Трубопроводные системы газа, нефти и нефтепродуктов

В настоящее время эксплуатируются, а также проектируются и строятся новые трубопроводные системы государственного, межгосударственного, континентального и даже межконтинентального значения для транспортирования газа, нефти и нефтепродуктов протяженностью в сотни и тысячи километров, которые пересекают различные климатические зоны и районы с потенциально опасными природными явлениями и воздействиями, способными вызвать аварийные ситуации с серьезными последствиями в районах функционирования трубопроводов.

Обеспечение безопасных условий прокладки и функционирования магистральных трубопроводов, а также предотвращения или надежного прогнозирования их повреждения или разрушения в процессе эксплуатации является актуальной современной задачей, так как последствия некоторых чрезвычайных ситуаций на трубопроводных системах могут быть весьма значительными. Поэтому вопросами теории и практики создания и технического обслуживания трасс магистральных трубопроводов занимаются проектные и исследовательские институты, коллективы металлургических, машиностроительных, трубопрокатных заводов и специализированных строительно-монтажных организаций и, наконец, десятки нефтегазодобывающих и транспортных предприятий.

Основой любой нефте- и газотранспортной системы является технологическая цепочка следующих ее "простых" элементов: промысел - насосная (компрессорная) станция - линейная часть трубопровода - распределительная система (станция, узел и т.д.), где наиболее трудоемким и трудноконтролируемым элементом в магистральных трубопроводных системах является линейная часть.

Для обеспечения безаварийной работы трубопроводных систем выполняются расчеты и исследования напряженного состояния стенок трубопровода от внутреннего давления, от температурного воздействия, напряжений в углах поворотов и на стыках, в местах сварных соединений, от упругого изгиба при строительных работах, от деформации грунтов оснований и других нагрузок и воздействий. Также оценивается надежность и устойчивость трубопровода на всплытие (на заболоченной или обводненной территории), на воздействие оползневых и лавинных нагрузок и других природных воздействий.

Любая протяженная трубопроводная система создается для выполнения определенных функций, связанных с добычей, подготовкой, дальним транспортом и распределением транспортируемого углеводородного сырья. К трубопроводным системам предъявляется целый ряд требований, среди которых в плане безопасности можно назвать следующие основные:

- обеспечение промышленной безопасности;

- экологическая безопасность;

- минимизация техногенного воздействия на природную среду в процессе строительства и эксплуатации трубопроводных систем;

- обеспечение условий эстетики, комфорта и др.

Дю выполнения этих требований решающее значение приобретают вопросы обеспечения качества и надежности трубопроводного строительства.

Повышение качества и надежности является одной из важнейших проблем современной техники и строительного производства, поэтому решение вопроса управления качеством и надежностью в процессе сооружения и эксплуатации трубопроводных магистралей становится сложнейшей организационно-технической задачей.

Согласно ГОСТ 15467-79 под качеством понимается "совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением", а по ГОСТ 27.002-89 под термином "надежность" понимают свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах знамения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах, условиях применения и технического обслуживания. В более широком понимании надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств. Отсюда следует, что надежность есть свойство, а качество - совокупность свойств. Чем выше качество, тем более надежной будет продукция.

Примерная структурная схема обеспечения качества сооружения линейной части трубопроводной магистрали приведена на рис. 3.7.

Следует отметить, что понятие надежности предоставляет возможность оперирования математическим аппаратом теории вероятности, который, что особенно важно, позволяет перейти к количественным инженерным оценкам.

Управление качеством продукции по ГОСТ 15467-79 также предполагает применение вероятностных оценок показателей качества продукции и ее дефектности. Но надежность как отрасль науки целиком и полностью построена на теории вероятности.

Если качество законченного строительством трубопровода, как правило, оценивается на эмоциональном уровне его восприятия (например, членами государственной приемочной комиссии), то вероятностная оценка надежности может быть выражена количественно.

В этом и заключается одно из главных преимуществ понятия надежности перед понятием качества.

Рис. 3.7. Структурная схема обеспечения качества трубопроводного строительства

Имеется целый ряд факторов внешнего силового воздействия на трубопроводы при любом варианте их прокладки, способных вызвать отказ в их работе как с полным разрушением труб, так и с появлением утечек продукта и вынужденной остановкой их работы. Этим внешним воздействиям в большей степени подвержена линейная часть трубопроводных систем.

Знание и максимальный учет возможных внешних воздействий на линейную часть, как природных, так и "рукотворных", при проектировании линейной части является залогом более надежной работы трубопроводных систем.

Накопленный опыт проектирования, строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов показывает неравнонадежность отдельных трасс или участков, связанную с условиями прокладки или, точнее, с характером местности. В первую очередь это относится к прокладке трубопроводов в горной местности через хребты и перевалы, по отрогам и склонам гор, в поймах горных рек или через них и другие водотоки. Имеют место прокладки трубопроводов через болота и по территории с вечномерзлыми грунтами.

Необходимость прокладки трубопроводов в этих местах определяется географическим положением мест добычи (хранения) и потребления энергоносителей. Поэтому у проектировщиков не всегда появляется возможность обойти стороной эти потенциально опасные местности и зоны. Например, на горных участках Карпат и Крымского хребта трубопроводы на своем пути пересекают горные реки и ручьи, а также бесчисленное множество оврагов и балок, при этом обойти все эти препятствия или изменить трассу не предоставлялось возможным ввиду выбранного генерального направления транспорта.

Помимо значительного увеличения сложности и стоимости строительно-монтажных работ прокладка трубопроводов в этих условиях таит в себе серьезнейшую опасность возможности их разрушения из-за стихийных бедствий и чрезвычайных природных явлений.

При проведении топографических съемок и инженерных изысканий и даже при выполнении строительно-монтажных работ по прокладке трасс трубопроводов не всегда удается выявить все возможные природные явления и процессы, способные через какой-то промежуток времени (чаще в течение года) создать аварийную ситуацию и разрушить трубопровод в режиме его работы. Такие ситуации полностью относятся к оползневым процессам, которые могут возникать не только на склонах, но и практически на ровном месте.

В настоящее время топографических съемок и инженерных изысканий для разработки проектов прокладки трубопроводов в горной местности недостаточно. В обязательном порядке в данном случае необходимо выполнение специализированных работ по составлению заключения об уровне возможного воздействия опасных природных явлений и процессов (ОПЯиП) на трубопровод. Для этой цели привлекаются специализированные организации, которые на предполагаемую к прокладке трассу наносят зоны ОПЯиП и выдают "Карту проявлений опасных природных явлений и процессов". Все выводы об ОПЯиП, которые могут угрожать трубопроводу, делаются на основании уже свершившихся процессов и явлений, проявления или следы которых обнаруживаются в процессе полевых топографических и изыскательских работ на трассе, а также при анализе материалов дистанционных наблюдений (аэро- и космоснимков различных лет залета).

После выполнения комплекса работ по выявлению всех существующих и потенциально возможных ОПЯиП и определения уровня их возможного воздействия на предполагаемый к прокладке трубопровод можно сделать оценку о целесообразности его прокладки по выбранному маршруту и дать рекомендации по проектированию наиболее безопасной (уточненной) трассы и способа прокладки, предусматривающих разработку наиболее рациональных защитных мероприятий.