Подводный трубопровод - Submarine pipeline

А подводный трубопровод (также известный как морской, подводный или же офшорный трубопровод) является трубопровод это возложено на морское дно или под ним внутри траншеи.^[1][2] В некоторых случаях трубопровод в основном проходит по суше, но в некоторых местах он пересекает водные просторы, такие как небольшие моря, проливы и реки.^[3] Подводные трубопроводы используются в основном для транспортировки нефти или газа, но транспортировка воды также важна.^[3] Иногда проводят различие между поточная линия и трубопровод.^[1][3][4] Первый - это внутриполевой трубопровод в том смысле, что он используется для соединения подводных устья, многообразия и Платформа в конкретная область разработки. Последний, иногда называемый экспортный трубопровод, используется для вывода ресурса на берег.^[1] В крупных проектах строительства трубопроводов необходимо учитывать множество факторов, таких как экология на шельфе, геологические опасности и экологическая нагрузка - они часто выполняются многопрофильными международными группами.^[1]

Пример маршрута подводного трубопровода: трубопровод Langeled.

Выбор маршрута

Выбор маршрута - одна из самых ранних и важных задач при планировании подводного трубопровода.^[5] Этот выбор должен учитывать множество вопросов, некоторые из которых имеют политический характер, но большинство других связаны с геологические опасности, физические факторы вдоль предполагаемого маршрута и другие виды использования морского дна в рассматриваемом районе.^[5][6] Эта задача начинается с упражнения по установлению фактов, которое представляет собой стандартное кабинетное исследование, которое включает в себя обзор геологические карты, батиметрия, рыболовные карты, воздушный и спутник фотографии, а также информация от навигационных властей.^[5][6]

Физические факторы

Взаимодействие подводного трубопровода с дном, на которое он опирается (четыре возможных сценария).

Основным физическим фактором, который следует учитывать при строительстве подводного трубопровода, является состояние морского дна - гладкое ли оно (т.е., относительно плоская) или неровная (гофрированная, с высокими и низкими точками). Если он неровный, то при соединении двух высоких точек трубопровод будет включать свободные участки, в результате чего промежуточный участок останется без опоры.^[2][7] Если неподдерживаемый раздел слишком длинный, напряжение изгиба воздействие на него (из-за его веса) может быть чрезмерным. Вибрация от вихрей, вызванных током, также может стать проблемой.^[7][8] Меры по исправлению неподдерживаемых пролетов трубопровода включают выравнивание морского дна и поддержку после монтажа, например, засыпку бермы или песка под трубопроводом. В прочность морского дна еще один важный параметр. Если грунт недостаточно прочен, трубопровод может погрузиться в него до такой степени, что проведение осмотра, технического обслуживания и предполагаемых врезок станет затруднительным. С другой стороны, каменистое морское дно является дорогостоящим для траншеи, и в высоких точках может произойти истирание и повреждение внешнего покрытия трубопровода.^[7][8] В идеале грунт должен быть таким, чтобы труба могла в какой-то степени оседать в нем, обеспечивая тем самым некоторую боковую устойчивость.^[7]

Одна из многих причин, по которым подводные трубопроводы проложены ниже морского дна: чтобы защитить их от выдолбление дрейфующих льдов, Такие как айсберги.

К другим физическим факторам, которые необходимо учитывать перед строительством трубопровода, относятся следующие:^{[2][7][8][9][10]}

• Подвижность на морском дне: Песчаные волны и мегапарк - это элементы, которые перемещаются со временем, так что трубопровод, который поддерживался гребнем одного такого элемента во время строительства, может оказаться в желобе позже в течение срока эксплуатации трубопровода. Эволюцию этих особенностей трудно предсказать, поэтому предпочтительно избегать областей, где они, как известно, существуют.
• Подводные оползни: Они возникают в результате высокой скорости осаждения и возникают на более крутых склонах. Они могут быть вызваны землетрясения. Когда почва вокруг трубы подвергается скольжению, особенно если возникающее смещение происходит под большим углом к ​​линии, труба внутри нее может подвергнуться серьезному изгибу и, как следствие, разрыв при растяжении.
• Течения: Высокие токи нежелательны, поскольку они затрудняют укладку труб. Например, в мелководном море приливные течения могут быть довольно сильными в проливе между двумя островами. В этих обстоятельствах может быть предпочтительнее принести трубу в другое место, даже если этот альтернативный маршрут окажется длиннее.
• Волны: На мелководье волны также могут быть проблематичными для работ по прокладке трубопровода (в тяжелых волновых режимах) и, как следствие, для его устойчивости из-за непогоды в воде. очищающее действие. Это одна из многих причин, почему выходы на берег (там, где трубопровод достигает береговой линии) - особенно сложные участки для планирования.
• Проблемы, связанные со льдом: В ледяной воде плавающие ледяные объекты часто уходят на мелководье, и их киль соприкасается с морским дном. Продолжая дрейфовать, они долбить морское дно и может попасть в трубопровод.^[11] Стамухи может также повредить эту конструкцию, оказывая на нее высокие местные напряжения или вызывая разрушение почвы вокруг нее, вызывая тем самым чрезмерный изгиб. Штрудель представляют собой еще одну опасность для трубопроводов в холодных водах - фонтанирующая вода может удалить грунт из-под конструкции, делая ее уязвимой для перенапряжения (из-за собственного веса) или колебаний, вызванных вихрями. При планировании маршрута трубопровода для участков, где, как известно, существуют эти риски, необходимо учитывать прокладку трубопровода в траншее с засыпкой.

Другие виды использования морского дна

Правильное планирование маршрута трубопровода должно учитывать широкий спектр человеческой деятельности, которая использует морское дно вдоль предложенного маршрута или может это сделать в будущем. Они включают следующее:^[2][8][12]

• Другие трубопроводы: Если и где предложенный трубопровод пересекает существующий, что не является редкостью, на этом стыке может потребоваться мостовая конструкция, чтобы пересечь его. Это нужно делать под прямым углом. Место соединения должно быть тщательно спроектировано, чтобы избежать столкновения между двумя конструкциями в результате прямого физического контакта или из-за гидродинамических эффектов.
• Рыболовные суда: В коммерческом рыболовстве используются тяжелые рыболовные сети волочился по дну и протянулся на несколько километров за траулером. Эта сеть может зацепить трубопровод с возможным повреждением как трубопровода, так и судна.
• Судовые якоря: Судовые якоря представляют собой потенциальную угрозу для трубопроводов, особенно вблизи портов.
• Военная деятельность: В некоторых областях все еще есть шахты возникшие в результате прошлых конфликтов, но они все еще действуют. Другие области, используемые для бомбардировок или стрельбы, также могут скрывать живые боеприпасы. Кроме того, в некоторых местах на морском дне устанавливаются различные типы приборов для обнаружения подводных лодок. Этих областей следует избегать.

Характеристики подводного трубопровода

Подводные трубопроводы обычно имеют диаметр от 3 дюймов (76 мм) для газопроводов до 72 дюймов (1800 мм) для трубопроводов большой мощности.^[1][2] Толщина стенок обычно составляет от 10 миллиметров (0,39 дюйма) до 75 миллиметров (3,0 дюйма). Труба может быть предназначена для жидкостей при высоких температуре и давлении. Стены изготовлены из стали с высоким пределом текучести, 350-500 МПа (50 000-70 000 фунтов на кв. Дюйм), свариваемость являясь одним из основных критериев отбора.^[2] Конструкция часто защищена от внешних воздействий. коррозия покрытиями, такими как битумный пластик или эпоксидная смола, дополненный катодная защита с жертвенные аноды.^[2][13] Конкретный или же стекловолокно упаковка обеспечивает дополнительную защиту от истирания. Добавление бетонного покрытия также полезно для компенсации отрицательного воздействия на трубопровод. плавучесть когда он несет вещества с более низкой плотностью.^[2][14]

Внутренняя стенка трубопровода не имеет покрытия для нефтепродуктов. Но когда он переносит морскую воду или коррозионные вещества, его можно покрыть эпоксидная смола, полиуретан или же полиэтилен; он также может быть облицован цементом.^[2][13] В нефтяной промышленности, где утечки недопустимы и трубопроводы подвержены внутреннему давлению, обычно порядка 10 МПа (1500 фунтов на кв. Дюйм), сегменты соединяются сварными швами с полным проплавлением.^[2][13] Также используются механические соединения. А свинья стандартное устройство в трубопроводный транспорт на суше или в море. Он используется для проверки гидростатическое давление, чтобы проверить наличие вмятин и изгибов на боковых стенках внутри трубы, а также проводить периодическую чистку и мелкий ремонт.^[1][2]

Строительство трубопровода

Строительство трубопровода включает две процедуры: сборку множества сегментов трубопровода в полную линию и установку этой линии вдоль желаемого маршрута. Можно использовать несколько систем - для подводного трубопровода выбор в пользу любой из них основывается на следующих факторах: физических и внешних условиях (например течения, волновой режим), наличие оборудования и стоимость, глубина воды, длина и диаметр трубопровода, ограничения, связанные с наличием других линий и сооружений на маршруте.^[2] Эти системы обычно делятся на четыре большие категории: тянуть / буксировать, S-укладка, J-Lay и катушка.^{[15][16][17][18]}

Упрощенные чертежи, показывающие три конфигурации, используемые для буксировки подводных трубопроводов от берега к планируемому месту установки (не в масштабе).

Система тяги / буксировки

В системе тяги / буксировки подводный трубопровод собирается на берегу, а затем буксируется на место. Сборка производится параллельно или перпендикулярно береговой линии - в первом случае вся линия может быть построена до буксировки и установки.^[19] Существенным преимуществом системы тяги / буксировки является то, что предварительные испытания и осмотр линии проводятся на берегу, а не в море.^[19] Это позволяет обрабатывать линии любого размера и сложности.^[17][20] Что касается процедур буксировки, можно использовать ряд конфигураций, которые можно разделить на следующие категории: буксировка с поверхности, буксировка с поверхности, буксировка на средней глубине и буксировка вне дна.^[21]

• Надводная буксировка: В этой конфигурации трубопровод остается на поверхности воды во время буксировки, а затем опускается на место укладки. Трос должен быть плавучим - это можно сделать с помощью прикрепленных к нему отдельных блоков плавучести.^[19] Надводные буксиры не подходят для бурного моря и уязвимы для боковых течений.
• Приповерхностная буксировка: Трубопровод остается ниже поверхности воды, но близко к ней - это снижает воздействие волн. Но лонжеронные буи Используемые для поддержания линии на этом уровне подвержены влиянию волнения на море, что само по себе может представлять проблему для буксировки.
• Буксир средней глубины: Трубопровод не плавучий - либо потому, что он тяжелый, либо потому, что он отягощен подвесными цепями. В этой конфигурации линия подвешена в цепная связь между двумя буксирными судами. Форма этой контактной сети ( провисать) представляет собой баланс между весом лески, натяжением, прилагаемым к ней сосудами, и гидродинамической подъемной силой цепей.^[22] Величина допустимого прогиба ограничена глубиной морского дна.
• Off-bottom буксировка: Эта конфигурация аналогична буксировке на средней глубине, но здесь леска удерживается на расстоянии 1-2 м (несколько футов) от дна с использованием цепей, тянущихся по морскому дну.
• Нижняя буксировка: В этом случае трубопровод волочится по дну - линия не подвержена влиянию волн и течений, и если море становится слишком неспокойным для буксирующего судна, линию можно просто бросить и восстановить позже. Проблемы с этим типом системы включают: требование к износостойкому покрытию, взаимодействие с другими подводными трубопроводами и потенциальными препятствиями (рифы, валуны и т. Д.). Донный буксир обычно используется для переправ через реки и переходов между берегами.^[23]

Упрощенные чертежи трех распространенных систем, используемых для строительства и монтажа подводных трубопроводов (без масштаба): S-образная, J-образная и катушечная.

В Пасьянс, одно из крупнейших трубоукладочных судов в мире.

В DCV Aegir, трубоукладочное судно, предназначенное для J-образной и барабанной укладки.

В Сайпем 7000, полупогружное крановое судно с системой укладки труб J-образной формы.

Система S-lay

В системе S-образной прокладки сборка трубопровода осуществляется на месте установки, на борту судна, имеющего все необходимое оборудование для соединения сегментов труб: конвейеры для обработки труб, сварочные станции, рентгеновское оборудование, модуль покрытия стыков, и Т. Д.^[24] В S обозначение относится к форме трубопровода при его укладке на морское дно. Трубопровод покидает судно на корме или в носу от несущей конструкции, называемой жало который направляет движение трубы вниз и контролирует выпуклую восходящую кривую ( перегибаться). По мере продвижения к морскому дну труба имеет выпуклый изгиб, направленный вниз ( сагбенд) до контакта с морским дном (точка приземления). Изгиб прогиба регулируется натяжением сосуда (через натяжители) в зависимости от погруженного веса трубопровода. Конфигурация трубопровода контролируется, чтобы не повредить его из-за чрезмерного изгиба.^[24] Такой подход к сборке трубопровода на месте, называемый баржа конструкция известна своей универсальностью и автономностью - несмотря на высокие затраты, связанные с развертыванием этого судна, она эффективна и требует относительно небольшой внешней поддержки.^[25] Но ему, возможно, придется столкнуться с серьезными волнениями на море - они отрицательно сказываются на таких операциях, как перекачка труб с судов снабжения, установка якорей и сварка труб.^[24] Последние разработки в конструкции непрофильных барж включают: динамическое позиционирование и система J-образной прокладки.^[24][26]

Система J-Lay

В районах, где вода очень глубокая, система S-образной укладки может не подходить, потому что трубопровод оставляет жало, чтобы идти почти прямо вниз. Чтобы избежать резкого изгиба на его конце и уменьшить чрезмерное изгибание провисания, натяжение в трубопроводе должно быть высоким.^[27] Это помешает позиционированию судна, а натяжное устройство может повредить трубопровод. Можно было бы использовать особенно длинное жало, но это также нежелательно, поскольку на эту конструкцию отрицательно повлияли бы ветры и течения.^[27] Система J-lay, одно из последних поколений барж-трубоукладчиков, лучше подходит для глубоководных условий. В этой системе трубопровод покидает судно по почти вертикальной аппарели (или вышке). Нет перегиба - только прогиб цепная связь природа (отсюда и J обозначение), чтобы можно было уменьшить натяжение. Трубопровод также меньше подвержен воздействию волн при входе в воду.^[28] Однако, в отличие от системы S-образной свивки, где сварка труб может выполняться одновременно в нескольких местах по длине палубы судна, в системе J-образной свивки можно разместить только одну сварочную станцию. Для компенсации этого недостатка используются современные методы автоматической сварки.^[29]

Система Reel-lay

В бобиноукладочной системе трубопровод собран береговой и наматывается на большой барабан, обычно размером около 20 метров (66 футов) x 6 метров (20 футов),^[30] установлен на борту специально построенного судна. Затем судно выходит на место для прокладки трубопровода. Береговые сооружения для сборки трубопровода имеют неотъемлемые преимущества: они не подвержены влиянию погодных условий или состояния моря и являются менее дорогостоящими, чем морские операции.^[20] Подачу трубопровода можно согласовать: пока одна линия прокладывается в море, другая может быть намотана на берег.^[31] Емкости одной катушки может хватить для проточной линии полной длины.^[31] Однако система катушечной укладки может работать только с трубопроводами меньшего диаметра - примерно до 400 мм (16 дюймов).^[32] Кроме того, сталь, из которой изготовлены трубы, должна быть способна претерпевать необходимую пластическую деформацию, поскольку она изгибается до нужной кривизны (с помощью спиральной J-образной трубки) при намотке на барабан и выпрямляется обратно (с помощью выпрямителя). при проведении работ по планировке на месте установки.^[33]

Стабилизация

Для стабилизации и защиты подводных трубопроводов и их компонентов используются несколько методов. Их можно использовать по отдельности или в комбинации.^[34]

Рытье траншей и захоронение

Упрощенный чертеж, показывающий типичную систему промывки траншеи под подводным трубопроводом, проложенным на морском дне.

Подводный трубопровод может быть проложен внутри траншея как средство защиты от рыболовных снастей (например якоря ) и траловая деятельность.^[35][36] Это также может потребоваться на подходах к берегу для защиты трубопровода от токи и волновое действие (поскольку он пересекает зона серфинга ). Перед укладкой трубопровода (предварительная прокладка траншеи), или впоследствии удалением морского дна из-под трубопровода (рытье траншеи после укладки). В последнем случае устройство для рытья траншей устанавливается поверх трубопровода или захватывает его.^[35][36] Для рытья траншей на морском дне для подводных трубопроводов используются несколько систем:

• Гидравлическая промывка: это процедура рытья траншеи после укладки, при которой грунт удаляется из-под трубопровода с помощью мощных насосов, продувающих воду с каждой стороны.^[37][38]
• Механическая резка: в этой системе используются цепи или режущие диски для выкапывания и удаления более твердых почв, в том числе валуны,^[39] снизу трубопровода.
• Вспашка: вспашка Принцип, который первоначально использовался для рытья траншей перед укладкой, превратился в сложные системы, которые имеют меньший размер для более быстрой и безопасной работы.
• Дноуглубительные работы / выемка грунта: на мелководье почву можно удалить с помощью земснаряд или экскаватор перед прокладкой трубопровода. Это можно сделать несколькими способами, в частности, с помощью системы «резак-всасывание», с использованием ковшей или с помощью экскаватор.^[35]

″ Закопанная труба защищена намного лучше, чем труба в открытой траншее. ″^[40] Обычно это делается либо путем покрытия конструкции камнями. добытый от ближайшего берега. В качестве альтернативы грунт, извлеченный с морского дна во время рытья траншеи, может использоваться в качестве засыпки. Существенным недостатком захоронения является сложность обнаружения утечки в случае ее возникновения и последующих ремонтных операций.^[41]

Матрасы

Бетонные матрасы на барже

Матрацы можно укладывать поверх трубопровода или как под ним, так и над ним, в зависимости от основания.^[34]

• Матрасы Frond действуют так же, как морские водоросли, и склонны к накоплению песка. Они должны быть прикреплены ко дну, чтобы их не смыло.^[34]
• Бетонные матрасы используются для удержания части трубопровода на месте своим весом и уменьшения размыва. Обычно они достаточно тяжелые, чтобы удерживаться на месте собственным весом, поскольку сделаны из бетонных блоков, связанных между собой веревкой.^[34]
• Также используются комбинированные матрасы из бетонного матраса с накладным матрасом из вайи.^[34]

Анкеры грунтовые

Для предотвращения бокового смещения можно использовать зажимы, удерживающие трубопровод на сваях.^[34]

Седельные блоки

Седельные блоки из сборного железобетона могут использоваться для обеспечения боковой поддержки и более прочного удержания трубопровода.^[34]

Мешки с песком и мешки для раствора

Они могут быть упакованы по бокам или под трубопроводом для обеспечения вертикальной и / или боковой поддержки.^[34]

Отвалы гравия

Гравий можно насыпать на участки трубопровода для уменьшения размыва и стабилизации от бокового смещения.^[34]

Экологические и правовые вопросы

В Конвенция Эспоо создали определенные требования для уведомления и консультаций, если проект может иметь трансграничное воздействие на окружающую среду. Ученые разделились во мнениях о том, насколько Эспоо снижает вред окружающей среде. Закон моря концепции строительства трансграничных трубопроводов касаются территориальных вод, континентальные шельфы, исключительные экономические зоны, свобода открытого моря и защита окружающей среды. Под Международный закон открытое море открыто для всех штатов для принятия закона о подводных трубопроводах и для различных других типов строительства.^[42]

Подводные трубопроводы представляют опасность для окружающей среды, так как сами трубопроводы могут быть повреждены якорем судов, коррозией и т.д. тектонический деятельности, или в результате дефектных конструкций и материалов. Станислав Патин сказал, что исследования воздействия природного газа на подводные экосистемы, рыбу и другие морские организмы были ограниченными. Исследователи обнаружили причинно-следственную связь между массовой гибелью рыбы и утечками природного газа после аварий при бурении в Азовское море в 1982 и 1985 гг.^[42]

Обеспокоенность по поводу экологических рисков подводных трубопроводов неоднократно высказывалась. Произошло как минимум два серьезных инцидента с участием нефтепроводы на Континентальный шельф Великобритании. Также было несколько «незначительных разливов и утечек газа» с участием других Трубопроводы Северного моря. В 1980 году трубопровод был поврежден якорем судна, а в 1986 году из-за изменения давления вышла из строя задвижка трубопровода. Оба инцидента привели к разливу нефти. Несколько стран Балтии выразили озабоченность по поводу Трубопровод Nord Stream. Маршрут подводного трубопровода протяженностью 1200 км пройдет через рыболовные районы Балтийское море, а также район, откуда поступает химическое оружие. Вторая Мировая Война был отброшен.^[42]

Смотрите также

Рекомендации

Библиография

• Бай Ю. и Бай К. (2010) Справочник по подводной инженерии. Gulf Professional Publishing, Нью-Йорк, 919 стр.
• Барретт, П. (2011). «Защита морского трубопровода от ледяного пропахивания морского дна: обзор». Наука и технологии в холодных регионах. 69: 3–20. Дои:10.1016 / j.coldregions.2011.06.007.
• Браун Р.Дж. (2006) Буксировка трубопроводов и стояков в прошлом, настоящем и будущем. В: Материалы 38-й конференции оффшорных технологий (OTC). Хьюстон, США.
• Кроасдейл К., Бин К., Крокер Г., Пик Р. и Верлан П. (2013) Грузовые ящики стамуха для трубопроводов в Каспийском море. Материалы 22-й Международной конференции по портовой и океанической инженерии в арктических условиях (POAC), Эспоо, Финляндия.
• Дин E.T.R. (2010) Морская геотехника - принципы и практика, Томас Телфорд, Рестон, Вирджиния, США, 520 стр.
• Gerwick B.C. (2007) Строительство морских и морских сооружений. CRC Press, Нью-Йорк, 795 стр.
• Палмер А.К. и Бин К. (2011) Геологические опасности трубопроводов в арктических условиях. В: W.O. Маккаррон (редактор), Глубоководные фундаменты и геомеханика трубопроводов, J. Ross Publishing, Форт-Лодердейл, Флорида, стр. 171–188.
• Палмер А. С. и Кинг Р. А. (2008). Подводный трубопроводный инжиниринг (2-е изд.). Талса, США: Pennwell, 624 с.
• Рамакришнан Т.В. (2008) Морское проектирование. Книги генных технологий, Нью-Дели, 347 стр.
• Уилсон Дж. Ф. (2003) Структуры в морской среде. В: Дж. Ф. Уилсон (редактор), Динамика морских сооружений. John Wiley & Sons, Хобокен, Нью-Джерси, США, стр. 1–16.