Особенности транспорта газа в условиях Крайнего Севера

УДК 622.691(470.1)

ОСОБЕННОСТИ ТРАНСПОРТА ГАЗА В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

Н.А. Шуклина, УГТУ, г. Ухта

Магистральные трубопроводы являются опасными объектами, эксплуатация которых, требует знания большого объема нормативно-технической документации. Магистральные газопроводы, проложенные на территории Крайнего Севера, эксплуатируются в области распространения многолетнемерзлых грунтов.

Нормы и правила, которыми руководствуется проектирование магистральных газопроводов не учитывают напрямую дополнительные продольные деформации, которые, как правило, могут возникнуть при прокладке и эксплуатации магистральных газопроводов в условиях Крайнего Севера. Газопроводы эксплуатируются в суровых природно-климатических условиях. Это, прежде всего широкий интервал температур от +40 ⁰С, в летний период, до -60 ⁰С в зимний период, а также наличие криогенных процессов, речные и болотные переходы, создающие нестабильное напряженно-деформированное состояние (НДС).

Большее свое время линейная часть газопровода имеет взаимодействие с мерзлыми грунтами, в остальное же время со слабонесущими грунтами. В теплое время года, имеют место немалые поперечные перемещения упругой оси газопровода. В зимнее время газопроводы подвергаются большим продольным усилиям растяжения. В связи с этим условия устойчивости газопроводов, которые возводятся в местах с многолетнемерзлыми грунтами, а также характер преобразования мерзлотной обстановки при строительстве и эксплуатации определяются условиями грунта и условиями мерзлоты.

Во время эксплуатации газопроводов смена естественных геокриологических условий происходит нарастание одних геокриологических процессов, негативно влияющих на газопровод, и активация других, таких как пучение грунтов, термокарст, морозобойкое растрескивание, солифлюкция, формирование повторно-жильных льдов (ПЖЛ) и термокарст по ПЖЛ.

Зачастую, каждый из вышеперечисленных процессов характеризуется сочетанием различных факторов. Так пучение происходит при промерзании увлаженных пылеватых песков, глинистых и суглинистых грунтов. Развивается двумя путями: при промерзании сверху зимой или при промерзании из-за холодного трубопровода при отрицательных температурах транспортируемого продукта (газа). Из-за промерзания сверху массив льда, образовавшийся и смерзший с верхней образующей трубопровода, продавливает трубопровод вниз, в талые грунтовые слои. В весенний период, во время оттаивания избыточное давление выдавливает трубопровод на дневную поверхность.

Термокарст активизируется при протаивании высокольдистых грунтов, при эксплуатации трубопроводов с «теплым» режимом продукта возникает смена температурных условий в мерзлом грунте. Газопровод своим отепляющим воздействием приводит к обводнению и осадке грунтов. По мере увеличения ореола оттаивания вокруг трубы увеличивается выталкивающая сила, в результате трубопровод всплывает.

В районах с суровыми климатическими условиями распространено такое явление как морозобойкое растрескивание, которое представляет собой образование и рост трещин в породах в осенне-зимний период. Затекшая в трещины и замерзшая в ней вода при весеннем таянии снега является основой образования полигонально-жильных льдов. При воздействии тепла и сил гравитации развивается процесс солифлюкции, в виде вязкопластических течений увлажненных тонкодисперсных грунтов и приводит к разрушению обваловки и оголению газопровода.

Одна из особенностей грунтов оснований МГ Крайнего Севера – засоленность. Основные типы засоления: морской (хлоридно-натриевое засоление), континентальный (хлоридно-сульфатное засоление), техногенный. Грунты с наличием засоленности обуславливаются смещением температуры фазовых переходов в сторону отрицательных значений. Из-за смещения имеет место существование «вялой» мерзлоты даже при отрицательных значениях температуры пород, что негативно влияет на несущую способность и требует специальных технических средств термостабилизации грунтов и технологий.

Все вышеописанные процессы негативно влияют на эксплуатационную надежность магистральных газопроводов из-за того, что теряется устойчивость литотехнической системы и, как правило, данные процессы приводят к выпучиванию, всплытию, «оголению» трубопровода или прямому деформационному воздействие на трубопровод.

Тепловое влияние газопровода на ММГ обуславливает потерю его устойчивости и активизации негативных геокриологических процессов. Если температура транспортируемого продукта положительна, то вокруг трубы возникает эффект растепления с формированием талых ореолов. Однако, если температура транспортируемого продукта отрицательна, то развивается процесс пучения, сопровождаемый потерей устойчивости газопровода и его выпучиванием. В результате такой потери устойчивости формируется неблагоприятное НДС в трубе.

Согласно классификациям Э.Д. Ершова и В.А. Кудрявцева, есть три основные группы методов управления мерзлотным процессом:

1. Воздействие на параметры внешнего теплообмена (радиационный баланс, тепловой баланс). Регулируют радиационный баланс изменяя угол наклона поверхности и экспозицию, прозрачность атмосферы при помощи насаждений, устройства навесов. Регулируют тепловой баланс при помощи: применение теплоизоляционных материалов; изменение мощности снежного и растительного покрова и др.

2. Регулирование теплообмена в грунте. Направлены на изменение свойств (льдистость, влажность), состава, теплового таяния пород (температура фазовых переходов и температурный режим).

3. Изменение теплового состояния грунтов и температурный режим благодаря источникам «тепла» / «холода». Эти источники бывают искусственными и естественными.

Скачано с www.znanio.ru