Конструктивные схемы подводных трубопроводов

По расположению относительно естественной поверхности дна водоёмов трубопроводы можно укладывать ниже дна (заглублённый трубопровод), на дне (незаглублённый трубопровод) и выше дна (погружённый трубопровод).

Наиболее распространённой является укладка труб по заглублённой схеме, позволяющей надёжно защитить их от внешних силовых воздействий.

Укладка по незаглублённой схеме применяется в тех случаях, когда заглубление труб в грунт по каким-либо причинам невозможно. Открытое положение труб делает их уязвимыми для механических повреждений и поэтому требуется их защита.

Сооружение трубопровода по погружённой схеме делает трубопровод уязвимым как для механических, так и гидродинамических воздействий. Трубопровод в подвешенном состоянии легко повредить якорями, якорными цепями, рыболовными снастями. Он непрерывно подвергается силовому и волновому воздействию движущейся воды. Тем не менее применение такой схемы может оказаться неизбежным при очень больших глубинах водоёма, в условиях моря

Заглублённый трубопровод. Основное условие для этой схемы – заглубление трубопровода ниже прогнозируемой поверхности размыва дна водоёма на расчётный период эксплуатации. Кроме того, необходимо учитывать возможность повреждения труб якорями, волокушами и т.п. предметами, опускаемыми или бросаемыми на дно водоёма проходящими или работающими в данном районе судами. При укладке ниже предельной глубины размыва грунта какой-либо дополнительной защиты труб от механических повреждений не требуется. При отрицательной плавучести трубопровод имеет усиленное антикоррозионное изоляционное покрытие при расчётной толщины стенки. При положительной плавучести на трубопровод дополнительно монтируются утяжеляющие конструкции. Если трубопровод находится на глубине h, где h < h_я; h < h_р : h_я – глубина проникновения якорей в грунт; h_р – предельная глубина размыва; то для защиты труб от возможных механических повреждений применяют либо усиленное защитное покрытие самих труб, например железобетонной оболочкой, либо крепление поверхности грунта над трубопроводом каменной наброской, бетонными плитами и т.п.

Незаглублённый трубопровод. Применяется только в условиях, полностью исключающих местные размывы грунта под трубопроводом. Это возможно только в случае очень плотных или скальных грунтов, не размываемых потоком воды при максимальных скоростях потока, зарегистрированных в месте укладки трубопровода. Если это условие не будет выполнено и под трубопроводом возникнет размыв, то при определённых условиях возникает резонансный режим колебаний, приводящий к неизбежному разрушению труб. Поскольку давление и температура продукта (рабочей среды) трубопровода в процессе эксплуатации могут изменяться, то незакреплённый трубопровод может смещаться как в продольном, так и поперечном направлении, при этом изоляционное покрытие подвергается разрушению, что ведёт к быстрому коррозионному разрушению труб, в следствие слабой механической прочности покрытия. Для защиты трубопровода применяют сплошное бетонирование, а также различного рода обвалования и защитные конструкции, которые должны быть рассчитаны от опасности механических повреждений якорей, волокуш и т.п.

Погруженный трубопровод. Представляет собой жёсткую нить, подвешенную на опорных устройствах. Опорные устройства могут быть двух типов: опирающиеся на дно и плавающие на поверхности воды. Для трубопровода с отрицательной плавучестью для стабилизации его положения при больших глубинах целесообразны плавучие опоры, к которым на гибких тросах подвешивается трубопровод. При положительной плавучести, например, подводные газопроводы, гибкое крепление целесообразно крепить к дну водоёма. Данная схема делает трубопровод уязвимым для якорных цепей, рыболовных снастей и т.п. Применяется при полном исключении такого контакта.

Рис.3.1. Платформа для укладки трубопровода по дну моря

Большинство построенных подводных трубопроводов представляют собой однотрубные конструкции. Применяются при заглубленной прокладке и отрицательной плавучести труб, когда не требуется ни утяжеление труб, ни защита их от механических повреждений. Для подводных газопроводов с положительной плавучестью возникает необходимость монтажа чугунных утяжелителей или покрытие бетонным или железобетонным слоем, обеспечивающих необходимое утяжеление и защиту от механических повреждений. Защитное покрытие может выполняться как из монолитного бетона, так и из сборного, собираемого из отдельных заранее изготовленных элементов. Толщина защитного (утяжеляющего) покрытия определяется из условий обеспечения устойчивости, прочности при заданных внешних силовых воздействиях.

Как показал опыт эксплуатации, однотрубные конструкции не всегда обеспечивают эксплуатационную надёжность трубопроводов, Особенно если осуществляется транспорт коррозийно-агрессивных продуктов в неблагоприятных температурных режимах. Для повышения эксплуатационной надёжности в настоящее время применяются конструкции переходов типа «труба в трубе». Здесь можно выделить две принципиально отличающиеся конструктивные схемы: «труба в трубе» с наружной трубой, используемой в качестве защитного кожуха, и «труба в трубе» с обеими работающими трубами.

«Труба в трубе» с наружной трубой-кожухом имеет ряд недостатков, один из существенных то, что кожух не несёт нагрузки от внутреннего давления и тем самым не улучшает условия силовой работы внутренней несущей трубы; кроме того, требуется балластировка всего трубопровода чугунными грузами.

Для транспорта сильно охлаждённых продуктов, например сжиженного аммиака межтрубное пространство заполняют теплоизоляционным слоем. В результате наружный кожух используется в качестве формообразующей оболочки для теплоизоляции и одновременно основой для утяжеляющего покрытия.

Для более полного использования несущей способности внутренней и наружной труб рекомендуется заполнять межтрубное пространство цементно-песчаным раствором. Внутренняя труба покрывается антикоррозийной изоляцией и вставляется в наружную трубу, которая также имеет антикоррозийную изоляцию и защитное покрытие (деревянная футеровка и т.п.). Для создания равномерного зазора между трубами устанавливают упругие пластины. Пространство между обеими трубами заполняется цементно-песчаным раствором, который после отвердевания соединяет жёстко внутреннюю и наружную трубы. В результате получается монолитная двухтрубная конструкция, способная нести значительно большее внутреннее давление, чем двухтрубная конструкция без такого заполнителя. Заполнение межтрубного пространства позволяет наилучшим образом решить проблему утяжеления трубопровода, так как цементно-песчаный раствор одновременно является утяжелителем. Данная конструкция перехода обладает значительным запасом прочности по сравнению с однотрубным и двухтрубным без заполнения переходом. Процесс заполнения межтрубного пространства может выполняться как до укладки трубопровода в траншею, так и после его укладки, что определяется в зависимости от конкретных условий строительства. Единственное, надо правильно рассчитать внутренний и наружный диаметр и толщину стенок обеих труб для распределения нагрузок.