С ПОСЛЕДУЮЩИМ ПОГРУЖЕНИЕМ НА ДНО
Способ укладки МТ методом буксировки секций на плаву с последующим погружением на дно требует благоприятных гидрологических условий района и с успехом может применяться на допускаемых по расчету глубинах моря при волнении до 3—4 баллов. Порядок производства работ при прокладке трубопроводов предусматривает изготовление на берегу плетей, спуск их на воду, буксировку к месту укладки и опускание на дно.
Сварка труб в плети и их изоляция могут быть выполнены по одной из технологических схем, применяемых в полевых условиях. Плети спускают на воду различными способами по узкоколейной дорожке, роликовым опорам и т. д. В отдельных случаях может оказаться целесообразным устройство траншеи, соединенной с морем. Преимущество способа заключается в возможности визуальной проверки правильности расчета плавучести трубопровода и полноты его оснастки. Если условия на береговом участке не позволяют собирать и опускать плети в траншею, расположенную нормально к урезу воды, то плети можно собирать на лежнях или стеллажах и скатывать в воду по специально устроенной эстакаде или по наклонным лежням.
Готовые к прокладке плети длиной до 3 км буксируют к месту укладки, соединяют их на плаву и опускают на грунт при небольшой отрицательной плавучести, оставляя каждый раз головной конец плети на поверхности воды или на судне для присоединения к нему последующей плети.
При малых диаметрах трубопровода для поддержания плети на плаву применяют поплавки. После буксировки плети на трассу и ее соединения с выходящим из воды ранее проложенным концом поплавки отсоединяют, и плеть опускается на дно. В зависимости от принятой организации работ головной конец присоединяемой плети может находиться либо на судне, либо на поплавке или плашкоуте. Трубопроводы больших диаметров с положительной плавучестью буксируют к месту укладки без поплавков. Плети таких трубопроводов после присоединения к проложенному концу погружают на дно путем залива в них воды. Вода подается с берегового конца. На головном конце плети монтируют быстросъемную заглушку с шлангом и трос с бу-
438
Часть III. Сооружение морских трубопроводов
ем. Буй фиксирует местоположение конца плети. По шлангу трубопровод продувают сжатым воздухом до момента всплытия его головного конца, затем его подают на судно для присоединения к очередной плети. Аналогичные мероприятия должны быть предусмотрены на случай прекращения работ.
В отдельных случаях для уменьшения возникающих напряжений в материале трубопровода в процессе погружения плети целесообразно заливать в нее не морскую воду, а другую жидкость или раствор с необходимым удельным весом.
В трубопроводах с положительной плавучестью напряжения уменьшают путем их балластировки одиночными или сплошными грузами. На основе этого принципа иногда используют более надежный способ прокладки на большую глубину при помощи перемещающихся внутри трубопровода балластных грузов в сочетании с поршневым эластичным разделителем, продавливаемым водой.
Способ укладки морских трубопроводов методом подводной буксировки предусматривает сварку трубопроводных секций длиной до 15 км на берегу с последующей транспортировкой их под водой к месту укладки. Секцию трубопровода, поддерживаемую буями, буксируют к месту назначения на глубине около 40 м ниже поверхности воды. Затем, используя для позиционирования буксир, секцию опускают на морское дно путем дистанционного затопления буев.
При этом может быть использовано несколько вариантов буксировки (рис. 16.3.1).
Поверхностная буксировка(рис. 16.3.1а). Трубопроводе помощью укрепленных на нем поплавков поддерживают на плаву. В большинстве случаев такой способ приемлем только в очень спокойных водах, где нет сильного волнения.
Подводная буксировка(рис. 16.3.16). Всю плеть трубопровода крепят к вертикальным цилиндрическим буям, находящимся на поверхности воды, таким образом, чтобы плеть оказалась ниже зоны активного воздействия волн.
Придоннаябуксировка (рис. 16.3.1в). На трубопроводе укрепляют поплавки и специальные пригрузы в виде цепей. Общую плавучесть системы рассчитывают таким образом, чтобы трубопровод плавал над морским дном, а часть цепей находилась на морском дне. При данном способе трубопровод устойчив к воздействию волн и течений, однако имеются ограничения по условиям морского дна, которое должно быть достаточно гладким и ровным.
Буксировка с контролем глубины(рис. 16.3.1г). Данный способ является разновидностью придонной буксировки. Плавучесть систе-
Глава 16. Монтаж морских трубопроводов
439
мы рассчитывают таким образом, чтобы подъемные силы, действующие на пригрузы в процессе буксировки, подняли плеть со дна. При снижении скорости буксировки ниже определенного значения трубопровод «зависает» над дном.
Контроль и позиционирование(рис. 16.3.1 а). Плети сваривают на береговых рабочих площадках с последующим спуском их на воду в отсутствие волнения моря. После окончания сварочных работ плети крепят к системе несущих буев, буксируют к месту укладки и размещают над проектной трассой.
Рис. 16.3.1. Подводная буксировка и укладка протяженных трубопроводных плетей: I (а) — буксировка; II (б) — закрепление; III (в) — спуск в траншею; IV (г) — соединение; 1 — поверхность моря; 2 — плавучие буи; 5 — точка закрепления; 4 — высвобожденные буи; 5 — размещение судов для соединения
440
Часть III. Сооружение морских трубопроводов
Во время проведения операций с целью уменьшения внутренних напряжений буи разгружают в несколько приемов. Для изменения положения трубопровода применяют натяжные устройства, причем в случае укладки стальных трубопроводов без наружного антикоррозионного покрытия проблем, как правило, не возникает. При укладке трубопроводов с твердым покрытием (эпоксидной изоляцией) на практике случались проблемы, связанные с пониженной прочностью покрытия и ее зависимостью от погрешностей позиционирования плети при транспортировке и укладке на морское дно.
Таким образом, придонная буксировка труб с последующей их укладкой на дно применима практически для всех типов трубопроводов, которые сооружают с использованием трубоукладочных судов.
Преимущество данного метода заключается в минимуме используемой техники и оборудования (необходим лишь ведущий буксир с системой контроля и одно или два вспомогательных судна для сбора буев). Такой метод экономичен и особенно эффективен при подводной укладке изолированных труб, труб с подогревом или пучков трубопроводов.
16.4. МОНТАЖ ТРУБОПРОВОДОВ С ТРУБОУКЛАДОЧНЫХ СУДОВ
Наиболее распространенным методом в данном классе является так называемый S-метод. При этом применяют следующую технологию трубоукладки:
• со склада трубы подают на вспомогательную монтажную линию
с помощью передвижного крана малой грузоподъемности;
• на вспомогательной монтажной линии трубы подвергают раздел
ке кромок, центрируют и сваривают в секции из двух или трех
труб, причем качество сварки проверяется средствами рентге
нографического или ультразвукового контроля;
• секции труб перемещают на основную монтажную линию с по
мощью поперечного конвейера;
• на 1-м рабочем посту монтажной линии секцию труб стыкуют
с трубопроводом, центрируют и накладывают коренной шов;
* трубоукладочное судно перемещается по трассе на длину секции, стык секции и трубопровода перемещается на 2-й пост, где накладывают последующие слои сварного шва, затем на 3-й, 4-й и последующие сварочные посты. В зависимости от принятой технологии количество постов на линии может составлять от 3 до 6;
• стык секции и трубопровода в результате перемещения судна по
трассе попадает на пост неразрушающего контроля сварного
Глава 16. Монтаж морских трубопроводов 441
шва, затем на пост очистки и изоляции стыка и далее на пост обетонирования стыка (если это предусмотрено технологией); далее трубопровод спускается в воду.
При проведении трубоукладочных операций запас труб, как наиболее расходуемая статья запасов, обусловливает автономность тру-боукладочного судна. Поэтому на большинстве трубоукладочных судов складское хозяйство занимает около 70% площади верхней палубы и значительную часть грузоподъемности. Это обеспечивает 5-10-суточную автономность работы. Как правило, склад труб представляет собой площадку на верхней палубе, огражденную вертикальными опорами, предотвращающими раскатывание труб во время волнения.
В состав вспомогательной монтажной линии входят устройства для перемещения труб и секций, станок подготовки кромок под сварку, детектор качества покрытия и наружный или внутренний центратор, сварочное оборудование, средство контроля качества сварки, устройства изоляции стыка и средства вырезки и ремонта дефектного участка шва.
Кроме перечисленного оборудования, в состав основной монтажной линии входят натяжное устройство и средства обетонирования стыка. В последнее время обетонирование, как правило, не проводят, а стык изолируют слоем битума, полиэтиленовой лентой или термоусадочной муфтой.
Натяжное устройство создает растягивающее усилие, которое необходимо приложить к укладываемому трубопроводу при значительных глубинах укладки для увеличения радиуса кривизны провисающего участка плети и соответственно уменьшения изгибающего момента в пролете. Как правило, натяжное устройство состоит на двух-трех силовых блоков, создающих суммарное натяжение трубопровода до 150 тс.
Специальное спусковое устройство (стингер), чаще всего выполненное в виде наклонной кормовой рамы ферменной конструкции, служит для поддержания и формирования радиуса кривизны верхней части укладываемого трубопровода. Большинство трубоукладочных судов II и III поколений оборудованы криволинейным (S-образным) стингером, по длине которого вес поддерживаемого участка трубопровода распределяется равномерно. Длина стингера назначается в зависимости от глубины укладки и диаметра трубопровода. На трубоукладочных судах, предназначенных для сооружения трубопроводов диаметром до 1400 мм на глубинах до 300 м, длина стингера может достигать 120 м. Обычно стингер выполняют 2—3-секционным с ре-
442
Часть III. Сооружение морских трубопроводов
гулируемыми углами между секциями. Последняя секция входит в воду на глубине до 8 м с углом наклона до 40° к горизонтали.
Рассмотренный выше S-метод монтажа морских трубопроводов имеет ограничение по глубине воды, так как горизонтального усилия трубоукладочного судна может оказаться недостаточно для создания требуемого напряженно-деформированного состояния трубопровода. Поэтому в настоящее время при строительстве трубопроводов на больших глубинах все более широкое применение находит J-метод,также получивший свое название по форме кривой, которую принимает трубопровод в процессе монтажа.
Основные особенности J-метода состоят в том, что для стыковки и центровки секции труб с трубопроводом необходим подъемник для подачи секции на наклонную площадку (спусковую раму); соединение трубопровода с секцией осуществляется на одном рабочем посту с помощью сварного, муфтового или коннекторного соединения; спуск трубопровода осуществляется прямо с борта или кормы судна без применения стингера, так как при этом способе укладки у опускаемой плети отсутствует верхний выпуклый участок.
Контроль за напряженно-деформированным состоянием нижнего вогнутого участка осуществляется с помощью регулируемого натяжения и угла наклона рабочей площадки (монтажной вышки}. При этом следует отметить, что прикладываемое к трубопроводу усилие может быть существенно выше, чем при S-методе, так как вертикальная сила обеспечивается не якорями или подруливающими устройствами (трастерами), а грузоподъемностью самого судна, которое может достигать нескольких десятков тысяч тонн.
Одним из таких судов является трубоукладочное судно S-7000 «Saipem» (рис. 16.4.1; см. цветную вклейку), модифицированное на базе плавучего крана грузоподъемностью 2x7000 т. Для выполнения трубоукладочных операций по J-методу на судне была установлена вышка высотой 134 м, включающая два рабочих поста. На первом (верхнем) выполняют автоматическую сварку, на втором (нижнем) — неразрушающий контроль и изоляцию монтажных стыков.
Для увеличения производительности работ, проводимых в морских условиях, трубы предварительно сваривают на берегу в плети по четыре, таким образом, за один монтажный цикл длина трубопровода увеличивается сразу на четыре трубы, что составляет 48,8 м. Благодаря этому максимальная скорость строительства морского участка газопровода «Россия—Турция» по дну Черного моря (проект «Голубой поток») превышала 4 км/сут. В пространстве монтажной вышки
Глава 16. Монтаж морских трубопроводов 443
между постами расположены три натяжных устройства гусеничного типа, каждое из которых способно развивать усилие до 175 тс.
Для надежной фиксации трубопровода в аварийных ситуациях и при ремонте сварных швов на нижнем посту на судне S-7000 установлен зажим грузоподъемностью 1100 тс.
Для строительства гибких или стальных трубопроводов небольшого диаметра применяют метод разматывания с барабана, который в специальной литературе получил название G-метода.
Принцип максимизации времени работ на берегу для минимизации дорогостоящего времени работ в морских условиях, характерный для всех процессов строительства и эксплуатации подводных объектов, также применим к G-методу, при котором длинную плеть трубопровода изготавливают на берегу и наматывают на барабан большого диаметра. При укладке трубопровод, который был пластически деформирован в процессе намотки, разматывают с помощью спрямляющего приспособления для «расправления» кривизны, после чего он ложится на дно по мере продвижения судна вперед.
В ряде случаев данный метод укладки может конкурировать с монтажом со специализированных трубоукладочных судов. Для намотки трубопроводов диаметром до 10" барабан и спрямляющее устройство могут быть изготовлены с учетом установки их на существующее плавучее средство.
Преимуществом данного метода является более быстрая укладка в морских условиях, чем это может быть достигнуто при использовании обычных трубоукладочных судов. Кроме того, возможно также намотать на барабан одновременно несколько отрезков трубопровода и таким образом смонтировать сразу несколько линий меньшего диаметра до того, как судно с барабаном вернется в порт для повторной загрузки.
При сматывании трубопровода с горизонтально или вертикально расположенного на палубе барабана используют следующую технологию:
• на береговой базе трубы сваривают в трубопровод по традици
онной технологии;
• по мере наращивания трубопровод навивают на барабан со ско
ростью до 1,0 км/ч. Навивка осуществляется через изгибающий
механизм, придающий трубопроводу предварительную кривиз
ну. Возникающие при этом напряжения не превышают напря
жений в трубопроводе при укладке;
• съемный барабан с трубопроводом устанавливают на палубе тру-
боукладочного судна. Если барабан на судне установлен стацио-
444
Часть III, Сооружение морских трубопроводов
нарно, то навивка трубопровода осуществляется на судне, пришвартованном у береговой базы, где наращивают трубопровод;
• трубоукладочное судно идет в район трубоукладки. Во время пе
рехода можно проводить контроль навивки трубопровода, со
стоящий в продувке и опрессовке трубопровода водой;
• конец трубопровода крепят к стояку платформы или сваривают
с концом уже проложенного участка трубопровода;
• трубоукладочное судно перемещается по трассе и укладывает тру
бопровод. Развиваясь с барабана, трубопровод проходит через
выпрямляющее устройство и по роликовой дорожке спускается
через кормовой слип в воду.
Растягивающее усилие, необходимое при укладке, создается совместной работой натяжителя и механизма привода барабана.
В основное технологическое оборудование трубоукладочных судов барабанного типа входят натяжитель, выпрямляющее устройство и барабан с трубопроводом.