Наука
Средоточие научных достижений, нестандартных решений и упорного труда в сумме дает проект современного и высокотехнологичного трубопровода. Даже в ряду таких магистралей, как ТС ВСТО, БТС и БТС-2 и других ключевых нефтепроводов, Заполярье — Пурпе стоит особняком. Условия на местности потребовали от проектировщиков нешуточной научной и творческой смелости. Был использован весь имеющийся арсенал трубопроводного строительства в арктических условиях. Проанализировав опыт предыдущих строек, компания внедрила решения, которые отлично проявили себя в условиях Крайнего Севера. О наиболее показательных технологиях этого проекта рассказывают специалисты ООО «НИИ Транснефть» и АО «Гипротрубопровод». А суровая красота природы Заполярья — на фотографиях специалиста по связям с общественностью АО «Транснефть — Сибирь» Олега Беляева.
Мерзлота и талые грунты
В проектировании главное — точность изысканий. Особенности Ямала — не только суровый климат, но и уникальное строение почвы. Вечная мерзлота чередуется с нестабильными грунтами, которые, сохраняя твердость в морозы, при малейшем потеплении теряют несущую способность. Благодаря скрупулезным исследованиям был выстроен максимально точный профиль трассы нефтепровода, где четко обозначались эти чередующиеся участки.Для более точных расчетов были проведены исследования процессов теплового воздействия трубопровода на грунт, а также разработаны математические модели расчета температурных полей мерзлых и талых пород. Это позволило оптимально распределить надземную и подземную схемы прокладки и определить технические решения по предотвращению растепления грунта.
В результате более 310 км нефтепровода Заполярье — Пурпе уложили надземным способом, а 178 км — под землей. Подземную прокладку предусмотрели на участках с преобладанием талых грунтов, при строительстве подводных переходов (как в русле, так и в пойменной части), в местах пересечения подземных и надземных коммуникаций, а также на оленьих переходах.
Опоры и компенсаторы
Надземная прокладка трубопровода с технической точки зрения — намного сложнее подземной. Чтобы разместить нефтепровод на высоте, были разработаны специальные опоры: неподвижная, свободноподвижная и продольно-подвижная. А для того, чтобы трубопровод свободно «дышал» в условиях большой разницы температур, внутри и снаружи установили термокомпенсаторы.Нефтепровод расположен в климатической зоне, где зимой держатся морозы в минус 30-40°C, а то и ниже. При этом по нему предполагалось прокачивать нефть температурой выше 50°C. Возникал большой перепад температур, от которого он мог удлиняться и укорачиваться — как будто дышал. Если бы мы проложили его строго по прямой, то это привело бы к неконтролируемой деформации. Был разработан трапециевидный компенсатор, который берет на себя деформации трубопровода при изменении температуры рабочей среды, окружающего воздуха и давления.
Илья Ушаков
Главный специалист по прочностным расчетам трубопроводов АО ≪Гипротрубопровод»
Принцип компенсатора достаточно прост. Трубопровод разделен на термокомпенсационные блоки неподвижными опорами. На участках, прилегающих к ним, труба находится на продольно-подвижных опорах, перемещающихся только в продольном направлении и служащих для разгрузки неподвижной опоры от боковых нагрузок. На полках компенсатора и на участках, прилегающих к нему, трубопровод лежит на свободно-подвижных опорах, перемещающихся в продольном и поперечном направлении, чтобы защитить его от температурных деформаций.
Илья Флегентов
Заведующий лабораторией механотехнологического оборудования ООО «НИИ Транснефть»
Сваи и основания
Свайные фундаменты на объектах применяются в основном на территориях с грунтами, имеющими низкую несущую способность. На Заполярье — Пурпе свайные фундаменты были применены на линейной части для установки опор трубопровода. Всего на трассе было использовано почти 19,5 тыс. опор, а для их установки — более 45 тыс. свай. На площадочных объектах все здания, сооружения и технологические трубопроводы тоже на свайных опорах.
Главный принцип, который применялся при проектировании и возведении фундаментов зданий и сооружений, — сохранение грунтов в их естественном температурном состоянии. Для этого предусмотрены свайные фундаменты с высоким ростверком — так называемое вентилируемое подполье, которое исключает соприкосновение сооружения с грунтом и позволяет минимизировать тепловое воздействие на него от здания (сооружения). В условиях многолетнемерзлых грунтов применение традиционных буронабивных свай, когда бурится скважина, а в нее устанавливается каркас и заливается бетон, было невозможно в связи с растеплением грунтов от выделяющейся теплоты твердеющего бетона. Восстановление природного температурного фона заняло бы десятки лет, в течение которых происходила бы стабилизация основания. Поэтому специалистами института были применены особые конструкции свай, практически не оказывающих влияние на температурный фон окружающего грунтового массива.
Максим Солдатов
Главный строитель АО «Гипротрубопровод»
Бурозабивная свая — это стальная труба с приваренным к торцу коническим наконечником. Они использовались в основном для талых и нестабильных грунтов. Буроопускная свая, в свою очередь, имеет элиптический наконечник и применяется в многолетнемерзлых грунтах. Все сваи выполнены из бесшовных или сварных прямошовных труб с антикоррозионным покрытием. Наконечники изготавливались на заводе, что упрощало монтаж в условиях трассы. Внутритрубное пространство свай заполнялось сухой песчано-цементной смесью, что позволило сократить время их монтажа в шесть раз.
Александр Петелин
Ведущий научный сотрудник лаборатории механотехнологического оборудования ООО «НИИ Транснефть»
Испарители и конденсаторы
Несущая способность свай напрямую зависит от температуры грунта. Сваи было необходимо перевести в твердомерзлое состояние, понизить температуру и, соответственно, увеличить несущую способность. Для устойчивости свайных полей опор были разработаны термостабилизаторы с оптимальными для проекта нефтепровода параметрами. При формировании свайных фундаментов на объектах термостабилизаторы погружались вокруг свай. А для опор были разработаны сваи с термостабилизаторами, находившимися внутри них. В каждую сваю устанавливалось два термостабилизатора, что повышало надежность их работы. В случае замены они помещались в гильзы с незамерзающей жидкостью, которые монтировались в полость сваи после ее погружения.Термостабилизаторы представляют собой тепловые трубы с герметичным корпусом, заправленные хладагентом. Его испарительная часть погружается в сваю или в грунт, а конденсаторная выступает над поверхностью земли. За счет разности температур наружного воздуха и грунта в холодный период происходит испарение и конденсация хладагента внутри корпуса. Хладагент отбирает тепло грунта и, конденсируясь над поверхностью, отдает тепло наружному воздуху. Другими словами, за зиму грунт при помощи термостабилизатора промораживается больше, чем обычно, а весной и летом оттаивает меньше, сохраняя высокую несущую способность.
Применение заводской кольцевой теплоизоляции позволило снизить тепловую нагрузку на многолетнемерзлые грунты, уменьшив ореолы растепления, а также просадку грунтов при оттаивании. Теплоизоляцию имеют не только трубопроводы и технологические объекты, но и технологические узлы: задвижки, тройники. Дополнительные расчеты показали, что вместо пеностекла вполне можно использовать вспененный каучук, которого будет достаточно, чтобы поддерживать технологические узлы в рабочем состоянии.
Павел Ревин
Начальник отдела труб и антикоррозионных покрытий ООО «НИИ Транснефть»
Пенополиуретан и сталь
Надземная линейная часть изготовлена из труб в заводской теплоизоляции. Это конструкция из жесткого заливочного пенополиуретана с оболочкой из оцинкованной стали. Для предотвращения горения пенополиуретана установлены противопожарные вставки. Толщина теплоизоляции была определена по результатам теплотехнического расчета, чтобы предотвратить застывание нефти в случае экстренной остановки перекачки. Кроме того, изоляция применена и в местах подземной прокладки в многолетнемерзлых грунтах при пересечении коммуникаций, автодорог и в поймах подводных переходов, а также в местах миграции оленей.
Дюкер и кожух
Один из самых сложных объектов Заполярья — Пурпе — подводный переход через реку Таз. Проектные институты предложили три варианта прокладки трубы: траншейным способом, тоннелирование и методом наклонно-направленного бурения. Был выбран последний вариант как наиболее безопасный для природы.Дюкер было решено протягивать в специальном кожухе диаметром 1200 мм. В нем разместили рабочую нитку нефтепровода диаметром 820 мм и протащили эту конструкцию под руслом. Каждая нитка весила более 1300 т. Тоннели под основную и резервную нитки бурили с двух сторон. Диаметр скважин составил 1600 мм. Скважины делали по‑этапно, несколько раз буры проходили тоннель под руслом, постепенно расширяя его до нужных размеров. Протяженность обоих дюкеров — более километра. На реализацию сложнейшего объекта ушло более двух лет.
18 охранных документов
на объекты интеллектуальной собственности получены специалистами при разработке проекта нефтепровода Заполярье — Пурпе. Авторский коллектив награжден Премией Правительства Российской Федерации 2014 года в области науки и техники за «разработку нового поколения строительных технологий и конструкций, их промышленное производство и внедрение на объектах магистрального трубопроводного транспорта в сложных геоклиматических условиях России».
