Каталог

Помощь

Корзина

Методы и оборудование для заглубления подводных трубопроводов

Оригинальный документ?

МЕТОДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЗАГЛУБЛЕНИЯ ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Трубопроводы, прокладываемые по морскому дну без заглубления, в большей степени подвержены воздействиям подводных течений и коррозии, чем заглубленные в грунт.

В настоящее время используют два основных метода заглубления подводных трубопроводов в грунт. Первый аналогичен наземному: морской трубопровод укладывают в заранее разработанную траншею, которую затем засыпают. Недостаток этого метода заключается в том, что земснаряды не могут быть применены при работе на глубинах более 20 м.

При втором способе трубопровод укладывают непосредственно на дно, а специально оборудованное судно следует вдоль этой трассы, размывая и отсасывая из-под него грунт при помощи мощных струйных насосов с давлением около 100 кг/см2. Основной недостаток этого способа заключается в необходимости использования судов со сложным автоматизированным оборудованием, стоимость сооружения и эксплуатации которых высока из-за узкой области их применения.

В последнее время широкое применение получил взрывной метод, который позволяет образовывать траншеи протяженностью 1000-2000 м и глубиной около 2 м. Этот метод применяют самостоятельно и в сочетании с первым при разработке скальных и труднодоступных участков трассы. Окончательная доводка траншеи осуществляется грейферным земснарядом. Засыпка траншеи в этих случаях производится при помощи специального устройства, буксируемого по дну, грунтом, извлеченным на первом этапе работ.

Технология заглубления подводных трубопроводов, предварительно проложенных по дну водоема, включает в себя следующие операции:

-  спуск рабочего органа или всего трубозаглубительного агрегата на трубопровод;

-  предварительную установку агрегата на трубопроводе;

- пуск механизмов для разработки грунта и заглубления агрегата с его установкой в рабочее положение;

- пуск ходовых и грунторазрабатывающих механизмов агрегата и заглубление трубопровода;

- повторные (при необходимости) проходы агрегата с реверсированием направления его движения для заглубления трубопровода на требуемую величину;

- демонтаж трубозаглубителя с трубопровода и его подъем на базовое судно.

Одним из основных параметров, определяющих универсальность трубозаглубителя, возможную глубину работы и сложность его конструкции, является степень его автономности при работе. По этому параметру трубозаглубители можно подразделить на следующие классы:

1. Грунтозаборные устройства, конструктивно связанные с судном-носителем жесткой рамой, по которой производится подача рабочей жидкости или транспортировка разработанного грунта.

2. Грунтозаборные устройства, конструктивно не связанные с судном-носителем; спуск их на трубопровод производится с борта судна-носителя.

3. Автономные земснаряды с погружным гидро- или электроприводом рабочих устройств и движителей.

Трубозаглубители подразделяются по следующим принципам действия: разработка грунта под трубопроводом и его транспорт к надводному судну для дальнейшей доставки к месту отвала; разработка и отвал грунта непосредственно за бровку траншеи; изменение физико-механических характеристик грунта путем его псевдоразжижения подачей большого количества воды в грунтовой массив или ликвидации структурных связей между частицами грунта за счет приложения к нему вибрационных нагрузок.

В последнем случае грунт проявляет тиксотропные свойства, обеспечивающие погружение трубопровода до более плотного слоя грунта или до момента прекращения воздействия на грунтовой массив. По способу воздействия на грунтовой массив при его разработке трубозаглубители делятся на агрегаты с механическими, гидравлическими и гидропневматическими рыхлителями. Грунт из траншеи удаляется путем гидромониторного размыва; размывом грунта гидропневматической струей; всасыванием разрыхленного грунта гидро эжектором, пневмоэжектором или землесосами.

Земснаряды. Земснаряд фирмы «Sub Sea oil Services» - S.S.O.S. (Италия), также называемый S-23, общей длиной 17 м может работать на глубине до 60 м. .Для транспортировки земснаряд может быть разобран на отдельные блоки, наибольший из которых весит 35 т. (рис. 1).

Земснаряд S-23 оборудован средствами плавучести, благодаря которым его можно буксировать на место производства работ и погружать на дно путем заполнения водой балластных резервуаров. Отрицательную плавучесть земснаряда, который на воздухе весит 61 т, можно регулировать в пределах от 0 до 50 т.

Земснаряд S-23 объединяет свойства бульдозера и водолазного колокола. На понтоне, имеющем затопляемые продольные отсеки, смонтирована сферическая водолазная камера, из которой водолаз осуществляет контроль и управление производством подводно-технических работ. Внутри камеры поддерживают нормальное атмосферное давление. 

Механическую работу под водой и разработку траншеи вдоль трассы осуществляют фрезерным рыхлителем, который при помощи кронштейна закреплен на переднем конце понтона. Рыхлитель может перемещаться в вертикальном или горизонтальном направлении, обеспечивая глубину прорези от 0 до 2,4 м и ширину от 1,8 до 4,5 м. Фрезерный рыхлитель спроектирован для образования прорези с наклонными стенками в дне из мягкого грунта. 

Рабочая скорость движения снаряда составляет 128 м/ч, производительность по грунту в зависимости от его вида - до 250 м3/ч. Снаряд S-23 перемещают по дну при помощи двух лебедок и тяговых тросов, прикрепленных к якорям или сваям. Данный способ перемещения можно использовать при любом рельефе дна.

 Рис. 1. Земснаряд S-23

Рис. 1. Земснаряд S-23

 

Снаряд S-23 обслуживает надводное судно, оснащенное генератором. Силовой кабель, магистраль воздухоснабжения и коммуникационный кабель, соединяющие S-23 с судном, скреплены вместе.

Для заглубления трубопроводов, предварительно проложенных по дну, итальянская компания «Sub Sea Oil Services» разработала подводный земснаряд В-70. В отличие от S-23 для его установки не требуется обслуживающий персонал. Машину собирают на трубопроводе, лежащем на дне моря. При помощи затопляемых отсеков салазки машины устанавливают над трубопроводом таким образом, чтобы обеспечить возможность разработки под ним грунта посредством 4 фрезерных рыхлителей, расположенных под трубопроводом по обе стороны от его продольной оси. Разрабатываемый грунт удаляют по дополнительному трубопроводу с помощью сжатого воздуха. Разработке грунта способствуют водяные сопла, установленные вокруг рыхлителей. Компрессор расположен на борту вспомогательного судна, которое служит также для перемещения снаряда В-70 при помощи тягового троса и лебедки с гидравлическим приводом. Скорость перемещения над трубопроводом может достигать 30 м/ч.

Компанией «American Marine and Mashinery» (США) разработан земснаряд с поднимаемой домкратами рабочей платформой, предназначенный для работы в зоне прибоя. Земснаряд снабжен опорами высотой 9 м и может работать на глубинах до 6 м. Нижний корпус установлен на восьми тракторных колесах, обеспечивающих перемещение земснаряда вдоль разрабатываемого котлована без опускания платформы на домкратах. Дизельный двигатель мощностью 500 л. с. приводит в движение установленный на палубе насос с трубопроводами диаметром 25 см.

Траншеекопатели. В ФРГ разработан подводный траншеекопатель, предназначенный для работы на глубинах до 4800 м. Траншеекопатель смонтирован на гусеничном ходу и связан шлангом с промежуточной подводной станцией, расположенной на глубине 48,0 м. Вынимаемый из траншеи грунт поступает в промежуточную станцию, а оттуда его перекачивают на вспомогательное надводное судно.

На ходовой части траншеекопателя установлена кабина управления контрольными приборами, системой освещения и телекамерой. К кабине присоединена стрела длиной 15 мс укрепленной на ней землесосной или режущей головкой. Поворачивая кабину, можно подготовить траншею шириной до 20 м. Подъем и опускание стрелы с землесосной головкой осуществляют гидравлическим приводом.

Внутри промежуточной станции, выполненной в виде вертикальной капсулы длиной 25 м, поддерживают атмосферное давление. Капсулу располагают таким образом, чтобы пульпа поступала только за счет перепада гидростатического напора. В промежуточной станции происходит разделение грунта и воды, которые затем подают на надводное судно.

В основании капсулы расположена балластная цистерна, при помощи которой капсулу можно поднимать и опускать на любую заданную глубину. С траншеекопателем капсула соединена силовыми кабелями и проводами системы управления. 

С надводным судном капсула связана трубопроводом для подачи разработанного грунта на поверхность и трубопроводами большого диаметра, обеспечивающими доступ в капсулу обслуживающего персонала, а также подачу необходимых материалов. По этим же трубопроводам проходят силовые кабели и коммуникации.

Платформы. Голландской фирмой «I. H.C.Holland» создан проект шагающей платформы, предназначенной для дноуглубительных работ в условиях, когда плавучий земснаряд не способен их выполнить из-за сильных волн и течений.

L-образный понтон имеет три опоры. Подъемная рама разрыхлителя прикреплена так, что может поворачиваться между двумя сторонами понтона. Поворот рамы производится с помощью лебедок или стальных канатов, а ее подъем и спуск — с помощью гидравлических цилиндров (рис. 2). Грунтовой насос установлен внутри рамы разрыхлителя. Понтон имеет машинное отделение, рабочее место для ремонта разрыхлителя, бункер, склад и жилые помещения.

 

Рис. 2. Общий вид шагающей платформы с механическим разрыхлителем

Рис. 2. Общий вид шагающей платформы с механическим разрыхлителем

 

Платформа предназначена для разработки грунта на максимальной глубине 25 м; ширина прорези грунта при одном проходе равна 41 м.

Устройство разрыхлителя рассчитано на большие напряжения, что позволяет эффективно разрабатывать грунт, состоящий из уплотненного песка, глины и скальных пород. В мягком грунте производительность можно увеличить установкой большого разрыхлителя.

Платформа перемещается при помощи трех двойных роторных свай. Максимальная скорость ее передвижения около 8,80 м/ч. Наибольшая длина L-образного понтона 30 м. Рама разрыхлителя в поднятом положении выступает на 22 м. Длина опоры 38 м. При глубине всасывания 25 м и проникании разрыхлителя на 2 м платформу можно поднять на 4 м выше уровня воды. Грунтовой насос и разрыхлитель приводятся в действие электродвигателем мощностью 500 л.с.

Буровзрывной метод. При разработке подводных траншей в скальных породах морского дна часто применяют буровзрывной метод. Однако в сложных условиях приливных течений и волнений моря не всегда возможно проведение буровых работ со специальных судов. В таких случаях приходится находить новые решения и создавать специальные технические средства.

По заказу компании ARAMCO фирма DRENCO (ФРГ) предложила способ разработки скальной породы на дне моря при помощи буровзрывных работ и черпания.

С учетом неблагоприятных метеорологических условий в районе строительства была применена самоподнимающаяся платформа. Корпус платформы представляет собой сварную конструкцию, опирающуюся на 3 опоры решетчатого типа. На нижнем конце опоры смонтирован резервуар диаметром 5,5 м и высотой 3,0 м. 

Буровые станки установлены на двух вращающихся консолях длиной 38 м, представляющих собой спаренные балки коробчатого сечения. Опорой консолей служит стальная конструкция высотой 23 м с двумя поворотными мачтами. На этих мачтах установлено по два гидроцилиндра, обеспечивающих поворот консолей на 180°. Общий вес платформы, включая опоры, дополнительные устройства для буровых станков, консоли и надстройки, составляет около 770 т.

Буровой станок смонтирован на подвижной тележке с электрическим приводом. Тележка может перемещаться по всей длине консоли. Буровая колонна, состоящая из обсадной трубы, жестко соединенной с буровой тележкой и подвешенной внутри нее на тросе буровой штангой, проходит сквозь 1,5-метровую щель между коробчатыми балками. Буровая колонна имеет переменное сечение: в верхней части диаметр 550 мм, в средней - 380 мм. Нижняя часть длиной 3 м и диаметром 185 мм снабжена кольцевой буровой коронкой. Для дробления керна внутри обсадной трубы вращается тяжелая буровая штанга длиной б м и весом 1,8 т. Штанга, подвешенная на тросе, может передвигаться независимо от обсадной трубы. Трехступенчатая буровая коронка штанги в процессе бурения опережает обсадную трубу примерно на 20 см. Крутящий момент обсадной трубы передается на коронку штанги через три косых захвата.

После достижения заданной глубины бурения буровую штангу поднимают и открывают загрузочный клапан в обсадной трубе. В освобожденную полость обсадной трубы опускается взрывной заряд весом 12,5 кг. После подъема обсадной трубы примерно на 4,5 м над уровнем дна приводят в действие электрический запал.

После взрыва буровой станок переводится в следующую позицию поворотом консоли или передвижением буровой тележки. Время бурения одного шпура в зависимости от глубины бурения и крепости породы составляет 10-15мин. С одной позиции можно пробурить до 440 шпуров, что соответствует 2400 м2 взрываемой поверхности.

Черпание раздробленной скальной породы производили землечерпалкой, подготовленной для работы на большой глубине при значительных нагрузках.

Подводный бульдозер. Японской компанией «Komatsu» разработан подводный бульдозер, который может успешно работать на глубинах до 60 м (рис. 3).

 

Рис. 3. Подводный бульдозер Komatsu

Рис. 3. Подводный бульдозер «Komatsu»

 

Бульдозероснащендвигателемс турбонадувоммодели «Komatsu S6D155».

В отличие от двигателя стандартного исполнения были модифицированы вентилятор и воздухопровод, а также установлен воздушный компрессор, обслуживающий систему управления.

Большая мощность и тяжелый вес машины в целом обеспечивают высокую производительность разработки выемок с перемещением большого количества грунта.

Для предотвращения уноса перемещаемого грунта водой подводный бульдозер оснащен фартучным устройством для захвата и перемещения грунта. 

В корпусах силовой линии (гидротрансформатор, коробка передач, карданная передача и т.д.) предусмотрен регулировочный механизм, с помощью которого автоматически создают внутреннее давление, равное наружному давлению воды 0,3-0,45 кг/см2 для защиты уплотнений и предупреждения попадания воды.

Плужные устройства. Применение плужных устройств является одним из наиболее распространенных способов заглубления морских трубопроводов. При этом обеспечивается высокая производительность и минимальное воздействие на окружающую среду, так как разрабатываемый грунт располагается на бровках траншеи и не рассеивается в воде.

При укладке трубопровода с трубоукладочного судна плужное устройство можно протаскивать непосредственно этим же судном.

Если у трубопровода бетонное покрытие отсутствует, то для исключения повреждения изоляции трубопровод должен располагаться над плутом. Во избежание появления вертикальной составляющей тягового усилия, действующего на плуг, увеличивают длину провисающего участка укладываемого трубопровода путем создания дополнительного натяжения или оснащения понтонами.

Прокладка трубопровода с заглублением в грунт может осуществляться также способом протаскивания трубопровода по дну моря, вблизи дна или в виде упругоискривленной змейки. При этом плуг устанавливают перед оголовком протаскиваемой плети трубопровода. Может быть также использована прокладка трубопровода путем протаскивания длиномерной плети с одновременным заглублением в дно.