Выбор оптимальной трассы трубопровода.

Между указанными в задании на проектировании начальным и конечным пунктами можно проложить трубопровод по многим трассам, причем самой короткой будет трасса, получаемая соединением начала и конца трубопровода прямой (геодезической) линией. Однако прокладка трубопровода по такой кратчайшей трассе не всегда осуществима, и во многих случаях этот вариант не является наиболее выгодным.

Трубопровод нельзя прокладывать через населенные пункты, расстояние между крайними строениями населенного пункта и трубопроводом в зависимости от класса должно быть не менее 75-300 м. Трубопровод нецелесообразно прокладывать по болотам, вдоль русел рек, через озера, если их можно обойти при небольшом удлинении трассы. Переходы крупных судоходных рек, исходя из технических соображений, или из условий согласования с заинтересованными организациями, целесообразно осуществлять в определенных местах. Необходимость обхода заповедников и площадей горных разработок, приближения трассы к пунктам сброса или пунктам подкачки продукта, указанным в задании на проектирование, – все это вынуждает удлинять трассу по сравнению с геодезической линией.

Также рекомендуется ознакомиться с геологическими, гидрогеологическими, почвенными, климатическими и гидрологическими инженерно-геологическими картами. Большую пользу оказывает аэрофотосъемка. По имеющейся карте можно наметить несколько вариантов трассы между начальными и конечными пунктами (с учетом при необходимости заданных промежуточных пунктов). Во многих случаях число возможных вариантов велико, и для выбора оптимального варианта должна быть разработана надежная методика и установлены критерии оптимальности.

Поиск оптимальной трассы осуществляется по цифровой модели. Все исходные данные можно подразделить на две основные группы: 1 группа – начальная, конечная и промежуточные точки трубопровода, его диаметр, вид и количество перекачиваемого продукта, кратчайшее расстояние между начальной и конечной точками; 2группа – данные, которые в какой-либо мере зависят от положения будущего трубопровода и от природных условий, в которых он может оказаться (топографические, геологические и гидрогеологические условия, искусственные и естественные препятствия, населенные пункты, число перекачивающих станций).

Основные критерии оптимальности, используемые при выборе оптимальных трасс трубопровода:

1. приведенные затраты – общепризнанный критерий, универсально учитывающий большинство требований, при которых достигается основной экономический эффект (нормативная отдача от каждого вложенного в дело рубля при минимуме эксплуатационных издержек):

W_пр=К·с + Э,

где К – капитальные вложения;

с – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;

Э – ежегодные эксплуатационные издержки;

2. длина трубопровода (выбор кратчайшей трассы, проходящей по местности, на характеристики которой наложены определенные ограничения);

3. трудовые затраты – критерий, позволяющий рассмотреть различные варианты производства работ и организации строительства на отдельных участках;

4. надежность функционирования трубопровода – наибольшая вероятность безотказной эксплуатации трубопровода;

5. время строительства.

Как правило, желательно бывает удовлетворить нескольким критериям. В этом случае критерии оптимальности следует расположить в порядке убывания «важности», определяемом в каждом конкретном случае в соответствии с требованиями, предъявляемыми заказчиком. Из всех сравниваемых трасс предпочтение отдают той, у которой наилучший первый по «важности» показатель. Если значения первого показателя у двух трасс или более одинаковые, то выбирается тот вариант, у которого лучше следующий показатель по важности.

При определении области поиска оптимальной трассы могут использоваться два основных метода: метод среднестатистического коэффициента развития линии трубопровода и метод сравнения со стоимостью трубопровода по геодезической прямой.

Суть первого метода: линия, ограничивающая область возможного положения трубопровода, должна быть определена с таким расчетом, чтобы выполнялось условие:

L £ k_p·l,

где L – длина реальной трассы;

k_P – коэффициент развития линии;

l – расстояние между начальной и конечной точками трубопровода по геодезической линии.

При определении области поиска необходимо удалить из нее все заведомо непригодные или запретные для строительства трубопровода площади. Это существенно уменьшает объем перерабатываемой информации и ускоряет процесс поиска.

Для выбора оптимальной трассы используют ЭВМ.

5. Классификация нагрузок и воздействий на магистральный трубопровод.

Все нагрузки и воздействия на трубопровод делятся на нормативные и расчетные. Нормативные нагрузки определяются в лабораторных условиях и рассчитаны на нормальные условия эксплуатации трубопровода. Расчетные нагрузки равны нормативным с учетом коэффициента надежности по нагрузке:

q^р=qⁿ·n.

По времени воздействия все нагрузки делятся на постоянные и временные.

1. Постоянные:

1.1. Масса (собственный вес) трубопровода и обустройств, (Н/м):

q = n·g_ст·F_сеч,

где n – коэффициент перегрузки = 1,1;

g_ст – объемный вес стали, Н/м³;

F_сеч – площадь поперечного сечения трубы, м².

1.2. Воздействие предварительного напряже­ния трубопровода (упругий изгиб и др.):

s_и=±(Е·D_н)/(2·R)

Е – модуль Юнга, МПа;

D_н – наружный диаметр, м;

R – радиус упругого изгиба, (не менее 1000 диаметров, для расчетов R=1000D_н).

1.3. Давление (вес) грунта:

q_гр = n·q_гр^н= n·g_гр·h_ср·D_н,

где n = 1,2;

g_гр – объемный вес грунта, Н/м³;

h_ср – средняя глубина заложения трубопровода, м.

1.4. Гидростатическое давление воды:

q_гсв = n·q_гсв^н=n·g_в·h_в·D_н,

где n = 1;

g_в – объемный вес воды, Н/м³;

h_в – толщина слоя воды над трубой, м.

1.5. Воздействие выталкивающей силы воды:

q_вс = n·q_вс^н=n·g_в·π·D_н²/4,

где n = 1.

2. Временные длительные:

2.1. Внутреннее давление вызывает кольцевые и продольные напряжения:

s_кц=n·σ_кц=n(Р·D_вн)/(2·d),

где для МГ n = 1,1; для МН 1,1 или 1.15 для нефти;

D_н – наружный диаметр, м;

d - толщина стенки, м;

s_пр.р. = n·s_пр.р.^н = n·m·s_кц^н

где m = 0,3 – коэффициент перераспределения.

2.2. Воздействие от веса продукта:

q_пр = n·q_пр^н,

где n=1,0;

для газа: q_пр=100·Р·D_вн²

где Р – давление газа, МПа;

для нефти: q_пр =r_н·g·(pD_вн²)/4,

где r_н – плотность нефти при температуре перекачки, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с².

2.3. Температурные воздействия вызывают в трубе только продольные напряжения:

s_{пр t}=- a·E·Dt,

где a - коэффициент линейного расширения 1/°С;

Dt – температурный перепад, равный разности между температурой эксплуатации и температурой фиксации трубы.

2.4. Воздействия неравномерных деформаций грунта, не сопровождающиеся изменением его структуры.

3. Кратковременные:

3.1. Снеговая нагрузка:

q_сн = Р_сн·С_сн,

где Р_сн – вес снегового покрова на 1 м² грунта;

С_сн – коэффициент снеговой нагрузки = 0,4 для одной нитки.

3.2. Ветровая нагрузка:

q_ветр = D_н·(q_стат+q_дин),

где q_стат и q_дин – статическая и динамическая нагрузки на трубу.

3.3. Гололедная нагрузка:

q_лед = 17·b·D_н,

где b – толщина слоя льда, мм.

3.4. Нагрузка, вызываемая морозным растрескиванием грунта;

3.5. Нагрузки и воздействия, возникающие при пропуске очистных устройств;

3.6. Нагрузки и воздействия, возникающие при испытании трубопроводов;

3.7. Воздействие селевых потоков и оползней.

4. Особые:

4.1. Воздействие деформаций земной поверх­ности в районах горных выработок и карс­товых районах;

4.2. Воздействие деформаций грунта, сопро­вождающихся изменением его структуры (например, деформация просадочных грунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при оттаивании);

4.3. Воздействия, вызываемые развитием солифлюкционных и термокарстовых процес­сов.

4.4. воздействия от техногенной деятельности человека.