Помощь студентам в учебе
Обеспечение проектного положения промыслового трубопровода при его переходе через автомобильную дорогу на территории многолетнемерзлых грунтов
|
Введение 11
1 Обзор литературы 13
1.1 ММГ 13
1.2 Проектирование зданий и сооружений на ММГ 15
1.3 Проектирование ТП на ММГ 17
1.4 Мероприятия по стабилизации проектного положения 19
2 Описание объекта анализа 22
2.1 Нормы проектирования переходов через автомобильные дороги 22
2.2 Объект компании N 24
2.3 Мероприятия по осмотру перехода через автомобильную дорогу 26
2.4 Проблематика рассматриваемого участка 26
3 Анализ использованных проектных решений при обустройстве
рассматриваемого перехода ТП через автомобильную дорогу 28
3.1 Замена льдистых грунтов песчаными 28
3.2 Применение теплоизоляции ТП 28
3.3 Прокладка по типу «труба в трубе» 29
3.4 Устройство подземных опор на свайном основании в подземных ТП .... 30
4 Моделирование перехода ТП через автомобильную дорогу 32
4.1 Описание Frost 3D 32
4.2 Особенности моделирования поставленной задачи 33
4.2.1 Особенности теплотехнического расчета 33
4.2.2 Допущения и упрощения при подготовке модели 33
4.3 Решение задачи 34
4.4 Верификация и валидация численного решения 35
6 Расчет защитного футляра на прочность 45
6.1 Результаты анализа исходных данных 45
6.2 Расчеты 45
7 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 48
Введение 48
7.1 Определение состава работ, выполняемых в соответствии с проектным
решением, и оценка их длительности 48
7.2 Планирование и формирование бюджета проведения работ в
соответствии с проектным решением 51
7.2.1 Материальные затраты 51
7.2.2 Фонд оплаты труда и страховые взносы 52
7.2.3 Основные фонды и амортизация 54
7.2.4 Накладные расходы 56
7.2.5 Себестоимость подрядных работ 57
7.3 Определение экономической эффективности проведения работ в
соответствии с проектным решением 58
Вывод по разделу 58
8 Социальная ответственность 62
Введение 62
8.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 62
8.1.1 Правовые нормы трудового законодательства 62
8.1.2 Компоновка рабочей зоны 63
8.2 Производственная безопасность 64
8.2.1 Анализ потенциальных вредных производственных факторов 66
8.2.2 Анализ потенциальных опасных производственных факторов 69
8.3 Экологическая безопасность 71
8.3.1 Защита литосферы 71
8.3.2 Защита гидросферы 72
8.3.3 Защита атмосферы 72
8.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 73
Вывод по разделу 74
Заключение 75
Список публикаций студента 77
Список использованных источников 78
Приложение А (справочное) Описание объекта компании N 84
Приложение Б (обязательное) Результаты теплотехнических расчетов 89
Приложение В (справочное) Порядок прочностного расчета защитного футляра 111
Приложение Г (справочное) Верификация и валидация численного решения 119 Приложение Д (справочное) Сметы по статьям калькуляции 126
1 Обзор литературы 13
1.1 ММГ 13
1.2 Проектирование зданий и сооружений на ММГ 15
1.3 Проектирование ТП на ММГ 17
1.4 Мероприятия по стабилизации проектного положения 19
2 Описание объекта анализа 22
2.1 Нормы проектирования переходов через автомобильные дороги 22
2.2 Объект компании N 24
2.3 Мероприятия по осмотру перехода через автомобильную дорогу 26
2.4 Проблематика рассматриваемого участка 26
3 Анализ использованных проектных решений при обустройстве
рассматриваемого перехода ТП через автомобильную дорогу 28
3.1 Замена льдистых грунтов песчаными 28
3.2 Применение теплоизоляции ТП 28
3.3 Прокладка по типу «труба в трубе» 29
3.4 Устройство подземных опор на свайном основании в подземных ТП .... 30
4 Моделирование перехода ТП через автомобильную дорогу 32
4.1 Описание Frost 3D 32
4.2 Особенности моделирования поставленной задачи 33
4.2.1 Особенности теплотехнического расчета 33
4.2.2 Допущения и упрощения при подготовке модели 33
4.3 Решение задачи 34
4.4 Верификация и валидация численного решения 35
6 Расчет защитного футляра на прочность 45
6.1 Результаты анализа исходных данных 45
6.2 Расчеты 45
7 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 48
Введение 48
7.1 Определение состава работ, выполняемых в соответствии с проектным
решением, и оценка их длительности 48
7.2 Планирование и формирование бюджета проведения работ в
соответствии с проектным решением 51
7.2.1 Материальные затраты 51
7.2.2 Фонд оплаты труда и страховые взносы 52
7.2.3 Основные фонды и амортизация 54
7.2.4 Накладные расходы 56
7.2.5 Себестоимость подрядных работ 57
7.3 Определение экономической эффективности проведения работ в
соответствии с проектным решением 58
Вывод по разделу 58
8 Социальная ответственность 62
Введение 62
8.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 62
8.1.1 Правовые нормы трудового законодательства 62
8.1.2 Компоновка рабочей зоны 63
8.2 Производственная безопасность 64
8.2.1 Анализ потенциальных вредных производственных факторов 66
8.2.2 Анализ потенциальных опасных производственных факторов 69
8.3 Экологическая безопасность 71
8.3.1 Защита литосферы 71
8.3.2 Защита гидросферы 72
8.3.3 Защита атмосферы 72
8.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 73
Вывод по разделу 74
Заключение 75
Список публикаций студента 77
Список использованных источников 78
Приложение А (справочное) Описание объекта компании N 84
Приложение Б (обязательное) Результаты теплотехнических расчетов 89
Приложение В (справочное) Порядок прочностного расчета защитного футляра 111
Приложение Г (справочное) Верификация и валидация численного решения 119 Приложение Д (справочное) Сметы по статьям калькуляции 126
Арктическая зона РФ, по оценкам экспертов, содержит более 85,1 трлн. куб. метров горючего природного газа и 17,3 млрд. тонн нефти. В состав минерально-сырьевого комплекса республики Якутия (Дальний Восток) входят более 645 млн. тонн извлекаемых запасов нефти и более 2,9 трлн. куб. метров природного газа. По представленной статистике видно, что данные регионы является перспективными в плане развития на их территории объектов нефтегазового комплекса.
Меры по развитию Арктики и Дальнего Востока определяются Стратегией и Национальной программой развития Дальнего Востока, Стратегией развития Арктической зоны и Энергетической стратегией РФ [2-5]. Данные меры предполагают разработку технологий по изучению и освоению этих участков, становление инфраструктуры, формирование нефтегазовых минерально-сырьевых центров, повышение уровня газификации субъектов РФ и т.д.
Необходимо здесь отметить основную проблему реализации указанных мер, которая представляет собой сложные инженерно-геологические условия, которые можно отнести ко II и III категориям (по СП 11-105-97, часть I). Примерами таких условий могут послужить невысокие среднегодовые температуры воздуха и широкое распространение ММГ (и связанные с ними процессы: термокарст, солифлюкция, дефляция и прочее [6]). Особое влияние оказывают на надежную работу объектов нефтегазового комплекса сезонные оттаивания и замерзания ММГ.
Из-за температурных колебаний меняются физико-механические характеристики грунта, что приводит к изменению проектного положения сооружений. Результатом таких явлений могут послужить нарушение режима эксплуатации оборудования, авария или инцидент. Чтобы избежать указанных последствий необходимо как на стадии проектирования, так и в процессе непосредственной работы объектов предусматривать решения, обеспечивающие их стабильное проектное положение.
Сырьевая база Арктики и Дальнего Востока, развитие данных регионов РФ, сложные инженерно-геологические условия, присущие указанной местности, и проблемы изменения проектного положения объектов нефтегазовой отрасли из-за их взаимодействия с ММГ определяют актуальность настоящей работы.
В качестве объекта работы выступает переход промыслового трубопровода через автомобильную дорогу на территории распространения ММГ.
Цель работы заключается в выборе проектного решения обустройства перехода трубопровода через автомобильную дорогу. Для реализации поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1) анализ нормативно-технической документации и научной литературы;
2) анализ применяемых технических решений по обеспечению проектного положения трубопровода при его переходе через автомобильную дорогу;
3) выбор проектного решения на основе проведенного анализа;
4) выполнение расчета защитного футляра на прочность.
Меры по развитию Арктики и Дальнего Востока определяются Стратегией и Национальной программой развития Дальнего Востока, Стратегией развития Арктической зоны и Энергетической стратегией РФ [2-5]. Данные меры предполагают разработку технологий по изучению и освоению этих участков, становление инфраструктуры, формирование нефтегазовых минерально-сырьевых центров, повышение уровня газификации субъектов РФ и т.д.
Необходимо здесь отметить основную проблему реализации указанных мер, которая представляет собой сложные инженерно-геологические условия, которые можно отнести ко II и III категориям (по СП 11-105-97, часть I). Примерами таких условий могут послужить невысокие среднегодовые температуры воздуха и широкое распространение ММГ (и связанные с ними процессы: термокарст, солифлюкция, дефляция и прочее [6]). Особое влияние оказывают на надежную работу объектов нефтегазового комплекса сезонные оттаивания и замерзания ММГ.
Из-за температурных колебаний меняются физико-механические характеристики грунта, что приводит к изменению проектного положения сооружений. Результатом таких явлений могут послужить нарушение режима эксплуатации оборудования, авария или инцидент. Чтобы избежать указанных последствий необходимо как на стадии проектирования, так и в процессе непосредственной работы объектов предусматривать решения, обеспечивающие их стабильное проектное положение.
Сырьевая база Арктики и Дальнего Востока, развитие данных регионов РФ, сложные инженерно-геологические условия, присущие указанной местности, и проблемы изменения проектного положения объектов нефтегазовой отрасли из-за их взаимодействия с ММГ определяют актуальность настоящей работы.
В качестве объекта работы выступает переход промыслового трубопровода через автомобильную дорогу на территории распространения ММГ.
Цель работы заключается в выборе проектного решения обустройства перехода трубопровода через автомобильную дорогу. Для реализации поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1) анализ нормативно-технической документации и научной литературы;
2) анализ применяемых технических решений по обеспечению проектного положения трубопровода при его переходе через автомобильную дорогу;
3) выбор проектного решения на основе проведенного анализа;
4) выполнение расчета защитного футляра на прочность.
Нефтегазовая отрасль при освоении Арктической зоны и Дальнего Востока РФ сталкивается и будет сталкиваться со сложными инженерно¬геологическими условиями ввиду распространения на указанных регионах многолетнемерзлых грунтов, протекания геокриологических процессов, наличия суровых климатических условий, сложного рельефа местности и т.д. Следовательно, важной задачей обеспечения безопасной и продолжительной эксплуатации нефтегазовых объектов является принятие соответствующих нормативной документации и подкрепленных необходимыми расчетами проектных решений. И одно из условий бесперебойной работы сооружений - стабильность их проектного положения.
Существует множество решений, направленных на предотвращение отклонений пространственного положения сооружений от установленной нормы: при анализе технической и научной литературы было выявлено как минимум 21 их них. Что касается объекта настоящей работы (переход промыслового трубопровода через автомобильную дорогу), то здесь приведена оценка принятых мероприятий по обеспечению проектного положения трубопровода: каждое их них реализуемо и эффективно, однако основная проблемы выбора заключается в обосновании его экономическим расчетом.
Также была предложена предварительная компоновка проектных решений по устранению имеющийся проблемы рассматриваемого участка после проведения моделирования тепловых воздействий со стороны трубопроводов на вмещающее их основание:
1. Монтаж теплоизоляционного экрана (толщиной 100 мм) на дно и откосы траншеи в месте залегания ТП вне футляра.
2. То же, что и в первом пункте, но дополнительно: закачка криогеля в места установки подземных свай на глубину от 2 м от низа ростверка с учетом дальнейшего растепления грунта для его гидрофобизации и упрочнения с целью снижения вероятных касательных сил морозного пучения.
3. Установка СОУ ТК32/6.М5-03 по первой схеме. Однако возможна реализация и второго способа расстановки термостабилизаторов ввиду большей эффективности.
4. То же, что и в третьем пункте, но дополнительно: закачка криогеля с целью, обозначенной во втором пункте.
Результаты технико-экономического обоснования подтвердили реализацию проектного решения, заключающегося в установке СОУ по второй схеме их компоновки. Данный выбор обусловлен наименьшей относительной себестоимостью (12092 руб.), а также наибольшей эффективностью (глубина оттаивания составляет ноль метров).
Дополнительно в ходе выполнения настоящей работы при анализе стандартов и рассматриваемого перехода было выявлено несоответствие толщины стенки, равной 8 мм, защитного футляра нормативным значениям. По результатам выполнения расчетов на прочность толщина стенки кожуха должна составлять минимум 15 мм.
По итогам верификации и валидации численного решения, полученного во Frost 3D, для рассматриваемого перехода промыслового трубопровода через автомобильную дорогу было определено, что погрешность расчетов глубины естественного оттаивания многолетнемерзлого грунта в программном комплексе относительно фактического замера составляет 13,2%. Отклонение результатов численного моделирования от действительного значения глубины оттаивания, вероятно, связано с недостаточно точной оценкой теплофизических свойств грунта.
Также расчеты по СП 25.13330.2020 целесообразно выполнять с учетом натурным данных, иначе можно наблюдать пессимистическую или оптимистическую картины развития прогнозируемых событий, что приведет к чрезмерным пилотным капиталовложениям либо к увеличению эксплуатационных расходов соответственно.
Существует множество решений, направленных на предотвращение отклонений пространственного положения сооружений от установленной нормы: при анализе технической и научной литературы было выявлено как минимум 21 их них. Что касается объекта настоящей работы (переход промыслового трубопровода через автомобильную дорогу), то здесь приведена оценка принятых мероприятий по обеспечению проектного положения трубопровода: каждое их них реализуемо и эффективно, однако основная проблемы выбора заключается в обосновании его экономическим расчетом.
Также была предложена предварительная компоновка проектных решений по устранению имеющийся проблемы рассматриваемого участка после проведения моделирования тепловых воздействий со стороны трубопроводов на вмещающее их основание:
1. Монтаж теплоизоляционного экрана (толщиной 100 мм) на дно и откосы траншеи в месте залегания ТП вне футляра.
2. То же, что и в первом пункте, но дополнительно: закачка криогеля в места установки подземных свай на глубину от 2 м от низа ростверка с учетом дальнейшего растепления грунта для его гидрофобизации и упрочнения с целью снижения вероятных касательных сил морозного пучения.
3. Установка СОУ ТК32/6.М5-03 по первой схеме. Однако возможна реализация и второго способа расстановки термостабилизаторов ввиду большей эффективности.
4. То же, что и в третьем пункте, но дополнительно: закачка криогеля с целью, обозначенной во втором пункте.
Результаты технико-экономического обоснования подтвердили реализацию проектного решения, заключающегося в установке СОУ по второй схеме их компоновки. Данный выбор обусловлен наименьшей относительной себестоимостью (12092 руб.), а также наибольшей эффективностью (глубина оттаивания составляет ноль метров).
Дополнительно в ходе выполнения настоящей работы при анализе стандартов и рассматриваемого перехода было выявлено несоответствие толщины стенки, равной 8 мм, защитного футляра нормативным значениям. По результатам выполнения расчетов на прочность толщина стенки кожуха должна составлять минимум 15 мм.
По итогам верификации и валидации численного решения, полученного во Frost 3D, для рассматриваемого перехода промыслового трубопровода через автомобильную дорогу было определено, что погрешность расчетов глубины естественного оттаивания многолетнемерзлого грунта в программном комплексе относительно фактического замера составляет 13,2%. Отклонение результатов численного моделирования от действительного значения глубины оттаивания, вероятно, связано с недостаточно точной оценкой теплофизических свойств грунта.
Также расчеты по СП 25.13330.2020 целесообразно выполнять с учетом натурным данных, иначе можно наблюдать пессимистическую или оптимистическую картины развития прогнозируемых событий, что приведет к чрезмерным пилотным капиталовложениям либо к увеличению эксплуатационных расходов соответственно.