CC BY
37УДК 624.139:621.643
Р.Н. Габидуллин1, e-mail: rasim_gabiduttin@mait.ru; Т.Н. Мустафин1, e-mail: st.kafedra@mait.ru
1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (Уфа, Россия).
Выбор способа монтажа термостабилизаторов грунта при строительстве объектов на многолетнемерзлых грунтах
В статье проанализированы причины, приведшие к повреждениям оребрения термостабилизаторов грунта в ходе их монтажа при строительстве установки комплексной подготовки газа на территории Новоуренгойского месторождения (Ямало-Ненецкий автономный округ). В соответствии с проектной документацией при строительстве установки был запланирован монтаж 4269 термостабилизаторов грунта, различающихся габаритными размерами: длина испарительной части составляла 9-17 м, конденсаторной части - 800-1500 мм. Для более детального анализа было выбрано здание теплого склада, в основание которого вмонтировано 140 термостабилизаторов грунта ТК32/10. Исследование показало, что повреждения оребрения конденсаторов в основном были обусловлены способом монтажа. Авторами рассмотрены основные способы монтажа термостабилизаторов, в частности монтаж с использованием инвентарной скобы, с применением захвата на мягкий строп за тело термостабилизатора ниже конденсаторной части и ручной монтаж. Отмечено, что в нормативной документации не отражены в полной мере требования к монтажу термостабилизаторов грунта, исключающие их повреждения. В основном данные требования ограничиваются инструкциями по монтажу со стороны производителей, однако в инструкциях не учтены все возможные практические условия проведения монтажных работ и особенности конструкций термостабилизаторов грунта. В рамках исследования установлено, что в среднем из 10 смонтированных термостабилизаторов у 1-2 оребрение конденсатора в результате монтажа повреждено на 10 % и более, у 2-3 были зафиксированы меньшие повреждения, 5-7 установок были смонтированы без повреждений. На объекте «Теплый склад» около 21 % устройств было установлено с повреждениями поверхности оребрения на 10 % и более.
По результатам исследования рекомендовано применение метода монтажа с использованием инвентарной скобы как исключающего повреждения конденсаторной части термостабилизатора. Кроме того, сделан вывод о большей эффективности изготовления термостабилизаторов грунта с отверстием для скобы в верхней части конструкции, а также о необходимости исключить изготовление индивидуальных термостабилизаторов без отверстия для скобы. Рекомендовано также ужесточить пооперационный контроль производства монтажных работ и приемки в эксплуатацию смонтированных устройств.
Результаты работы дают возможность минимизировать количество повреждений термостабилизаторов грунта путем выбора более надежной технологии монтажа и изготовления устройств определенной конструкции.
Ключевые слова: термостабилизатор грунта, сезонно-действующее охлаждающее устройство, многолетнемерзлый грунт, оребрение конденсатора, механические повреждения, монтаж.
R.N. Gabidullin1, e-mail: rasim_gabiduttin@mait.ru; T.N. Mustafin1, e-mail: st.kafedra@mail.ru
1 State Federal-Funded Educational Institution of Higher Professional Training "Ufa State Petroleum Technological University" (Ufa, Russia).
Choosing a Method of the Soil Thermal Stabilizers Installation in the Construction of Facilities on Permafrost Soils
The article analyzes the causes that led to damage to the fins of the soil thermal stabilizers during installation when constructing of the integrated gas treatment unit on the territory of the Novo-Urengoyskoye field (the Yamalo-Nenets Autonomous District). In accordance with the design documentation, during the construction of the installation, it was planned to install 4269 soil thermal stabilizers, differing in overall dimensions: the length of the evaporation part was 9-17 m, and the condenser part was 800-1500 mm. For a more detailed analysis, the building of a warm warehouse was selected, in the base of which 140 thermal stabilizers of soil TK32/10 were build-in.
The study showed that damage to the fins of the condensers was mainly due to the installation method. The authors considered the main methods of the thermal stabilizers installation, in particular, installation using an inventory shackle,
FIELDS DEVELOPMENT AND OPERATION INSTALLATION
using a soft gripping device on a soft sling for the body of the thermal stabilizer below the condenser part and manual installation. It is noted that the regulatory documentation does not fully reflect the requirements for the installation of soil thermal stabilizers, excluding their damage. Basically, these requirements are limited to installation instructions by manufacturers, however, the instructions do not take into account all possible practical conditions for installation work and design features of soil thermal stabilizers.
As part of the study, it was found that, on average, out of 10 mounted thermal stabilizers, 1-2 condenser fins as a result of installation were damaged by 10 % or more, 2-3 had less damage, 5-7 installations were mounted without damage. At the warm warehouse, about 21 % of the devices were installed with surface finning damage of 10 % or more. According to the results of the study, it is recommended to use the installation method using an inventory shackle as excluding damage to the condenser part of the thermal stabilizer. In addition, it was concluded that the manufacturing of soil thermal stabilizers with a hole for the shackle in the upper part of the apparatus is more efficient, as well as the need to exclude the production of individual thermal stabilizers without a hole for the shackle.
It was also recommended to tighten the operational control of installation work and commissioning of installed devices. The results of the work make it possible to minimize the amount of damage to soil thermal stabilizers by choosing a more reliable technology for installing and manufacturing devices of a particular design.
Keywords: soil thermal stabilizer, seasonally acting cooling device, permafrost soil, condenser fins, mechanical damage, installation.
ВВЕДЕНИЕ
Увеличение объемов строительства на территории распространения мно-голетнемерзлых грунтов за последние 15 лет повлияло на внедрение достаточно новой технологии и принципа поддержания естественного состояния грунтов основания - системы температурной стабилизации, экономическая и энергетическая эффективность которой способствовала быстрому развитию и распространению. Однако статистика свидетельствует о том, что в строительной практике при монтаже сезонно-дей-ствующих охлаждающих устройств довольно часто происходит повреждение площади поверхности оребрения конденсатора. В частности, при монтаже оребрение подвергается механическим повреждениям (рис. 1). Повреждение конденсаторной части ТСГ приводит к снижению холодопроизводительности термостабилизатора и, как следствие, к уменьшению радиуса замораживания грунта вокруг термостабилизатора в результате изменения температурного диапазона воздействия ТСГ на грунт. Результатом являются дополнительные незапланированные расходы, связанные с ремонтом оребрения и выбраковкой смонтированного изделия. При этом затраты на эксплуатацию и ремонт
объекта могут существенно возрасти в связи с возникновением рисков растепления замороженного грунтового массива под зданиями и сооружениями. В целях выявления наиболее распространенных причин нарушений целостности термостабилизаторов авторами статьи был проведен анализ повреждений оребрения конденсатора термостабилизаторов грунта при их монтаже в ходе строительства установки комплексной подготовки газа (УКПГ) на территории Новоуренгойского месторождения.
Рис. 1. Смятие оребрения термостабилизаторов грунта при монтаже Fig. 1. Crushing of soil thermal stabilizers finning during installation
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
Строительство УКПГ проводилось на территории распространения мно-голетнемерзлых грунтов. Проектная документация предусматривала монтаж на УКПГ 4269 термостабилизаторов грунта (ТСГ), одинаковых с точки зрения конструктивных особенностей, но различающихся габаритными размерами длины испарительной (9-17 м) и конденсаторной (800-1500 мм) частей. С учетом особенностей конструкции погружение термостабилизаторов производилось с применением одинаковых методов на всей территории строительства.
Основание для строительства зданий и сооружений Новоуренгойского месторождения состоит из:
• насыпного грунта из песка толщиной 3000 мм;
• деятельного слоя (слоя сезонного промерзания и оттаивания);
• талого грунта.
Документацией предусмотрено возведение свайного бурозабивного фундамента зданий и сооружений из свай-оболочек с последующим заполнением полости свай цементно-песчаной смесью. Обязательным является строительство проветриваемого подполья
Ссылка для цитирования (for citation):
Габидуллин Р.Н., Мустафин Т.Н. Выбор способа монтажа термостабилизаторов грунта при строительстве объектов на многолетнемерзлых грунтах // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2019. № 11. С. 48-52.
GabiduLLin R.N., Mustafin T.N. Choosing a Method of the Soil Thermal Stabilizers Installation in the Construction of Facilities on Permafrost Soils. Territorija "NEFTEGAS" [OiL and Gas Territory]. 2019;(11):48-52. (In Russ.)
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 11 November 2019
49
600 600 600 600 600 600
+ + + + + +
22 34 35 47 48 60
-г 24 Т 36 37 "Г 49 50 -г
38 51
26 39 52
40 53
28 41 54
ТСГ + Кустовое расположение
Soil thermal stabilizer Pad layout
Рис. 2. Схема расположения термостабилизаторов грунта на свайном поле теплого склада Fig. 2. Layout of soil thermal stabilizers in a pile field of a warm warehouse
Рис. 3. Конструкция термостабилизатора грунта для монтажа со скобой Fig. 3. The design of the soil thermal stabilizer for setting-up with a shackle
30 мм (mm) Колпак приварной для укрытия заправочного ниппеля Welded hood for the filler nipple — ____ Сварочный шов колпака с телом термостабилизатора грунта "'■•'''■•••........^ Hoode welding joint with soil thermal stabilizer body
/ Condensing apparatus finning
Рис. 4. Конструкция термостабилизатора грунта без отверстия для скобы
Fig. 4. The construction design of the soil thermal stabilizer without holes for shackle
под каждым зданием и сооружением в целях обеспечения продувания конденсаторов ТСГ.
В соответствии с [1] место монтажа ТСГ возле свай рассчитывается таким образом, чтобы ареол льдогрунтового массива обеспечивал несущую способность грунта вокруг отдельной сваи или куста свай и образовывал надежное основание для передачи нагрузок от вышележащих элементов через сваи (рис. 2). В целях проведения более детального анализа было выбрано здание теплого склада, в основание которого смонтировано 140 термостабилизаторов грунта ТК32/10.
МЕТОДЫ МОНТАЖА ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРОВ ГРУНТА
В ходе проведенного исследования было установлено, что повреждения оребрения конденсаторов при строительстве УКПГ в основном были обусловлены способом монтажа. На российском рынке основным поставщиком, занимающимся изготовлением и монтажом термостабилизаторов грунта, является ООО «НПО «Фундамент-стройаркос». Согласно технологическим картам, разработанным данной компанией, существует три метода монтажа термостабилизаторов грунта:
1) с применением инвентарной скобы при условии, что в верхней части конструкции термостабилизатора предусмотрено отверстие для скобы [2] (рис. 3);
2) с применением захвата на мягкий строп тела термостабилизатора ниже конденсаторной части (рис. 4);
3) ручной метод, предусматривающий поднятие термостабилизатора в вертикальное положение с помощью подручных средств (рис. 5).
Наиболее распространенными являются второй и третий методы монтажа, применимые для разных конструкций индивидуальных термостабилизаторов. Стоит отметить, что в нормативно-технических документах не отражаются в полной мере необходимые требования по монтажу ТСГ, исключающие их повреждения. Данные требования ограничиваются инструкциями по монтажу со стороны производителей, большинство из которых из-за узко-
FIELDS DEVELOPMENT AND OPERATION INSTALLATION
Вариант 1 Вариант 2
Modification 1 Modification 2
направленной специфики продукта осуществляют как полный цикл производства ТСГ (проектирование, изготовление и испытание), так и монтаж и сдачу в эксплуатацию смонтированных устройств.
Из рисунков видно, что изготовление ТСГ без отверстия для скобы обеспечивает экономию на металле при изготовлении колпака и отсутствие затрат на сверление отверстия. При монтаже с использованием первого метода (вариант 1 на рис. 5) в отверстие на колпаке термостабилизатора продевается монтажная скоба, к которой закрепляется строп, после чего осуществляется зацепка за крюк подъемного блока крана. Далее производится подъем ТСГ в монтажное вертикальное положение. При таком подъеме нет неконтролируемых амплитудных колебаний. Пластичное напряжение тело ТСГ из-за своего веса получает только в момент подъема из горизонтального в вертикальное положение, что является допустимым для этого изделия. Такой метод мон-
тажа является безопасным как для индивидуального ТСГ, так и для монтажников.
При втором методе монтажа (вариант 2 на рис. 5) мягким стропом с помощью узла-удавки захватывается тело термостабилизатора в нижней части оребрения конденсатора. При этом необходимо предусмотреть, чтобы строп не зажал маркировочную пластинку и теплоизолирующую вставку. То есть для захвата остается участок длиной 50-150 мм, в зависимости от длины теплоизолирующей вставки и уровня сезонного оттаивания грунтов. Длину стропа необходимо подбирать с учетом участка захвата, длины оребрения конденсатора и расстояния от верхней части колпака до крюка крана, чтобы при подъеме термостабилизатор не соприкасался с подъемным блоком крана. На практике этот способ монтажа не обеспечивает качественного подъема в проектное положение. Из-за легкости конструкции термостабилизатора, ее значительной длины по отношению к другим геометрическим размерам,
Рис. 5. Способы строповки термостабилизаторов грунта при монтаже Fig. 5. Methods of strapping of soil thermal stabilizers during installation
16-й МОСКОВСКИЙ МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИННОВАЦИОННЫЙ ФОРУМ И ВЫСТАВКА
ТОЧНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ -ОСНОВА КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ
MetrolExpo'2020
Москва, 2-4 июня
ВДНХ, павильон 75
10 0 1
0 0 1 I о 0 1 1 10 ооiоiоiсо о 111 1 i1i 1 il г х о о х ï оо I I
001 looliio «000010100 11110 0 1 1 11 О 0 11 10 0
0 10 11 1 "
ТЕМАТИЧЕСКИЕ РАЗДЕЛЫ ВЫСТАВКИ:
МЕТРОЛОГИЯ
METROLOGY
ИЗМЕРЕНИЯ
MEASUREMENTS
ИСПЫТАНИЯ и АНАЛИТИКА
TESTING & ANALYTICS
ДИАГНОСТИКА И КОНТРОЛЬ
DIAGNOSTICS & CONTROL
АВТОМАТИЗАЦИЯ
PROMAUTOMATICS
Устроитель;
Выставочная компания ВЭСТСТРОЙ ЭКСПО
+7 (495) 937-40-23 met ro! (©expoprom.ru
ПРИГЛАШАЕМ ПРИНЯТЬ УЧАСТИЕ
www.metrol.expoprom.ru
способа захвата и неплавного движения при управлении краном при осуществлении подъема происходят неконтролируемые амплитудные колебания конденсаторной части, что приводит к ударам оребрения о стрелу крано-манипуляторной установки. При подъеме ТСГ в проектное положение с помощью ручного метода монтажа участвуют четыре человека (рис. 6). При этом для начала в скважину устанавливается нижняя часть ТСГ, а верхнюю вручную, с применением подручных средств, переводят в вертикальное положение с одновременным погружением в скважину. Специальных захватов не существует. К числу подручных средств относятся изготовленные по месту монтажа трости из трубы диаметром 20-32 мм длиной 7-11 м с рогаткой на конце, то есть их вес примерно соответствует весу самого термостабилизатора. Три человека поднимают вес 50-60 кг над головой с помощью «рогатки», один человек контролирует вход ТСГ в скважину. При этом, как правило, происходит обрушение стены скважины из-за трения наконечника термостабилизатора. Кроме того, велика вероятность падения ТСГ на землю и близлежащие конструкции. В таком случае не только выбраковывается изделие, но и создается опасность получения травм и увечий монтажниками. Авторы статьи уверены, что данный способ монтажа необходимо запретить на нормативном уровне.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Согласно результатам исследования, в ходе которого были применены все три перечисленных метода монтажа ТСГ, в среднем из 10 смонтированных термостабилизаторов у 1-2 оребрение конденсатора в результате монтажа повреждено на 10 % и более, у 2-3 наблюдаются меньшие повреждения, 5-7 ТСГ монтируются без повреждений. По окончании работ по монтажу ТСГ на объекте «Теплый склад» был произведен подсчет, согласно которому из 140 смонтированных термостабилизаторов 29 устройств были установлены с повреждениями поверхности оребрения на 10 % и более. Установлено, что основными причинами нарушений целостности термостабилизаторов являются неправильная строповка при подъеме в монтажное положение и низкая квалификация монтажников и стропальщиков. Эти два фактора, обусловливающие повреждения оребрения конденсатора, являются, в свою очередь, следствием некачественно проработанных технологических карт и проекта производства работ, а также недостаточности информации по видам монтажа в [2, 2].
ВЫВОДЫ:
1. Установлено, что способ монтажа с применением инвентарной скобы исключает повреждения конденсаторной части термостабилизатора грунта. На практике рекомендуется применение
Рис. 6. Ручной способ монтажа термостабилизатора грунта Fig. 6. Manual installation method of the soil thermal stabilizer
именно этого способа монтажа и изготовление ТСГ с отверстием для скобы в верхней части конструкции термостабилизатора.
2. Для предотвращения механических повреждений оребрения конденсаторной части термостабилизатора грунта в процессе монтажа необходимо исключить изготовление индивидуальных термостабилизаторов без отверстия для скобы.
3. Необходимо более ответственно подходить к вопросу пооперационного контроля производства монтажных работ и приемки в эксплуатацию смонтированных устройств.
References:
1. Company Standard (STO) Gazprom 2-2.1-390-2009. Guidelines for the Design and Use of Seasonal Cooling Devices for Thermal Stabilization of Soils of Foundations. Moscow: Gazprom Expo LLC; 2010. (In Russ.)
2. Special Operating Requirements (STT) 91.060.00-KTH-087-12. 2. Pipeline system "Polar region - Oil Pumping Station "Pur-Pe". Individual Seasonally Acting Cooling Devices - Thermostabilizers. Special Technical Requirements. Weblog. Available from: https://niitn.transneft.ru/u/ ovp_main_pdf_fi[e/171/stt-91.060.00-ktn-097-12_s_izm1.pdf [Accessed 27th November 2019]. (In Russ.)
3. Set of Rules (SP) 25.13330.2012. Soil Bases and Foundations on Permafrost Soils. Revised Edition of Construction Norms and Regulations (SNiP) 2.02.04-88 (as amended 1-3). Weblog. Available from: http://docs.cntd.ru/document/1200095519 [Accessed 27th November 2019]. (In Russ.)
Литература:
1. СТО Газпром 2-2.1-390-2009. Руководство по проектированию и применению сезонно-охлаждающих устройств для термостабилизации грунтов оснований фундаментов. М.: ООО «Газпром экспо», 2010.
2. СТТ-91.060.00-КТН-087-12. Трубопроводная система «Заполярье - НПС «Пур-Пе». Индивидуальные сезоннодействующие охлаждающие устройства -термостабилизаторы. Специальные технические требования [Электронный источник]. Режим доступа: https://niitn.transneft.rU/u/ovp_main_pdf_ file/171/stt-91.060.00-ktn-097-12_sJzm1.pdf (дата обращения: 27.11.2019).
3. СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88 (с изм. 1-3) [Электронный источник]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200095519 (дата обращения: 27.11.2019).
