Прокладка труб в вечной мерзлоте
Энциклопедия технологий
Проблемы
Вечномерзлые, или многолетнемерзлые, грунты широко распространены в северных регионах Российской Федерации. Считается, что вечная мерзлота — это наследие последнего ледникового периода, и она постепенно (в геологическом смысле) тает. Прочностные свойства грунтов связаны с долей льда в них и температурой: чем она ниже, тем их прочностные свойства выше. Содержание льда в них может колебаться в весьма значительных пределах: они могут быть как достаточно сухими, так и весьма льдистыми, вплоть до состояния грязного льда.
Распространение многолетней мерзлоты может быть сплошным, на глубину сотен метров от поверхности, или же прерывистым — в виде отдельных линз. Мерзлота весьма чувствительна к изменениям температурного режима: нарушение слабого поверхностного растительного слоя, например, гусеницами вездеходов или бульдозеров приводит к стремительному таянию мерзлоты, разрушению ее структуры и образованию огромных полей протаивания.
Таким образом, при прокладке трубопроводов инженеры сталкиваются с двоякой задачей: им нужно проложить трубопроводы в среде, которая в ненарушенном состоянии обладает высокими прочностными и несущими свойствами, но в случае изменения теплового режима может быстро превратиться в болото. При этом сами трубопроводы могут быть источниками тепла, разрушающего структуру грунтов основания.
Решения
На этапе проектирования необходимо определиться: где на трассе трубопровода будут сохраняться естественные условия залегания мерзлых грунтов, а где допустимо нарушение их залегания. Все решения возможны лишь при тщательном и всестороннем анализе технических возможностей по прокладке трубопровода по выбранной трассе и при всестороннем экономическом сравнении предложенных вариантов.
В частности возможно строительство трубопровода над поверхностью земли, на специальных опорах, укладка его на поверхность земли с созданием специальной грунтовой подушки и траншейным способом. Один трубопровод может иметь самые разные участки прокладки.
Трубопровод на опорах будет испытывать значительные перепады температур, в связи с чем повышаются требования к качеству стали самого трубопровода и его опор. В ряде случаев может потребоваться применение опор особого типа, запасающих холод в зимний период, чтобы сохранить мерзлоту летом, так называемые сезонные охлаждающие устройства — СОУ. Яркий пример нефтепровода на сваях — «Заполярье-Пурпе».
При строительстве насыпей, на которые укладываются трубопроводы, надо использовать так называемый сыпучемерзлый грунт, то есть грунт с низким содержанием частиц льда. Необходимо применять специальные теплоизоляционные материалы и использовать трубы с термоизоляцией заводского производства.
Чтобы исключить вероятность всплытия трубопроводов, следует производить их балластировку или укрепление анкерами, в том числе вмораживаемыми на глубину, гарантирующую отсутствие оттаивания. Во всех случаях желательно использовать СОУ, чтобы предотвратить оттаивание мерзлых грунтов, особенно в зоне установки опорных элементов или анкеров.
Q+A Что известно на данный момент об утечках из газопровода Nord Stream
[1/2] Логотип Nord Stream виден в штаб-квартире Nord Stream AG в Цуге, Швейцария, 1 марта 2022 г. REUTERS/ Арнд Вигманн
ЛОНДОН, 27 сентября (Рейтер) – Необъяснимые утечки газа, обнаруженные в газопроводах «Северный поток 1» и «Северный поток 2» из России в Германию, побудили европейские страны провести расследование причин, включая возможный саботаж. читать дальше
Вооруженные силы Дании во вторник опубликовали видео, на котором видно, как пузыри устремляются к поверхности Балтийского моря над трубопроводами, и заявили, что крупнейшая утечка газа вызвала возмущение поверхности более 1 километра в диаметре.
Вот разбивка того, что известно на данный момент:
ЧТО ПРОИЗОШЛО?
Оператор газопровода «Северный поток — 2» сообщил о внезапном падении давления в ночь на понедельник, а его представитель предположил, что могла быть утечка.
За этим последовало заявление Управления энергетики Дании о том, что утечка, вероятно, произошла в одном из двух трубопроводов «Северного потока — 2», проходящих в датских водах.
Через несколько часов компания Nord Stream AG, оператор еще одного подводного газопровода из России в Германию, заявила, что изучает падение давления в газопроводе Nord Stream 1. читать далее
Последние обновления
ЕвропакатегорияНеожиданный результат: левые Италии выбирают Элли Шляйн, чтобы восстановить партию, статья с изображением
АфрикакатегорияМакрон летит в Африку, чтобы противостоять ослабевающему французскому влиянию, статья с изображением
6 900 ПодробнееМорское управление Швеции заявило во вторник, что оно предупредило о двух утечках на газопроводе «Северный поток-1» в шведских и датских водах.
Каждая нитка трубопровода состоит из около 100 000 стальных труб с бетонным покрытием весом 24 тонны, уложенных на морское дно. По данным Nord Stream, трубопроводы имеют постоянный внутренний диаметр 1,153 метра.
Разрезы залегают на глубине около 80-110 метров.
ГДЕ УТЕЧКИ?
На газопроводе «Северный поток-1», по которому в прошлом месяце прекратились поставки газа в Европу, обнаружены две утечки, обе в районе к северо-востоку от датского острова Борнхольм.
Власти Дании попросили суда держаться подальше от Борнхольма в радиусе пяти морских миль после утечки из газопровода «Северный поток — 2», который еще не запущен в коммерческую эксплуатацию. План использовать его для поставок газа был отменен Германией за несколько дней до того, как в феврале Россия ввела войска в Украину.
Оба трубопровода все еще содержат газ под давлением.
ЧТО ПРИЧИНИЛО УТЕЧКИ?
Пока не ясно. Аналитики и эксперты говорят, что такие утечки случаются очень редко, а компания Nord Stream AG назвала утечки на трех нитках морских газопроводов «беспрецедентными».
Возможные причины варьируются от технических неисправностей, отсутствия технического обслуживания до возможного саботажа.
Кремль заявил, что не исключает саботажа как причины ущерба, добавив, что это проблема, затрагивающая энергетическую безопасность «всего континента». читать дальше
Премьер-министр Польши заявил, что утечки были актом саботажа, а глава Дании заявил, что этого нельзя исключать.
Европейская комиссия заявила, что преждевременно спекулировать.
Немецкий центр геологических исследований GFZ сообщил во вторник, что сейсмограф на Борнхольме показал всплески в 00:03 по Гринвичу и 17:00 по Гринвичу в понедельник, когда произошли потери давления.
КТО ВЕДЕТ РАССЛЕДОВАНИЕ?
Что касается утечки из «Северного потока-2», глава Датского энергетического агентства Кристоффер Ботцау сказал Рейтер, что еще слишком рано говорить, кто будет проводить расследования, и никто еще не осматривал трубопровод.
Вооруженные силы Швеции, Береговая охрана, Морская администрация Швеции и другие соответствующие органы принимают необходимые меры, заявил премьер-министр Швеции.
Германия в понедельник заявила, что координирует ответные действия с полицией, местными властями и энергетическим агентством.
ПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ?
Утечка газа из поврежденного газопровода «Северный поток — 2» в Балтийском море будет продолжаться в течение нескольких дней и, возможно, даже недели, заявили в Датском энергетическом управлении.
Вооруженные силы Дании опубликовали видео, на котором видно, как пузыри устремляются к поверхности Балтийского моря над трубопроводами «Северный поток 1» и «Северный поток 2», и заявили, что крупнейшая утечка газа вызвала поверхностное возмущение диаметром более 1 километра.
Суда могут потерять плавучесть, если войдут в зону, и может возникнуть риск воспламенения вытекшего газа над водой и в воздухе, но рисков, связанных с утечкой за пределами зоны отчуждения, не было, говорится в сообщении.
Утечка затронет только окружающую среду в районе расположения газового шлейфа в толще воды, а выделяющийся парниковый газ метан окажет разрушительное воздействие на климат.
Власти Дании попросили повысить уровень готовности в энергетическом и газовом секторе Дании после утечек, что потребует усиления мер безопасности для энергетических установок и объектов.
Сообщение Нины Честни и бюро Рейтер; Под редакцией Александра Смита
Наши стандарты: Принципы доверия Thomson Reuters.
Где газопроводы подвергаются наибольшему риску повреждения из-за морозов
Морозы ежегодно угрожают целостности газопроводов. Хотя когда-то это казалось проблемой, зарезервированной для северных районов, суровые погодные явления, такие как историческое резкое похолодание, охватившее центральную и южную часть США более чем на неделю в феврале, показывают, что даже трубы в субтропическом климате не защищены от мороза и его холода.
последствия.Мероприятия по мониторингу и смягчению последствий могут снизить вероятность повреждения газопровода, вызванного морозной погодой. Но определение правильных действий — например, визуальный осмотр участка трубопровода вместо его полной замены — скорее всего, будет зависеть в первую очередь от вероятности того, что морозная погода повлияет на ваши активы.
Чтобы помочь вам предотвратить повреждение трубопровода, ознакомьтесь с этой информацией о том, почему морозная погода вызывает утечку или разрыв газопровода, а также о районах, в которых морозная погода наиболее вероятна.
Почему морозная погода приводит к повреждению трубопровода
При замерзании вода расширяется примерно на 9 процентов. Когда вода замерзает под землей, это вызывает состояние, называемое морозным пучением, которое представляет собой вздутие почвы вверх. Морозные пучения могут повредить дороги, фундаменты зданий, железнодорожные пути и, да, системы газопроводов.
Согласно данным Администрации по безопасности опасных материалов трубопроводов (PHMSA), за период с 1984 г.
по середину 2014 г. морозное пучение стало причиной 82 процентов всех случаев повреждения в холодную погоду. Второй по значимости причиной происшествий является скопление или движение снега, на долю которых приходится 11 процентов повреждений.Когда морозная погода приводит к повреждению подземного газопровода
Можно предположить, что чем ниже общая температура, тем больше вероятность возникновения морозного пучения или накопления снега и повреждения. Но, согласно отчету Института газовых технологий (ГТИ) «Оценка воздействия мороза на чугунные трубы», среднесуточная температура не является лучшим погодным индикатором повреждений от замерзших труб.
Исследователи GTI изучили записи баз данных утечек из четырех округов восточного Массачусетса в зимние месяцы с 2001 по 2012 год и обнаружили корреляцию между «морозными днями» — количеством дней в месяце с высокой дневной температурой ниже 32 градусов по Фаренгейту — и повреждение трубопровода. Их исследования показали, что подавляющее большинство повреждений газопроводной системы (90 процентов) произошло как минимум после пяти дней замораживания.
Это означает, что один или два холодных дня вряд ли приведут к повреждению трубопровода, но вероятны утечки и разрывы после недельного периода устойчивого замерзания.
Там, где устойчивые заморозки происходят чаще всего
Недавние морозы, приведшие к остановке Техаса, показывают, что критически важные объекты инфраструктуры по всей Северной Америке уязвимы для суровых погодных явлений. По данным Washington Post, например, в Оклахома-Сити температура была ниже 20 градусов по Фаренгейту в течение 210 часов — почти девять дней.
Прочтите: ваш штат следующий? Техас подвергает риску общенациональную инфраструктуру
С каждым годом морозные погодные явления становятся все более частыми и масштабными. Согласно нашему анализу, 87 городов США испытали по крайней мере один приступ из пяти и более последовательных дней заморозков каждый год в течение последних пяти лет. (Мы будем называть эти периоды продолжительностью пять или более последовательных морозных дней «устойчивыми морозами».
)В настоящее время системы газопроводов, подвергающиеся наибольшему риску повреждения из-за морозной погоды, в основном находятся на Северном Среднем Западе. Тридцать четыре города в семи штатах (Айова, Мичиган, Миннесота, Монтана, Северная Дакота, Южная Дакота, Висконсин) пережили 10 или более периодов устойчивых заморозков за последние пять лет. На приведенной ниже диаграмме показано среднее количество устойчивых заморозков в каждом городе в год, а также среднее общее количество дней заморозков в году.
Маркетт, Висконсин, имел наибольшее количество периодов устойчивого замерзания, в среднем шесть таких случаев в год. В городе в среднем 95 дней в году с высокой температурой ниже нуля. (Это больше четверти года!) Ниже приведены данные о высокой дневной температуре в городе за последние пять лет.
Гранд-Форкс, Северная Дакота, связаны с рядом городов по среднему количеству периодов устойчивых заморозков за последние пять лет. Но он является рекордсменом по самому продолжительному периоду устойчивого замораживания.
В 2019 году, высокая температура в городе была ниже 32 градусов по Фаренгейту в течение 62 дней! См. приведенную ниже диаграмму.Миннеаполис имел в среднем 61 день ниже нуля и в среднем три периода устойчивых заморозков в год. По оценкам переписи населения США, по состоянию на 1 июля 2019 года в Миннеаполисе проживало почти 430 000 человек, что делает его самым густонаселенным из 34 городов, которые регулярно испытывают устойчивые заморозки. Это означает, что утечки и прорывы в подземных газопроводах города имеют самый высокий риск тяжелых последствий. В случае морозной погоды это может привести к гибели жителей.
Другие факторы, способствующие повреждению труб в морозную погоду
Было бы ошибочным полагать, что все подземные газопроводы в равной степени подвержены повреждениям в морозную погоду. По данным PHMSA, тип почвы и глубина трубопровода, материалы, возраст и размер — все это влияет на общую уязвимость трубопровода.
- Тип почвы: Илистые и суглинистые почвы «подвержены морозному пучению».
- Глубина трубопровода: Системы газопроводов, проложенные глубже в землю, менее подвержены морозному пучению, поскольку движение обычно происходит ближе к поверхности.
- Материал трубопровода: Стальные, чугунные или кованые трубы наиболее подвержены протечкам или разрывам в морозную погоду, в то время как пластиковые и другие материалы менее вероятны. По данным PHMSA, по состоянию на 2019 год в США насчитывалось 21 273 основных мили чугунных или кованых труб.
- Возраст трубопровода: Подземные газопроводы, проложенные до 1950 года, имеют непропорционально высокую подверженность проблемам из-за морозной погоды. Считается, что это связано с низкой низкотемпературной пластичностью сталей той эпохи, а также с методами, использовавшимися для соединения труб (ранняя электродуговая сварка, сварка ацетиленом, муфты и резьбовые муфты).
- Размер трубопровода: Исследователи GTI обнаружили, что трубопроводы меньшего диаметра имеют больше разрывов. Подземные газопроводы диаметром не менее 18 дюймов не имели разрывов.
Владельцы и операторы объектов газовой инфраструктуры, особенно те, которые находятся в районах с периодами устойчивого замерзания, должны ссылаться на свои записи, чтобы определить подземные газопроводы с наибольшей уязвимостью, чтобы определить соответствующие меры по предотвращению ущерба инфраструктуре. Владельцы и операторы за пределами районов, где регулярно происходят устойчивые заморозки, должны сделать то же самое. Как мы видели в Техасе, одно серьезное погодное явление может привести к разрушительным последствиям для энергосистемы.
Предотвращение будущего повреждения подземного газопровода из-за морозной погоды
От лесных пожаров на западе до ураганов на востоке и торнадо в промежутке между ними суровые погодные явления становятся все более экстремальными и происходят все чаще. Хотя подземные газопроводы на севере Среднего Запада в наибольшей степени пострадали от устойчивых заморозков за последние пять лет, холодная погода может и будет проникать в исторически более теплый климат.
- Тип почвы: Илистые и суглинистые почвы «подвержены морозному пучению».
последствия.
по середину 2014 г. морозное пучение стало причиной 82 процентов всех случаев повреждения в холодную погоду. Второй по значимости причиной происшествий является скопление или движение снега, на долю которых приходится 11 процентов повреждений.
)
В 2019 году, высокая температура в городе была ниже 32 градусов по Фаренгейту в течение 62 дней! См. приведенную ниже диаграмму.
Подземные газопроводы диаметром не менее 18 дюймов не имели разрывов.