Разработка метода демонтажа трубопроводов энергией взрыва

Протяженность магистральных трубопроводов России составляет 217 тыс. км, в том числе газопроводных магистралей, включая газоконденсато-проводы, — 151 тыс. км, нефтепроводных — 48 тыс. км, нефтепродуктопровод-ных — 19,3 тыс. км. [5].

По системе магистрального транспорта перемещается 100% добываемого газа, 99% добываемой нефти, более 50% производимой продукции нефтепереработки. В общем объеме транспортной работы, доля газа составляет 55,4%- нефти — 40,3%- нефтепродуктов-4,3% [38].

На магистральных газопроводах и в подземных хранилищах единой системы газоснабжения эксплуатируется 247 компрессорных станций, 4053 газоперекачивающих агрегата общей установленной мощностью 42 млн кВт. Подачу газа потребителям обеспечивают 3300 газораспределительных станций.

В состав сооружений магистральных нефтепроводов, входят 387 нефтеперекачивающих станций, 100 продуктоперекачивающих станций, резер-вуарные парки общей вместимостью 17,43 млн м3 [5].

Российские трубопроводные системы наиболее активно развивались в 60−80-е годы. В настоящее время 35% трубопроводов эксплуатируется более 20 лет, что требует повышенного внимания к их эксплуатационной надежности и технической безопасности.

На магистральных нефтепроводах эти проблемы стоят особенно остро. Сегодня, несмотря на значительное снижение загрузки нефтепроводов по сравнению с максимально возможной, опасность аварийных ситуаций не снижается, что ведет к увеличению объема работ по ремонту, реконструкции и техническому перевооружению.

По уровню надежности магистральные нефтепроводы можно разделить на три группы:

Нефтепроводы, построенные до 1970 года, вводились в эксплуатацию в основном без активной защиты от коррозии. Пассивная защита (битумная изоляция) была рассчитана на срок службы 8.12 лет. Фасонные детали нефтепроводов выполняли только сваркой на трассе.

Нефтепроводы, построенные в 1970;1975 годах, это нефтепроводы преимущественно большого диаметра (720 и 1220 мм). В проектах уже предусматривались средства электрохимзащиты. Фасонные изделия трубопроводов частично были заводского изготовления [43].

Нефтепроводы, построенные после 1975 года. При строительстве использовали фасонные детали только заводского изготовления. Во время предпусковых испытаний (24 ч) давление было повышено до заводского испытательного давления, вызывающего в металле труб напряжение, равное 0,90.0,95 нормативного предела текучести. Повышается категорийность отдельных участков нефтепроводов, предусматривается строительство трассовых ЛЭП.

В настоящее время магистральные нефтепроводы имеют битумные, полимерные и комбинированные покрытия, нанесенные в трассовых условиях. Нефтепроводы диаметром 1020. 1220 мм с полимерными и мастичными (битумными) покрытиями, имеющие срок эксплуатации более 15 лет, отнесены к участкам повышенного риска. Общая протяженность таких участков составляет 7,8 тыс. км. [43].

Гарантированный срок службы изоляционных покрытий для нефтепроводов диаметром 820 мм и менее определен в 20 лет, по истечении которого требуются их периодическое обследование и выборочный ремонт.

Надежность, экологическая безопасность и снижение аварийности неф-тепродуктопроводов обеспечиваются за счет:

• диагностики и капитального ремонта линейной части, резервуаров и оборудования;

• технического перевооружения и реконструкции технологического оборудования, систем автоматизации насосных станций, резервуарных парков и телемеханизации линейной части магистральных нефтепродуктопрово-дов;

• модернизации существующих и внедрения новых систем пожаротушения резервуарных парков.

Использование трубопроводного транспорта нефтепродуктов экономически целесообразно. Тарифы на транспорт по системе трубопроводов останутся ниже тарифов на железнодорожные перевозки, что позволит:

• ликвидировать разбалансированность транспортных связей путем транспорта нефтепродуктов;

• снизить транспортную составляющую цены экспортных нефтепродуктов, повысив эффективность экспорта;

• повысить безопасность и обороноспособность России, а также уменьшить экономическую зависимость от стран транзита.

Анализ современного состояния и перспектив развития магистрального трубопроводного транспорта России позволяет сделать следующий вывод: трубопроводный транспорт имеет хорошие перспективы развития.

Перспективные проекты требуют государственной поддержки, прежде всего, в организации финансирования проектов, особенно экспортных направлений, а также в заключение многосторонних соглашений со странами, через которые осуществляется транзит российских углеводородов.

Трубопроводная система Российской Федерации эксплуатируется более 100 лет. Однако ни в одной стране нет такой высокой степени изношенности этих транспортных структур. По оценкам специалистов Министерства по чрезвычайным ситуациям, количество аварий магистральных трубопроводов, протяженность которых более 200 тыс. км, ежегодно растет и составляет 0,23 аварии на 1000 км/год. Если сегодня не предпринимать экстренных мероприятий, связанных с ремонтом и реконструкцией трубопроводных систем, то в обозримом будущем магистральные трубопроводы по праву можно будет считать стратегически аварийными объектами.

При общей протяженности газопроводов 151 000 км, капитального ремонта требует 7,5−5-8%. На нефтепроводах из 48 000 км, капитального ремонта требуют 37,5%. На продуктопроводах протяженностью 19 300 км, капитального ремонта требуют 6+6,5% [73].

Отсюда следует что большое количество трубопроводов нуждается в ремонте, что потребует большого привлечения сил и средств. Ремонтные работы при применении существующих технологий и методик капитального ремонта трубопроводов потребуют значительных временных затрат.

Известно, что при проведении капитальных ремонтов на долю земляных работ приходится, из всего объема, более 50%.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что назрела необходимость в разработке и привлечении новых методов по капитальному ремонту трубопроводов, которые обеспечили бы снижение временных затрат на производство земляных работ.

В диссертационной работе для снижения объемов земляных работ разработан новый метод извлечения трубопроводов из трассы энергией взрыва без ее предварительного вскрытия.

Актуальность темы

По трубопроводным магистралям Западной Сибири от мест добычи до потребителей и границ региона в год транспортируется более 500 млрд. м3 газа и более 300 тыс. тонн нефти. Протяженность магистральных трубопроводов по Западно-Сибирскому региону составляет более 45 000 км, 50% проложены по слабонесущим грунтам и эксплуатируются в сложных природно-климатических условиях. Вследствии необходимости проведения больших объемов земляных работ при капитальных ремонтах трубопроводов возникает необходимость поиска новых способов выемки грунта, связанного с необходимостью его извлечения из трассы. Это определило актуальность темы исследований.

Цель и задачи исследования

Целью исследований является разработка методик по ускоренному методу извлечения трубопроводов из грунта с применением энергии взрыва.

Для достижения поставленной цели, решались следующие задачи:

1. Произвести оценку динамического воздействия взрыва заряда в грунте, вдоль трубопровода.

2. Разработать методику проведения экспериментальных исследований по извлечению трубопроводов из грунта методом взрыва.

3. Определить устройство заряда, характер и объем взрывных работ для получения оптимальных параметров извлечения трубопровода.

4. Оценить влияние почвенно — грунтовых условий на рациональность демонтажа трубопровода из невскрытой трассы.

Научная новизна. На основании выполненных исследований получены следующие результаты:

1. Установлены оптимальные параметры динамического воздействия направленного взрыва на демонтируемый трубопровод.

2. Разработана методика проведения взрывных работ для демонтажа трубопровода.

3. Разработана методика расчета критериальных оценок по влиянию почвенно-грунтовых условий на демонтаж трубопровода.

Практическая ценность. Результаты проведенных исследований рекомендуется использовать при проектировании и производстве строительно-монтажных работ по капитальному ремонту магистральных и промысловых нефтегазопроводов, а также различных водоводов.

Основные выводы по работе.

При проведении исследования автор рассмотрел проблему применения энергии взрыва для извлечения из грунта трубопровода без его предварительного вскрытия.

Смысл нашей работы был заключен в разработке нового метода скоростного извлечения трубопровода из грунта.

Оценивая проведенное исследование, можно отметить что в работе удалось решить основную задачу, извлечение трубопровода из грунта энергией взрыва без его предварительного вскрытия.

В тоже время проблема решена только с одной стороны, при условии применения удлиненных зарядов.

В дальнейшем возникает задача добиться положительных результатов при условии применения сосредоточенных зарядов. Что в технологическом плане даст больший экономический эффект.

Положительным эффектом работы можно считать то, что при применении разработанного метода можно добиться значительного сокращения времени на выполнение всего объема задачи. Это имеет решающее значение при ликвидации аварий возникающих на магистральных трубопроводах.

Также при применении данного метода можно добиться значительного экономического эффекта. Что может стать решающим исходя из необходимых объемов проведения капитального ремонта магистральных трубопроводов.

В качестве итогов исследования можно отметить:

1. Применение энергии взрыва для ускоренного метода извлечения трубопровода из фунта сокращает сроки проведения ремонтных работ.

2. Оценка динамического действия взрыва заряда под трубопроводом, позволлила произвести разработку нового метода извлечения трубопровода из грунта.

3. Сравнение экспериментальных и расчетных данных определило их удовлетворительную сходимость, выяснено, которая лежит в пределах 8 — 12%.

4. Определены характер и объем взрывных работ для демонтажа трубопровода, с назначением параметров выемки.

5. Выполнена оценка влияния твердой среды на результаты, выемки трубопроводов взрывным способом.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ВЗРЫВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ КАПИАЛЬНОГО РЕМОНТА.

ТРУБОПРОВОДА 4.1 Выработка рекомендаций по практическому применению предлагаемого способа Проведя экспериментальные исследования, автор пришел к выводу, что работы по извлечению трубопроводов необходимо механизировать.

Ниже рассмотрены варианты применения установок направленного бурения и зарядных машин для механизации подготовительных работ.

4.1.1 Установки направленного бурения Установок направленного (горизонтального) бурения существует очень много, они различны по своим характеристикам, но правила применения однотипны. Поэтому мы считаем целесообразным, показать порядок применения данных установок на примере одной, у остальных осветить только их технические характеристики.

Установка горизонтального направленного бурения УГНБ-250 Внешний вид рассматриваемой установки показан на рисунке 4.1.

Рис. 4 ! Внешний вид установки.

Назначение:

Установка горизонтального направленного бурения УГНБ-250 предназначена для бестраншейной прокладки трубопроводов и других коммуникаций под транспортными магистралями, водными и другими естественными и искусственными преградами.

Преимущества перед другими методами укладки зарядов: значительное сокращение сроков и снижение стоимости работминимальный экологический ущерб окружающей средевозможна укладка заряда в местах, недоступных традиционным методам.

Технические характеристики:

Наибольший диаметр пробуриваемой скважины, 250 мм Дальность проходки при наибольшем диаметре заряда, 100 м Наибольшая глубина укладки зарядов, 9 м Средняя сменная производительность установки при укладке заряда диаметром 110 мм, 50 м Температура окружающей среды, от -10°С до +30°С Бурение в группах I-III категории буримости при наличии мелкого щебня и строительного мусора.

Состав установки:

Станок буровой выполнен в виде одноосного автомобильного прицепа тип привода — гидравлический усилие прямой/ обратной тяги — 65/70 кН частота вращения шпинделя — 0−70 об/мин давление нагнетания бурового раствора — 6,0 МПа масса — 700 кг.

Комплект средств навигации обеспечивает определение пространственного положения бурового снаряда и выдачу информации для корректировки трассы на этапе пилотного бурения.

Дизельмаслостанция выполнена в виде отдельного блока и состоит из двигателя Д-144, двух насосов, обеспечивающих давление на выходе 16 МПа.

Глиномешалка (узел приготовления бурового раствора) горизонтального типа, двухшнековая, емкостью 2500 л, обеспечивает перемешивание и подачу бурового раствора к буровому станку.

Комплект бурового инструмента включает 100 буровых штанг диаметром 50 мм и длиной 2 м, снаряд буровой, расширители и другой инструмент.

Технические характеристики некоторых установок направленного бурения представлены в приложениях 4, 5.

4.2.2 Зарядные машины.

В качестве одного из типов зарядных машин рассмотрим Инженерную машину заграждения.

Инженерная машина заграждения предназначена для механизированной отрывки зарядной полости (в виде щели), укладки, а забивки удлиненных зарядов с целью производства разрушения и минирования дорог. Кроме того, машина может применяться для устройства взрывным способом противотанковых рвов большой протяженности и бурения скважин.

Общее устройство.

Основными составными частями Инженерной машины заграждения являются базовая машина и специальное оборудование. В качестве базовой машины используется изделие 453. Специальное оборудование включает: цепной рабочий органзаряжающий органвзрывное устройствоподъемную платформубуровое устройство.

Цепной рабочий орган предназначен для отрывки зарядной полости (щели) и состоит из рамы, цепи со скребками, гидро-мотора с редуктором, приводной и натяжной звездочек, механизма подъема и опускания рабочего органа. Привод рабочего органа осуществляется при помощи гидро-мотора с редуктором, а заглубление и выглубление рабочего органа производится за счет двух гидроцилиндров.

С помощью заряжающего органа производятся следующие операциивыдача и укладка заряда в отрываемую рабочим органом щельзабивка зарядаподготовка боевика заряда к применению. Заряжающий орган включает: две бобины с УЗподдерживающие и протягивающие роликизарядопроводвытяжной механизм боевика, ленточный транспортер с приводомуплотнительный каток.

Взрывное устройство предназначено для производства взрыва зарядов. Оно состоит из пульта управления (в кабине машины), 2-х блоков катушек (по 3 катушки провода С1111−2 в каждом блоке), располагаемых с обеих сторон машины, двух направляющих труб, двух плужков для зарывки проводов в грунт, комплекта боевиков (перевозится в специальном ящике в машине). На пульте управления находятся контрольные и измерительные приборы. Соединение проводов катушек с пультом управления осуществляется через штепсельные разъемы, которые располагаются с внешней стороны блоков катушек. Посылка импульса тока во взрывную сеть может производится непосредственно с пульта управления за счет собственного источника питания.

Бурение скважин осуществляется буровым устройством, включающего: раму, которая крепится к корпусу базовой машиныгидромотор с редуктороммеханизм подачиповорота и фиксациишнек. Перевод, бурового устройства в транспортное и рабочее положение и фиксация этих положений производится механизмом поворота и фиксации.

Причем, в транспортном положении буровое устройство располагается горизонтально (в пределах габарита машины по ширине). Для вращения шнека используется гидро-мотор с редуктором, а для заглубления и выглубления шнека — механизм подачи.

Основные тактико-технические характеристики.

Инженерная машина заграждения обладает следующими основными тактико-техническими характеристиками:

1. Тип базовой машиныизделие 453 (гидрофицированный многоцелевой тягач МТТ).

2. Экипаж- - 3 человека в составе: командир машиныоператорвзрывникмеханик — водитель.

3. Тип заряда — гибкий удлиненный (шланговый) заряд с расходом ВВ -4.6 кг/м и диаметром не более — 0,10.0,12 м. длина одного заряда — 25 м. Каждый заряд укомплектовывается двумя боевиками.

4. Боекомплект — 4 заряда. Два сочлененных между собой заряда наматываются на одну бобину. Всего на инженерной машине заграждения устанавливаются две бобины. К месту выполнения задачи заряды доставляются в бобинах на машинах, которые оборудуются крановым приспособлением грузоподъемностью — 1 т. В одной машине перевозится 3 боекомплекта.

5. Размеры отрываемой щели, в мширина — 0,3 мглубина — не менее 2,5 м.

6. Скорость отрывки щели и укладки заряда на глубине 2,5 м в грунтах I. III категорий (ГОСТ 17 343−71) — не менее 4.5 пог. м/мин. Для мерзлых грунтов с глубиной промерзания до 1 мне менее 1,5.2 пог. м/мин.

7. Размеры пробуриваемой скважины, в м: глубина -2 мдиаметр — 0,45 м.

Время бурения одной скважины в грунтах I. III категорий (ГОСТ 17 343−71) — не более 3 мин.

8. Время подготовки Инженерной машины заграждения к работе — не более 5 мин.

9. Время установки на Инженерную машину заграждения одного боекомплекта — 2.3 мин.

10. Режим управления рабочими процессами Инженерной машины заграждения — автоматический и ручной.

11. Высота подъема платформы — до 6 м.

Возможности Инженерной машины заграждения.

Для приведения в действие Инженерной машины заграждения включаются рабочий ход, механизм подъема и опускания рабочего органа и его привод. Производится постепенное заглубление рабочего органа. При этом ленточный транспортер разворачивается относительно оси движения так, чтобы разрабатываемый грунт ссыпался в сторону от щели. После достижения необходимой глубины заложения заряда начинают работать протягивающие ролики, которые обеспечивают подачу заряда в зарядопровод с последующей его укладкой на дно щели. В это время ленточный транспортер переводится в исходное положение и ранее ссыпаемый грунт в сторону от щели, подается в щель и уплотняется уплотнительным катком.

Когда конец заряда с навернутым на него боевиком достигнет вытяжного механизма, последний осуществляет захват кольца боевика и автоматический подъем на поверхность крышки с отрезками детонирующего шнура, Одновременно производится выглубление рабочего органа и перевод его в транспортное положение.

Машина может работать как в автоматическом, так и в ручном режимах управления. В первом случае автоматически выдерживается заданное направление, глубина и скорость укладки заряда. Сигналы со всех датчиков поступают на пульт управления и показывают операторувзрывнику состояние контролируемых объектов.

Машиной предусматривается одновременная укладка зарядов с обеих бобин в одну зарядную полость, а также механизированная прокладка проводов с зарывкой в грунт. Для прокладки проводов необходимо пропустить провод от катушки по направляющей трубе через поддерживающие ролики плужка. Плужок из транспортного положения переводится в рабочее, устанавливается и фиксируется на необходимую глубину отрывки. При движении машины нож плужка делает борозду, в которую укладывается провод. В случае необходимости можно осуществлять поочередную выдачу проводов из 3-х катушек (т.е, полностью с одного блока катушек). Аналогичным образом производится прокладка проводов со следующего блока катушек с помощью второго плужка.

Рассмотрим возможности выполнения машиной и членами ее экипажа вариантов извлечения трубопроводов из грунта энергией взрыва, которые приводились нами ранее. Если извлечение производится непосредственно после укладки зарядов, то выглубление рабочего органа необходимо начинать с таким расчетом, чтобы конец заряда располагался на глубине не более 10. 15 см от поверхности грунта. Оператором — взрывником устанавливаются в запальные гнезда электродетонаторы, сращиваются их концевики с магистралью одной из катушек. Машина отъезжает на безопасное расстояние. Затем подсоединяются провода выбранной катушки к штепсельному разъему блока катушек, и через пульт управления оператор-взрывник производит взрыв заряда.

При подготовке к извлечению участков трубопроводов во 2-ой степени готовности необходимо после окончания укладки зарядов и выдачи на поверхность отрезков детонирующего шнура боевиков оборудовать точки инициирования. Для этого потребуется: отрыть приямок по размеру ящика из-под тротиловых шашекзабить два колышка, один из которых имеет сверху цилиндрическое углубление для электродетонатороввставить в углубления электродетонаторы, а их концевики срастить с магистральным проводомподнятые на поверхность отрезки детонирующего шнура боевика свернуть в круги, пропустить через другой колышек и уложить на грунт — закрыть приямок пустым ящиком, засыпать небольшим слоем грунта и установить отличительный знак.

Оборудование точек инициирования производит командир машины и оператор-взрывник. Затем с помощью Инженерной машины заграждения осуществляется прокладка магистрального провода в направлении подрывной станции. Для перевода в 1-ую степень готовности извлекается из приямка ящик, сращиваются электродетонаторы (или капсюли-детонаторы зажигательных трубок) с концами отрезков детонирующего шнура боевика.

Обладая перечисленными выше возможностями, и приведенными в технических характеристиках, Инженерная машина заграждения за один час непрерывной работы в состоянии обеспечить подготовку к извлечению: Участка протяженностью 100 м трубопроводаКроме того, Инженерная машина заграждения позволяет: со средним темпом до 150 пог. м/час. осуществлять подготовку к взрыву участков устройства траншей для прокладки трубопроводов;

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что реализация на практике нового способа извлечения трубопроводов с помощью Инженерной машины заграждения или установок направленного бурения позволит почти на порядок сократить время и трудоемкость подготовительных работ, а также примерно на 25% (иногда и больше) снизить общее время на извлечение участка трубопровода из грунта.

4.2 Меры безопасности при применении предлагаемого способа Исходя из описанного в предыдущих главах можно сделать вывод что взрывные работы необходимо проводить с соблюдением определенных мер безопасности, которые предлагаются автором:

Электродетонаторы в открытые заряды вставлять только непосредственно перед производством взрыва по распоряжению руководителя работ (старшего) — при этом лиц, не связанных с выполнением указанной операции, от зарядов удалять на безопасное расстояние (в укрытие) — до окончания работ по установке электродетонаторов в заряды и отхода людей на безопасное расстояние (в укрытие) источник тока к магистральным проводам не подключатьпри устройстве электровзрывных сетей предусматривать меры защиты их от действия грозовых разрядовперед грозой участковые провода отсоединять от магистральных, концы участковых проводов разводить в стороны и тщательно изолироватьне располагать провода электровзрывных сетей б л и ж е 200 м от электрических. станций, подстанций, высоковольтных линий, электрифицированных железных дорог и мощных радиостанцийприводные ручки (ключи) от подрывных машинок, а также источники тока (подрывные машинки, батареи и т. п.) содержать под охраной и выдавать подрывникам лишь непосредственно перед взрывом по распоряжению руководителя работ (старшего) — перед подключением омметра к сети для проверки последней предварительно убедиться в его исправностипроверку электровзрывных сетей омметром производить только после удаления всех людей от мест расположения зарядовконцы магистральных проводов на станции держать изолированными с подвязанными к ним бирками, обозначающими, от какой группы зарядов идут те или иные проводаперед производством взрыва, после отвода всех подрывников на безопасное расстояние или в укрытие, подавать команду (сигнал) «Приготовиться" — по этой команде на подрывной станции освобождаются от изоляции и присоединяются к подрывной машинке (источнику тока) концы магистральных проводовподрывная машинка заряжается (заводится) — после проверки выполнения предыдущей команды подавать команду (сигнал) «Огонь», по которой нажатием кнопки «Взрыв» поворотом ключа, замыканием контакта) производится включение подрывной машинки (источника тока) в электровзрывную сетьпри производстве групповых взрывов электрическим способом проверку результатов взрыва производить од ному человеку: при отказе отключить концы магистральных проводов от подрывной машинки (источника тока), изолировать их и развести в стороны, сдать под охрану ручку (ключ) от машинки и после этого выяснить причины отказаподходить к отказавшим зарядам разрешается не р, а н е е чем через 5 минутпри производстве работ с электродетонаторами замедленного действия к отказавшим зарядам можно подходить не ранее чем через 15 минут с момента, когда по расчету должен был бы произойти взрыв. магистральные провода подводить к группам зарядов с необходимой слабиной во избежание выдергивания электродетонаторов при подсоединении участковых проводовпри засыпке колодцев (шурфов) сначала бросать мягкий грунт на стенку колодца, наиболее удал е н н у ю от заряда, до тех пор, пока заряд не покроется естественно сползающим грунтом на 20—30 смлишь после этого производить утрамбовку грунта и дальнейшую засыпку колодца по всему сечениюпри большой глубине колодцев начальная засыпка зарядов мягким грунтом производится при помощи воротов, журавлей и т. п.- места уложенных в грунт и засыпанных зарядов отмечать на местности какими-либо знаками, значение которых должно быть известно всему личному составу, участвующему в подрывных работахучитывать, что при сильном ветре дальность разлета комьев грунта в направлении ветра увеличиваетсяне занимать сразу после взрывов образовавшиеся воронки, так как в них в течение некоторого времени обычно удерживаются ядовитые газыпри заряжании шпуров и скважин производить их тщательную прочистку, прежде чем вводить в них заряды, заряды досылать в шпуры и скважины дерев я н н ы м и прибойниками (на конце прибойника допускается медная или алюминиевая насадка) или опускать их при помощи шпагата, проволоки ит. п.- подвешивать заряды на огнепроводном шнуре или на проводах электродетонаторов запрещаетсязаряжание котловых шпуров производить не ранее чем через 30 минут после их прострелаосмотр котловых шпуров и шпуров, образованных взрывом кумулятивных зарядов, можно производить через 5 минут после взрыва (прострела) — при осмотре применять подсветку шпуров открытым огнем запрещается.