Подводный трубопровод: проблемы проектирования и эксплуатации

05 мая 2022

Что собой представляет подводный трубопровод

Данный тип трубопровода отличается от других тем, что укладывается ниже поверхности воды и пересекает различные водные объекты, в том числе болота. В зависимости от водоема, подводный трубопровод может быть морским, речным, болотным, пр. Если он полностью пересекает водную преграду в составе магистрального трубопровода, его обозначают как переход трубопровода. Например, подводный переход трубопровода через Волгу, Камское водохранилище.

Что собой представляет подводный трубопровод

Подводные трубопроводы эксплуатируются в сложных условиях. На них действует не только рабочее давление транспортируемой среды, но и гидростатическое давление окружающей их воды. Внешнее воздействие также могут оказывать волны и течения. Глубина укладки такой системы равна 500 м и более относительно уровня поверхности воды. Стандартный диаметр труб составляет до 1 420 мм, а рабочее давление находится в диапазоне 1–10 МПа.

Для изготовления труб для подводных газо- и нефтепроводов чаще всего используют сталь с низким содержанием легирующих компонентов. Толщина стенки трубы зависит от множества характеристик, в том числе показателя внутреннего давления, водного объекта, транспортируемого продукта.

Виды подводных трубопроводов

Трубопроводы могут прокладываться по суше либо быть подводными. Вторые размещаются ниже уровня свободной поверхности водоемов и позволяют перекачивать нефть, газ, нефтепродукты и газоконденсат. Тип трубопровода определяет используемые при его строительстве технологии, конструктивные формы и методы расчетов.

Виды подводных трубопроводов

Подводные трубопроводы могут быть нескольких видов, которые отличаются по целевому назначению:

  • нефтепроводы – используются для транспортировки нефти;
  • продуктопроводы – позволяют перекачивать нефтепродукты, то есть бензин, керосин, дизельное топливо;
  • газопроводы – применяются для доставки газа, в том числе сжиженного.

Нюансы проектирования эстакад трубопроводов

В зависимости от решаемых задач принято говорить о подводных магистральных трубопроводах, а также внутрипромысловых, распределительных и отводах:

  • Магистральные позволяют доставлять нефть и газ на большие расстояния от мест добычи до мест потребления. Чаще всего подобные системы транспортируют углеводороды от одного либо сразу ряда месторождений.
  • Внутрипромысловые предназначены для сбора нефти и газа от отдельных скважин или их кустов и дальнейшей доставки к пункту первичной обработки. Либо с их помощью продукт может подаваться на головную насосную или компрессорную станцию, откуда закачивается в магистральный трубопровод.
  • Отводы подсоединяются к магистральному подводному трубопроводу, что позволяет отбирать продукты для определенных нужд.
  • Распределительные имеют малый диаметр, так как используются для распределения нефти, нефтепродуктов или газа между потребителями.

Характеристики подводного трубопровода

Стандартный диаметр подводных трубопроводов составляет не менее 3 дюймов или 76 мм и не более 72 дюймов или 1 800 мм. Самые тонкие трубы применяются при строительстве газопроводов, а самые толстые необходимы для объектов большой мощности. Толщина стенок может варьироваться в пределах 10–75 мм или 0,39–3 дюймов.

Подводный трубопровод: проблемы проектирования и эксплуатации

При необходимости подбирают трубы, предназначенные для транспортировки жидкостей при высоких показателях температуры и давления. Сами трубы состоят из стали с высоким пределом текучести 350–500 МПа или 50 000–70 000 фунтов/дюйм2, а одним из наиболее значимых критериев при выборе металла считается свариваемость.

При использовании для нужд нефтесервиса для внутренних стенок подводного трубопровода специального покрытия не требуется. Обычно конструкцию оберегают от появления коррозии с внешней стороны при помощи различных покрытий. С этой целью может использоваться битумный пластик, полиуретан, полиэтилен, эпоксидная смола, которая дополняется катодной защитой с протекторными анодами.

Защитить металл от истирания позволяет бетон или стекловолокно. Кроме того, бетонное покрытие компенсирует отрицательную плавучесть всего объекта, когда по нему транспортируются продукты малой плотности.

Вы собираетесь создать инженерно-транспортную инфраструктуру, построить дом или мост. После долгих поисков проектировщик выбран, условия согласованы, бюджет утвержден. Но внезапно партнер начинает диктовать новые условия, а стоимость проекта всё больше выходит за рамки бюджета.

Причина 1. Не совсем «честная» цена. Один договор, одна цена и много «звездочек». Мало кому нравится эта ситуация, но с ней можно столкнуться и в проектировании.

Причина 2. Исходные данные. Даже мельчайшая деталь может повлиять на скорость и качество выполнения проекта. Поэтому с особой тщательностью стоит проверять точность исходных данных.

Причина 3. Маленький срок проекта. Добросовестный проектировщик предложит корректировку сроков, если ваши являются неподходящими, а недобросовестный – просто согласится с ними, и возьмется за проект лишь бы заключить договор и получить аванс.

Почему так происходит, кто виноват, и что делать?

Чтобы помочь вам с этим вопросом, мы подготовили документ, где собрали 10 причин срыва сроков проектирования и увеличения сметы, с которыми чаще всего сталкиваются заказчики. Скачать документ можно совершенно бесплатно!

Скачать документ

В нефтяной промышленности утечки являются недопустимыми, поэтому сегменты трубопроводов скрепляются сварными швами с полным проплавлением. Это позволяет системам справляться с внутренним давлением в 10 МПа или 1500 фунтов/дюйм2. Также могут применяться механические соединения.

Нюансы проектирования подводного трубопровода

В процессе проектирования подводного трубопровода важно учитывать следующие характеристики:

Условия эксплуатации объекта

Специалисты определяют факторы, которые потенциально могут влиять на состояние и работу транспортной системы в процессе использования. Необходимо установить ее пригодность и безопасность при подобных условиях.

Подводный трубопровод: проблемы проектирования и эксплуатации

 

При подготовке проекта главного магистрального трубопровода, который отходит от платформы, учитывают следующие характеристики:

  • разновидность продукта, перекачиваемого через систему;
  • необходимую пропускную способность при полной производительности;
  • уровень рабочего давления;
  • рабочие показатели температуры.

Пропускная способность

Данный показатель зависит от транспортируемой продукции, темпов отбора добываемого на месторождении сырья, степени его подготовки на платформе.

Допустим, при добыче сырой нефти с небольшим содержанием попутного газа используется только подводный трубопровод для нефти. Газ сгорает на факеле либо обеспечивает работу платформы в качестве источника энергии. Для газового месторождения, на котором добывается газоконденсатная жидкая смесь, необходим иной подход. Жидкость может транспортироваться с газом в двухфазном потоке либо отделяться непосредственно на платформе и поступать в отдельный трубопровод.

Транспортную систему выбирают, исходя из конкретных условий. При этом учитывают, что важно обеспечить безопасную эксплуатацию запланированного объекта.

Геометрические характеристики объекта

Их выбор зависит в первую очередь от необходимой пропускной способности, правда, некоторые другие факторы могут ограничивать размеры труб.

Для линий, которые перекачивают нефтепродукты одного вида, достаточно оценить только пропускную способность и размеры подводного трубопровода. Все гораздо труднее в случае с многофазным потоком. Чтобы установить требуемые размеры системы, выполняют теоретический расчет потока. Точность результатов зависит от сложности течения, иными словами, решения для смешанных фазовых течений обычно отличаются более низким уровнем надежности.

Утепление труб канализации: разбираемся в принципах и материалах

Толщина стенок

Данная характеристика подбирается на основании рабочего давления. Труба должна справляться с внутренним давлением, оставаясь безопасной, поэтому специалисты учитывают показатели окружного или кольцевого напряжения. Здесь важно понимать, что иногда у глубоководного трубопровода внешнее давление оказывается больше, чем аналогичный внутренний показатель.

Подводный трубопровод: проблемы проектирования и эксплуатации

 

 

Прежде чем приступать к расчету толщины стенок, необходимо выбрать сорт стали для производства труб и установить коэффициент безопасности. Для нужд морских нефтегазовых промыслов используют сталь от сорта «В» американской трубопроводной промышленности (API) до сорта «Х70» и выше. Обычно стараются применять более высокие сорта, при их выборе опираются на следующие особенности:

  • весовые требования:
  • стоимость;
  • способность металла к свариванию;
  • устойчивость к образованию очагов ржавчины.

Проектирование и строительство магистральных трубопроводов

Благодаря повышенным сортам металла удается сократить толщину стенки, а значит, и общий вес системы. Также данный подход позволяет соблюсти все требования при укладке подводного трубопровода.

Недостатком подобных сталей является более высокая подверженность коррозии в среде сероводорода. Они хуже свариваются, а меньшая толщина стенки чревата продолжительным изгибом труб.

Когда выбран сорт стали, известен расчетный коэффициент, условия выполнения работы, размер трубопровода определяют при помощи формул – все они содержатся в профильных учебниках и монографиях.

На данном этапе важно принять во внимание тот факт, что перекачиваемая по трубопроводу продукция способна вызывать коррозию металла. Поэтому в толщину стенки трубы заранее закладывают в среднем еще 3-4 мм. Данный запас на образование коррозии вычисляют отдельно для каждого проекта. При этом он не учитывается при расчете напряженного состояния сечений системы.

Внешние факторы

При описании окружающей среды, в которой будет пролегать новый морской подводный трубопровод, специалистов интересуют такие характеристики:

  • батиметрия трассы;
  • характер местности и свойства донного грунта;
  • волны и вызываемые ими течениям;
  • устойчивые течения;
  • характеристики морской воды;
  • ледовые условия, то есть толщина льда, торосы, пр.;
  • сроки межледового периода.

В некоторых случаях необходимо учитывать сейсмическую активность дна, морское обрастание, пр.

Подводный трубопровод: проблемы проектирования и эксплуатации

Информацию об окружающей среде обрабатывают, что позволяет сформировать набор данных, которые станут основой будущего проекта. К ним относится:

  • полное статистическое описание волнового режима;
  • высота, периоды, продолжительность ветрового волнения;
  • полное статистическое описание придонных течений и всех сопутствующих факторов;
  • полное статистическое описание ледовых условий вдоль трасс, в том числе продолжительность ледового периода;
  • полное статистическое описание профиля дна, грунтов на его поверхности и вблизи нее вдоль самого линейного объекта и в пределах коридора, в качестве оси которого рассматривается трубопровод;
  • перечень свойств морской воды, сейсмических условий, вероятность естественного морского обрастания конструкции.

Таким образом специалисты определяют:

  • прочность и устойчивость подводного трубопровода в соответствии с показателем наружного давления воды;
  • устойчивость объекта к воздействию волн, течений, льда;
  • прочность, устойчивость системы с учетом неравномерной поверхности дна.

Частые ошибки проектирования: причины и последствия

Иногда расчеты демонстрируют отклонения от нормативных величин, например, напряжения, прогиба. В таком случае требуется принять конструкционные решения, чтобы соблюсти все необходимые параметры.

Закажите смету
на водолазные работы
для вашего объекта

    image
    image