в том числе реализовать программу импортозамеще-ния в трубопроводном строительстве.
В результате анализа земляных работ при ремонте магистральных трубопроводов было выдвинуто предложение о возобновлении применения роторных траншейных экскаваторов, разработанных в СССР для повышения эффективности земляных работ при ремонте трубопроводов [3].
Проведем сравнительный анализ применения при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов распространенного гусеничного гидравлического экскаватора с обратной лопатой, емкость ковша 1,0 м3 (например, ШасЬ^Х 200, JCBJS 220) и траншейного роторного экскаватора ЭТР-254А (фото 1).
Производительность выработки грунта в отвал данного экскаватора с обратной лопатой при оптимальных условиях работы (грунты 1 и 2-й категории) составляет 350-400 м3 в смену за 8 ч. Выработка меняется от глубины копания, при максимальной отметке уменьшается на 20%. Сложная геометрия земляных работ, а также необходимость погрузки грунта уменьшают производительность на 10-15% [4].
Соответственно производительность одноковшового экскаватора составляет 240-400 м3 в смену за 8 ч или 30-50 м3/ч.
Производительность выработки грунта в отвал траншейного роторного экскаватора ЭТР-254А при оптимальных условиях работы (грунты 1 и 2-й категории) составляет 1200 м3/ч [4].
Таким образом, в оптимальных условиях работы производительность роторного экскаватора ЭТР-254А больше в 20-40 раз, чем у одноковшового экскаватора ШасЬ^Х 200.
В то же время применение одноковшовых экскаваторов в грунтах 4-й категории и в ММГ невозможно без использования дополнительных технологий (таких как буровзрывные работы и дробление грунта).
В грунтах 4-й категории и в ММГ производительность одноковшового экскаватора Н^асЬ^Х 200 в комбинации с другими необходимыми технологическими операциями составляет около 10-15 м3/ч, а роторного экскаватора ЭТР-254А 300-400 м3/ч. Соответственно производительность роторного экскаватора ЭТР-254А больше в 25-30 раз, чем у одноковшового экскаватора ШасЬ^Х 200.
С учетом длительности всех технологических процессов в ходе осуществления земляных работ при ремонте магистральных нефтепроводов применение роторных экскаваторов позволяет сократить время земляных работ более чем в пять раз.
В табл. 1 приведено наглядное сравнение применения одноковшовых и роторных экскаваторов в оптимальных условиях и в условиях ММГ.
В результате проведенного сравнительного анализа можно сделать вывод, что применение при ремонте магистральных нефтепроводов роторных экскаваторов позволяет ускорить производство земляных работ в 20-40 раз в оптимальных условиях и в 25-30 раз в грунтах 4-й категории и в ММГ.
Произведем сравнение технико-экономических показателей работ при выполнении земляных работ при ремонте
Процесс
Вскрытие трубопровода
Разработка грунта под трубопроводом
Засыпка трубопровода:
• засыпка с подбивкой грунта под отремонтированный трубопровод; • засыпка грунтом сверху и с боковых сторон трубопровода
Рекультивация
магистральных нефтепроводов в условиях ММГ традиционным способом и с помощью ЭТР.
Одним из основных показателей является себестоимость единицы конечной продукции, руб./м3:
Таблица 1
Сравнение применения одноковшовых и роторных экскаваторов
С
К1^ (СМСМ/ • ПМ1) . )=1_
+ К2 • Ср
ед
Пэ
(1)
где К1 - коэффициент, учитывающий накладные расходы на эксплуатацию машин. Можно принять К1 = 1,08; К2 - коэффициент, учитывающий накладные расходы на зарплату. Можно принять К2 = 1,5; Смсм - стоимость машиносмены /-го вида машин, руб./см.; пМ1 - количество машин ¡-го вида; Ср - зарплата за смену, не учтенная в затратах на эксплуатацию машин, руб. (200-500 руб./см.); Пэк - уточненная сменная производительность комплекта машин, м3/см.
Уточненная сменная производительность комплекта машин определяется:
(2)
Параметр Траншейный роторный экскаватор ЭТР-254А Типовой одноковшовый экскаватор (на примере Hit-achiZX 200)
Емкость ковша 24 ковша вместимостью 148 л ~1 м3
Скорость резания 1,74 м/с -
Масса 50 т 20,4 т
Стоимость 20-25 млн руб. (ориентировочная цена при реализации мелкосерийного производства) 9-10 млн руб.
Производительность в оптимальных условиях 1200 м3/ч 30-50 м3/ч
Производительность в грунтах 4-й категории и в ММГ 300-400 м3/ч 10-15 м3/ч (в комбинации с другими необходимыми технологическими операциями)
Экологичность
Исключение буровзрывных работ
В некоторых случаях необходимо применение буровзрывных работ
Пэк = Пэвп8'
С учетом того, что будет производиться сравнение применения двух типов экскаваторов, расход топлива и некоторые другие параметры одного из которых в данный момент неизвестны, упростим формулу (4.3):
■ эксплуатационная сменная производительность
где Пэ
машины, м3/см; пв - количество машин.
Стоимость машиносмены при односменной работе определяется для каждого вида машин, руб./см. по формуле:
С,
С,
МСМ
пр
100ТГоП • С
С
(4)
с,
с,
МСМ
пр
■а
100ТГоП ■ С
- + Ср + ст + сс + Зм,
(3)
где Спр - расчетная стоимость машины (Спр = 1,07 См), руб.; а - норма амортизационных отчислений в % (принимается в 10...15%); Тгод - число суток работы машины в году (Тгод = 250); tсм - продолжительность рабочей смены, ч ^см = 8 ч); Ср - затраты на ТО и ремонт, приходящиеся на одну смену, руб./см. (годовые затраты определяются из расчета 1.2% в год от стоимости машины); Ст - затраты на топливо в расчете на смену, руб./см.; Сс - затраты на смазочные материалы в расчете на смену, руб./см (10-15% от затрат на топливо); Зм - зарплата машиниста за одну смену, руб. (часовая ставка машиниста 6-го разряда - 79 руб./ч).
Земляные работы при традиционном способе производства работ во время ремонта магистральных нефтепроводов заключаются в совместной работе рыхлителя, бульдозера и одноковшового экскаватора. Сначала производится снятие снежного покрова, затем рыхление мерзлого грунта проходами рыхлителя, затем разработка рыхлого грунта бульдозером, после чего одноковшовый экскаватор дорабатывает немерзлый грунт до проектной траншеи (рис. 3).
В случае, когда используется роторный экскаватор, необходимо лишь предварительно снять снежный покров, затем выполняются земляные работы (рис. 4).
Так как снятие снежного покрова применяется в обоих случаях, то при подсчете технико-экономических показателей данная операция не будет учитываться.
При традиционном способе выполнения земляных работ для рыхления грунта будет использоваться
| Рис. 3. Выполнение земляных работ традиционным способом при ремонте нефтепроводов в условиях ММГ
П&ление грунта механический рыхлителем РЬэраВотка траншеи
Снятие снежного покрова и разраВатка разрыхленного грунта Ву/ыЬэероп с&шаВшобым эскаВатсром
Рис. 4. Выполнение земляных работ с использованием ЭТР при ремонте нефтепроводов в условиях ММГ
бульдозерно-рыхлительный агрегат ДЭТ-320Б1Р1, для разработки рыхлого грунта - бульдозер ДЭТ-320Б1, для рытья траншеи одноковшовый экскаватор Hitachi ZX 200 [4].
Стоимость машиносмены бульдозерно-рыхлительного агрегата:
C
1,07• 8-106 • 0,1-8• 106
МСМ
100•250•8 Стоимость машиносмены бульдозера:
0,018•Ю6 = 80047 руб./см.
C
1,07 • 7 • 106 • 0,17 • 106
МСМ
+ 0,017• 106 = 70042 руб./см.
100•250•8
Стоимость машиносмены одноковшового экскаватора:
C
1,07• 9•Ю6 • 0,19• 106
МСМ
-0,019•Ю6 = 90053 руб./см.
100•250•8
Себестоимость единицы конечной продукции: 1,08(80047 • 1 + 70042 • 1 + 90053 • 1) +1,5 • 500
Сед =
15•8•3
= 722,5 руб./м3.
Определим данные параметры при производстве земляных работ с помощью ЭТР.
При использовании ЭТР ориентировочная стоимость машиносмены составит:
Несмотря на то что применение ЭТР в условиях ММГ в разы дешевле, не всегда целесообразно транспортировать тяжеловесные роторные экскаваторы до места производства работ (ввиду их малого количества на первоначальном этапе применения). Участки малой длины оптимальнее разрабатывать традиционным способом.
Определим условные объемы работ по разработке траншей в условиях ММГ, при которых применение ЭТР оптимальнее традиционного способа. При этом будем пользоваться уточненной сменной производительностью, указанной в предыдущих расчетах.
Для расчета примем разработку траншеи с вертикальными стенками глубиной 1 м и шириной 2 м в мерзлых грунтах группы 2М. Критерием оптимальности применения традиционного способа или способа с применением ЭТР будем считать производство работ за одну смену. Таким образом мы определим, в какой момент применение ЭТР будет производительнее традиционного способа.
Уточненная сменная производительность комплекта машин при традиционном способе составляет Пэк = 45-8 = 360 м3/см. Тогда
VT
тр
Пэ
h • b • L
Пэк
■ 1 ^ L
.Пк. h • b'
L=
360 1~2
■ 180 м.
Соответственно при длине рассматриваемой траншеи более 180 м (или при объемах земляных работ более 360 м3) выполнение земляных работ займет более одной смены, и в этом случае оптимальнее применить ЭТР.
Определим условные объемы работ по разработке траншей в нормальных условиях. При традиционном способе производства работ используются бульдозер и одноковшовый экскаватор, то есть две машины. Уточненная сменная производительность составит
Пэк = 50-2-8 = 800 м3/см.
C
МСМ ■
100•250•8
- + 0,0125 •Ю6 = 250147 руб./см.
Ориентировочная себестоимость единицы конечной продукции при использовании ЭТР:
Сед =
1,08(250147) +1,5 • 500 300•8•1
= 37,6 руб./м3.
Сравнивая значения себестоимости единицы конечной продукции, получаем, что применение ЭТР в условиях ММГ приблизительно в 19 раз дешевле по сравнению с традиционным способом производства земляных работ.
Также стоит отметить, что суммарная масса машин, используемых при традиционном методе производства работ, больше предполагаемой массы ЭТР, соответственно транспортировка ЭТР до места работ будет дешевле, что также дает положительный экономический эффект.
Для расчета примем разработку траншеи с вертикальными стенками глубиной 1 м и шириной 2 м в суглинистых грунтах. Тогда:
VT
тр
Пэ
h • b • L
Пэк
■ 1 ^ L
.Пк. h • b'
L
800 IT
= 400 м.
Соответственно при длине рассматриваемой траншеи более 400 м (или при объемах земляных работ более 800 м3) выполнение земляных работ займет более 1 смены и в этом случае оптимальнее применить ЭТР, уточненная сменная производительность которого составит:
Пэк = 1200-1-8 = 9600м3/см.
I Таблица 2
Сравнение традиционного и предлагаемого способов производства земляных работ при ремонте магистральных нефтепроводов
Критерии сравнения
Способ производства работ производительность в нормальных условиях производительность в условиях ММГ стоимость машин комплекта масса комплекта машин оптимальность применения в условиях ММГ импортозамещение
Оптимален для
Традиционный 30-50 м3/ч 10-15 м3/ч 20 млн руб. 35 т траншеи объемом до
360 м3
Оптимален для
С применениемЭТР 1200 м3/ч 300-400 м3/ч 20-25 млн руб. 50 т траншеи объемом +
свыше 360 м3
Итоговое сравнение традиционного способа производства работ представлено в табл. 2.
Таким образом, актуальность разработки, производства и применения отечественных роторных экскаваторов сохраняется, и их использование возможно как при строительстве, так и при ремонте магистральных нефтепроводов в условиях ММГ и грунтов с сезонным промерзанием.
Самый оптимальный вариант реабилитации отечественных роторных экскаваторов - доработка экскаватора ЭТР-254А, снабжение его сменными рабочими органами различных размеров и назначения.
Глобально данный проект, помимо описанных выше преимуществ, позволит повысить уровень отечественного машиностроения и успешно осуществить импортозамещение на рынке строительной техники.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент РФ № 95055 Экскаватор-трубозаглубитель с одним роторным канавокопателем / Мустафин Ф.М. и др. Опубл.: 10.06.2010. Бюл. № 16.
2. Шацкий А.С. О состоянии механизации трубопроводного строительства // Трубопроводный транспорт. 2007. № 4. С. 80-83.
3. Шацкий А.С. К вопросу применения роторных траншейных экскаваторов в отечественном трубопроводном строительстве // Трубопроводный транспорт. 2013. № 2. С. 28-31.
4. Мустафин Ф.М., Минаев В.И., Быков Л.И. и др. Современные машины для строительства и ремонта газонефтепроводов: учеб. пособие. Уфа: Нефтегазовое дело, 2013. 822 с.
REFERENCES
1. Mustafin F.M. Ekskavator-trubozaglubitel's odnim rotornym kanavokopatelem [Excavator-pipe digger with one rotary trencher]. Patent RF, no. 95055, 2010.
2. Shatskiy A.S. On the state of mechanization of pipeline construction. Truboprovodnyy transport, 2007, no. 4, pp. 80-83 (In Russian).
3. Shatskiy A.S. On the use of rotary trench excavators in domestic pipeline construction. Truboprovodnyy transport, 2013, no. 2, pp. 28-31 (In Russian).
4. Mustafin F.M., Minayev V.I., Bykov L.I. Sovremennyye mashiny dlya stroitel'stva i remonta gazonefteprovodov [Modern machines for the construction and repair of gas and oil pipelines]. Ufa, Neftegazovoye delo Publ., 2013. 822 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Мустафин Тимур Раилевич, к.т.н., доцент кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Субхангулов Эмиль Шамилевич, магистрант группы МСТ32-17-01 Уфимский государственный нефтяной технический университет. Кожаева Ксения Валерьевна, к.т.н., доцент кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Timur R. Mustafin, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Construction and Repair of Oil and Gas Pipelines and Gas and Oil Storage Facilities, Ufa State Petroleum Technological University. Emil S. Subkhangulov, Student,Ufa State Petroleum Technological University.
Ksenia V. Kozhaeva, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Construction and Repair of Oil and Gas Pipelines and Gas and Oil Storage Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.
