Краус Ю.А. Проектирование и эксплуатация магистральных нефтепроводов - файл n1.doc

приобрести
Краус Ю.А. Проектирование и эксплуатация магистральных нефтепроводов
скачать (5902.4 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc9172kb.05.05.2010 10:11скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

3. Условия строительства




3.1 Классификация условий строительства



Согласно [2, 14–17] можно выделить следующие условия и характеристики, обуславливающие особенности сооружения и эксплуатации ЛЧ МН:

Под гидрогеологическими условиями подразумевается обводненность грунтов, глубина залегания и мощность водоносных горизонтов, физические свойства и химический состав подземных вод.

Уровень грунтовых вод определяет некоторые особенности прокладки трубопроводов, а также проведения ремонтных работ на ЛЧ. Если он выше отметки низа трубы, то его называют высоким, если ниже – то низким. При высоком уровне грунтовых вод необходимо использовать водоотливную технику и устраивать дренажи, что в свою очередь влияет на стоимость строительства.

Физико-химические свойства подземных вод выявляются для определения их минерализации и оценки агрессивности по отношению к бетонным и металлическим конструкциям.

Под инженерно-геологическими условиями понимается комплекс природных процессов и явлений в их взаимном сочетании и взаимодействии, которые прямо или косвенно влияют на условия строительства и эксплуатации сооружений в том числе физико-механические и теплофизические свойства грунтов, а также физико-геологические процессы и явления развитие которых тесно связано с климатом и прочими природными факторами. Наибольшее влияние они оказывают на выбор положения трассы МН и конструктивных параметров трубопровода, таких как толщина стенки (при проверке общей устойчивости в продольном направлении) и конструктивная схема прокладки, а также расчётные температуры вдоль трассы и расчётные свойства нефтепродукта (при подземной прокладке), а следовательно оказывает влияние на перекачку.

Топографические условия трассы или рельеф значительно влияют на распределение гидравлического напора по трассе, а, следовательно, расстановку НПС и параметры перекачки. Кроме того, рельеф местности влияет на появление перевальных и провальных точек, что требуется учитывать при выполнении гидравлических расчетов.

На основании данных о положении трассы магистрального трубопровода, его начальном, конечном и промежуточных пунктах производится построение её профиля.

Профиль трассы – это графическое изображение рельефа местности вдоль оси трубопровода, которое строится по особым правилам:

  1. на него наносятся только характерные точки (вершины, впадины, изломы) местности;

  2. расстояния между характерными точками откладываются только по горизонтали, а их геодезические (нивелирные) отметки – по вертикали;

  3. профиль трассы вычерчивают сжатым: масштаб по вертикали крупнее, чем по горизонтали, – в результате чего чертёж получается более наглядным.




Рис 3.1. Переход от разреза земной поверхности к сжатому профилю

Из сказанного следует, что профиль трассы ни в коем случае не является разрезом земной поверхности вертикальной плоскостью, проходящей через ось трубопровода.

По чертежу профиля трассы определяют необходимые для гидравлического расчета расчетную длину нефтепровода и разность геодезических (нивелирных) отметок. По нему также выполняют расстановку НПС. При эксплуатации МН профиль используется для определения времени опорожнения и заполнения ремонтируемых участков; оценки объёмов нефти, разлившейся при повреждении трубопровода, и, оставшейся в трубопроводе; определения давления в месте производства ремонтных работ без остановки перекачки и т.п.

Основным фактором, определяющим сметную стоимость строительства МН, является инженерно-строительная характеристика района. Она определяяется заселённостью района прохождения трассы, объёмом и способом рекультивации земель, необходимостью организации водльтрассовых проездов и подъездов к трассе, противопожарными и защитными сооружениями, степенью насыщенности вдольтрассовыми сооружениями электрохимзащиты, связи и электроснабжения, объёмом сноса существующих строений.

Основной способ учёта инженерно-строительной характеристики района – это разработка инженерно-строительной классификации местности, отражающей самые разнообразные условия. Все встречающиеся участки местности можно разделить на 6 основных типов: равнины; пустыни; болота; многолетнемёрзлые участки; водные преграды; горы. Существуют классификации участков местности и с использованием дополнительных признаков (наличие или отсутствие леса, уровень стояния грунтовых вод, просадочность многолетнемерзлых грунтов, угол наклона местности и др.) введено от 48 до 90 категорий местности [14–17]. Они отличаются условиями и стоимостью строительства.

Затраты на строительство НПС в значительной степени зависят от объемов работ по их инженерно-техническому обеспечению: внешнее электроснабжение, система технологической и хозяйственной связи, водоснабжение и объекты канализования сточных вод, подъездные автодороги и их инженерные сооружения. В свою очередь стоимость строительства МН зависит от условий доставки труб, оборудования и материалов. В каждом конкретном случае транспортные расходы будут определяться размещением баз подрядчика, транспортными условиями на трассе, технологией ведения сварочных и изоляционно-укладочных работ.

3.2 Теплофизическое влияние трубопровода на окружающий его массив грунта




3.2.1 Теплофизические свойства грунта


Исходя из задач прогнозирования, основными исходными данными для расчёта взаимодействия трубопровода с грунтом является заданный температурный режим теплоносителя, климатические характеристики района строительства, состав и свойства грунтов, их среднегодовая температура в естественных условиях и под воздействием трубопровода. Как правило, при проектировании прогноз производят для некоторых средних значений выбранных характеристик и для наиболее неблагоприятных их сочетаний. В связи с этим чаще всего целесообразно применять не точные решения о взаимодействии трубы с окружающим грунтовым массивом, а оценку их взаимного влияния и на этой основе принимать соответствующие конструктивные и технологические решения [12, 17]. Теплофизические характеристики грунтов приводятся в таблице 3.1 [18].
Таблица 3.1

Теплофизические характеристики грунтов

Грунт

Влажность

гр, %

Средняя

плотность

гр, кг/м3

Коэффициент

Теплопроводности

гр, Вт/(мК)

Удельная

теплоёмкость

ср, Дж/(кгК)

Растительная почва

27

2000

2,3



Песок речной

0

11,3

1520

1640

0,3–0,33

1,13



774

Песок глинистый

28,3

2020

1,6–2,56

600–960

Глина

8

18

27

40

1300

1400

1600

2100

0,58

0,85

1,23

2,15

1115

1445

1600

1830

Торф

24,1

1370

0,81

2570

Грунт подзолистый

20

1835

1,42

1155

Суглинок

20

1960

1,49

1134


При значениях влажности и плотности грунтов, отличных от приведённых в таблице 3.1, их коэффициент теплопроводности может быть вычислен по формуле [18]

, (3.1)

где kp – постоянный числовой коэффициент, равный: 1,5 – для песков; 1,4 – для супесей; 1,3 – для суглинков и глин;

гр – плотность грунта, кг/м3;

гр – влажность грунта, %.

Так как по трассе трубопровода грунты по составу и влажности различны, то тепловой и гидравлический расчёты делают либо по участкам с одинаковыми коэффициентами теплопроводности, либо для всего трубопровода по среднему значению коэффициента

. (3.2)

3.2.2 Распределение температуры в массиве грунта


В соответствии со вторым законом термодинамики самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, этот процесс принято называть теплопередачей или теплообменом. Теплообмен является сложным физическим процессом, поэтому при изучении его расчленяют на три элементарных вида: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. При этом различные виды сложного переноса тепла рассматривают как сочетание элементарных видов. Для подземного МН наиболее характерны: теплоотдача (конвективный теплообмен между потоком нефти и поверхностью трубопровода) и теплопередача (теплообмен нефти и окружающего трубопровод грунта через разделяющую их стенку трубопровода) и др.

Поток тепла, идущий из нефти в металл трубопровода, из металла трубопровода в изоляцию, а из изоляции в грунт один и тот же, но записан может быть по разному. Так тепловой поток через стенку трубопровода можно определить по формуле Ньютона [1]:

, (3.3)

где K – полный коэффициент теплопередачи от нефти в окружающую среду, зависит от внутреннего и внешнего коэффициента теплоотдачи, а также от термического сопротивления стенки трубы, изоляции, отложений и прилегающего к трубопроводу грунта, Вт/(м2К). При оценочных расчётов K можно принять равным: для сухого песка – 1,2 Вт/(м2К)ля влажной глины – 1,5 Вт/(м2К), для мокрого песка – 3,5 Вт/(м2К);

D – внутренний диаметр трубопровода (отложений в трубопроводе), м;

Т – температура нефти в сечении x, К;

Тгр – естественная температура окружающей среды (грунта), К.

С другой стороны этот же тепловой поток от изоляции трубопровода в грунт за единицу времени можно определить как

, (3.4)

где 2 – коэффициент теплоотдачи, характеризующий тепловое сопротивление прогретой части грунта, Вт/(м2К);

Dиз – наружный диаметр изоляции, м;

Тиз – температура на внешней поверхности изоляции трубопровода в сечении x, К;

Т(x, y, z) – температура грунта в массиве, К;

y, z – пространственные координаты массива в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, имеющей координаты y=0, z= –Н, где Н – фактическая глубина заложения оси трубопровода, м.

Коэффициент теплоотдачи определяется значением коэффициента теплопроводности грунта ?гр и толщиной прогретой части грунта гр

, (3.5)

Толщину прогретой части грунта можно определиьт по формуле Форхгеймера [1, 12, 13]

, (3.6)

тогда для расчёта внешний коэффициента теплоотдачи 2 подставив (3.5) в (3.6) получим формулу Форхгеймера–Власова

. (3.7)

При H/Dиз > 1 согласно [10] с точностью до 1% можно принять

. (3.8)

Если рассматривать теплопередачу между наружной поверхностью трубопровода и некоторой точкой грунта с координатами (x, y, z), то уравнение (3.8) можно преобразовать к следующему виду (см. рис. 3.2).

. (3.9)

При малых заглублениях H/Dиз<(3–4) согласно [18] следует пользоваться формулой Аронса–Кутателадзе, которая учитывает тепловое сопротивление на границе «грунт–воздух» и наличие снежного покрова, при этом формула (3.8) преобразуется к виду

, (3.10)

где гр, сн – коэффициент теплопроводности соответственно грунта и снега;

Hп – приведенная глубина заложения трубопровода [2]

;

Н – фактическая глубина его заложения;

Нсн – высота снежного покрова;

0 – коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в воздух, 011,63 Вт/(мград).

При H/Dиз2 вторым слагаемым под знаком логарифма в выражении (3.7) можно пренебречь. Данное равенство выполняется в случае, когда Dиз 600 мм.

Распределение температуры в массиве грунта, окружающего трубопровод, можно приближённо определить подставим в уравнение (3.4) уравнение (3.9) и приравняем к (3.3)

,

тогда выражая Т(x, y, z) получим

. (3.11)

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


3. Условия строительства
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации