МОНТАЖ ПОДВОДНОЙ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ
В ряду мер по обеспечению безопасности морских трубопроводов важное место занимают правильный выбор, установка и эксплуатация автоматических отсечных клапанов и других запорных систем.
Главную защиту от прорывов нефти и газа над уровнем моря обеспечивают отсечные клапаны на стояках.
Нормы проектирования предписывают размещать клапан на стояке как можно ниже, но при этом выше расчетного уровня гребней штормовой волны. Клапан должен иметь механическое управление, работоспособность которого необходимо регулярно проверять.
460
Часть III. Сооружение морских трубопроводов
Сам отсечной клапан и относящиеся к нему средства управления должны быть защищены от поломок и огня, а система управления должна быть устроена таким образом, чтобы клапан закрывался автоматически при аварийном сигнале или при неполадках в системе. Необходимо предусматривать также пульты ручного закрывания клапанов для дублирования системы автоматики.
На многих морских трубопроводах, прежде всего на газопроводах, устанавливают также подводные отсечные клапаны. При этом в первую очередь в случае аварии следует закрывать отсечной клапан на стояке, а подводный клапан обеспечивает дополнительную защиту на случай аварии клапана на стояке.
Место размещения подводных отсечных клапанов определяют с учетом следующих факторов:
• эффективной площади излучения огненного факела;
• времени стечения продукта;
• работы системы управления;
• защиты отсечного клапана;
• монтажа и ремонта.
С учетом производительности трубопровода и возможного объема утечки продукта подводный отсечной клапан располагают как можно ближе к платформе, но вне предполагаемой зоны огненного факела.
Большинство подводных отсечных клапанов располагают в 130—400 м от платформ. Это расстояние принято на основе анализа риска для платформ на основе следующих соображений:
• зона в радиусе 500 м от платформы обычно обозначена как «зона
исключительных интересов», что запрещает рыболовство и дея
тельность третьих сторон;
• данное расстояние вне предела досягаемости посторонних пред
метов;
• огненный факел, который может возникнуть из-за разрыва тру
бопровода, минимально угрожает платформе;
• количество продукта в трубопроводе и стояке между клапаном и
платформой относительно невелико;
* клапан можно закрыть за 5—20 с;
• монтаж отсечного клапана можно производить на безопасном
расстоянии от платформы.
Из разных типов клапанов для работы в качестве отсечных чаще всего используют шаровые краны, обратные клапаны и задвижки.
Обвязка подводного трубопровода, как правило, включает в себя хотя бы один или несколько клапанов. При этом один из них обычно работает как отсечной, а остальные используют при ремонте. На одном и том же
Глава 16. Монтаж морских трубопроводов 461
трубопроводе могут быть одновременно установлены шаровые краны, обратные клапаны и задвижки. В зависимости от конструкции отсечной клапан можно ремонтировать без затопления трубопровода, или только при частичном его затоплении, сводя к минимуму длительность и стоимость ремонта и связанные с ремонтом расходы.
Система управления подводными клапанами должна предусматривать:
• стыковку клапана с надводной системой аварийной остановки;
• включение подачи энергии к исполнительному механизму кла
пана;
• наблюдение и извещение о поступлении энергии к клапану;
• наблюдение и извещение о положении подводного клапана.
Для управления подводной запорной арматурой используют два основ
ных типа исполнительных механизмов:
• одинарного действия, когда гидравлический привод перемеща
ет клапан только в одном направлении, одновременно сжимая
возвратную пружину, которая перемещает клапан в противопо
ложном направлении после снятия давления гидравлической
жидкости;
• двойного действия, когда гидравлический привод перемещает
клапан в обоих направлениях.
Самым распространенным источником энергии для работы клапана является гидравлическая жидкость. Ее подают под высоким давлением с надводной гидравлической установки через кабель-трос, подведенный к исполнительному механизму клапана. Для дублирования можно использовать гидроаккумуляторы.
В качестве гидравлической жидкости используют минеральные масла с биоразлагаемыми добавками или обычную воду. Гидравлическая жидкость на масляной основе более вязкая, чем вода, поэтому в данном случае применяют трубы большего диаметра. Для больших расстояний более высокая стоимость труб для масляной гидравлической жидкости может окупаться за счет более надежной работы.
Типовая система управления подводной запорной арматурой имеет следующие коммуникации:
• главная линия подачи гидравлической жидкости;
• линия возврата гидравлической жидкости (в системе двойного
действия);
• пилотная линия гидравлической жидкости для клапана-защелки;
• запасная линия;
• скрученные и экранированные электрические парные провода
для передачи данных о давлении в аккумуляторе и о положении
клапана;
462
Часть III. Сооружение морских трубопроводов
• запасные скрученные и экранированные электрические парные
провода;
• кабель-трос, армированный двойной стальной проволокой на всю
длину для защиты и повышения устойчивости.
Клапанный узел защищают от повреждений крышкой, изготовленной из труб или профилированной стали. Боковые стенки и верх крышки могут быть выложены панелями, изготовленными из стальных плит, решеток или их сочетания. Крышку жестко соединяют с опорной рамой или ставят свободно. Обычно опорную раму и защитную крышку устанавливают отдельно с помощью водолазного судна, но с учетом возможности одновременного подъема всего узла.
На действующих трубопроводах установка клапанов должна отвечать следующим условиям:
• минимальная длительность остановки трубопровода;
• отказ от сброса давления из трубопровода;
• частичное заполнение линии водой или вообще отказ от него;
• обеспечение безопасности персонала при монтаже.
С целью уменьшения потерь монтаж клапанов на действующем трубопроводе проводят во время ежегодного остановочного ремонта.
Для сохранения давления в трубопроводе при производстве работ необходимы установки пробки высокого давления. Надувные пробки выдерживают перепад давления до 1,5 МПа, для более высоких давлений применяют механические пробки. Самой совершенной считают гидравлическую пробку (рис. 16.10.1), рассчитанную на трубопроводы диаметром от 250 до 1220 мм и имеющую надежный механизм двойного уплотнения.
Гидравлическую пробку под давлением воды запускают в трубопровод через узел запуска поршня, а следят за ее перемещением с помощью кабель-троса, длина которого может достигать 450 м. Когда пробка достигает заданного места, с помощью гидравлики приводят в действие салазки и уплотнения, после чего снижают давление воды, и обратное давление газа прочно запирает салазки.
Другим способом отключения частей трубопровода является использование ледяных пробок. Для этого между двумя разделительными устройствами закачивают порцию воды, после чего передвигают ее в ремонтируемый участок. Затем воду замораживают с помощью «ошейника» из жидкого азота, создавая неподвижную ледяную пробку, длина которой может или должна в 2—3 раза превышать диаметр трубопровода. При проведении сварки под водолазным колоколом такой способ не применяют.
Глава 16. Монтаж морских трубопроводов
463
Рис. 16.10.1. Двухмодульная гидравлическая пробка: I — уплотнительный модуль; II — модуль салазок; 1 — блок цилиндра; 2 — нажимная головка; 3 — опорное кольцо; 4 — уплотнения; 5 — опорная головка для шара; 6 — гнездо для шара; 7 — головка модуля салазок; 8 — корпусной блок; 9 — салазки; 10 — привод салазок; 11 — блок пружин; 12 — цилиндры; 13 — головка, направляющая пробку по трубе; 14 — шаровой шарнир