Исследование эффективной защиты от теплового излучения двух стоячной опоры промыслового нефтегазопровода в условиях Крайнего Севера

Криогенные процессы, связанные с изменением температурного поля многолетнемерзлого грунта, зачастую приводят к следующим нежелательным последствиям: выпучивание трубопровода; всплытие трубопровода; провисание трубопровода; прямое деформационное механическое воздействие на трубопровод. В результате изменяется напряженно-деформированное состояние гащзонефтепровода, что крайне негативно сказывается на его эксплуатационной надежности. Изменение теплового режима многолетнемерзлых грунтов основания инженерных сооружений приводит к возникновению аварийных ситуаций с серьезными экономическими, материально-техническими, экологическими и социальными последствиями.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ, СОКРАЩЕНИЯ, НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ …………………………………….. 9
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ …………………………………………………………………..15
1.1 Особенности сооружения нефтепровода в условиях ММГ и оценка влияния
геокриологических процессов на эксплуатацию в условиях Крайнего Севера ……………………………..15
1.2 Характеристика исходного сырья, материалов, реагентов, перекачиваемого продукта. ………….17
1.3 Описание технологического процесса и технологической схемы комплекса………………………….20
1.4 Нормы технологического режима ………………………………………………………………………………………..36
1.5 Контроль технологического процесса…………………………………………………………………………………..42
1.6 Основные положения пуска и остановки технологического комплекса при нормальных
условиях …………………………………………………………………………………………………………………………………..43
1.6 Безопасная эксплуатация производства ………………………………………………………………………………..49
1.7 Краткая характеристика технологического оборудования промысловых нефтегазопроводов …61
1.8 Установка специальных опор ………………………………………………………………………………………………62
1.9 Теплоизоляция промыслового газонефтепровода …………………………………………………………………66
2. АНАЛИТИКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭФФЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ДВУХ
СТОЕЧНОЙ ОПОРЫ ОТ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ………………………………………71
2.1 Оценка тепловых и механических взаимодействий системы «надземный промысловый
газонефтепровод – опора – свайное основание-многолетнемерзлый грунт» ………………………………..71
2.2 Математические аспекты моделирования температурных полей многолетнемерзлого грунта ..74
3. ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДА НА
МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫЕ ГРУНТЫ ………………………………………………………………………………………………..92
4. ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЖИДКОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ В КАЧЕСТВЕ
ЗАЩИТЫ ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДА ОТ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ …………………………………………………102
4.1 Результаты расчета теплового поля моделируемой области многолетнемерзлого грунта с
опорой с применением жидкой теплоизоляции и без нее ………………………………………………………..102
3.3 Решения обратной задачи для определения теплопередачи от образцов для эксперимента к
льду в Frost 3D ………………………………………………………………………………………………………………………..103
ГЛАВА 5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …………………..106
5.1 Расчёт нормативной продолжительности выполнения работ ………………………………………………106
5.2 Расчет затрат на теплоизоляцию ………………………………………………………………………………………..107
5.2.1 Минеральная вата …………………………………………………………………………………………………………..108
5.2.2 Вспененный синтетический каучук …………………………………………………………………………………..109
5.2.3 Вспененный полиэтилен ………………………………………………………………………………………………….110
5.2.4 Пеноизол ………………………………………………………………………………………………………………………..111
5.2.5 Сверхтонкая жидкая теплоизоляция ………………………………………………………………………………..112
5.3 Оценка ресурсоэффективной теплоизоляции для двух стоечной опоры промыслового
нефтегазопровода …………………………………………………………………………………………………………………..113
5.4 Методика расчёта эффективности мероприятия по внедрению новой техники и технологии .114
5.4.1 Расчет экономической эфективности ……………………………………………………………………………….116
ГЛАВА 6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ОРГАНИЗАЦИИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПРОМЫСЛОВОГО
ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА ……………………………………………………………120
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………………………………….120
6.2 Анализ выявленных вредных и опасных факторов при строительстве и обеспечении
устойчивости трубопроводов в многолетнемерзлом грунте ……………………………………………………..122
6.3 Экологическая безопасность ………………………………………………………………………………………………127
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………………………………………….129
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………………………….134
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………………………………………………………………..137
Приложение 1 …………………………………………………………………………………………………………………………141

В процессе строительства и эксплуатации газонефтепроводов и их
линейной части в результате взаимодействия и взаимовлияния инженерных
сооружений с многолетнемерзлыми грунтами происходит интенсификация и
активизация опасных геокриологических процессов.
Криогенные процессы, связанные с изменением температурного поля
многолетнемерзлого грунта, зачастую приводят к следующим нежелательным
последствиям: выпучивание трубопровода; всплытие трубопровода;
провисание трубопровода; прямое деформационное механическое
воздействие на трубопровод. В результате изменяется напряженно-
деформированное состояние гащзонефтепровода, что крайне негативно
сказывается на его эксплуатационной надежности. Изменение теплового
режима многолетнемерзлых грунтов основания инженерных сооружений
приводит к возникновению аварийных ситуаций с серьезными
экономическими, материально-техническими, экологическими и
социальными последствиями.
Тепловое взаимодействие инженерных сооружений с
многолетнемерзлыми грунтами оказывает значительное влияние на состояние
грунта, а, следовательно, на их несущую способность и надежность.
Поскольку все трубопроводы относятся к опасным производственным
объектам, повышение надежности и безопасности их эксплуатации является
одной из наиболее актуальных задач в нефтегазовой промышленности.
Одним из направлений повышения надежности и безаварийной
эксплуатации газонефтепровода является использования теплоизоляции для
опоры трубопровода, так как опора имеет значительное тепловое воздействие
на многолетнемерзлые грунты, что приводит к возникновению аварийных
ситуаций.
Исследование эффективной защиты от теплового излучения двух стоечной
опоры промыслового нефтегазопровода в условиях Крайнего Севера
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Разраб. Волков А.Э. Лит. Лист Листов
Руковод. Брусник О.В. 144
Консульт. Заключение
Руковод ОНД
НИ ТПУ ИПШР
Шадрина А.В.
гр.2БМ71
В данной работе в качестве эффективное теплоизоляции опоры
выбрана сверхтонкая жидкая теплоизоляция. Проведены расчеты теплового
поля многолетнемерзлого грунта с опорой с теплоизоляцией и без нее. Также
рассмотрены случаи, когда фундамент опоры проложен на всю глубину ее
залегания и когда фундамент проложен на 0,8 глубины залегания опоры.
Эффективность применения сверхтонкой жидкой теплоизоляции
подтверждена экспериментально.
Результаты расчетов теплового поля ММГ приведены в таблице 6.
Таблиц 6 – Сравнения размера ореола оттаивания многолетнемерзлого грунта
вокруг двух стоечной опоры газонефтепровода
Размер ореола оттаивания ММГ
Фундамент опоры на всю Фундамент опоры на 0,8 м
глубину залегания от глубины залегания
Моделирование опоры без
2,35 м 2,55 м
изоляции
Моделирование опоры с
1,7 м 1,85 м
жидкой теплоизоляцией

Также проведенные исследования показали, что трехмерное
компьютерное моделирование является эффективным инструментом для
количественной оценки геокриологической опасности в многолетнемерзлых
грунтах. В частности, использование программы FROST 3D позволило
оценить степень оттаивания и промерзания грунтов вокруг газонефтепровода
для различных вариантов расположения фундамента и теплового воздействия
опоры.
Экономический эффект от применения жидкой теплоизоляции составил
6411881,82 рублей

Лист
Заключение
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. А.Э. Волков, А.А. Марина. науч. рук. О. В. Брусник // Моделирование
температурного поля опоры трубопровода, покрытой жидкой
теплоизоляцией, в условиях Крайнего Севера. Проблемы геологии и
освоения недр: труды XXIII Международного научного симпозиума
студентов и молодых ученых имени академика М.А. Усова «Проблемы
геологии и освоения недр», посвященном 120-летию со дня рождения
академика К.И. Сатпаева, 120-летию со дня рождения профессора К. В.
Радугина. 2019 г. (в печати).
2. А. Э. Волков, А. А. Марина ; науч. рук. И. В. Шарф // Перспективы
развития трубопроводной системы на дальнем востоке. Проблемы
геологии и освоения недр : труды XXII Международного симпозиума
имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного
155-летию со дня рождения академика В.А. Обручева, 135-летию со дня
рождения академика М.А. Усова, основателей Сибирской горно-
геологической школы, и 110-летию первого выпуска горных инженеров в
Сибири, Томск, 2-7 апреля 2018 г. : в 2 т. — Томск : Изд-во ТПУ, 2018. —
Т. 2. — [С. 739-740].
3. 3. А. Э. Волков, А. А. Марина ; науч. рук. С. Н. Харламов //
Математическое моделирование турбулентной сепарации нефти.
Проблемы геологии и освоения недр : труды XXII Международного
симпозиума имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых,
посвященного 155-летию со дня рождения академика В.А. Обручева, 135-
летию со дня рождения академика М.А. Усова, основателей Сибирской
горно-геологической школы, и 110-летию первого выпуска горных
инженеров в Сибири, Томск, 2-7 апреля 2018 г. : в 2 т. — Томск : Изд-во
ТПУ, 2018. — Т. 2. — [С. 661-662].

Исследование эффективной защиты от теплового излучения двух стоечной
опоры промыслового нефтегазопровода в условиях Крайнего Севера
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Разраб. Волков А.Э. Лит. Лист Листов
Руковод. Брусник О.В. 144
Консульт. Список публикаций
Руковод ОНД
НИ ТПУ ИПШР
Шадрина А.В.
гр.2БМ71

1. Гарагуля Г. С., Ершов Е. Д. Основы геокриологии. Динамическая
геокриология. Ч. 4. М.: Изд-во МГУ, 2001.
2. ЛевинА.И.Хладостойкостьинадежностьпромысловый
газонефтепроводов Крайнего Севера: Дис. … д-ра техн. наук. – Якутск,
2002.
3. Пермяков П.П. Влияние криолитозоны в основании подводного перехода
газопровода через р. Лену // Газовая промышленность. – 2013. – №2. – С.
59–61.
4. Павлов В.В Прогноз температурного режима грунтов в основании опор
трубопровода надземной прокладки для
5. обеспечения надежной эксплуатации трубопроводной системы // Нефть и
газ. 2014. № 2. С 73.
6. Filimonov M. Yu., Kravets A. G., Vaganova N. A. Simulation of Thermal
Interaction in a Zone of Extractive Well in Permafrost // Proc. of APM-2010.
2010. P. 220–224.
7. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. – М.:
Наука, 1977.
8. Samarsky A. A., Vabishchevich P. N.. Computational Heat Transfer, Vol. 2,
The Finite Difference Methodology. N. Y.: Chichester, Wiley. 1995
9. Fu Zaiguo, Yu Bo, Zhu Jie, Li Wang. Thaw characteristics of soil around buried
pipeline in permafrost regions based on numerical simulation of temperature
fields // Journal of Thermal Science and Technology. 2012. V. 7, issue 1. – P.
322–333.
10.Lin Lijun; Liu Jianjun; Pei Guihong. Numerical Simulation of Soil
Temperature Field Surrounding Underground Heat Pipe in Permafrost Region.
International Symposium on Multi-field Coupling Theory of Rock and Soil