CC BY
55
ВЕСТНИК c/on.I л
5/2014
БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.
ГЕОЭКОЛОГИЯ
УДК 621.644.07
А.М. Ахмедов, С.Г. Абрамян, А.Д. Потапов*
ФГБОУВПО «ВолгГАСУ», *ФГБОУВПО «МГСУ»
РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОГО СПОСОБА УКЛАДКИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕГАЗОПРОВОДА
Представлен новый способ укладки магистрального нефтегазопровода в траншею, способствующий сохранению и повышению экологической безопасности при его эксплуатации. Приведена усовершенствованная технологическая схема капитального ремонта магистрального нефтегазопровода с использованием новой технологии укладки трубопровода.
Ключевые слова: магистральный трубопровод, капитальный ремонт, укладка трубопровода в траншею, технологическая схема, надежность, экологическая безопасность.
Конструктивная, техническая, технологическая надежность магистрального трубопровода (МТ) обеспечивает экологическую безопасность на различных стадиях жизненного цикла — от предпроектных работ до завершения эксплуатации МТ. Даже при переходе в новую фазу жизненного цикла, независимо от того капитальный ремонт или реконструкция необходимы МТ, следует отыскать такие технические и технологические решения, которые сохранили бы экологическое равновесие природно-техногенной системы (ПТС).
Разработка экологозащитных технологий строительства, реконструкции и капитального ремонта МТ имеет значение не только для региона, где он прокладывается или эксплуатируется, но обеспечивает экологическую безопасность в масштабах планеты [1]. Вопросы экологической безопасности МТ рассматриваются многими отечественными и зарубежными учеными [2—5].
Но, несмотря на существующее разнообразие современных способов строительства и капитального ремонта МТ, и сегодня при проведении строительства, реконструкции и капитального ремонта линейной части магистральных трубопроводов (ЛЧМТ) у ученых, проектных, генподрядных и эксплуатирующих организаций вопросы оптимизации организационно-технологических решений (ОТР) остаются приоритетными. Именно решение данных вопросов удовлетворяет требованиям замкнутой цепи КНЭБ — ЭБНК: качество (К) — надежность (Н) — экологическая безопасность (ЭБ). Каждое звено данной цепи имеет свое решение по отысканию оптимума ОТР.
В связи с большим потенциалом разрушений, магистральные трубопроводы вовсе не считаются самыми экономичными и экологически безопасными сооружениями для транспортировки нефти, газа и нефтепродуктов [6]. Поэтому экологозащитные технологии на различных стадиях должны разрабатываться
тщательно, с учетом мнений экспертов и общественности, при выборе оптимальной трассы, материалов, методов выполнения работ предлагается применять пакет программ на основе ГИС и arcgis Network Analyst технологий [6].
ГИС-технологии как инструмент обеспечения экологической безопасности строительства и реконструкции зданий и сооружений, получившие широкое распространение в 1990-х гг. [7], и в настоящее время вызывают определенный научный интерес [8, 9].
Ранее авторами были рассмотрены вопросы ЭБ с точки зрения экологизации отдельных строительных технологических процессов, безопасной эксплуатации трубопроводных систем, создания и применения ГИС-технологий для экологического мониторинга и экологической паспортизации линейных объектных ремонтно-строительных потоков, разработки технологических схем на отдельных видах работ при реконструкции и капитальном ремонте МТ [10—12]. Однако, как показывает практика, главными составляющими экологической безопасности МТ (ЭБМТ) все же являются создание экологозащит-ных технологий, разработка новых способов выполнения отдельных процессов, технологических линий и схем [13, 14], оптимизация организации работ.
Поэтому авторы предлагают новый способ укладки трубопровода в траншею при строительстве и капитальном ремонте. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем: в качестве земляных перемычек применять опоры, оболочки которых изготовлены из саморазлагающегося материала.
Работы при новом способе выполняются согласно разработанной технологической схеме (рис. 1).
Рис. 1. Технологическая схема укладки магистрального трубопровода в траншею:
1 — бульдозер; 2 — одноковшовый экскаватор; 3 — ремонтируемый трубопровод; 4 — подкапывающая машина; 5 — трубоукладчики; 6 — перемычки (опоры-оболочки); 7 — манипулятор
Вскрытие магистрального трубопровода вначале производят с помощью бульдозера 1, например, «Комацу», по ходу его движения снимают растительный слой грунта для дальнейшей рекультивации. Затем с помощью одноковшового экскаватора 2 разрабатывают боковые траншеи вдоль трубы. После этого очищают грунт под трубой 3 любой известной подкапывающей машиной 4. Освобожденный от грунта и подлежащий ремонту участок трубы поднимают с помощью трубоукладчиков 5, переносят и укладывают на бровку траншеи и начинают ремонтно-восстановительные работы, одновременно с этим на заданном расстоянии в зависимости от диаметра трубопровода в соответствии
ВЕСТНИК
МГСУ-
5/2014
Рис. 2. Перемычка, выполненная из разлагающихся оболочек, заполненных песчаным грунтом и уплотненная с боков минеральным грунтом засыпки:
1 — опоры-оболочки, заполненные песчаным грунтом; 2 — уплотненный минеральный грунт засыпки; 3 — ремонтируемый трубопровод
со строительными нормами1 устраиваются перемычки из разлагающегося материала, заполненные песчаным грунтом 6.
Доставка и установка опор-оболочек в траншею производится кранами-манипуляторами 7. Пазухи между стенками траншеи и разлагающимися оболочками, для их прочности засыпаются минеральным грунтом и уплотняются (рис. 2). Затем трубопровод опускается обратно в траншею и укладывается на перемычки (опоры-оболочки), обеспечивается его правильное
пространственное положение. Ремонтно-восстановительные работы можно производить как на бровке траншеи во время установки поддонов с опорами-оболочками, так и после устройства опор-оболочек в траншею с укладкой на них трубопровода и последующим проведением его ремонта, перемычки при этом будут играть роль лежек.
Для достижения проектной отметки заложения трубопровода размеры перемычки регулируют количеством и величиной опор-оболочек. Для их наполнения можно использовать не только песок, но и минеральный грунт засыпки, в котором залегает трубопровод.
Предлагаемые авторами опоры-оболочки представляют собой уложенные друг на друга мешки из крафт-бумаги2, картонных оболочек (коробок) или эко-полиэтилена3, которые имеют свойство разлагаться в земле за короткий промежуток времени — от 6 мес. до 3 лет. Могут применяться и другие разлагающиеся в земле материалы, не наносящие вред литосфере. После разложения данные оболочки создают надежную песчаную перемычку, которая не позволяет трубопроводу переходить в напряженное состояние, исключая различные перемещения в процессе эксплуатации трубопровода.
Итак, основной задачей нового способа является повышение надежности эксплуатации при одновременном сохранении экологического состояния окружающей среды.
Применение опор-оболочек в трубопроводном строительстве — не новинка. Так чем же отличается предлагаемый способ от существующих? Для сравнения приведем последнюю разработку [15]. Сущность существующего способа заключается в том, что трубопровод укладывают на предварительно размещенные на дне траншеи опоры-оболочки из неразлагающегося материала.
1 ВСН 51-1—97. Правила производства работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов. М. : ИРЦ Газпром, 1997. 70 с.
2 ГОСТ 2226—2013. Мешки из бумаги и комбинированных материалов. Общие технические условия. М. : Стандартинформ, 2013. 54 с.
3 ГОСТ 24370—80. Пакеты из бумаги и комбинированных материалов. Общие технические условия. М. : Стандартинформ, 2008. 10 с.
С точки зрения технологии недостатками известного способа, на наш взгляд, являются:
при вскрытии трубопровода ниже нижней его образующей возникает вероятность нарушения целостности грунтовых оболочек из неразлагающегося материала;
невозможно применение подкапывающих машин для очистки нижней образующей трубы от минерального грунта, так как оболочки из неразлагающегося материала будут этому препятствовать, попадая в движущиеся части машины, что приводит к вынужденной остановке процесса вскрытия трубопровода и выходу из строя самого оборудования;
целостность грунтовых оболочек из неразлагающегося материала будет нарушена вследствие повреждения рабочим оборудованием вскрышной машины, что повлечет необходимость их извлечения и замены, и приведет к увеличению трудоемкости земляных работ;
невозможно непрерывное применение подкапывающих машин для очистки нижней образующей трубы от минерального грунта по всей длине вскрываемого участка в связи с тем, что грунтовые оболочки из неразлагающегося материала будут этому препятствовать, работы будут выполняться от перемычки до перемычки.
Все перечисленные технологические недостатки приведут к увеличению затрат и срока выполнения работ.
С точки зрения экологии неразлагающиеся материалы, применяемые для оболочек опор под трубопровод, какими являются пластиковые или полиэтиленовые пакеты, в различных грунтах ведут себя по-разному. Установлено, что в солончаковых грунтах их масса увеличивается, в кислой и щелочной почвах не теряют массу, а при термостарении выделяют альдегиды, кетоны, перекиси водорода и др., загрязняющие грунтовые воды.
При существующем способе транспортировка опор-оболочек производится бортовыми машинами, и устанавливаются они в траншею краном. При предлагаемом будут использоваться краны-манипуляторы. Для наглядности экологичности способов транспортировки и укладки труб в траншеи на рис. 3 и 4 приведены графические сравнения выбросов загрязняющих веществ по двум способам.
Рис. 3. Выделение углекислого газа в г за 1 маш/ч работы во время транспортировки и укладки опор-оболочек: — новым способом; — существующим способом
ВЕСТНИК
МГСУ-
5/2014
1 28
2.97 * 14
0.817 0 0 004 0.1 0.7 2.33 1,67 j 6." '6
0.413 002 0.05 Е- , 1—i-1-:- 3.76 1
35
30
25 Ö
20 Й
AS 5
^ — л Э
10 s
SO 2 NH3 СН4 N20 РМ NMVOC СО Nox Загрязняющие вещества
Рис. 4. Значения выделения загрязняющих веществ, г, за 1 маш/ч работы во время транспортировки и укладки опор-оболочек: —новым способом; — существующим способом
Вывод. Новый способ позволяет применять его для труб различных диаметров, способствует снижению деформаций, возникающих в трубопроводе, сохраняя его целостность, дополнительно повышает надежность трубопровода при эксплуатации. Кроме того, предлагаемый способ может использоваться в грунтах, обладающих слабой несущей способностью. Благодаря применению разлагающихся мешков и картонных поддонов представляется возможность устройства перемычек необходимых размеров в соответствии с [15].
Предлагаемое техническое решение способствует сохранению окружающей среды, за счет применения разлагающихся оболочек — разложение материала оболочек происходит на абсолютно безвредные составляющие: углекислый газ, воду и гумус. При сокращении сроков строительства и числа применяемых машин уменьшается количество загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу.
Библиографический список
1. Oil and Gas. Pipelines Social and Environmental Impact Assessment: State of the Art / comp. and edit. by Robert Goodland. Режим доступа: http://coecoceiba.org/wp-content/ subidas/2009/11/pub76.pdf. Дата обращения: 17.03.2014.
2. Hopkins Phil. Comprehensive structural integrity. Vol. 1. The Structural Integrity of Oil And Gas Transmission Pipelines. Penspen Ltd., UK, May 2002. Режим доступа: http:// www.penspen.com/downloads/papers/documents/thestructuralintegrityofoilandgastransmiss ionpipelines.pdf. Дата обращения: 24.02.2014.
3. Хаустов А.П., Редина М.М. Виртуальный тренажерный комплекс по экологической безопасности трубопроводного транспорта углеводородов // Трубопроводный транспорт. 2011. № 1 (23). С. 9—11.
4. Козлитин П.А., Козлитин А.М. Теоретические основы и методы системного анализа промышленной безопасности объектов теплоэнергетики с учетом риска : монография. Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. 156 с.
5. Козлитин А.М. Теория и методы анализа риска сложных технических систем : монография. Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. 200 с.
6. Salah Ahmad M., Atwood Denis. ONE Route Good Enough? // Using ArcGIS Network Analyst in pipeline alignment optimization. ArcUser. 2010. Режим доступа: http:// www.esri.com/news/arcuser/0410/pipeline.html. Дата обращения: 24.02.2014.
7. Defina John, Maitin Izak, Gray Arnold L. New Jersey Uses GIS To Collect Site Remediation Data. April-June 1998. ArcUser. Режим доступа: http://www.esri.com/news/ arcuser/arcuser 4.98/newjersey.html. Дата обращения: 24.02.2014.
8. Xiong Jian, Su Lanqian, Zhang Zhenyong. The estimation of pipeline routes workload base on GIS technology. Режим доступа: http: //www.igu.org/html/wgc2009. Дата обращения: 24.02.2014.
9. Корсей С.Г., Дьякова Н.Б. Транспортировка и хранение ГИС-технологии в трубопроводном транспорте // NEFTEGAZ.RU. 2006. Режим доступа: http://neftegaz.ru/ science/view/208. Дата обращения: 24.03.2014.
10. Абрамян С.Г. Концепция создания ГИС-технологии для экологического мониторинга линейных объектных ремонтно-строительных потоков // Интернет-вестник ВолгГАСУ Сер.: Строит. информатика. 2010. Вып. 4(11). Режим доступа: http://vestnik. vgasu.ru/?source=4&articleno=396. Дата обращения: 12.03.2014.
11. Потапов А.Д., Абрамян С.Г. Экологическая паспортизация линейных объектных ремонтно-строительных потоков с применением географических информационных системных технологий // Вестник МГСУ 2011. № 1. С. 193—197.
12. Абрамян С.Г., Ахмедов А.М. Технологическая схема замены изоляции при реконструкции и капитальном ремонте магистральных трубопроводов с применением ГИС-технологий // Вестник Волгогр. гос. архит.-строит. ун-та. Сер.: Стр-во и архит. 2013. Вып. 30(49). С. 342—345.
13. Велиюлин И.И. Совершенствование методов ремонта газопроводов. М. : Нефть и газ, 1997. 153 с.
14. Дедешко В.Н., Салюков В.В., Митрохин М.Ю. Технологии переизоляции и новые изоляционные покрытия для защиты МГ // Газовая промышленность. 2005. № 2. С. 68—71.
15. Способ заглубления трубопроводов / А.С. Шацкий, А.Ф. Луцык, С.С. Ларин, Р.Д. Габелая, А.В. Ивакин : пат. 2370696, Рос. Федерация. № 2006141325/06; заявл. 23.11.2006; опубл. 10.12.2007, Бюл. № 34. 12 с.
Поступила в редакцию в апреле 2014 г.
Об авторах: Ахмедов Асвар Микдадович — аспирант кафедры технологии строительного производства, Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (ФГБОУ ВПО «ВолгГАСУ»), 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, д. 1, 8 (8442) 96-99-58, asvar05@mail.ru;
Абрамян Сусанна Грантовна — кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры технологии строительного производства, Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (ФГБОУ ВПО «ВолгГАСУ»), 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, д. 1, 8 (8442) 96-99-58, susannagrant@mail.ru;
Потапов Александр Дмитриевич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерной геологии и геоэкологии, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, umu-potapov@mail.ru.
Для цитирования: АхмедовА.М., Абрамян С.Г., ПотаповА.Д. Разработка экологически безопасного способа укладки магистрального нефтегазопровода // Вестник МГСУ 2014. № 5. С. 100—107.
BECTHMK e/on4 A
5/2014
A.M. Akhmedov, S.G. Abramyan, A.D. Potapov
DEVELOPMENT OF ECOLOGICALLY SAFE METHOD FOR MAIN OIL AND GAS PIPELINE TRENCHING
Constructive, technical and technological reliability of major pipeline ensures ecological safety on different stages of life circle — beginning with project preparation activities up to the end of major pipeline operation. Even in the process of transition into new life circle stage, no matter if the pipeline needs major repairs or reconstruction, such technical and technological solutions should be found, which would preserve ecological stability of nature- anthropogenic system. Development of ecology protection technologies of construction, reconstruction and major repairs of main pipelines is of great importance not only for a region, but ensures ecological safety across the globe.
The article presents a new way of trenching the main oil and gas pipeline, preservation and increase of ecological safety during its service. The updated technological plan is given in the paper for overhaul of the main oil and gas pipeline using the new technology of pipeline trenching.
The suggested technical solution contributes to environment preservation with the help of deteriorating shells — the shells' material decomposes into environment-friendly components: carbon dioxide, water and humus. The quantity of polluting agents in the atmosphere decreases with the decrease of construction term and quantity of technical equipment.
Key words: main pipeline, major repair, pipeline trenching, technological plan, reliability, environmental safety.
References
1. Goodland Robert, editor. Oil and Gas. Pipelines Social and Environmental Impact Assessment: State of the Art. Available at: http://coecoceiba.org/wp-content/subidas/2009/11/ pub76.pdf. Date of access: 17.03.2014.
2. Hopkins Phil. Comprehensive Structural Integrity. Vol. 1. The Structural Integrity of Oil And Gas Transmission Pipelines. Penspen Ltd., UK, May 2002. Available at: http://www. penspen.com/downloads/papers/documents/thestructuralintegrityofoilandgastransmission-pipelines.pdf. Date of access: 24.02.2014.
3. Khaustov A.P., Redina M.M. Virtual'nyy trenazhernyy kompleks po ekologicheskoy bezopasnosti truboprovodnogo transporta uglevodorodov [Virtual Simulator Complex on Ecological Safety of Pipeline Transport of Hydrocarbons]. Truboprovodnyy transport [Pipeline Transport]. 2011, no. 1 (23), pp. 9—11.
4. Kozlitin P.A., Kozlitin A.M. Teoreticheskie osnovy i metody sistemnogo analiza pro-myshlennoy bezopasnosti ob"ektov teploenergetiki s uchetom riska: monografiya [Theoretical Basis and Methods of the System Analysis of Industrial Safety of Thermal Engineering Objects with Account for Risks: Monograph]. Saratov, Saratovskiy gosudarstvennyy tekhniches-kiy universitet Publ., 2009, 156 p.
5. Kozlitin A.M. Teoriya i metody analiza riska slozhnykh tekhnicheskikh sistem: monografiya [Risk Theory and Analysis Methods of the Complex Technical Systems: Monograph]. Saratov, Saratovskiy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet Publ., 2009, 200 p.
6. Salah Ahmad M., Atwood Denis. ONE Route Good Enough? Using ArcGIS Network Analyst in Pipeline Alignment Optimization. ArcUser. 2010. Available at: http://www.esri.com/ news/arcuser/0410/pipeline.html. Date of access: 24.02.2014.
7. Defina John, Maitin Izak, Gray Arnold L. New Jersey Uses GIS To Collect Site Remediation Data. April-June 1998. ArcUser. Available at: http://www.esri.com/news/arcuser/arcuser 4.98/newjersey.html. Date of access: 24.02.2014.
8. Xiong Jian, Su Lanqian, Zhang Zhenyong. The Estimation of Pipeline Routes Workload Base on GIS Technology. Available at: http: //www.igu.org/html/wgc2009. Date of access: 24.02.2014.
9. Korsey S.G., D'yakova N.B. Transportirovka i khranenie GIS-tekhnologii v trubopro-vodnom transporte [Transporting and Storage of GIS-technologies in Pipeline Transport].
NEFTEGAZ.RU. 2006. Available at: http://neftegaz.ru/science/view/208. Date of access: 24.03.2014.
10. Abramyan S.G. Kontseptsiya sozdaniya GIS-tekhnologii dlya ekologicheskogo monitoringa lineynykh ob"ektnykh remontno-stroitel'nykh potokov [Concept of GIS Technologies Creapion for Ecological Monitoring of Linear Object Repair and Construction Flows]. Inter-net-vestnik VolgGASU. Seriya: Stroitel'naya Informatika [Internet Proceedings of Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Construction Informatics Series]. 2010, no. 4 (11). Available at: http://vestnik.vgasu.ru/?source=4&articleno=396. Date of access: 12.03.2014.
11. Potapov A.D., Abramyan S.G. Ekologicheskaya pasportizatsiya lineynykh ob"ektnykh remontno-stroitel'nykh potokov s primeneniem geograficheskikh informatsionnykh sistemnykh tekhnologiy [Ecological Passportization of Linear Object Repair and Construction Flows Using Geographical Informational System Technologies]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 1, pp. 193—197.
12. Abramyan S.G., Akhmedov A.M. Tekhnologicheskaya skhema zameny izolyatsii pri rekonstruktsii i kapital'nom remonte magistral'nykh truboprovodov s primeneniem GIS-tekhnologiy [Technological Scheme of Insulation Change in the Process of Reconstruction and Major Repairs of Main Pipelines Using GIS Technologies]. Vestnik VolgGASU. Seriya: Stroitel'stvo I Architektura [Internet Proceedings of Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture Series]. 2013, no. 30 (49), pp. 342—345.
13. Veliyulin I.I. Sovershenstvovanie metodov remonta gazoprovodov [Improvement of the Repair Methods for Gas Pipelines]. Moscow, Neft' i gaz Publ., 1997, 153 p.
14. Dedeshko V.N., Salyukov V.V., Mitrokhin M.Yu. Tekhnologii pereizolyatsii i novye izolyatsionnye pokrytiya dlya zashchity MG [Insulation Change Technologies and New Insulation Coatings for Main Pipelines Protection]. Gazovaya promyshlennost' [Gas Industry]. 2005, no. 2, pp. 68—71.
15. Shatskiy A.S., Lutsyk A.F., Larin S.S., Gabelaya R.D., Ivakin A.V. Sposob zaglu-bleniya truboprovodov [Means of Pipeline Ruggedization]. Patent 2370696, Rosiyskaya Federatsiya. № 2006141325/06; zayavl. 23.11.2006; opubl. 10.12.2007, Byul. № 34 [Russian Patent 2370696, no. 2006141325/06; subm. 23.11.2006; published 10.12.2007, Bulletin no. 34]. 12 p.
About the authors: Akhmedov Asvar Mikdadovich — postgraduate student, Department of Civil Engineering Technologies, Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering (VSUACE), 1 Akademicheskaya str., Volgograd, 400074, Russian Federation; asvar05@mail.ru; +7 (8442) 96-99-58;
Abramyan Susanna Grantovna — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Civil Engineering Technologies, Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering (VSUACE), 1 Akademicheskaya str., Volgograd, 400074, Russian Federation; susannagrant@mail.ru; +7 (8442) 96-99-58;
Potapov Aleksandr Dmitrievich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Engineering Geology and Geoecology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; umu-potapov@mail.ru.
For citation: Akhmedov A.M., Abramyan S.G., Potapov A.D. Razrabotka ekologicheski bezopasnogo sposoba ukladki magistral'nogo neftegazoprovoda [Development of Ecologically Safe Method for Main Oil and Gas Pipeline Trenching]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 5, pp. 100—107.
