CC BY
17УДК 621.592
Степаненко О.С.
студент,
кафедра «Трубопроводный транспорт», Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный технический университет»,
Самара Великанова Ю.В. доцент, кандидат физико-математических наук, кафедра «Трубопроводный транспорт», Институт нефтегазовых технологий, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный технический университет»,
Самара Stepanenko O.S. Student,
Department of Pipeline Transport, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education
"Samara State Technical University",
Samara Velikanova Yu.V.
Associate Professor, Candidate of Physical and Mathematical Sciences,
Department of Pipeline Transport, Institute of Oil and Gas Technologies, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education
"Samara State Technical University"
Samara
E-mail: korneeva.oa@mail.ru
Применение технологий защиты трубопроводов от аварийных ситуаций в результате
образования карстовых провалов на объектах ПАО «Транснефть» Application of technologies to protect pipelines from emergencies as a result of the formation of karst sinkholes at the facilities of PJSC "Transneft"
Аннотация: В статье проведен анализ технологий защиты магистральных трубопроводов от аварийных ситуаций в результате образования карстовых провалов на объектах ПАО «Транснефть», выявлены основные преимущества и недостатки запатентованных устройств, вынесены рекомендации по наиболее применимым устройствам в заданных условиях.
Abstract: The article analyzes the technologies for protecting trunk pipelines from emergencies as a result of the formation of karst sinkholes the facilities of PJSC "Transneft", identifies the main advantages and disadvantages of patented devices, and makes recommendations on the most applicable devices under specified conditions.
Ключевые слова: карстовый провал; карст; магистральный трубопровод; аварийная ситуация; прорыв трубопровода; мониторинг карстовых процессов.
Keywords: karst sinkhole; karst; main pipeline; emergency; pipeline breakthrough; monitoring of karst processes.
Сегодня ПАО «Транснефть» является крупнейшим транспортером нефти на территории Российской Федерации. Именно поэтому компания уделяет большое внимание вопросам надежности и безопасной эксплуатации своих линейных объектов. На этапах проектирования, строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов (ТП) особое повышенное внимание уделяется участкам трассы, проходящим в геологически осложненных природно-техногенными процессами зонах (карсты, криогенное пучение, заболачивание, оползни). Именно на этих отрезках существует большая угроза возникновения аварийных ситуаций, несущих за собой большие экономические потери и ущерб экологии.
Особо опасным при прокладке трубопроводов ввиду непредсказуемости процесса, в связи с трудностью прогнозирования является карст. При карстовых изменениях происходит размывание и растворение породы проходящими водными массами, что приводит к разрушению целостности грунта, изменению его напряженного состояния (пустоты, провалы, пещеры, оседания). Наибольшую угрозу для трубопроводов представляют карстовые
провалы, несущие за собой изменение напряженно-деформационного состояния трубы, и как следствие, прорыв.
Карсты обширно распространены в различных частях России, особо сложными участками трубопровода ПАО «Транснефть» являются те, которые проходят на территории Восточной Сибири и Дальнем Востоке. Так, например, протяженность нефтепровод «Восточная Сибирь — Тихий океан», пересекающая области карстующихся грунтов составляет порядка 4,5% общей протяженности ТП. Большую сложность в решении задачи проектирования трубопроводов в карстовых зонах представляет отсутствие в нашей стране единых специальных норм строительства объектов на закарстованных территориях, при этом отсутствует и опыт зарубежных коллег, ввиду характерности таких явлений именно для Российской Федерации.
На основании вышеизложенного поиск пути решения задачи обеспечения устойчивости трубопроводов ПАО «Транснефть» на участках подверженных карсту актуальна и вызывает повышенный научный интерес.
Карстовые процессы, протекающие в природных условиях, усиливаются под воздействием техногенных факторов. Именно поэтому система «трубопровод — карст» так неустойчива, и нуждается в стабилизации.
Для увеличения надежности трубопроводов, строящихся и эксплуатируемых в подобных районах, ПАО «Транснефть» проводит мониторинг карстовых процессов, а также разрабатывает меры по предупреждению и предотвращению аварийных ситуаций, возможных при образовании пустот, провалов и оседаний грунта.
При наличии карстовых процессов, например провалов, необходимо провести мероприятия по снижению перенапряжения трубопровода.
Одним из методов является предложенная в 2002 году Р.Н. Хасановым технология ремонта. Этот способ стал прототипом нескольких более перспективных патентных способов предупреждения аварий на магистральных трубопроводах вследствие карстовых провалов. Технология заключается в следующем: трубу вскрывают в месте провала и с двух сторон попарно
устанавливают буронабивные сваи (шаг 6 метров) до глубины некарствующих пород, затем под трубопровод укладывают металлические балки двутаврового профиля, которые в последствие соединяют со сваями, после чего производят засыпку трубы [3]. Сваи монтируются ниже поверхности земли. Возможность контроля и мониторинга отсутствует.
В 2008 году Е.Б. Аль-Сайяль и Т.С. Ширяевой был запатентован «Способ защиты трубопроводов от аварийных ситуаций, вызванных карстовыми провалами» (патент RU 2316630). Основная конструкция схожа с предложенной Р.Н. Хасановым. Но оголовки буронабивных свай, устанавливаемых по обе стороны от трубопровода, находятся выше уровня поверхности земли. Длина свай и расстояние между ними определяется расчетным методом. Металлический ложемент (половина окружности трубы большего диаметра, чем ремонтируемый трубопровод) соединен со сваями на поверхности земли с помощью металлического троса, пропущенного через специально предусмотренные петли на ложементе и огибающего трубу, концы стального троса закреплены на оголовках свай натяжными муфтами, трубопровод натягивают до проектного положения, защита троса осуществляется мастиками, на концах троса установлены датчики, позволяющие осуществлять мониторинг за напряженно-деформационным состоянием трубопровода. После завершения работ ТП засыпают [ 1]. Основными преимуществами в сравнении с вышеописанным изобретением Р.Н. Хасанова являются: снижение трудозатрат, уменьшение металлоемкости конструкции, возможность визуального и инструментального контроля.
Помимо этого патента, в 2017 году выпущена его модернизированная улучшенная версия — патент RU2618802C1 Андрейчук Ю.Н., Ильин В.К., Хайбуллина А.И., Ильин О.В. Основная конструкция схожа с патентом RU 2316630. Однако буронабивные сваи, выполненные в металлической оболочке, находятся над поверхностью земли, таким образом, что нижняя кромка металлической оболочки сваи не касается поверхности земли. В верхнем торце сваи образовывают торцовую выемку, и направляющую, на концах троса перед
направляющей устанавливают датчики, в выемку вводят муфту. К металлической оболочке крепят защитную крышку с электрическими контактами, которые замыкаются при несанкционированном воздействии на систему и включают сигнализирующее устройство [2]. Основные преимущества в сравнении с патентом RU 2316630: защита натяжной муфты и концов троса при военных действиях, от атмосферных осадков, получение сигнала о несанкционированном доступе к элементам конструкции третьих лиц (натяжным муфтам и тросу).
В результате проведения анализа существующих устройств нами был сделан вывод о том, что внедрение устройства, предложенного патентом RU2618802C1 (2017 год) будет максимально подходящим для предупреждения аварийных ситуаций на трубопроводах ПАО «Транснефть», вызванных карстовыми провалами. Данный способ, являющийся наиболее функциональным из предложенных, поможет компании добиться высоких результатов в области дальнейшего мониторинга карстового процесса, контроля напряженно-деформационного состояния трубопровода, защиты конструктивных деталей от внешних воздействий и факторов, таких как военные действия, погодные условия, случайные движения персонала, вмешательство третьих лиц. Использование патента RU2618802C1 позволит оперативно реагировать при малейших угрозах возникновения аварийных ситуаций.
В связи с тем, что карстовые процессы постоянно изменяются во времени, применение данного устройства обеспечит надежную защиту нефтепроводов ПАО «Транснефть», снизит риск возникновения аварийных разливов, а следовательно, уменьшит экономические затраты предприятия, минимизирует ущерб экологии.
Список литературы
1. Аль-Сайяль Е.Б., ШиряеваТ.С., Описание изобретения к патенту КС 2316630. — 2008 год.
2. Андрейчук Ю.Н., Ильин В.К., Хайбуллина А.И., Ильин О.В., Описание изобретения к патенту ЯШ618802С1. — 2017 год.
3. Хасанов Р.Н. Разработка технологии ремонта газопроводов, проложенных в карстовой зоне, на основе поэтапного контроля напряженно-деформированного состояния: автореф. дис. 25.00.19 канд. тех. наук, защищена 27.06.2002 г., — Уфа.
