ГТС континентального шельфа: точечные причалы и нефтехранилища

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Морские и речные порты, водные пути и их эксплуатация»

Реферат

по курсу «Гидротехнические сооружения»

на тему: «ГТС континентального шельфа: точечные причалы и нефтехранилища»

Выполнила: студентка ФВТиШС 3 к, 1 гр.

Семенюк Анастасия Проверил: Дубровкий М.П.

Одесса — 2013 г.

1. Введение

2. ГТС континентального шельфа

— континентальный шельф

— классификация ГТС континентального шельфа

3. Точечные причалы

4. Нефтехранилища

5. Заключение

6. Список литературы

1.

Введение

Гидротехнические сооружения — сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов (рек, озёр, морей, грунтовых вод) или для борьбы с разрушительным действием водной стихии. В зависимости от места расположения ГТС могут быть морскими, речными, озёрными, прудовыми. Различают также наземные и подземные Г. с. В соответствии с обслуживаемыми отраслями водного хозяйства Г. с. бывают: водноэнергетические, мелиоративные, воднотранспортные, лесосплавные, рыбохозяйственные, для водоснабжения и канализации, для использования водных недр, для благоустройства городов, спортивных целей и др.

Различают ГТС общие, применяемые почти для всех видов использования вод, и специальные, возводимые для какой-либо одной отрасли водного хозяйства. К общим Г. с. относятся: водоподпорные, водопроводящие, регуляционные, водозаборные и водосбросные. Водоподпорные сооружения создают напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним. К ним относятся: плотины (важнейший и наиболее распространённый тип ГТС), перегораживающие речные русла, и речные долины, поднимающие уровень воды, накапливаемой в верхнем бьефе, дамбы (или валы), отгораживающие прибрежную территорию и предотвращающие её затопление при паводках и половодье на реках, при приливах и штормах на морях и озёрах.

Водопроводящие сооружения (водоводы) служат для переброски воды в заданные пункты: Каналы, гидротехнические туннели, лотки, Трубопроводы. Некоторые из них, например каналы, из-за природных условий их расположения, необходимости пересечения путей сообщения и обеспечения безопасности эксплуатации требуют устройства других Г. с., объединяемых в особую группу сооружений на каналах (Акведуки, Дюкеры, мосты, паромные переправы, заградит, ворота, Водосбросы, Шугосбросы и др.).

Регуляционные (выправительные) Г. с. предназначены для изменения и улучшения естественных условий протекания водотоков и защиты русел и берегов рек от размывов, отложения наносов, воздействия льда и др. При регулировании рек используют струенаправляющие устройства (полузапруды, щиты, дамбы и др.), Берегоукрепительные сооружения, ледонаправляющие и ледозадерживающие сооружения.

Водозаборные (водоприёмные) сооружения устраивают для забора воды из водоисточника и направления её в водовод. Кроме обеспечения бесперебойного снабжения потребителей водой в нужном количестве и в требуемое время, они защищают водопроводящие сооружения от попадания льда, шуги, наносов и др.

Водосбросные сооружения служат для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов и пр. Они могут быть русловыми и береговыми, поверхностными и глубинными, позволяющими частично или полностью опорожнять водоёмы. Для регулирования количества выпускаемой (сбрасываемой) воды водосбросные сооружения снабжают гидротехническими затворами. При небольших сбросах воды применяют также водосбросы-автоматы, автоматически включающиеся при подъёме уровня верхнего Бьефа выше заданного. К ним относятся открытые водосливы (без затворов), водосбросы с автоматическими затворами, сифонные водосбросы.

Специальные Г. с. — сооружения для использования водной энергии — здания гидроэлектрических станций, напорные бассейны и др.; сооружения водного транспорта — судоходные Шлюзы, Судоподъёмники, Маяки, и др. сооружения по обстановке судового хода, плотоходы, бревноспуски и пр.; портовые сооружения — Молы, Волноломы, Пирсы, причалы, Доки, Эллинги, Слипы и др.; мелиоративные — магистральные и распределительные каналы, шлюзы-регуляторы на оросительных и осушительных системах; рыбохозяйственные — рыбоходы, рыбоподъёмники, рыбоводные пруды и т. п.

В ряде случаев общие и специальные сооружения совмещают в одном комплексе, например водосброс и здание гидроэлектростанции (т. н. совмещенная ГЭС) или др. сооружения для выполнения нескольких функций одновременно. При осуществлении водохозяйственных мероприятий Г. с., объединённые общей целью и располагаемые в одном месте, составляют комплексы, называемые узлами Г. с. или гидроузлами. Несколько гидроузлов образуют водохозяйственные системы, например энергетические, транспортные, ирригационные и т. п.

В соответствии с их значением для народного хозяйства Г. с. (объекты гидротехнического строительства) в СССР делятся по капитальности на 5 классов. К 1-му классу относятся основные постоянные Г. с. гидроэлектрических станций мощностью более 1 млн. квт; ко 2-му — сооружения ГЭС мощностью 301 тыс. — 1 млн. квт, сооружения на сверхмагистральных внутренних водных путях (например, на р. Волге, Волго-Донском канале им. В. И. Ленина и др.) и сооружения речных портов с навигационным грузооборотом более 3 млн. условных т; к 3-му и 4-му классам — сооружения ГЭС мощностью300 тыс. квт и менее, сооружения на магистральных внутренних водных путях и путях местного значения, сооружения речных портов с грузооборотом 3 млн. условных т и менее. К 5-му классу относятся временные Г. с. Объекты мелиоративного строительства также делятся по капитальности на 5 классов. В зависимости от класса в проектах назначают степень надёжности Г. с., т. е. запасы их прочности и устойчивости, устанавливают расчётные максимальные расходы воды, качество стройматериалов и т. п. Кроме того, по классу капитальности Г. с. определяется объём и состав изыскательских, проектных и исследовательских работ.

Характерные особенности Г. с. связаны с воздействием на Г. с. водного потока, льда, наносов и др. факторов. Это воздействие может быть механическим (статические и гидродинамические нагрузки, суффозия грунтов и др.), физико-химическим (истирание поверхностей, коррозия металлов, выщелачивание бетона), биологическим (гниение деревянных конструкций, истачивание дерева живыми организмами и пр.). Условия возведения Г. с. осложняются необходимостью пропуска через сооружения в период их постройки (обычно в течение нескольких лет) т. н. строительных расходов реки, льда, сплавляемого леса, судов и пр. Для возведения Г. с. необходима широкая механизация строительных работ. Используются преимущественно монолитные и сборно-монолитные конструкции, реже сборные и типовые, что обусловливается различными неповторяющимися сочетаниями природных условий — топографических, геологических, гидрологических и гидрогеологических. Влияние Г. с., особенно водоподпорных, распространяется на обширную территорию, в пределах которой происходит затопление отдельных земельных площадей, подъём уровня грунтовых вод, обрушение берегов и т. п. Поэтому строительство таких сооружений требует высокого качества работ и обеспечения большой надёжности конструкций, т.к. аварии Г. с. вызывают тяжёлые последствия — человеческие жертвы и потери материальных ценностей (например, аварии плотины Мальпассе во Франции и водохранилища Вайонт в Италии привели к человеческим жертвам, разрушению городов, мостов и промышленных сооружений).

Совершенствование Г. с. связано с дальнейшим развитием гидротехники, особенно теоретических и экспериментальных исследований воздействия воды на сооружения и их основания (гидравлика потоков и сооружений, фильтрация), с изучением поведения скальных и нескальных грунтов в качестве основания и как материала сооружений с разработкой новых типов и конструкций Г. с. (облегчённые высоконапорные плотины, приливные ГЭС и др.), требующих меньших затрат времени и средств на их возведение.

2. ГТС континентального шельфа Континетальный шельф — выравненная часть подводнойокраины материка, примыкающая к суше и характеризующая общим с ней геологическим строением. Границами шельфа являются береговая линия и бровка — резкий перегиб поверхности морского дня (рис. 1.1). Обычно углы шельфа не превышают 1°, тогда как крутизна следующего за ним континентального склона 40−45°. Средняя ширина шельфа около 65 км, местами она менее 1 км, а в Беренцевом море и Северном Ледовитом океане доходит до 1000−1500 км. Общая площадь шельфа около 27 млн. кмІ, т. е. 7,5% поверхности Мирового океана. Глубина над бровкой близка к 100−200 м, но в некоторых районах она значительно больше (например, в южной части Охотского моря 1500−2000 м) или меньше (в Восточно-Сибирском море резкое увеличение глубины начинает с изобаты 60 м).

Шельф возник в результате затопления окраины континентов при подъёме уровня Мирового океана в послеледниковое время и вследствие новейших тектонических погружений земной поверхности. Бровка — граница между принципиально разлиными блоками земной коры.

Состав сооружений на шельфе непрерывно расширяется в связи с освоениемновых районов, выходом на более глубоководные участки и с появлением технических решениц. По назначению эти сооружения могут быть разделены на следующие группы:

— для разведки и разработки подводных месторождений (сооружения нефтегазопромыслов, нефтегазохранилища, подводные трубопроводы, сооружения, обеспечивающие работу технических средств для добычи и транспортировки твердых полехных ископаемых);

— для размещения объектов промышленного и гражданского назначения (исскуственные острова, плавучие атомные электростанции, заводы, склады, аэродромы и города-спутники);

— для развития марикультуры;

— для использования возобновляющихся источников энергии (приливные, волновые и гидротермальные электростанции);

— для обеспечения морских транспортных перевозок;

— для пропуска сухопутного транспорта через водные преграды (морские туннели и мосты);

— для берегового водоснабжения;

— для навигационных и научно-исследовательских целей.

Сооружения для разведки разработки подводных месторождений. Это наиболее многочисленная группа сооружений на шельфе.

Поскольку почти все сооружения, предназначченые для бурения подводных скважин и хранения добытых углеводородов, целиком или в виде укрупненных блоков предварительно изготовляются на береговой базе, а затем транспортируются по воде к месту монтажа и эксплуатации, то подвижность сооружения определяетсяне к моменту его возведения, а по отношению ко всему последующему периоду эксплуатации, составляющему от 20 до 30 лет.

Стационарными считаются те сооружения, которые в течение всего периода эксплуатации остаются на месте. Подвижные сооружения неоднократно меняют в течение всего периода эксплутации свое местоположение в пределах одного месторождения или перемещаются на относительно большие расстояния от одного месторождения к другому.

Сооружения для размещения объектов промышленного и гражданского назначения. Исскуственные острова сооружают в основном на мелководных участках шельфа. Они находят широкое применение для размещения промышленных предприятий и складов вдали от городской черты. Площадь островов в среднем составляет 5−7 кмІ. Типичная планировка острова-порта показана на рис. 1.16

Плавучие сооружения обладают рядом преимуществ по сравнению с искусственными островами: их можно изготовлять на специализированных базах, буксировать на расстояние до нескольких тысяч километров в неосвоенные районы побережья, быстро возводить и перемещать в иное место, устанавливать на больших глубинах.

Сооружения для развития марикультуры. Эти сооружения допускают существенные перемещения несущих элементов. Они представляют собой обширные пространственные системы тросов с плавучестями и садками, в которых выращиваются биоорганизмы и морские водоросли.

Сооружения для использования возобновляемых источников энергии. Эти сооружения на шельфе находятся в основном в стадии проектных проработок и опытной проверки. На рис. 1.22 и 1.23 показаны принципиальные схемы приливной и волновой электростанций. Отметим, что волновые электростанции могут одновременно нести функции волноломов.

Сооружения для обеспечения морских транспортных перевозок. Точечные причалы предназначаются для швартовки и грузообработки танкеров и газовозов в местах, где малые глубины не позволяют судам подойти к берегу, или вблизи морских меторождений, где строительство обычных причальных сооружений нецелесообразно. Точечные причалы (рис. 1.24) соединяются подводными или плавучими трубопроводами с морскими и береговыми хранилищами, а также с судами.

Плавучие и плавуче-стоечные причалы (рис. 1.25) представляют собой быстровозводимые сооружения, их основной конструктивный эелемент — металлический или железобетонный понтон. Секции понтона изготовляются на береговых базах и могут буксироваться на значительные расстояния (в некоторых случаях до 3 тыс. км), поскольку они обладают необходимыми мореходными качествами (плавучесть, остойчивость, непотопляемость, прочность). Плавучие причалы раскрепляют на месте с помощью свободно провисающих или обтягивающих перекрестных якорных цепей с пригрузочными массивами и якорями. Плавуче-стоечные причалы вывешивают надо водой специальными подъемниками на стойках-опорах, т. е. в процессе эксплутации они работают как гравитационные сооружения.

Сооружения для пропуска сухопутного транспорта через морские проливы. Эти сооружения отличаются от традиционных речных прежде всего своими размерами и сложностью постройки. Для пропуска железнодорожного и автомобильного транспорта, а также для размещения инженерных коммуникаций применяются морские туннели (рис. 1.26), прокладываемые под дном (подземные), по дну (донные) и над дном (плавучие).

Подземные туннели представляют собо выработку в грунте с металлической или железобетонной отделкой. Например, железодорожный туннель между остовами Хоккайдо и Хонсю (Япония) протяженностью на подводном участке 53 км проложен на глубине 100 м ниже морского дна. Внутренний диаметр этого туннеля 8 м, а толщина обделки 0,85 м. Донные подводные туннели обыно собирают из готовых секций длиной до 150 м, опускаемых с воды на подготовленное основание или в котлован. Самый глубоководный донный туннель построен через пролив Эй (Нидерланды) — на глубине 70−80 м, а самый протяженный (около 6 км) — в районе Сан-Франциско (США). Плавучие туннели, строящиеся через глубоководные проливы, удерживаются в воде за счет избыточной плавучести и якорной системы. В качестве примера можно привести плачучий туннель, соединяющий Сицилию с Апеннинским полуостровом. Он состоит из трех железобетонных труб диаметром 12 и длинной 3200 м, проложенных секциями по 130−150 м на глубине 50 м ниже поверхности моря.

3. Точечные причалы В отличие от традиционных причальных линий в морских портах к точечным причалах в морских портах суда швартуются не бортом, а только носом или кормой. Точечные причалы возводят на рейде на глубинах 30−50 м. Их появление связано с возрастанием осадки наливных судов, которая стала значительно превосходить глубины у причалов и на подходах к ним на защищенных акваториях. Опыт строительства рейдовых причалов был перенесен в еще более сложные условия, характерные для морских нефтегазопромыслов.

Многоточечные причалы. Это простейшие и быстро возводимые причальные устройства. Они состоят из нескольких швартовых бочек, удерживаемых якорными системами. Обычно танкер швартуется кормой к двум-восьми швартовным бочкам, а носом становится на собственный якорь. Перегрузка нефти осуществляется по гибким и металлическим причалов — невозможность уменьшения воздействия ветра и волн на судно.

Одноточечные причалы. Существует много разновидностей одноточечных причалов, но для них всех характерно наличие поворотного устройства, к которому швартуется судно. С помощью этого устройства при изменении направления ветра и волн судно занимает такую позицию, при которой усилия, действующие на судно, а значит и на причал, оказываются наименьшими. Такие причалы могут быть развернуты на неосвоенных акваториях, вдали от береговых баз и основных судоходных путей. Для швартовки к ним судов не требуется буксиров. С начала 60-х гг. одноточечные причалы используются как терминалы, т. е. сочетают швартовные устройства с перегрузочными. Например, обрабатывать танкера дедвейтом до 450 тыс. т у одноточечных причалов, установленных в открытом море, можно при скорости ветра до 25 м/с и высоте волн до 4 м, причем пропускная способность терминала составляет 10−12 тыс. т нефти в час.

Конструкция одноточечного причала определяется способом его закрепления. Одноточечные причалы могут быть плавучими с якорной системой удержания (подобно многоточечным) или с шарнирным прикреплением к установленному на морское дно массиву либо не обладать плавучестью и удерживаться благодаря жесткому закреплению в массиве или непосредственно в донном грунте.

Плавучие одноточечные причалы с якорной системой удержания наиболее многочисленны (около 80% общего числа причалов на морских нефтегазопромыслах).

Характерная конструкция такого причала показана на рис. 4.2. Основными элементами ее являются швартовная бочка диаметром 10−17 и высотой 4−5,5 м, поворотное устройство, якорная система удержания, швартовное оборудование, трубопроводы. Внутренний объем плавучести разбит вертикальными переборками на водонепроницаемые отсеки, часто заполняемые пенопластом. По оси его имеется клюз для проводки нефтепроводов. На поворотном столе, установленном на палубе плавучести, укреплены плавучие трубопроводы, стрела грузоподъемностью до 5 т, швартовные устройства и верхняя часть вертлюга, которым заканчиваются вертикальные трубопроводы, проходящие через клюз. Якорная система включает четыре-восемь цепей с якорями.

Конструкции с четырьмя связями ненадежны, так как обрыв одной из них может привести к опрокидыванию цилиндрической плавучести. Вместо якорей могут применяться бетонные массивы и анкерные сваи. От донного коллектора к плавучему причалу нефть подается по гибким трубопроводам, которым во избежание разрыва от натяжения с помощью подвески с поплавком придают криволинейное очертание.

Плавучие одноточечные причалы с шарнирным прикреплением к донному массиву отличаются от предыдущих отсутствием якорных связей. Корпус причала имеет цилиндрическую форму, причем его высота в несколько раз больше диаметра. Плавучесть крепится к железобетонному или металлическому ящику, заполненному балластом, либо массивной плите, заанкеренной, в грунте с помощью свай, и т. п. Корпус связан с донным массивом пространственным шарниром, якорной цепью или одним-двумя шарнирно сочлененными звеньями труб. Такая связь позволяет корпусу причала отклоняться от вертикали, однако возникающее при этом усилие в связи дополнительно к усилению предварительного натяжения создает восстанавливающий момент. Предварительное натяжение связи, в свою очередь, обусловлено избыточной плавучестью корпуса.

Непременным элементом таких причалов является поворотный стол. Основной недостаток подобных причалов — значительная зависимость материалоемкости от глубины моря и от значения швартовной нагрузки

4. Нефтехранилища гидротехнический сооружение шельф причал Необходимость в строительстве хранилищ в районе морского нефтегазопромысла возникает, когда добытое сырье транспортируется на континент не по подводным трубопроводам, а танкерами и газовозами. Непрерывная в течение всего года погрузка судов с морских терминалов (точечных причалов) невозможна. До 20−60 сут. в году составляют простои из-за штормовых и ледовых условий, запаздывания судов по различным причинам или из-за ремонтных работ на терминале и т. д. Благодаря хранилищам добычу нефти и газа можно не прерывать. Вместимость хранилища принимают соответствующей объему добычи за время непрерывного простоя. Так, в Северном море хранилища рассчитывают на прием 3-суточной добычи, а в Арктике — до 6-суточных объемов добычи (при условии, что используются танкеры, предназначенные для плавания в северных морях). На нефтехранилищах возможна первичная переработка сырья. Газ может храниться только в сжиженном виде.

Хранилища предназначаются для длительной эксплуатации на одном месте, и с этой точки зрения они стационарны. По способу удержания на месте они могут быть гравитационными (опирающимися на дно) и плавучими с якорной системой удержания.

Гравитационные хранилища. Такие хранилища строят из железобетона и стали. Первое на континентальном шельфе сооружение из железобетона, предназначенное специально для хранения нефти, было возведено в 1973 г. на месторождении Экофиск в Северном море (рис. 2,14-а). Позднее железобетонные хранилища, как правило, совмещали с буровыми платформами (платформы «Кондип» и другие). Вместимость хранилищ от 105 до 320 тыс. мі. Возможна комбинация нефтехранилища с одноточечным причалом.

Масса жидкости, заключенной в хранилище, поддерживается неизменной, т. е. нефть, перекаченная в танкер, немедленно восполняется морской водой, а при поступлении нефти в хранилище соответствующий объем воды вытесняется в море. Определенный объем воды в хранилище всегда сохраняется с тем, чтобы не произошла утечка нефти в море. Сбрасываемую воду предварительно очищают. Принимают меры против утечки нефти через трещины в корпусе. Для этого, например, в железобетонных хранилищах внутреннее давление всегда поддерживают ниже внешнего гидростатического, что способствует обжатию стенок сооружения.

Плавучие хранилища. В простейшем виде хранилище могут быть устроены из барж — металлических или железобетонных — с якорной системой удерживания. Отдельные баржи вмещают до 160 тыс. т нефти. Их довольно часто применяют на морских месторождениях, расположенных в сравнительно спокойных и неглубоководных районах. Танкеры швартуются к баржам непосредственно. С конца 70-х гг. в качестве нефтехранилищ стали использовать и танкеры, пришвартованные к точечным причалам.

Для районов с более сложными гидрометеорологическими условиями и большими глубинами предназначены плавучие причалы полупогружного типа. Их цилиндрические емкости изготовлены из металла или железобетона. Таки хранилища выполняют одновременно функции точечных причалов — терминалов, т. е. имеют в надводной части поворотное, швартовное и раздаточное устройство. Для удержания сооружения на месте применяется якорная система.

Нефтехранилища могут быть совмещены и с плавучими буровыми установками (рис. 3,12-е).

Плавучие хранилища, предназначенные для эксплуатации в арктических морях, отличаются от других конусообразностью корпуса или стабилизирующей колонны в районе ватерлинии (рис. 4,8). Вертикальная составляющая реакции сооружения на движущееся ледяное поле (направленная вниз или вверх в зависимости от положения вершины конусной поверхности) вызывает изгиб поля и разрушение его при меньших горизонтальных нагрузках на сооружение, чем это было бы при цилиндрической форме преграды. Перемещениям хранилища под воздействием вертикальных составляющих ледовых нагрузок оказывают сопротивление силы поддержания, как возрастающие (при движении вниз), так и уменьшающиеся. При необходимости балластировкой корпуса можно создать вертикальные усилия по контакту со льдом и тем самым вызвать его разрушение от изгиба. Имеется проект нефтехранилища на 400 тыс. т, способного выдерживать нагрузки от движущегося пакового льда толщиной до 2,5 м с торосами высотой до 14 м. Сооружение предполагается удерживать якорной системой, включающей 16 якорей и канаты диаметром 114 мм.

Нефтехранилища могут быть совмещены и с плавучими буровыми установками (рис. 3,12-е).

Плавучие хранилища, предназначенные для эксплуатации в арктических морях, отличаются от других конусообразностью корпуса или стабилизирующей колонны в районе ватерлинии (рис. 4,8). Вертикальная составляющая реакции сооружения на движущееся ледяное поле (направленная вниз или вверх в зависимости от положения вершины конусной поверхности) вызывает изгиб поля и разрушение его при меньших горизонтальных нагрузках на сооружение, чем это было бы при цилиндрической форме преграды.

Перемещениям хранилища под воздействием вертикальных составляющих ледовых нагрузок оказывают сопротивление силы поддержания, как возрастающие (при движении вниз), так и уменьшающиеся. При необходимости балластировкой корпуса можно создать вертикальные усилия по контакту со льдом и тем самым вызвать его разрушение от изгиба. Имеется проект нефтехранилища на 400 тыс. т, способного выдерживать нагрузки от движущегося пакового льда толщиной до 2,5 м с торосами высотой до 14 м. Сооружение предполагается удерживать якорной системой, включающей 16 якорей и канаты диаметром 114 мм.

5.

Заключение

С океаном и в первую очередь с его наиболее доступным районом — континентальным шельфом связывают перспективы в решении ряда глобальных проблем: сырьевой, энергетической, продовольственной, демографической, транспортной и др. Практическое освоение континентального шельфа, начатое рядом стран с 60-х гг., привело к созданию новой отрасли — морской нефтегазодобычи и нового класса сооружений — подвижных и стационарных буровых установок и платформ, а также разнообразных технических средств, обслуживающих эту отрасль. Новые сооружения принципиально отличаются от традиционных объектов гидротехники и судостроения, их создание связано с необходимостью проведения обширных исследований внешних условий, теоретических и конструктивных разработок.

6. Список литературы

1. «Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе»: Учеб./Г. В. Симаков, К. Н. Шхинек, В. А. Смелюк и др. — Л.: Судостроение, 1989. — с.:328, ил.