Ресурсосберегающие технологии перекачки нефти в условиях Крайнего Севера

4.5. Ресурсосберегающие технологии перекачки нефти в условиях Крайнего Севера

Современное состояние трубопроводного транспорта в России определяется не только снижением объемов финансирования и капитальных вложений в отрасль, но и недостатком технологий и стандартов, регламентирующих режимы работы в осложненных условиях сооружения и эксплуатации.

Для трубопроводов, работающих в неизотермических режимах, проложенных в северных обводненных грунтах и заболоченных территориях Сибири, а так же районах многолетнемерзлых грунтов Крайнего Севера в создавшихся условиях проблема эффективной технологии эксплуатации с одновременным соблюдением требований экологической безопасности встает особенно остро и является актуальной.

4.5.1. Необходимость обеспечения сохранности экологической системы в районах прохождения трассы магистрального нефтепровода

При освоении газонефтеносных провинций Крайнего Севера и шельфовых акваторий мы сталкиваемся с проблемой необходимости сохранения необычной окружающей среды и, в первую очередь, вечномерзлых грунтов.

Трубопроводы оказывают постоянное влияние на природную среду, как во время строительства, так и в течение всего периода эксплуатации. Строители трубопроводов и газодобытчики, при освоении газовых месторождений Тюменского Севера, районов Обской губы и полуострова Ямал столкнулись с проблемой транспортировки газа в условиях вечной мерзлоты. Традиционные способы оказались неприемлемы. Очевидной стала необходимость сохранять в ненарушенном тепловом состоянии окружающий массив грунта при эксплуатации трубопроводов, так как растепление грунтов приводит к необратимым отрицательным последствиям. Охлаждение углеводородов перед закачкой в трубу позволяет, с одной стороны, решить эту проблему, но с другой – ставит проблемы иного плана:

1. До какой температуры охлаждать и с какими скоростями перекачивать углеводороды, чтобы теплосодержание перекачиваемой среды и тепло трения, которое неизбежно увеличивается с повышением вязкости, привести в определенное соотношение, при котором зона теплового влияния трубопровода будет минимальной?

2. Как обеспечить стабильность системы трубопровод – грунт во времени, а осадки и выпучивания трубопровода свести к минимуму?

3. Как, учитывая требования экологической безопасности, обеспечить одновременно перекачку с минимальными затратами, т.е., в оптимальном варианте?

4. И наконец, как учесть в расчетах на этапе проектирования неоднородность и анизотропность (зависимость свойств среды от направления) необычайно сложных по свойствам и составу грунтов Западно – Сибирского региона и Крайнего Севера, прогнозировать их состояние и предотвратить деструкцию многолетнемерзлых формирований в результате техногенного воздействия?

Рассмотрим технологию эксплуатации магистрального трубопровода в районах многолетнемерзлых грунтов при условии сохранности окружающей среды.

Технология является ресурсосберегающей и отвечает экологическим требованиям, так как позволяет предотвратить прогрессирующее таяние подстилающих грунтов и поддерживать размеры талика в допустимых пределах R0min...R0max.. При этом повышается устойчивость магистрального трубопровода в экстремальных условиях Крайнего Севера и надежность его эксплуатации.

Открытие на территории Западной Сибири нефтегазовой провинции привело за короткий срок к созданию крупной топливно-энергетической базы страны. Одновременно с освоением территорий и эксплуатацией нефтегазодобывающих и транспортных комплексов были выявлены недостатки существующих технологий, а в ряде случаев и неприемлемость их реализации в районах Крайнего Севера, сформированных вечномерзлыми, многолетнемерзлыми и сезоннооттаивающими грунтами.

Интенсивное освоение районов Севера оказывает значительное воздействие на окружающую среду, нарушая экологическое равновесие, т.к. в результате поднятия на поверхность земли и транспорта нефти и конденсата высвобождается огромное количество тепла.

Прикидочный расчет показывает, что данное тепловыделение соизмеримо с естественным радиационным балансом и количеством тепла, приходящего изнутри земного шара к поверхности.

Внутриземной тепловой поток невелик и в районе Западно-Сибирской низменности составляет примерно 0,06 Вт/м2, что соответствует (1...3)106 Дж/(м2год). Радиационный среднегодовой тепловой поток для данного региона в тундре составляет 26,6 Вт/м2.

Можно прикинуть, чему равно дополнительное тепловыделение? Например, при добыче нефти порядка G=400млн. т/год с теплоемкостью c = 2000 Дж/(кгC), охлаждении ее на t = 40 С и при условии, что тепло распределяется на площади районов нефтедобычи и прохождения трасс нефтепроводов, занимающей примерно 109 м2, будет равно:

   Gct = .

Сопоставляя приведенные цифры, согласно которым дополнительное тепловыделение в 1,01/ 0,06 ≈ 17 раз превышает внутриземной тепловой поток, можно отметить, что такого количества тепла вполне достаточно, чтобы изменить сбалансированность тепломассообменных процессов на поверхности земли. Положительный теплооборот на поверхности земли приводит в местах сооружения коммуникаций к прогрессирующему таянию подстилающих многолетнемерзлых грунтов. При больших площадях освоения это может привести к необратимому нарушению экологического равновесия не только Западно-Сибирского региона, но и связанных с ним территорий Евро-Азиатского континента.

Считается, что опасным является антропогенное тепловыделение в пределах 1% от потока солнечной энергии, накапливаемой и рассеиваемой в атмосфере.

Как видно, даже столь грубая прикидка, по минимуму, когда мы вовсе не учитываем колоссальное тепло, получаемое при сжигании нефти и топлив в ходе производственно-хозяйственной деятельности, показывает, что фактическое тепловыделение значительно превышает 1% и составляет не менее (1,01/26,6)100=3,8%.

Последствия активного освоения нефтегазоносных районов незамедлили сказаться. Многолетние наблюдения показали, что в западно-сибирской тундре в результате хозяйственной деятельности человека идет естественный процесс отступления северной границы лесов вследствие заболачивания равнинных участков. В литературе приводятся многочисленные факты катастрофических последствий, связанных с растеплением грунтов, эрозией почв, солифлюкцией, заболачиванием территорий и т.п. явлениями.

В связи с этим, в последние годы все больше говорится о недопустимости искусственной деградации мерзлоты в районах прохождения магистральных трубопроводов, расположения насосных станций и т.д. Практика проектирования и эксплуатации Транс-Аляскинского нефтепровода, отечественных трубопроводов Тюменской области и Крайнего Севера свидетельствует о необычайной сложности сопутствующих явлений и несомненной актуальности проблемы ограничения прогрессирующего таяния многолетнемерзлых грунтов в районах прохождения трасс.

4.5.2. Ограничение ореола протаивания мерзлых грунтов вокруг трубопровода

При сооружении коммуникаций в районах мерзлоты нарушается естественное тепловое равновесие, вследствие чего происходит протаивание подстилающих грунтов и осадка сооружений. Укладка трубопровода сопровождается нарушением целостности мерзлого массива. В период эксплуатации трубопровод оказывает тепловое воздействие на окружающую среду. Поэтому прокладку трубопровода в районах мерзлоты следует рассматривать как грубое нарушение сбалансированности теплообмена. Даже в том случае, когда температура трубопровода не отличается от температуры прилегающего грунта, происходит изменение гидрологического режима, наблюдается барражный эффект, дренажный, а следовательно, происходит нарушение условий тепломассообмена поверхностного активного слоя массива грунта.

Поэтому способ эксплуатации магистральных трубопроводов в многолетнемерзлых грунтах, должен быть не только энергоресурсосберегающим, но и экологически чистым, безопасным. Для этого необходимо выполнение следующих условий:

  •  выполнение требования экологической безопасности окружающей среды, т.е. ограничения ореола протаивания под трубой;
  •  предупреждение защемления трубопровода в буграх пучения, что снижает риск аварийных ситуаций е повышает надежность;
  •  оптимизации, из условий минимума затрат;
  •  соответствие параметров магистрального трубопровода нормам технологического проектирования.

Управляя процессом тепломассообмена, можно поддерживать постоянным нулевой теплооборот на поверхности массива, т.е. восстановить нарушенный радиационно-тепловой баланс и обеспечить экологическое равновесие.

Рассмотрим уравнение радиационно-теплового баланса в ненарушенном тепловом состоянии грунта, которое представляет собой равенство прихода и расхода тепла на поверхности массива:

    ,   (15.1)

где:  qп - тепловой поток в почву;

qр - поток солнечной радиации;

qоб- источники (стоки) тепла;

qл - лучистый поток за счет излучения поверхности;

qк - конвективный поток от поверхности в воздух;

qи - теплота, обусловленная испарением.

Знаки в уравнении (15.1) соответствуют дневному периоду летнего сезона. В ночное время тепловые потоки qк и qл, могут иметь противоположную направленность, а qp=0. Преимущественное направление теплового потока qп в летний период – к поверхности земли, в холодный зимний – наоборот, от земли в атмосферу.

С точки зрения сохранения окружающей среды необходимо обеспечить сбалансированность тепловых потоков на поверхности массива и после укладки трубопровода. Для этого необходимо, чтобы ход изменения температуры поверхности деятельного слоя грунта остался прежним. Иными словами, тепловой поток от стенки трубы в грунт qтр не должен достигать поверхности грунта. Это возможно в том случае, если qтр  qфп (теплоты плавления льда, равной теплоте фазовых переходов), т.е. когда теплота, теряемая жидкостью при ее транспортировке по трубопроводу, полностью затрачивается на фазовые превращения qфп при продвижении границы протаивания-промерзания грунта вокруг трубопровода.

В данной постановке задачи удельный тепловой поток от трубы в грунт меняется в течение года, находясь в пределах: qmin...qmax. При этом ореол протаивания будет увеличиваться в летний период и уменьшаться в зимний, оставаясь в пределах D0min...D0max (рис. 15.1).

Рисунок 15.1 – Схема подземного трубопровода с регулируемым ореолом протаивания

Таким образом, путем регулирования тепловых потерь q можно поддерживать талик вокруг трубопровода в допустимых пределах. При этом отмечается два положительных момента:

-ограничение по D0max талой зоны обеспечивает сохранность окружающей среды, т.е. грунт по массиву остается мерзлым;

-ограничение по D0min талой зоны исключает возможность разрыва трубы вследствие морозного пучения грунта, т.к. трубопровод в талом грунте потенциально подвижен. Практика показывает, что защемление трубы при морозном пучении ведет к деформациям трубопроводов и порывам.

Величину теплопотерь можно регулировать путем изменения расхода Q или температуры t перекачиваемой нефти, меняя тем самым и тепло трения (которое разогревает нефть). Так как в условиях мерзлоты перекачка возможна только при температурах, близких к 0С, то в уравнении теплового баланса для участка трубопровода длиной dz, тепло кристаллизации парафина не учитываем:

  ,    (15.2)

где:  Q - объемный расход;

, c - плотность и удельная теплоемкость нефти;

t - температура нефти;

К - коэффициент теплопередачи;

D, z - внутренний диаметр и координата длины трубопровода;

i - гидравлический уклон;

te - температура грунта на глубине заложения оси трубопровода в ненарушенном тепловом состоянии, te = Те – 273,15.

При определенном сочетании параметров (относительно низкие температуры при значительных скоростях перекачки и т.п.) возможна ситуация, когда потери тепла равны тепловыделению вследствие вязкого трения. Перекачка в этом случае характеризуется изотермичностью течения при температуре  t = const, превышающей  температуру  окружающей среды, t  te. Левая часть уравнения (15.2) равна 0, т.к. dt = 0.

Именно этот режим можно считать целесообразным в условиях мерзлых грунтов по следующим причинам.

Во-первых, изотермическая перекачка является экономически выгодной.

Во-вторых, температуры перекачки, определенные с учетом тепла трения ожидаются невысокие, превышают температуру грунта te всего лишь на несколько градусов.

В третьих, эксплуатация трубопровода при невысоких положительных температурах со стабильным тепло-гидравлическим режимом, при котором ореол протаивания невелик, регулируется и не выходит за допустимые пределы R0min...R0max, отвечает требованиям экологической безопасности.

Специальным подбором параметров перекачки можно добиться также стабильности температурного режима во времени, несмотря на изменение климатических условий. Процесс теплообмена в таких условиях можно рассматривать как квазистационарный, а расчет вести по формулам стационарного режима.

4.5.3. Регулирование теплообмена магистрального нефтепровода с многолетнемерзлым грунтом

Очевидно, что фактор сохранности экологической обстановки в районах многолетнемерзлых массивов должен рассматриваться как наиважнейший, когда речь идет о сооружении и последующей эксплуатации крупнейших промышленных сооружений, какими являются магистральные нефтепроводы.

Данная задача осложняется тем, что несмотря на соблюдение экологических требований, техническое решение должно обеспечивать минимум затрат на перекачку, т.е. должно быть оптимальным. Исследования показали, что чем ближе температурный режим перекачки к изотермическому, тем экономичнее рассматриваемый вариант перекачки. Минимум затрат соответствует варианту изотермической перекачки с балансовой температурой tбал, превышающей температуру te окружающей среды. Такую перекачку можно организовать, используя тепло трения.

При этом, сбалансированность теплообмена достигается при такой производительности трубопровода Q и температуре перекачки tбал = const, при которых все тепло, регулярно выделяющееся по мере следования нефти по трубопроводу, будет затрачиваться на фазовые превращения в прилежащем грунте:

     qтрен.=q=qф.п.,     (15.3)

При таком способе перекачки обеспечивается постоянство температуры по длине трубопровода. Следовательно, вдоль трубопровода одинаковы размеры ореола протаивания, температурные напряжения и прочие параметры. Труба оказывается равнопрочной в каждом сечении, что согласуется с требованием к надежности системы магистрального трубопровода. Для северных регионов, где возможны случаи морозного пучения грунтов и осадок, это чрезвычайно важно. Трубопровод, эксплуатирующийся в регулируемом режиме, при котором размеры талика не выходят за допустимые пределы, становится более надежным.

Таким образом, способ сбалансированного теплообмена как нельзя лучше подходит для трубопроводов, прокладываемых в многолетнемерзлых грунтах. Кроме того, управляемая система в условиях Крайнего Севера более надежна и перспективна.

Данный эффект регулирования достигается необычным, но простым способом: за счет сдвига по фазе колебаний радиуса R0 ореола протаивания по отношению к температуре грунта te.

Температура грунта te в ненарушенном тепловом состоянии на глубине заложения оси трубопровода меняется в течение года по периодическому закону (рис. 15.2), который хорошо аппроксимируется выражением:

   te = te'+te"cos(-),   (15.4)

где:   te', te" - среднегодовое значение и амплитуда колебания температуры te;

 = 2/12 - если время отсчитывается в месяцах;

- сдвиг по фазе на начало отсчета в (15.4).

Изменение радиуса протаивания задается периодическим законом:

   ,   (15.5)

где: ;     ;

α – сдвиг по фазе на начало отсчета.

На основании (15.5) задается и скорость перемещения границы протаивания - промерзания:

     .   (15.6)

Таким образом, для случая управляемого процесса закон изменения скорости перемещения границы протаивания dR0/d задан. Величину радиуса протаивания R0 можно поддерживать в течение года в допустимых пределах R0min...R0maх. Можно "остановить" границу протаивания, задав R0" = 0, что равнозначно условию R0 = const.

По выражению (15.7), которое получено на основании (15.3), можно определить допустимую температуру грунта, примыкающего к поверхности трубы (при отсутствии теплоизоляции вместо радиуса теплоизоляции Rиз в уравнении (15.7) учитывается наружный радиус трубы Rтр):

Рисунок 15.2 – Изменение температуры грунта на глубине заложения нефтепровода Тарасовская - Муравленковская

.  (15.7)

где     - удельная теплота плавления льда;

0 - объемная плотность мерзлого грунта;

Wн, Wc - содержание незамерзшей воды и суммарная влажность;

т , м - соответственно коэффициенты теплопроводности талого и мерзлого грунта;

Rтр, Rиз – соответственно наружный радиус трубы и изоляционного покрытия.

Температура на границе талой и мерзлой зоны условно принята равной 0С. При наличии снежного покрова  по Андрияшеву, где сн, сн - толщина снежного покрова и коэффициент теплопроводности.

Наименьшие колебания параметров перекачки будут наблюдаться у нетеплоизолированного трубопровода, обладающего минимальной тепловой инерцией. Покажем, что колебания в режимах перекачки можно свести к "0".

На рис. 15.3 приведены результаты расчета примера эксплуатации подземного нефтепровода при "остановленной" границе протаивания R0 = const.

Рисунок 15.3 – Регламент эксплуатации нефтепровода при R0 = 0,96 м = const.

Исходные данные к примеру: D=1,2м; Dтр=1,22м; Н0=1,32м; 20=9,1310-6м2/с; u=0,1С-1; =854кг/м3; т=1,7Вт/(мС); м=2,1Вт/(мС); 0=1800кг/м3; =336кДж/кг; temax=-2C; temin=-4C; R0=0,96м; =0; r=1; iлд=0,2; льдистость iлд = (Wc–Wм)/(Wc+1).

Из графика видно, что в данном случае колебания производительности по отношению к среднегодовой достигают 18%. Минимальное значение ее приходится на теплый летний период. Максимальное - на самый холодный месяц. Технологически такой вариант эксплуатации осуществим, если нефть

имеет незначительную крутизну вискограммы, а промыслы обеспечат регламент по производительности.

Путем регулирования можно обеспечить и постоянство производительности нефтепровода в течение года, т.е., Q = const, t = const.

Стабильность гидравлического режима, т.е. постоянство производительности Q и температуры перекачки t в течение годового периода может быть достигнута путем соответствующего подбора параметров  и R0".

4.5.4. Гидравлический расчет нефтепровода с учетом тепла трения при сбалансированном теплообмене

Теплогидравлические режимы нефтепровода описываются дифференциальными уравнениями, решение которых для случая изотермической перекачки с температурой t = tбал > tе, полученное Л.С. Абрамзоном, устанавливает связь между температурой перекачки t и параметром диссипации Пд.

    ,    (15.8)

где    .     (15.9)

Отсюда видно, что параметры Q и t взаимосвязаны:

    ,    (15.10)

где:  u - крутизна вискограммы;

m - коэффициент в формуле Лейбензона, зависящей от режима течения жидкости;

r - радиальный градиент температуры;

ie - гидравлический уклон, условно определяемый по температуре te для данного трубопровода.

Величины r и ie определяются по стандартным методикам курса "Проектирование и эксплуатация магистральных нефтепроводов". Коэффициент теплопередачи можно считать по формуле (15.11) с учетом теплопередачи в талом и мерзлом массиве

. (15.11)

Сопрягая полученное решение "внешней" задачи теплообмена (15.7) с решением "внутренней" задачи (15.10) и, аналогично, принимая за целевую функцию выражение

     Q=Qmax-Qmin ,    (15.12)

получаем возможность минимизировать колебания производительности.

Соответствующая программа REGL позволяет также осуществить поиск оптимального варианта и выполнить расчет основных параметров перекачки с выходом на регламент эксплуатации магистрального трубопровода при условии ограничения ореола протаивания по (15.5).

Если при минимизации целевой функции Q достигнут уровень Q=0, то это значит, что в течение года производительность трубопровода не меняется.

4.5.5. Регламент эксплуатации магистрального нефтепровода Тарасовская – Муравленковская при условии сохранности окружающей среды

Вследствие выделения тепла трения при транспорте нефти по трубопроводам, температура перекачки всегда превышает температуру грунта, окружающего трубопровод. Температура нефти может повышаться к концу трубопровода на несколько градусов. Для трубопроводов, пролегающих в многолетнемерзлых грунтах, этот фактор  имеет  особо  важное  значение.

Например, если  температура грунта на глубине заложения трубопровода -1...-2С, что характерно для северных нефтеносных районов России, повышение температуры нефти вследствие выделения тепла трения даже на 2...3С приведет к образованию ореола протаивания и нарушению экологического равновесия в районе прохождения трассы. Обычно процесс протаивания грунта под трубой носит прогрессирующий характер. Но путем регулирования, как показано выше, зону протаивания можно ограничить и перекачку организовать при условии сохранности окружающей среды. Режимы эксплуатации магистрального трубопровода, при которых обеспечивается сбалансированность теплообмена, реально осуществимы. Радиус протаивания поддерживается в допустимых пределах и меняется от R0max до R0min. Сезонные колебания температуры воспринимаются только грунтом и гасятся за счет фазовых превращений в промерзающем - протаивающем грунте. Сбалансированность потоков тепла обеспечивается за счет колебания радиуса талой зоны. Тепловая инерция грунта обеспечивает возможность сдвига по фазе этих колебательных процессов. При таких условиях температура нефти положительная, но ограничена. Ее величина определяется расчетом. Вдоль оси трубопровода температура не меняется, а устанавливается постоянной за счет того, что количество выделяемого тепла трения равно теплу, уходящему в грунт от трубы. Тепло в грунте полностью затрачивается на фазовые превращения на границе протаивания. Процесс теплообмена оказывается сбалансированным по всей длине трубопровода.

Если трубопровод нетеплоизолирован, то температура перекачки будет мало отличаться от температуры окружающей среды. Хотя тепловое возмущение невелико, ореол протаивания вокруг трубопровода образуется непременно. Так как протаивание грунта под трубопроводом крайне нежелательно, то следует, по мере возможности, сдерживать его распространение. Если температура закачки нефти в трубу будет равна расчетной температуре tр, то на всем протяжении трубопровода температура будет постоянной. В противном случае появится так называемый начальный участок, на котором происходит стабилизация теплообмена

Покажем, что параметры трубопровода в результате минимизации целевой функции Q получаются вполне реальными.

Программа REGL прошла апробацию на магистральном нефтепроводе Тарасовская-Муравленковская, при условии ограничения ореолов протаивания в зимний период эксплуатации. С учетом изменения свойств грунтов по трассе было выделено 3 характерных участка (табл. 15.1).

Таблица 15.1 Свойства грунтов и перекачиваемой нефти характерных участков нефтепровода Тарасовская - Муравленковская

Изменение температуры грунта на глубине заложения нефтепровода Тарасовская-Муравленковская в ненарушенном тепловом состоянии представлено на рис. 15.2. Грунты вдоль трассы нефтепровода относятся к категории сезоннооттаивающих с островным расположением многолетнемерзлых. Поэтому расчет режимов летнего периода следует считать приближенным.

Для удобства анализа расчетных данных обратимся к таблице 15.2, с расчетными параметрами трубопровода, при которых радиус протаивания ограничивается величинами R0max...R0min.

Анализ таблицы 15.2 показывает, что на различных участках трассы регламентированные режимы отличаются незначительно. Эксплуатацию нефтепровода можно вести при условии ограничения ореолов протаивания. При средней производительности 0,537м3/с (0,502...0,570) и температуре закачки нефти в трубопровод +6,4С(+5,7...+7,5С) ореолы протаивания на мерзлотных участках не выйдут за допустимые пределы R0 = 0,61...1,09м.

Таблица 15.2 Регламент эксплуатации нефтепровода Тарасовская-Муравленковская, обеспечивающий сохранность окружающей среды

Производительности Q = 0,537м3/с соответствует Q  (14...15)млн. т/год. Согласно технологическим нормам на проектирование для нефтепроводов диаметром D = 0,72м рекомендуется производительность 14...18 млн. т/год. Таким образом, режим перекачки и в этом случае, также как и в предыдущем примере, соответствует технологическим нормам. Данный магистральный нефтепровод длительное время эксплуатировался при более высоких температурах, порядка 30С, что привело к прогрессирующему таянию подстилающих грунтов на мерзлотных участках.

4.5.6. Особенности эксплуатации магистрального нефтепровода в режиме, ограничивающем протаивание грунта под трубопроводом

Как показали проведенные исследования и анализ литературных данных, состояние нефтепроводов в северных районах в большой степени определяется грунтовыми условиями. Систематизируя материал, можно отметить следующие особенности.

1. Регулирование теплообмена при перекачке нефти по трубопроводу, проложенному в мерзлых грунтах, с целью предотвращения прогрессирующего таяния, требует жесткого соблюдения регламента, в соответствии с которым производительность перекачки и температура нефти не должны выходить за допустимые пределы. Основным условием нормальной эксплуатации является соблюдение регламентированных t = const и Q = const. Опыт начальной стабилизации параметров перекачиваемой среды известен для газа, закачиваемого в трубопровод в условиях Крайнего Севера.

2. Даже при хорошо отлаженной технологии возможно вынужденное отключение насосно-силового оборудования трубопровода. Если для обычных неизотермических трубопроводов время безопасной остановки бо ограничивается лишь ростом гидравлического сопротивления на момент "страгивания", то для трубопроводов, проложенных в многолетнемерзлых и сезоннооттаивающих грунтах, выполнения условия прокачиваемости недостаточно. Дополнительным условием при определении бо необходимо рассматривать условия "несмерзания" талика вокруг трубы

     .    (15.13)

Следует отметить, что условие "несмерзания" талика вокруг трубопровода равноценно условию недопущения отрицательного воздействия бугров пучения на трубопровод. При положительной температуре на поверхности трубы бугор пучения "проплавляется", а труба остается в грунте потенциально подвижной; "защемления", а следовательно, и порыва трубопровода вследствие морозного пучения не произойдет.

3. В талом грунте трубопровод потенциально подвижен и при нарастании в нем напряжений он может менять положение своей оси, "врезаясь, как в масло" в протаивающий грунт. Идущий впереди талик будет растеплять грунт, давая возможность трубе перемещаться и занимать положение, соответствующее минимальным напряжениям.

4. Как меру борьбы с "буграми пучения" можно рассматривать условие ограничения dR/d по величине в период "смерзания" талика. На рис. 15.4 показан характер зависимости величины миграционного потока влаги к фронту промерзания от скорости промерзания грунта. Практика эксплуатации трубопроводов в районах пучинообразования и анализ исследований по этому вопросу позволяет предположить, что в период сезонных подвижек фронта промерзания, когда скорости его перемещения близки к пр.опт (рис. 15.4), возможно чрезмерное подтягивание влаги к фронту промерзания, что в конечном итоге формирует образование ледяных прослоев, линз и бугров пучения в деятельном слое массива. Это замечание относится к сезоннооттаивающим грунтам, которые перемежаются с многолетнемерзлыми грунтами, но в равной степени может быть воспринято и при решении данной задачи.

Таким образом, при регулируемом теплообмене скорость продвижения границы протаивания dR0/d не должна превышать критическую скорость промерзания пр.опт.

      .    (15.14)

"Оптимальная" скорость промерзания пр.опт (оптимальная в том смысле, что при ней создаются наиболее благоприятные условия для миграции и "подтягивания" влаги в зону промерзания, а миграционный поток максимален) составляет (1,9...2,8)10-7м/с. Миграции влаги, а следовательно и формирования бугров пучения не наблюдается при скоростях меньших пр.кр= (0,056...0,110)10-7м/с и превышающих пр.max= (22...42)10-7м/с.

Правильно рассчитанный регламент должен обеспечивать безопасные пределы изменения dR0/d.

Технология перекачки со сбалансированным теплообменом соответствует требованиям СТО Газпром 2-3.5-051-2006 и позволяет эксплуатировать магистральные трубопровода Крайнего Севера в ресурсоэнергосберегающих режимах.

При этом отмечается три положительных момента:

–при ограничении ореола протаивания по максимуму (R0max) обеспечивается сохранность окружающей среды, т.е. грунт по массиву остается мерзлым;

–при ограничении ореола протаивания по минимуму (R0min) исключается возможность порыва трубы вследствие морозного пучения, т.к. трубопровод в талом грунте потенциально подвижен и равнопрочен по длине;

–ограничение скорости перемещения границы протаивания-промерзания, т.е. выполнение условия, можно рассматривать как способ борьбы с буграми пучения.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Необходимость обеспечения сохранности экологической системы в районах прохождения трассы магистрального нефтепровода. Ограничение ореола протаивания мерзлых грунтов вокруг трубопровода. Регулирование теплообмена магистрального нефтепровода с многолетнемерзлым грунтом. Гидравлический расчет нефтепровода с учетом тепла трения при сбалансированном теплообмене. Регламент эксплуатации магистрального нефтепровода.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Международное частное право

Лекции по Международному частному праву (МЧП). Понятие международного частного права: принципы, источники, субъекты, понятия. Защита права собственности

Международная экономическая интеграция. Внешняя политика

Внешняя политика России па современном этапе Функции внешней политики Внешняя политика, её сущность и функции. Процессы экономической интеграции

Педагогика Учебник, Часть 2

Теоретические основы воспитания. Методы воспитания. Роль детского коллектива в воспитании и развитии ребенка. Воспитательная работа классного руководителя. Внеклассная воспитательная работа в школе. Создание развивающей среды в дошкольных учреждениях. Общение и деятельность в дошкольном и младшем школьном возрасте. Система образования в России и перспективы ее развития. Характеристика системы образования в России. Основы управления общеобразовательным учреждением.

электромонтажные работы. Электробезопасность. Отчет

Классификация электроустановок. .Электробезопасность и пожаробезопасность в кабинете. Общая технология электромонтажных работ.

Настроения масс в политике

Массовые настроения в политике — это особые психические состояния; однородная для большого количества людей субъективная сигнальная реакция, особые переживания комфорта или дискомфорта

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok