Ликвидация аварий и ремонт подводных трубопроводов - Забела К.А.

Автор: Забела К.А.
Теги: рудничный (шахтный) транспорт доставка по лаве, откатки по штрекам, подъем по стволам транспорт по поверхности строительство ремонт водоснабжение трубопроводы
Год: 1986
Похожие
Проектирование открытых гидро-механизированных и дражных разработок месторождений
Трубопроводный транспорт нефти. Том2
Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов.
Проектирование и устройство фундаментов на намывных песчаных грунтах
Текст
                    62Z.f'J
2 - /О
БИБЛИОТЕКА СТРОИТЕЛЯ	О
МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
К. А. ЗАБЕЛА
ЛИКВИДАЦИЯ
АВАРИЙ
И РЕМОНТ
ПОДВОДНЫХ
ТРУБОПРОВОДОВ
I
МОСКВА НЕДРА 1986
G2.Z.&3:!.‘/.003-64 (204У)
УДК 622.692.4.67(204.1/.2)
Забела К. А. Ликвидация аварий и ремонт подвод-
ных трубопроводов.’—М.: Недра, 1986. 148 с. (Б-ка
строителя магистральных трубопроводов).
Освещены вопросы взаимодействия подводных пе-
реходов с окружающей средой в зависимости от степе-
ни заглубления трубопровода в грунт, качества материа-
ла трубы и состояния изоляции. Даны рекомендации ио
прогнозированию и ликвидации размывов подводных пе-
реходов. Проанализированы, причины отказов подводных
переходов и рекомендованы способы их устранения. Опи-
сана технология ремонта трубопроводов с подъемом и
без подъема труб на поверхность воды. Рассмотрены
принципы организации и планирования подводно-техни-
ческих работ при эксплуатации подводных переходов.
Уделено внимание вопросу охраны водоемов от загряз-
нений.
Для инженерно-технических работников, занимаю-
щихся проектированием, строительством, эксплуатацией
и ремонтом подводных трубопроводов.
Табл. 11, ил, 49, список лит. — 24 назв.
Рецензент — О. Б. Шадрин, д-р техн, наук
(Уфимский нефтяной институт)
luB. A,	.
-г---Ц
3608000000—195
------------- 389—86
043(01)—86
© Издательство «Недра», 1986 /
3
ГЛАВА 1
УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ и отказы
ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОДВОДНОГО ПЕРЕХОДА
С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ
В зависимости от конструкции, условий работы, шири-
ны водной преграды, а также с учетом требований без-
опасности для окружающей среды подводные переходы
подразделяют на ряд категорий. Такая классификация
в какой-то мере определяет взаимоотношение подвод-
ного перехода с окружающей средой. Отклонения от
действующих нормативов приводят к снижению его на-
дежности.
При строительстве и эксплуатации подводного пере-
хода для обеспечения его устойчивости- требуется пре-
дусматривать меры по сохранению экологического рав-
новесия водоема, исключающие серьезные размывы
трубопровода. Несоблюдение их в процессе сооружения
переходов нефтепроводов через реки (особенно многони-
точных) может привести к переформированию русла и
размыву трубопроводов, лежащих ниже по течению я
уже уложенных на проектные отметки. Для их нор-
мальной эксплуатации пришлось бы выполнить допол-
нительные дорогие и трудоемкие дноуглубительные ра-
боты.
Анализ предаварийных ситуаций и аварий на подвод- <
ных переходах за последнее десятилетие в отечествен-
ной и мировой практике свидетельствует о том, что при-
чинами их возникновения могут быть различные факто-
ры: внутреннее давление перекачиваемого продукта;
изгиб на неровностях рельефа дна; случайные механи-
ческие воздействия якорей, волокуш, проходящих судов;
колебания. подводных трубопроводов под воздействием
потока воды при размывах дна и т. д. Одни из этих на-
грузок носят случайный и кратковременный характер,
другие развиваются во времени и действуют в течение
длительного периода. V
Взаимодействие подводного трубопрбвода с окружа-
ющей средой зависит от степени заглубления его в дно
водной преграды, качества несущего материала трубы,
1* Зак. 488
3
состояния изоляции, а также от характеристики грунта
на дне.
При строительстве подводных переходов разработ-
ка береговых траншей глубиной до 15 м на расстоянии
50—100 м от уреза воды часто приводит к необратимым
деформациям берегов в створе перехода. При диаметре
трубопровода 1020 мм ширина траншеи для одной нит-
ки составляет 30 м и более. Нарушение сложившегося
русла реки оказывает существенное влияние на гидрав-
лику потока и вызывает интенсивные деформации, ко-
торые, в свою очередь, приводят к размыву и оголению
трубопровода в приурезной или русловой части. На
ряде переходов береговые траншеи остаются незасыпан-
ными, что приводит к образованию искусственных
оврагов.
Одна из причин аварий подводных переходов —
размыв ложа трубопровода в результате эрозии дна.
Возможны общая эрозия, в результате которой проис-
ходит боковое смещение трубопровода и его поврежде-
ние, и местная эрозия, вызываемая взаимодействием
трубопровода с потоком воды, обтекающим его (на
провисающем участке происходит вибрация трубопро-
вода и возникают усталостные явления в материале
трубы из-за знакопеременных нагрузок в результате
воздействия гидродинамической силы). Интенсивность
эрозии зависит от характеристик грунта, залегающего
на дне водоема. Известно, что ложе водотоков в ос-
новном состоит из зернистых грунтов естественного
происхождения (пески, галечник и др.), не облада-
ющих силами сцепления. Пористость песчаных грунтов
зависит от степени укладки зерен, степени дисперсно-
сти частиц и уплотнения зерен и обычно составляет
28—35%.
По крупности зерен грунтов, находящихся в ложе
водоема, можно при необходимости рассчитать устой-
чивость дна, а также выбрать способы укрепления
грунтов для защиты трубопроводов от размывов.
При решении задач, связанных с размывом подвод-
ных переходов трубопроводов, необходимо знать, как
распределяются скорости в придонном слое потока, а
также неразмывающие и размывающие скорости.
Общепризнано, что процессы переноса потоком
твердых частиц во взвешенном состоянии — следствие
турбулентности движущейся воды. Турбулентный по-
ток, кроме главного (продольного) направления, про-
изводит также поперечные перемещения масс жидко-
4
сти, которые являются главной причиной переноса
твердых частиц из нижних слоев в верхние. Это дости-
гается за счет потока постоянных импульсов, возника-
ющих в придонном слое воды. Число частиц зависит
от вероятности возникновения повышенных скоростей
пульсации: чем интенсивнее пульсация скоростей, тем
выше поднимаются частицы. Так как пульсация проис-
ходит постоянно, то и процесс движения твердых ча-
стиц является непрерывным. На твердую частицу, рас-
положенную на дне, со стороны верхнего бьефа дей-
ствует лобовая сила, а снизу — подъемная. С тыловой
стороны, сверху и сбоку наблюдаются области пони-
женного давления. Лобовая и подъемная силы зависят
от скорости течения, плотности воды, формы и плотно-
сти частиц.
Существует некоторый предел скорости течения,
при которой частицы не переносятся потоком воды. Эта
скорость течения называется неразмывающей. С неко-
торой степенью приближения можно определить соот-
ношение между размывающими и неразмывающими
скоростями: op=l,4uH. Более точное соотношение мож-
но установить методом теории вероятностей, а также
при сопоставлении кривых распределения пульсацион-
ных скоростей с кривыми распределения насосов.
Несколько иначе происходит размыв дна, сложен-
ного связными глинистыми породами, которые пред-
ставляют собой полидинамические системы, состоящие
из частиц различной крупности. Наиболее активную
роль играют глинистые частицы диаметром менее
0,002 мм, которые составляют около 30% этой системы.
Глинистые породы активно взаимодействуют с водой,
которая изменяет степень подвижности частиц и их
пластичность. Однако при воздействии внешних уси-
лий трещины в породе не образуются.
Дно русл, сложенных глинистыми грунтами, размы-
вается по-разному, что зависит от режима работы вод-
ной преграды. Например, при прочих равных условиях
каналы, работающие на переменном режиме, размыва-
ются интенсивно, а на постоянном — менее интенсивно
или не размываются совсем.
Еще одна из причин аварий подводных переходов —
деформация береговой линии. Изменение прочностных
и структурных свойств грунтов в период строительства
приводит к нарушению равновесия береговой зоны. Не-
редко во время эксплуатации, особенно первоначально,
наблюдаются локальные разрушения ее, которые яв-
5
ляются результатом воздействия водного потока и
атмосферных осадков на грунт с нарушенной структу-
рой^Так, характеристики грунтов, из которых сложе-
ны берега рек Тром-Еган, Ватинский Еган, Почечуйка,
Иртыш, резко изменились через несколько лет после
окончания строительства: сопротивление грунта сдви-
гу уменьшилось в 1,5 раза, сцепление — в 10 раз, а
пористость увеличилась в 1,3 раза. Возрос коэффициент
фильтрации грунтов.
Во время паводков, а также при воздействии грун-
товых вод в результате разрыва структурных связей
происходит нарушение устойчивости земляных масс в
береговой зоне. Процессы нарушения береговой зоны
возникают и при стеснении «живого» сечения реки, у
В случаях, когда перемежаются пласты суглинков
и водонасыщенных песков, нередко создаются условия,
благоприятные для образования локальных оползневых
явлений в зоне расположения магистральных трубо-
проводов.
V На подводный трубопровод может воздействовать
поток воды. Внешние нагрузки от воздействия потока
на подводные трубопроводы возникают при свободном
обтекании и обтекании трубопровода, лежащего на дне.
Основное условие, обеспечивающее устойчивость
трубопровода на дне, следующее: равнодействующая
вертикальных сил и сил, выталкивающих трубопровод
на поверхность, должна быть достаточной для проти-
водействия горизонтальным силам, смещающим трубо-
провод в сторону.
Трубопровод, уложенный в траншею и засыпанный
грунтом, во время шторма может размыться. Этот про-
цесс ускоряется за счет различной пористости грунта
обратной засыпки и грунта, _ окружающего траншею.
Трубопровод в результате постепенного размыва грун-
та обнажается. Под воздействием донного течения в
сочетании с волнами создается перепад давлений, спо-
собствующий вымыванию грунта вокруг трубопровода.
В результате этого образуются безопорные участки
трубопровода, на которых подводные течения вызыва-
ют колебания, приводящие к изгибам трубопровода.
Поток воды, перпендикулярный к оси трубопровода,
образует за трубопроводом завихрения. Частота их
образования зависит от скорости течения и диаметра
трубопровода. Эти завихрения создают перепад давле-
ния, а следовательно, и колебания, приводящие к ви-
6
брации трубопроводов, которая характеризуется слож-
ной траекторией.
При определенной скорости' обтекающего трубопро-
вод потока режим его становится турбулентным. В
этом случае происходит отрыв потока от поверхности
трубопровода, сопровождающийся завихрениями. При
отрыве потока со стороны верхней образующей возни-
кает подъемная сила, действующая на трубопровод с
образованием прогиба вниз. Затем происходит отрыв
потока со стороны нижней образующей, вызывающий
перемещение трубопровода вверх. Частоты образования
завихрений собственных колебаний трубопровода и
колебаний его, вызываемых завихрениями, связаны
между собой. Если сверху и снизу трубопровода зави-
хрения появляются одновременно, то возникает сила,
вызывающая колебания трубопровода в направлении
потока. Механизм перемещения трубопровода в обоих
случаях связан с периодическим изменением положения
точек, в которых происходит отрыв потока от поверх-
ности трубопровода.
О. Б. Шадриным [4] установлено, что механизм ко-
лебаний подводных трубопроводов представляет собой
гидроупругое явление, и зависит от гидродинамических
упругих инерционных сил сопротивления колеблющей-
ся системы, а также от режима обтекания (числа Рей-
нольдса) и типа шероховатости поверхности трубопро-
вода. Однако влияние этих сил друг на друга изучено
недостаточно.
Зная механизм воздействия потока на трубопровод
и пользуясь теорией обтекания тел равномерным уста-
новившимся потоком, приближенно можно рассчитать
силовое воздействие на трубопровод постоянно действу-,
тощих течений и оценить устойчивость трубопровода на
дне. Это необходимо для того, чтобы определить целе-
сообразность его заглубления, пригрузки или анкеров-
ки в процессе эксплуатации. В соответствии с теорией
обтекания тела равномерным потоком воды [18] гори-
зонтальная сила Fx, действующая на подводный трубо-
провод, определяется по формуле
Fx = ± CxDHp-£- ,
2	S
где Сх— коэффициент лобового сопротивления, завися-
щий от формы и состояния трубопровода, вязкости во-
ды и скорости течения; D„ — проекция 1 м трубопрово-
да, покрытого изоляцией, футеровкой (бетоном) и
7
обрастателями, на плоскость, перпендикулярную к на-
правлению течения потока; р — плотность воды; v —
скорость течения; g — ускорение свободного падения,
равное 9,81 м/с2.
На подводный трубопровод действует и подъемная
сила, направленная вертикально,
FtJ=l-CyDnp*-t
2	g
где Су — коэффициент подъемной силы.
При рассмотрении вопроса о взаимодействии под-
водного трубопровода с окружающей средой необходи-
мо учитывать работу покрытия, защищающего металл
от коррозии. Она может быть оценена рядом критериев,
определяющих механическую прочность, водостойкость,
абразивную стойкость, электрическую прочность.
Таким образом, взаимодействие подводного перехо-
да трубопровода с окружающей средой—-сложное яв-
ление, оцениваемое в зависимости от поставленной за-
дачи с помощью различных критериев.
При определении продольной устойчивости трубо-
провода на дне водной преграды следует учитывать
гидрологический режим русла, характер грунтовых ус-
ловий, степень заглубления его в грунт. Если трубопро-
вод размыт, учитывают динамическое воздействие по-
тока, колебания трубопровода (вместе с присоединен-
ной массой воды), устойчивость берегов в зоне ополз-
ней, местные размывы, приводящие к критическим
деформациям, а также взаимодействие изоляции трубо-
провода с непрерывно передвигающимися по дну водо-
тока частицами грунта.
Несоответствие условий эксплуатации требованиям
надежности приводит к авариям, которые сопровожда-
ются простоями оборудования и вызывают загрязнение
водоемов, т. е. наносят вред окружающей среде.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ ПОДВОДНЫХ
ПЕРЕХОДОВ
Отказы возникают в тех случаях, когда несущая спо-
собность стенок трубопроводов оказывается меньше
действующих нагрузок. Прежде всего, они объясняют-
ся низким качеством строительства и несоблюдением
правил технической эксплуатации. Повреждения трубо-
проводов могут быть связаны с размывами русл, тем-
пературными перепадами, коррозией и т. д. По своему
8
характеру отказы подводных переходов магистральных
трубопроводов могут быть мелкими, средними и круп-
ными. Кроме того, их подразделяют на аварии и по-
вреждения. V
\/При авариях происходит разрушение трубы или за- v
порной арматуры, наблюдаются значительные потери
продукта, прекращается его перекачка. Аварии подраз-
деляют на две категории: I — прекращение перекачки
на 24 ч, материальный ущерб свыше 5 тыс. руб.; II —
соответственно 8—24 ч и 0,5—5 тыс. руб.
Повреждение связано с нарушением герметичности V
подводного перехода и запорной арматуры (свищи, не-
большие трещины, пробои прокладок и сальниковых
уплотнений) и характеризуется незначительными поте-
рями перекачиваемого продукта.
Анализ аварий позволил выявить следующие виды
разрушений: сквозные локальные поражения на малой
площади (свищи),образующиеся в результате коррозион-
ного износа трубопровода; разрывы тройниковых соеди-
нений в местах врезки отводов в основную нитку. Наибо-
лее опасными считаются разрывы труб, так как при этом
теряется большое количество продукта. Свищи (одиноч-
ные и групповые) характеризуются сквозными проржав-
лениями площадью до 5 мм2. Групповые свищи обычно
появляются в трубопроводах с некачественной изоляцией
или в трубопроводах, которые проложены в водоемах с
повышенным содержанием различных солей, выполня-
ющих роль электролитов (например, в прудах, куда до-
бавляют химические удобрения для подкормки водных
растений, являющихся продуктом питания рыб).
Дефекты (поры, расслоения металла, неметалличе-
ские включения, непровары и подрезы сварных швов,
макро- и микротрещины, возникающие от задиров,
вмятин, царапин) сварных швов, околошовной зоны,—
главные причины образования трещин. Они связаны с
геометрическим несовершенством труб и концентраторов
напряжений. Кроме того, причинами появления трещин
могут быть неудовлетворительные условия опирания тру-
бопровода на естественные выступы дна или искусствен-
ные конструкции. Скорость распространения трещины в
стальной трубе при определенных условиях достигает
1220 м/с, а длительность процесса измеряется тысячными
долями секунды, т. е. разрыв наступает практически
мгновенно.
Развитие трещин зависит от вязкости материал?.,
9
вида и размеров дефекта, действующих и остаточных
напряжений и т. п,
В ряде работ [20] установлен критерий для оценки
остаточной прочности, определяемой в результате кор-
розии, т. е. в зависимости от размера каверны. На ли-
нейные размеры каверны влияют коэффициент интен-
сивности материала на стадии инициирования трещины,
критическое раскрытие ее, предел текучести стали, дей-
ствующие напряжения.
Для вытянутых вдоль оси трубопроводов каверн ос-
новными параметрами являются ее протяженность и
максимальная глубина, а для каверн другой формы —
проекция наибольшей глубины каверны на ось трубы
(рис. 1). Длина и глубина дефекта в трубопроводе, экс-
плуатируемом при давлении, соответствующем напря-
жению в материале трубы и составляющем 72% от ми-
нимального предела текучести, таковы, что авария мо-
жет произойти при напряжении, меньшем этого преде-
ла. В этом случае необходимо отремонтировать трубо-
провод или снизить максимальное рабочее давление до
величины, не превышающей 72% от критического дав-
ления.
Такой трубопровод можно эксплуатировать, не сни-
жая давления и не осуществляя ремонтных работ, при
условии
1,12В
где В — длина каверны; D — наружный диаметр трубо-
провода; 6 — толщина стенки трубы.
Коэффициент В для подводных трубопроводов вы-
числяют по формуле
'_________ a rf/6________________
-1,1 (d/6) — 1,15 (1,1 — а)
Ро Hd
где а=1—— максимальная глубина каверны;
ро —плотность воды; Н — глубина заложения трубопро-
вода относительно уровня воды; ст — минимальный пре-
дел текучести материала трубы.
Формулы получены в предположении, что на трубо-
провод действует сила, представляющая собой разность
внутреннего давления перекачиваемого продукта и
10
Рис. 1. Критические параметры и схема аналитического представле-
ния коррозионной каверны:
а — определение параметров для трещин сложной формы вдоль осп трубы-,
б —точная площадь А дефекта; в — аппроксимированная площадь дефекта
в виде параболы; 1 — точная площадь; 2— площадь парабола
внешнего давления, а также, что проекцию каверны на
продольную ось трубы можно аппроксимировать пара-
болой, площадь которой принимают равной ~^Ld.
При d/d<0,12 дефект не опасен и допускается лю-
бое значение L. Если d/6>0,8, рекомендуется немед-
ленный ремонт трубопровода. Если В>4 (В = 4, если
d/6 = 0,175), аппроксимация параболой недопустима.
Следовательно, если 0,125<d/6C0,175, надо полагать,
что В = 4.
В реальных условиях подводные трубопроводы и
сварные швы испытывают действие статических и мало-
цикловых (низкочастотных) нагрузок от колебаний
давления продукта, температуры п другие силовые воз-
действия при одновременном влиянии коррозионной
11
среды (внутренней и внешней), что приводит к уско-
ренному коррозионному разрушению металлов.
Разрывы представляют собой разрушения тела тру-
бы, стыка, мест врезки отводов и арматуры. Они сопро-
вождаются деформацией разорванных кромок. Их появ-
ление связано с неблагоприятным режимом эксплуата-
ции (резкое повышение давления, низкое качество
сварных швов). Изломы появляются при попадании в
полость подводного перехода воздуха, что, в свою оче-
редь, вызывает всплытие и разрушение трубы, ее де-
формацию и разрыв. Пробоины — результат воздей-
ствия на трубопровод волокуш и якорей проходящих
судов. Известен случай, когда пробоина появилась при
прохождении над трубопроводом ледокола, имеющего
глубокую осадку.
Анализ отечественных и зарубежных публикаций
об отказах подводных переходов трубопроводов свиде-
тельствует о том, что эти данные приводятся крайне
редко и представляют собой описание отдельных слу-
чаев. Они не позволяют составить общую картину от-
казов и разработать стратегию, направленную на ре-
шение данной проблемы.
Изучение зависимости отказов от срока эксплуата-
ции (рис. 2, а) показывает, что они носят устойчивый
характер в течение всего срока службы. Возможны от-
казы подводных переходов, сооруженных из труб раз-
личного диаметра, независимо от срока службы
(рис. 2, б).
Рис. 2. Структура отказов подводных переходов магистральных
трубопроводов:
а, б — в зависимости соответственно от продолжительности эксплуатации и
Диаметра трубопроводов; 7— VI — соответственно до 2 лет; свыше’2 до 5;
свыше 5 до 10; свыше 10 до 15; свыше 15 до 30 лет; свыше 30 лет; VII—X-
соответственно до 529, 720—820, 1020, 1220 мм
12
Статистическая обработка первичных материалов,
характеризующих отказы из-за появления свищей, поз-
волила установить их максимальные размеры: до 2 мм —
31,7%, свыше 2 до 4 мм —29,3%, свыше 4 мм-
15,8%.
Наибольшее количество свищей имеет максималь-
ный размер 2—4 мм. Это объясняется тем, что при
обнаружении свищей принимаются экстренные меры к
их устранению, т. е. не допускается развитие свищей.
Свищи диаметром свыше 4 мм обычно обнаруживаются
на переходах через небольшие реки (шириной до 30м),
на которых обследования производятся значительно
реже, чем на больших реках. Следовательно, при раз-
работке методов ликвидации свищей нужно исходить
из их линейных размеров.
Около 60% отказов приходится на переходы через
малые реки и болота, а около 40%—на двухниточные
переходы через средние и большие реки.
Существующая методика гидравлических испытаний
не позволяет обнаружить имеющиеся дефекты в трубах
и сварных швах. Отечественные и зарубежные исследо-
ватели утверждают, что дефекты при гидравлических
испытаниях можно выявить только при повышении ис-
пытательного давления до такой величины, при кото-
рой в трубопроводе возникают напряжения, равные
нормативному пределу текучести или превышающие
его, когда трубы находятся под этим давлением не ме-
нее 24 ч.
В последнее десятилетие на подводных переходах
продуктопроводов, где использовались трубы из вязких
сталей диаметром до 529 мм с большой толщиной стен-
ки, отказов было значительно меньше, чем на газо- и
нефтепроводах. Фактический коэффициент условий ра-
боты продуктопроводов был примерно в 1,5 раза ниже
расчетного. Вследствие большой гибкости трубы мало-
го диаметра могут изменять свое положение после раз-
мыва и изменения рельефа дна.
При заполнении нефтепроводов диаметром 1020—
1220 мм на переходах через реки иногда наблюдалось
их всплытие с изломом и разрывом труб в результате
поступления воздуха в русловые участки переходов.
Для исключения этого фактора в настоящее время бал-
ластировку нефтепроводов, как и газопроводов, осуще-
ствляют исходя из расчета устойчивости на сдвиг и
всплытие.
13
В последнее время рассматривается вопрос о проек-
тировании однониточных переходов с высокой степенью
надежности [2].
ГЛАВА 2
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ЛИКВИДАЦИЯ
РАЗМЫВОВ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ
С ЦЕЛЬЮ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙ
УЧЕТ ГИДРОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РУСЛ РЕК
ПРИ РАЗМЫВАХ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ
Наибольшее число отказов подводных переходов про-
исходит из-за размыва их ложа. Для предупреждения
аварий Министерство нефтяной промышленности начало
составлять прогнозы размыва подводных переходов на
ряде рек СССР. Переформирование русл рек и их пойм
происходит в результате деформаций целостных морфо-
логических образований (сползание побочня, развитие
излучины, смещение осередка и т, п.), поэтому при вы-
боре месторасположения переходов трубопроводов через
водоемы используют типичные схемы развития речных
русл и пойм [4, 14]. На основе морфологических рус-
ловых образований была проведена типизация руслово-
го процесса многих водотоков. Выделено 7 типов рус-
лового процесса равнинных рек: ленточногрядовый, по-
бочневый, ограниченное, свободное и незавершенное ме-
андрирование, русловая и пойменная многорукавность.
Участки рек с ленточногрядовым типом руслового про-
цесса удобны для размещения подводных и воздушных
переходов трубопроводов. При проектировании подвод-
ных переходов исходят из данных многолетних наблюде-
ний за изменением отметок подвалья гряд на рассматри-
ваемом участке водотока, охватывающих несколько цик-
лов изменения морфологии русла.
Участки рек с побочневым типом руслового процесса
благоприятны для сооружения подводных -переходов, од-
нако в этом случае следует учитывать глубинные дефор-
мации на достаточно протяженном участке, что дает воз-
можность охватить ряд ярко выраженных побочней и
перекатов. Знание результатов многолетних наблюде-
.14
ний за перекатами гарантирует необходимую минималь-
ную глубину заложения подводного перехода трубопро-
вода.
Участки рек с ограниченным меандрированием не-
желательно использовать для размещения подводных
трубопроводов, так как их длина должна быть равной
ширине речной долины рассматриваемого участка водо-
тока. Как показали обследования подводных переходов,
это условие часто не выполняется. Из-за малой глубины
залегания в пойменных массивах по ширине долины и
в самом русле происходит обнажение и провисание тру-
бопроводов, что иногда вызывает аварийные ситуации,
а следовательно, и непроизводительные затраты матери-
альных и денежных средств. Результаты многолетних
водолазных обследований и ремонтов позволяют сделать
вывод о том, что большинство существующих подводных
переходов трубопроводов на таких участках не всегда
удовлетворяют требованиям эксплуатации. Как правило,
переходы трубопроводов по отношению, к наиболее раз-
витым плесам залегают на малой глубине и по длине
значительно меньше расчетного пояса меандрирования,
т. е. при проектировании недостаточно учитываются гид-
роморфологические особенности данного типа руслово-
го процесса и входы и выходы подводных переходов тру-
бопроводов, располагаются близко от русла.
При проектировании переходов магистральных тру-
бопроводов подход к учету руслового процесса меанд-
рирующих рек должен носить принципиальный характер.
Существующие схемы размещения различных перегора-
живающих сооружений на участках рек со свободным
меандрированием, приведенные в целом ряде литератур-
ных источников, большей частью неприемлемы для пе-
реходов нефтегазопроводов. При выборе участков пере-
ходов трубопроводов нужно детально изучить ход рус-
ловых переформирований: проанализировать матери-
алы многолетних гидрологических наблюдений, исполь-
зовать существующие топо- и аэрофотосъемки, лоцман-
ские карты. Это позволит определить ширину пояса ме-
андрировапия, скорость смещения излучин и мезоформ
и выбрать оптимальное расположение концевых участ-
ков переходов трубопроводов.
При незавершенном меандрировании русло дефор-
мируется по схеме свободного меандрирования, но цикл
развития излучин прерывается из-за образования спря-
мляющего протока. В данном случае при определении
15
месторасположения переходов трубопроводов необходи-
мо исходить из тех же требований, что и при свободном
меандрировании, т. е. как дожно точнее оценить глу-
бинные и плановые деформации русл и пойм, свойствен-
ные этому типу руслового процесса.
Русловая многорукавность возникает при перегрузке
потока донными наносами, чаще всего в предгорных и
устьевых участках рек, но она может развиваться и в
основной части рек. Как показывают обследования,
при русловой многорукавности размещение подвод-
ных переходов трубопроводов нерационально, так как
здесь приходится преодолевать широкие водные прост-
ранства (разбросанное русло и пойму реки). Деформа-
ции при пойменной многорукавности связаны с расчле-
нением поймы на серии длинных протоков (рукавов),что
затрудняет выделение даже основного русла. В прото-
ках могут существовать различные типы руслового про-
цесса. При анализе пойменной многорукавности требу-
ется фрагментирование всех протоков, т. е. выделение
типов руслового процесса.
Густая сеть различных трубопроводов имеется и в
горных районах нашей страны, в частности в западных
областях УССР. Здесь трубопроводы на своем пути
пересекают многочисленные горные реки, которые
по гидроморфологическим характеристикам резко отли-
чаются от равнинных рек. Однако общие закономерности
в развитии руслового процесса сохраняются. Исследова-
ние рек Карпат на основе гидроморфологической теории,
изучения картографических данных, топографических
съемок участков горных рек, выполненных УкрНИИ-
гидротехники и мелиорации, материалов аэрофотосъе-
мок позволило типизировать их русловый процесс, выде-
лить критериальные связи и зависимости типов русло-
вых процессов, а также типы и подтипы русл рек: нераз-
мываемые (скальные) с нечетко выраженными берегами;
стесненные (теснины) с обрывистыми берегами; теснин-
но-ограниченного меандрирования (стесненные русла с
неограниченным поступлением наносов и русла ограни-
ченного меандрирования); осередковые (русловая мно-
горукавность); канализованные; предгорного меанд-
рирования (незавершенное *и свободное меандрирова-
ние).
Неразмываемые русла встречаются почти на всех ре-
ках Карпат, главным образом в верховьях основного
русла и на мелких боковых притоках. Через такие во-
16
дотоки, как правило, устраивают воздушные переходы,
так как скальное дно затрудняет прокладку подводных
переходов. В процессе эксплуатации переходов трубо-
проводов па таких участках следует обращать внима-
ние на возможность возникновения селевых явлений и
различных обвалов.
Стесненные русла (теснины) с обрывистыми берега-
ми в основном встречаются в горной части Карпат. Они,
как правило, имеют небольшую длину и в расширениях
горных долин чередуются с руслами ограниченного ме-
андрирования. В этом случае необходимо учитывать
обвальные и селевые явления. Предпочтение следует от-
давать воздушным переходам.
В Карпатах русла теснинно-ограниченного меандри-
рования обычно встречаются до выхода рек из гор на
расширенных участках горных долин и стесненных уча-
стках (между долинами) при неограниченном поступле-
нии наносов..
При устройстве подводных переходов на уча-
стках водотоков с руслами теснинно-ограниченного ме-
андрирования следует устанавливать ширину пояса
меандрирования. Входы и выходы трубопроводов в
местах переходов на этих участках водотоков целесо-
образно размещать непосредственно на склонах гор,
окружающих долину. Необходимо учитывать возмож-
ную глубину эрозии склонов, создаваемую как речным
потоком, так и поверхностным стоком (размыв грунтов
обратной засыпки траншей трубопроводов). Переходы
трубопроводов необходимо устраивать с учетом отметок
ложа наиболее развитых плесовых лощин. Установленная
максимальная глубина заложения трубопроводов дол-
жна выдерживаться не только в русле, но и по всей
ширине пояса меандрирования.
Осередковый тип руслового процесса встречается на
участках выхода из гор многих рек Карпат (рр. Рика,
Тересва, Серет и др.), имеющих длину до 30—40 км.
Сооружение подводных переходов трубопроводов на
этих участках нежелательно и нерационально, так как
реки с этим типом руслового процесса имеют большую
ширину и на них ведется интенсивный отбор гравийно-
галечниковых грунтов для строительства. Отступления
от этих рекомендаций должны быть аргументированы.
При сооружении переходов следует иметь обоснован-
ный прогноз русловых деформаций и предусмотреть
комплекс зашитно-регулировочных мероприятий.
Ией. Л1>	I
Библиотека'
17
Канализованные русла рек Карпат удобны для уст-
ройства переходов трубопроводов только на прямоли-
нейных участках водотоков. В процессе их эксплуата-
ции необходимо заботиться об охране травяного покро-
ва, кустарников и деревьев й исключить стихийный от-
бор русловых отложений.
Свободное меандрирование, характерная особенность
которого — непрекращающийся процесс размыва вогну-
того берега, встречается в основном на участках, уда-
ленных от гор (рр. Стрый, Прут и др.). Большая часть
сети трубопроводов в Карпатах приходится на пред-
горные районы, где распространен данный тип русло-
вого процесса. Обследования переходов трубопроводов
в этих районах позволили установить, что они работа-
ют ненадежно. Основная причина отказов — недоста-
точный учет особенностей хода руслового процесса на
различных участках. Многие подводные переходы рас-
положены на малых глубинах, недостаточных для то-
го или иного типа русл. Не всегда выдерживаются тре-
бования, касающиеся необходимой длины различных
переходов, соотнесенных с поясом меандрирования русл
рек.
Естественный ход русловых деформаций может
быть нарушен хозяйственной деятельностью человека.
МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗМЫВОВ ПЕРЕХОДОВ
Для прогнозирования размывов подводных переходов
используют результаты гидроморфологических наблю-
дений и исследований.
Исследования деформаций русл могут быть выполне-
ны путем натурных наблюдений или на моделях от-
дельных участков водоемов с трубопроводами, уложен-
ными на заданных отметках. Натурные наблюдения на
участках водоемов более надежны, но для получения
реальных характеристик деформаций русл требуются
длительные сроки. В тех случаях, когда необходимо
получить линию размыва , дна при дополнительном за-
глублении трубопровода как можно быстрее, проводят
исследования на размываемых моделях в лабораторных
условиях.
Натурные наблюдения проводят на сравнительно
коротких участках, ограниченных 2-3 целостными мор-
фологическими структурами, что позволяет выявить
механизм их деформаций под влиянием гидравлическо-
't -
18
го режима потока. Наблюдения на участке позволяют
получать ежегодные данные об особенностях и разме-
рах плановых и высотных деформаций речного русла,
а также данные о геоморфологии строения русла и бе-
регов, колебаниях уровня и расхода воды, скоростной
структуре потока, уклонах водной поверхности, соста-
ве и динамике образования наносов. Эти данные необ-
ходимы для установления количественных связей между
деформациями и определяющими их факторами.
Основу детальных натурных исследований состав-
ляют периодические инструментальные съемки участков
водотоков. Для проведения повторных наблюдений и
сравнения результатов при выполнении топографиче-
ской съемки предусматривают закрепление магистрали
и поперечников на местности реперными знаками и
морфостворами. При постоянных наблюдениях обеспе-
чивается получение гидрографа стока воды, состава
русловых отложений и графика колебания уровней. Во
время прохождения паводка редкой повторяемости не-
обходимо выполнять гидрометрические наблюдения во
всех его фазах, начиная с подъема и кончая спадом.
Результат выполнения перечисленных работ — полу-
чение таких важных русловых и гидравлических пара-
метров, как расход паводковых вод, скорость смещения
гряд, побочней, осередков, водных масс по плановым
струям потока (попутно указываются распределение
плановых струй по всему «живому» сечению потока,
месторасположение вихревых течений, застойных зон,
быстрин и др.), а также скорость смещения бровок
русла (одновременно выявляются места сосредоточен-
ного размыва вдоль бровок реки), уклон водной по-
верхности при различных наполнениях русла (в первую
очередь, в бровках реки и при пике высокого паводка,
что весьма важно знать при проведении лабораторных
экспериментов), средневзвешенный диаметр русловых
отложений и др.
При детальных наблюдениях за русловым процес-
сом особое внимание следует обращать на оценку рас-
ходов воды в бровках, которые на равнинных реках
выражены довольно ярко, что важно для определения
руслоформирующих расходов исследуемых водотоков.
Гидрологический режим реки в целом оценивается
по данным ближайшего постоянного водного поста.
Русловые наблюдения производятся общепринятыми
гидрометрическими и топографическими методами. Для
этих целей группы гидрологических изысканий Экспе-
19
диционного отряда подводно-технических работ «Глав-
транснефти» располагают самоходными плавсредства-
ми, трассоискателями, эхолотами, глубиномерами, ги-
дрометрическими и топогеодезическими приборами.
Для выполнения морфологической съемки исполь-
зуют типичные геологические разрезы подмываемых бе-
регов русла, поймы, склонов долины и отдельных их
образований, выполненные на стадии проектирования,
 а также данные, полученные при полевых исследова-
ниях путем шурфований, позволяющие оценить круп-
ность наносов. Помимо этого, детально знакомятся с
геологией долины реки до ее базального горизонта
(слоя трудноразмываемых пород) с целью выявления
основных особенностей геологического разреза, русла и
поймы на конкретном участке реки и оценки мощности
залегания пойменной и русловой фаций аллювиальных
отложений. Особое внимание уделяют изучению меха-
нического состава поверхностного слоя русловых отло-
жений, так как он обычно весьма неоднороден и в ос-
новном определяет степень устойчивости ложа водото-
ка от размыва как в обычном состоянии, так и при ис-
пользовании различных защитно-регулировочных соору-
жений. При исследованиях закономерностей руслового
процесса на различных водотоках необходимо прежде
всего иметь четкое представление о гранулометрическом
составе русловых отложений, из частиц которых слага-
ется ложе.
Лабораторные исследования проводят на моделях,
имитирующих изучаемый участок реки протяженностью
0,5—10 км с динамическим процессом взаимодействия
между потоком с открытой поверхностью и его ложем.
Наиболее часто исследуют участки подводных перехо-
дов магистральных трубопроводов на водотоках с раз-
мываемым руслом, деформации которого являются
следствием нарушения баланса наносов. Цель изучения
водотоков на моделях —определение пространственно-
временных характеристик руслового процесса, к кото-
рым относятся элементы кинематики планового движе-
ния и динамического взаимодействия с руслом. Моде-
лирование состояния реки, с которого начинается каж-
дое исследование, иногда позволяет выявить частные
особенности конкретного объекта, не обнаруживаемые
ни расчетным путем, ни измерениями в натуре. В на-
стоящее время наиболее распространен метод модели-
рования открытого речного потока с помощью водных
гидравлических моделей.
20
Целенаправленное выполнение комплекса натурных
и лабораторных исследований для конкретных перехо-
дов магистральных трубопроводов позволяет получать
количественные показатели для прогнозирования их
состояния как перед проектированием, так и в процес-
се строительства и эксплуатации.
Прогнозирование размывов подводных переходов
должно носить комплексный характер и включать в
себя подготовительный период, натурные русловые ис-
следования, обработку, гидроморфологический анализ
полевых и фондовых материалов изучаемого участка,
непосредственно прогноз размыва перехода и разра-
ботку рекомендаций по обеспечению надежности пере-
хода.
Подготовительный период предусматривает сбор и
обработку материалов русловых, аэрогидрометрических,
топографических и геологических съемок для выработки
стратегии проведения натурных русловых изысканий и
последующей аналитической обработки плановых и
высотных деформаций участка реки в месте подводного
перехода.
Натурные русловые исследования, выполняемые на
участке реки протяженностью не менее 2 макроформ
(мезоформ) выше оси перехода и 1 макроформы (ме-
зоформы) ниже перехода, включают в себя планово-
высотное геодезическое обоснование, русловую и топо-
графическую съемки участка перехода, аэрогидроме-
трические и наземные гидрометрические измерения
(получение поля скоростей) с целью анализа внутрен-
ней структуры потока при разных фазах гидрологиче-
ского режима, изучение динамики и характера донных
форм наносов и их влияния на размыв трубопроводов
при экстремальных режимах уровня. Почти неизучен-
ной является эволюция рельефа русл равнинных и
горных рек во время ледостава, поскольку неизвестно,
как в зимнее время скоростной режим воздействует на
размытый трубопровод, перемещение и накопление на-
носов в зоне перехода.
В камеральный период проводится гидроморфологи-
ческий анализ плановых и высотных деформаций дна и
русла на основе материалов, полуденных в поле с уче-
том съемок прежних лет.
В результате анализа получают изменения рельефа
дна, береговой линии на изучаемом участке переходов
в плане и профиле.
Прогноз размыва перехода делится на фоновый и
21
локальный. Фоновый прогноз включает в себя получе-
ние средней скорости смещения излучин, островов, по-
бочней, береговой линии на участке реки значительной
протяженности, в том числе на участке, который пере-
секает переход трубопровода. Такой прогноз составля-
ют на основе совмещения разновременных съемок уча-
стков рек, полученных с лоцманских и топографических
карт, предварительно приведенных к одному масштабу.
Минимально допустимый период разновременности
съемок должен составлять не менее 5—7 лет. Локальный
прогноз, или прогноз линии возможного размыва русла
при ленточногрядовом и побочневом типах руслового
процесса строят с учетом только высотных деформаций
дна. При свободном, незавершенном, ограниченном
меандрирования, а также при осередковом типе русло-
вого процесса наряду с глубинными деформациями
учитывают плановые смещения берегов русла.
На основе полученных характеристик интенсивности
русловых переформирований в зависимости от типа рус-
лового процесса методами графического анализа и ана-
литического расчета определяют скорость перемещения
макроформ (мезоформ), а затем вычисляют и строят
линию возможного размыва русла в створе перехода.
Методика прогнозирования размыва подводных пере-
ходов магистральных трубопроводов (рис. 3) предусмат-
ривает изучение смещения мезоформ русла путем графи-
ческого анализа планово-высотных съемок за многолет-
ний период. По совмещенным планам съемок разных лет
Рис. 3. Блок-схема расчета прогнозирования размыва подводных
переходов магистральных трубопроводов
22
определяют вероятность и темпы смещения мезоформ в
русле и длину участка совмещения, расположенного вы-
ше створа перехода.
Аналитические расчеты русловых деформаций преду-
сматривают определение темпов смещения мезоформ в
русле, дополнительных сезонных деформаций за год,
прогноза размыва береговых линий, понижения отметок
дна, вызываемых антропогенным фактором.
Длину участка совмещения поперечных профилей для
ленточногрядового побочневого и осередкового типов
русла определяют по формуле /.бовм = ЛзСп7р, где Кз—
коэффициент запаса (для интервала совмещения более
10 лет /<з=1,2, менее 10 лет — /<3 = 2); Сп — темп смеще-
ния, или средняя прогнозируемая скорость смещения ха-
рактерных точек русловых мезоформ (побочней, осеред-
ков); Гр — расчетный срок прогноза с учетом времени
проектирования.
Темп смещения, или средняя прогнозируемая скорость
смещения характерных точек русловых мезоформ Сп,
зависит от суточной скорости перемещения С,\ и опреде-
ляется по формулам Сп=365 Сд ; Сд =950 v (/i-Fr3)/A,
где v — средняя скорость потока над гребнем микрофор-
мы; 71 — высота микроформ (71 = 0,25 Н при Н<\ м; 1г =
= 0,2+ 0,1 Н при Н>\ м); А — высота мезоформ, опре-
деляемая как разность между отметками гребня и под-
валья мезоформ; Fr — число Фруда (Fr = v/)/gH).
Расчетная величина дополнительных сезонных де-
формаций дна, обусловленных перемещением русловых
микроформ (гряд), определяется из выражения Дс=
= Лг-0,1(Я5% —Нс), где Кт — коэффициент, учитываю-
щий возможное отклонение фактической высоты гряд от
расчетных значений (Аг=1,3); Н$% , Нс — отметки
уровня воды соответственно 5 %-ной обеспеченности и на
момент русловой съемки.
Прогноз размыва (отступления) бровок береговых
линий при ленточногрядовом и побочневом типах русло-
вого процесса определяют по формуле z/= (Bmax—ВСТв)/2,
где Вгаах— максимальная ширина русла между бровками
берегов на участке Аотв; Вств — ширина русла между
бровками берегов в проектном створе. Минимальное зна-
чение у должно быть не менее 20 м.
Отступление бровки береговых линий при ограни-
ченном и свободном меандрированиях в тех случаях,
когда угол разворота излучин составляет менее 50°,
определяют графическим (рис. 4) или аналитическим
23
Рис. 4. Расчет деформаций русл (в плане).:
а — схема смещения излучины при ограниченном меандрированпи; б — гра-
фики относительного размыва берегов в зависимости от расстояния проектного
створа относительно вершины излучины у/В=(х/Г^ ) при разном смещении
излучины (I, П — для вогнутого берега соответственно при	и х>/ир‘,
/7/ —для выпуклого берега при *>/Ир ); 7, 2 — положение излучины соот«
ветственно в начальный и конечный моменты; 3 — ось симметрии излучины
в начальный момент; 4 — проектный створ; 5—8 — при /ир /А, равном соот-»
ветственно 0,4; 0,3; 0,2; 0,1; 9~J3 — при ZHD /X соответственно 0,5; 0,4; 0,3;
ОД 0.1
путем. В первом случае осуществляют совмещение раз-
новременных съемок излучины по общим ориентирам.
Измерив смещение излучины за период между съем-
ками t, ее первоначальное положение переносят на ве-
личину /Ир=апС’7’п, где ап— продолжительность прогно-
зируемого периода.
Аналитический способ предусматривает использова-
ние данных о скорости сползания С излучины по участ-
ку реки-аналогу. Смещение излучины за прогнозируе-
емый период Ти рассчитывают по- формуле /Ир = азС7’п,
где аз — коэффициент запаса (а=1,5, если в качестве
аналога принят участок рассматриваемой реки, а = 2,
если за аналог принят участок другой реки).
В подобных случаях вычисляют смещение излучины
/Ир, ее шаг Хи, а также расстояние от вершины излучи-
ны х до створа перехода. С помощью графиков, приве-
денных на рис. 4, получают значения у/В, которые за-
тем умножают на ширину пояса меандрирования Вм,
являющуюся расстоянием (по перпендикуляру) между
линиями, огибающими вершины смежных излучин.
При русловой и пойменной многорукавности с устой-
чивыми ойтровами пр.офилй возможного размыву
строится для каждого разветвления русла отдельно.
Особенно сложна оценка антропогенного фактора;,
который недостаточно изучен. При расчете прогноза
понижения отметок дна, вызываемых этим фактором,
необходимо учитывать добычу аллювия со дна рек,
дноуглубление для нужд «судоходства, строительство
разного рода гидротехнических сооружений, влияю-
щих на изменение бытовых отметок уровня воды и дна
русла в месте подводного перехода. Для примера про-
ведем анализ размыва нефтепровода через р. Ровную
и составим_прогноз линии возможного размыва в ство-
ре перехода с учетом антропогенного фактора. Необхо-
димость в прогнозе возникла из-за размыва 3 (из 6)
ниток перехода. Русло реки сложено преимущественно
песчаными породами (от мелкозернистых до крупных
фракций). Ширина русла в межень 450—500 м, места-
ми она составляет около 1 км. В районе перехода река
образует 6 крупных излучин. Длина каждой из них 15—
20 км. В пределах излучин в русловой части образуют-
ся острова, отмели, побочни. Оба берега пойменные.
Пойма несимметричная. По типу руфгового процесса,
проведенного на основе сопоставленных планов, рас-
сматриваемый участок относится к меандрирующему,
на фоне которого развивается осередковый и побочне-
25

вып типы. Главный поток реки располагается попере-
менно то в одном, то в другом рукаве, причем после
образования отторженных осередков он периодически
меняет положение в плане (рис. 5,а). После строитель-
ства ГЭС, расположенной значительно выше перехода,
и зарегулирования стока р. Ровной уменьшился объем
стока.
После изучения графика колебания характерных
уровней воды и дна до зарегулирования стока и после
него был сделан вывод о том, что основными фактора-
ми, влияющими на размывы трубопроводов на р. Ров-
ной, являются ежегодная выемка со дна реки значи-
тельных объемов аллювия, проведение дноуглубитель-
ных работ для повышения гарантированных судоходных
глубин, уменьшение объема стока после строительства
ГЭС. В конечном счете все это привело к понижению
естественных отметок дна и бытовых отметок уровня
воды, особенно ощутимых в навигационный период
летней межени.
Так, объемы грунта, выбранного из реки, за послед-
ние 25 лет увеличились более чем в 4—5 раз. Пони-
жение по указанным причинам бытовых отметок дна на
отдельных участках на 4—4,5 м привело к оголению и
провисанию отдельных ниток переходов нефтепроводов.
Для проведения анализа плановых и глубинных де-
формаций были подобраны русловые съемки участка
р. Ровной, проведенные в разные годы. При рассмотре-
нии совмещенных планов русловых съемок за 1904—
1961 гг. было установлено, что плановые деформации
бровок пойменных и коренных берегов на отдельных
участках за этот период не претерпели значительных
изменений. Более интенсивно развивались глубинные
деформации и возникали новые образования внутри рус-
ла р. Ровной. Смещение вниз ухвостья о. Ангарского за
1938—1961 гг. составило в среднем 35 м/год, а за 1962—
1972 гг. — 20 м/год, т. е. в период зарегулирования рус-
ла и стабилизации потока скорость смещения мезоформ
замедлилась по сравнению с периодом естественного
состояния русла.
' С учетом изложенных выводов по определению типа
руслового процесса был разработан прогноз русловых
Рис. 5. Деформации русла р. Ровной (пример условный):
<з — совмещенные планы за 1904 и 1976 гг. в зоне переходов магистральных
нефтепроводов; б — линия возможного размыва подводного перехода, по-
строенная на основе методики прогноза; / — намыв; II — размыв
27
деформаций на участке подводных переходов на основа-
нии методики, описанной выше.
Понижение отметок дна на прогнозируемый период
(25 лет) было определено при анализе зависимости Q =
= f(H) за 30 лет наблюдений путем экстраполяции точек
кривых. Эта величина составила 0,3 м. Перспективным
планом развития судоходства на р. Ровной предусмотре-
но повышение, гарантированной глубины судового хода
с 2,8 до 3 м, т. е. искусственный прирост глубины соста-
вит 0,2 м. Таким образом, общее понижение отметок дна
за счет антропогенного фактора составит 0,4 м. При име-
ющемся побочневом типе руслового процесса отступле-
ние бровок обоих берегов для створа нефтепровода бу-
дет равно_55 м.
В соответствии с методикой значительный размыв бе-
регов будет наблюдаться в пределах 20—55 м. На основа-
нии полученных расчетом глубин размыва дна и берегов
была определена линия возможного размыва (рис. 5, б),
на основании которой выбрана стратегия ремонта суще-
ствующих ниток перехода.
Кроме натурных исследований для прогноза русло-
вых деформаций можно использовать результаты модель-
ных исследований.
В 1980 г. в лаборатории гидравлики Украинского на-
учно-исследовательского института гидротехники и мели-
орации (УкрНИИГиМ) была выполнена серия экспери-
ментов на размываемой модели подводного перехода
нефтепровода через р. Припять. Переход нефтепровода
находится в зоне переката, русло слабоизвилистое шири-
ной 150—200 м. Пойма реки левосторонняя, низкая, с на-
личием отдельных озерных образований и заводей, мес-
тами поросшая кустарником. Долина реки широкая с
высоким правым берегом, поросшим березой и сосняком;
левый берег, отдаленный от русла реки, слабо выражен.
Русло р. Припять сложено из песчаных грунтов с
включениями мелкой ракуши (около 1%). Средний ди-
аметр частиц 0,46 мм. Состав наносов довольно однород-
ный (коэффициент неоднородности равен 0,7). Пойма
реки сложена из суглинков и глин. ч
Средний максимальный расход воды за многолетний
период (с 1881 г. ,по настоящее время) составляет
1700 м3/с, а максимальный расход воды 1%-ной обеспе-
ченности 6000 м3/с. Наибольший расход воды на реке
(5320 м3/с) наблюдался в 1895 г. Весной 1979 г. прошел
паводок при максимальном расходе воды 5320 м3/с. Ско-
рости потока в паводок резко возрастают, достигая
28
2,5 м/с. Глубина во время паводка доходит до 4 м, а при
средних максимальных расходах она составляет около
2—2,5 м.
В зоне переката эксплуатируется 8 ниток трубопро-
водов.
Было обработано 16 русловых топогеодезических
съемок участка реки (переката) начиная с 1951 г., что
позволило установить, что за 28 лет перекат сместился
на 1 км. В 1956—1958 гг. под воздействием высоких па-
водков перекат сместился вниз по течению реки на 400 м.
В эти годы на реке прошли паводки, превышающие
руслоформирующие (4000—4200 м3/с). В 1968—1971 гг.
после прохождения аналогичных паводков перекат сме-
стился еще на 400 м. И, наконец, в 1979 г. наблюдалось
половодье при расходе воды 5320 м3/с.
В течение 28 лет на перекате выполнялись различные
регулировочные работы, направленные на улучшение су-
дового хода (устройство прорезей, шпор). В последний
паводок вдоль правой бровки реки образовались два
прорана. По ним водный поток частично устремился к
пойменному массиву, что привело к обнажению некото-
рых ниток трубопроводов как на пойме, так и в русле.
Для выработки эффективных и рациональных защитно-
регулировбчных мероприятий были выполнены исследо-
вания на моделях. Необходимость их проведения была
вызвана еще. и тем, что службе эксплуатации трубопро-
водов потребовался долгосрочный прогноз русловых де-
формаций, так как при проведении ремонтных работ ра-
нее не учитывалась тенденция развития руслового про-
цесса и не обеспечивалась ликвидация предаварийных
ситуаций.
Участок реки в месте перехода исследовался спосо-
бом натурального моделирования. Размываемую модель
формировали в широком гидравлическом лотке длиной
25 м, шириной 4 м, высотой 0,6 м. Для этой цели ис-
пользовали речные отложения р. Днепр и карьерные
грунты, которые по гранулометрическому составу были
близки к натурным. Плановые масштабы были приняты
равными 100, что позволило перенести на модель русло
реки и часть поймы шириной 400 м, а вертикальный
масштаб — 1:25, что соответствовало четырехкратному
искажению. Модель была построена по 12 характерным
поперечникам с имитацией ниток трубопровода при по-
мощи стальных труб диаметром до 40 мм.
Действительные усредненные скорости модельного
29
потока замеряли с помощью автономной аппаратуры
конструкции УкрНИИГиМ. Опыты проводились при рас-
ходах воды 1—10% -ной обеспеченности.
Первая серия экспериментов осуществлялась для опре-
деления бытового состояния русла, т. е. без проведения
каких-либо защитно-регулировочных мероприятий на
данном участке реки. Опыты позволили установить, что
подвижка переката наблюдается при расходах воды вы-
ше бровок. По эпюрам распределения поверхностных
скоростей было установлено, что вдоль правой бровки
скорости на 5—10%,. выше, чем вдоль левого берега, что
связано с влиянием излучины, островных образований
правобережной поймы, а также со скошенностью пере-
ката.
Обнаженные участки первой, второй и пятой ниток
нефтепровода после этой серии опытов сохранялись.
Правда, это объясняется некоторым влиянием рифелей,
образовавшихся при проведении эксперимента.
Данная серия экспериментов позволила установить,
что при обычном состоянии русла во время паводков
происходят как глубинные (вдоль правого берега и на
правобережной пойме), так и плановые деформации, из-
за которых возникают аварийные ситуации на переходе
трубопроводов.
Во второй серии экспериментов определялась роль
защитно-регулировочных сооружений. Летом 1980 г. бы-
ли осуществлены работы по намыву защитной дамбы
вдоль правой бровки реки и ее укреплению от начала
участка до цервой нитки трубопровода. Крепление отко-
са защитной дамбы достигалось за счет каменной наб-
роски на фашинном тюфяке. В результате проверки бы-
ло выявлено, что незавершенный комплекс защитных
мероприятий не обеспечивает устойчивости правой бров-
ки реки в месте перехода. После пропуска расчетных па-
водков намывная часть защитного откоса вдоль правой
бровки была почти полностью смыта. Разрушений ка-
менной наброски не наблюдалось. Деформации ложа в
месте перехода были практически те же, что и после пер-
вой серии экспериментов.
Третья серия экспериментов проводилась при усло-
вии полного проведения защитно-регулировочных меро-
приятий на данном переходе. Вдоль правой бровки
должна быть намыта защитная дамба, на всем протяже-
нии укрепленная каменной наброской. На пойме должны
быть засыпаны впадины до характерных ее отметок и осу-
ществлено биологическое крепление за счет посадки черен-
30
ков ивы. Гребень защитной дамбы выбирают исходя из
отметок правобережной поймы с расчетом ее затопленйя
при высоких паводках 1—5%-ной обеспеченности.
В результате исследований было установлено, что
крепление откоса в районе перехода необходимо завести
по ложу русла подальше и устроить каменный банкет, а
по всей длине частично закрепить левую бровку реки.
Как видно из приведенных примеров, прогнозирова-
ние размыва подводных переходов позволяет решать ряд
задач, направленных на выбор рациональных методов
ремонта трубопроводов, и обеспечивать охрану окружа-
ющей среды.
УПРАВЛЕНИЕ РУСЛОВЫМИ ПРОЦЕССАМИ
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ
Методы управления русловым процессом путем изме-
нения скорости потока отражены в ряде работ, выпол-
ненных специалистами-гидротехниками, например, в ра-
боте [4].
Управление руслового процесса — это переформиро-
вание дна водоема с использованием энергии потока,
направленного на замыв и стабилизацию размытого тру-
бопровода. Движение наносов по дну реки происходит
под действием гидродинамического давления, возникаю-
щего при обтекании их потоком. При этом масса влеко-
мых потоком частиц пропорциональна шестой степени
величины скорости течения. Если скорость течения из-
менится в 2 раза, то масса влекомой частицы изменится
в 64 раза. Этим объясняется высокая чувствительность
донных наносов к малейшим изменениям скорости тече-
ния у подводных трубопроводов.
Пользуясь эмпирической зависимостью с/=7,ЗщР+
+0,43, где d — диаметр частиц грунта дна; иСр — сред-
няя скорость течения, можно определить крупность час-
тиц грунта на дне. Наличие крупных частиц грунта сви-
детельствует о размыве дна водоема, мелких илистых
частиц — об отложении наносов, т. е. об отсутствии раз-
мыва дна.
При начальной стадии процесса деформации русла в
месте пересечения реки трубопроводом устраивают раз-
личного рода дамбы, полузапруды, шпоры и сквозные
сооружения. В последнем случае применяют местные
материалы (камень, щебень и др.). Суть метода управ-
ления русловым процессом заключается в устройстве
гибких водопроницаемых перегородок (решеток), уста-
Рис. 6. Схемы устройств для регулирования энергии речного потока:
а — решетчатые перегородки; б — расчетная схема опорной свая; в — линия
защиты берега от размыва па вогнутой кривой; а —расчетная схема основных
показателей защиты берега с помощью решеток-заилителей; / — профиль дна;
2 — трубопровод; 3 — опорная свая; 4 — поперечная решетка (шпора); 5 —
направление потока, обтекающего шпору; 6 —воображаемая линия защиты:
7 — контур подмываемого берега; W— суммарная сила лобового давления
потока; £'г, £в — сила отпора соответственно грунта и роды
навливаемых перпендикулярно к течению реки или под
углом к нему. При этом наносы откладываются в створе
подводного перехода. От сноса течением перегородки
удерживаются сваями, забиваемыми на определенную
глубину (рис. 6 а, б). В случае размыва они могут
опускаться на дно вдоль свай под действием собственной
массы, а также подниматься к поверхности воды за счет
небольшой положительной плавучести.
Для погружения трубчатых свай, диаметр которых
превышает 0,5 м, можно использовать внутреннюю под-
мывную трубу. Расход воды принимают равным 40—
50 м3/ч при давлении на выходе струи 0,4—2 МПа. Для
удаления связных грунтов из полости трубчатых свай
можно применять многосопловые гидромониторные рых-
лители при одновременном проведении эжектирования.
Выбор способа погружения свай зависит от вида обору-
дования и места погружения (со льда, плавсредств, от-
сыпанного островка).
Глубину забивки свай определяют расчетом на опро-
кидывание и прочность при действии лобового давления
потока на плоскость перегородки. Длину сваи Н рассчи-
тывают по формуле Н = Д14-//р+Д31 где Н^ — средняя
32
глубина потока до установки решеток; Яр — глубина
размыва дна в створе решетки; Н3 — глубина забивки
сваи.
Глубина размыва дна в створе решетки Hp—\,75zfdcp,
где 2— перепад уровнй потока ниже сооружения; dcp—
средняя крупность донных отложений.
Перепад уровня потока определяют из выражения
2= К J/рз zfl/2g,.
где К — коэффициент, зависящий от формы стержней
(для круглых стержней /(=44-10); р3— коэффициент
застройки решетки (p3=Wli/W—b/здесь W'i—
площадь, занимаемая стержнями, W—площадь «живо-
го» сечения потока, перекрываемого всем сооружением,
Ь — диаметр или ширина планки, s — зазор между
стержнями); v — средняя скорость потока до установки
решеток.
Зону влияния каждой решетки на поток (начиная с
первой) или расстояние между решетками находят из
выражения Z=6/pactga, где I — длина решетки; a —
угол между направлением потока и касательной к бе-
регу.
Для повышения эффективности решетки-заилители
постепенно выдвигают в русло реки (рис Q в, г). Пер-
вая решетка должна быть короткой и иметь меньшую за -
стройку:
/1>(Я1 + ЯР)/Т+^,
где т — заложение откоса грунта, слагающего русло.
Коэффициент застройки первой решетки принимают
равным 0,25. Длину последующих решеток рассчитывают
по формуле
In — ln—l (1 Сз Дз) ,
где 1п-\—длина предыдущей решетки; С3— коэффици-
ент запаса (C3=omin/(t»n(l— р.3)], здесь Отш—скорость
заиления потока для определенной категории грунта
(табл. 1), vn — скорость потока ниже предыдущей ре-
шетки) .
Скорость потока снижается после каждого ряда ре-
шеток. Ниже створа первой решетки ее определяют из
выражения
„ Qd-Рз) .,	.
fi=----ур--- =0(1— р3у,
2 Зак. 488
33
Таблица 1
Скорости (в м/с), при которых происходит осаждение
наносов различной крупности
Крупность взвешенных наносов, мм	Средняя глубина водоема, м	Массовая доля частиц, %						
		0.1	0,5	1	2,5	5	7.5	10
0,25—0,05	0,3	0,22	0,28	0,32	0,39	0,45	0,49	0,52
(25%),	0,6	0,28	0,37	0,43	0,52	0,60	0,66	0,70
0,05—0,005	1,0	0,34	0,45	0,52	0,64	0,75	0,82	0,87
(75%)	1,5	0,39	0,54	0,62	0,76	0,89	0,97	1,04
	2,0	0,44	0,60	0,70	0,86	1,01	1,10	1,18
	2^5	0,48	0,66	0,77	0,94	1,11	1,22	1,30
	3,0	0,51	0,71	0,83	1,02	1,20	1,32	1,41
0,25—0,05	0,3	0,28	0,37	0,42	0,50	0,58	0,64	0,63
(75%),	0,6	0,36	0,48	0,55	0,67	0,78	0,85	0,91
0,05—0,005	1,0	0,43	0,59	0,68	0,83	0,97	1,06	1,13
(25%)	1,5	0,51	0,69	0,80	0,98	1,15	1,26	1,35
	2,0	0,57	0,78	0,91	1,11	1,31	1,43	1,53
	2,5	0,61	0,36	0,99	1,22	1,44	1,57	1,69
	3,0	0,66	0,92	1,07	1,32	1,55	1,70	1,82
1—0,25	0,3	0,39	0,51	0,58	0,7	0,81	0,88	0,94
(25%),	0,6	0,50	0,67	0,76	0,93	3,08	1,18	1,26
0,25—0,05	1,0	0,60	0,82	0,94	1,15	1,34	1,47	1,57
(75%)	1,5	0,70	0,96	1,11	1,36	1,59	1,75	1,87
	- 2,0	0,78	1,08	1,26	1,54	1,30	1,98	2,12
	3,0	0,92	1,28	1,49	1,83	2,15	2,36	2,53
1—0,25	о;з	0,57	0,73	0,84	1,00	1,16	1,27	1,35
(75%),	0,6	0,72	0,96	1,10	1,34	1,56	1,70	1,82
0,25—0,05	1,0	0,87	1,16	1,36	1,66	1,93	2,12	2,27
(25%)	2,0	1,13	1,55	1,81	2,22	2,60	2,86	3,06
	2,5	1,23	1,71	1,99	2,44	2,87	3,15	3,37
	3,0	1,32	1,85	2,15	2,64	3,10	3,41	3,65
за последующими решетками — из выражения
vn = (u„_i + vC3 р3) (1 -рз),
где q — расход потока на перекрываемой площади;
,...,vn — средняя скорость потока за первой — п-й ре-
шетками.
При выборе длины решеток вдоль каждого створа и
их числа учитывают очертания берега, границы общей
линии защиты, степень размыва участка трубопровода,
заданный режим потока.
Коэффициент застройки р3 зависит от зазора между
стержнями s. Заиление наблюдается при р3<0,67. При
р3>0,67 сквозные решетки работают как сплошные.
34
Т
1 я
Рис. 7. Якорь-присос:
а — конструкция бетонного пирамидально-призматического якоря; б —график
зависимости удельной удерживающей силы якоря для глинистых грунтов от
направления приложения пригрузки; в — график влияния времени лежания
якоря на грунте на удельную удерживающую силу
Следует заметить, что свайные опоры недостаточно,
эффективны. Так, при. глубине водоема 2,5 м и диамет-
ре свай 0,5 м удельная удерживающая сила составляет.
7 кН. Кроме того, забивка их в дно связана с примене-
нием плавучих копров, использование которых из-за не-
больших объемов сваебойных работ нерентабельно.
Усилие 7—10 кН может быть воспринято якорями-
присосами, которые изготовляют из железобетонных бло-
ков в форме четырехгранной усеченной пирамиды
(рис. 7).
Удерживающая сила железобетонного якоря-присоса
может быть вычислена по формуле
*2я (1 + Кп) + “ Лд р X n + ftg п Сс (Л. + 1)
«J
Яя cos ag-р 0,5 В sin <Хб	’
где В — длина стороны основания якоря; QH — масса
якоря в воде, составляющая 60% ма,ссы его на воздухе;
К.п — коэффициент присоса (для песков и илов /<п = '
= 0,154-0,2, для глин Кп=0,254-0,45); /i3 — заглубление
якоря в грунт (для глинистых грунтов h3= 'lzhn, для
илистых — Л.э = /гя); р — плотность грунта; Л.—коэф-
0,5В
2* Зак. 488
35
фициент пассивного давления грунта; Сс — силы сцеп-'
ления; as—угол наклона бриделя к горизонту; п —
коэффициент, учитывающий повышение отпора грунта
за счет расширения призмы выпора в стороны, (
„ _ Д + /гя tg (45°—у/2) tgp
S
у —угол внутреннего трения грунта.
Массу железобетонного якоря-присоса <2Я можно
подсчитать после определения горизонтального усилия,
действующего на плавсредства, по формуле QH=
' = Т’г/Ая, где Тг — расчетное горизонтальное усилие, дей-
ствущее на плавсредства; Кя — удельная удерживаю-
щая сила якоря'.
Для пирамидально-призматического якоря-присоса
удельная удерживающая сила (в кН) равна 5—7
(песчаный грунт), 6—9 (илистый грунт), 7—10 (глинис-
тый грунт), а для пирамидального якоря-присоса с
коэффициентом распластанности, т. е. отношением вы-
соты якоря к длине его основания, 0,2—0,3 —соответ-
ственно 10—12, 12—13, 12—14. Причем для плотных
грунтов принимают нижние пределы удельной удержи-
вающей силы, а для рыхлых — верхние. При установке
якоря в котловане и последующей засыпке эти значения'
могут быть увеличены’в 1,5—2 раза.
В качестве защитных сооружений против размыва
русл можно использовать струенаправляющие дамбы,
полузапруды, шпоры, берегоукрепительные сооруже-
ния. Длина фронта защитных работ выше и ниже ство-
ра перехода определяется по данным прогноза русло-
вых и береговых деформаций. На горных реках эффек-
тивным средством против таких деформаций является
устройство шпор, длина которых зависит от типа русло-
вого процесса. На небольших горных реках устраива-
ют шпоры длиной 6—15 м, на более крупных— 100—,
150 м. Для уменьшения местных размывов и отклоне-
ния стержня реки от головы шпор последние разме-
щают к течению русла под углом не более 60—75°.
Основные показатели регулирования русла с помощью,
шпор можно рассчитывать, используя методы, которые
применяют для расчета решетчатых конструкций. Рас-
стояние между шпорами вдоль берега определяют по
следующей формуле: B = /p(sina-ctgp+cosa), где (р —
рабочая длина шпоры; a — угол между шпорой и каса-
тельной к берегу; р — угол растекания потока на участ-
36
ке между шпорами при параллельном движении струй
(см. рис. 6, г).
Рабочую длину шпоры, а также длину первой и пос-
ледней шпор принимают равными 2/з/. Если фактичес-
кая длина шпор /ф!>1,5/, то примыкающая к берегу
часть шпоры длиной Д/ = /ф—1,5/р считается нерабо-
чей. В этом случае шпора, примыкаемая к бере-
гу, не закрепляется. ‘При /ф^1,5/р корень шпоры заде-,
лывается в берег с обязательным креплением напорного
откоса шпоры и даже берега на участке 0,2—0,3/.
(см. рис. 6, г).
Для предупреждения разрушения шпор, возникающе-
го вследствие увеличения скорости ' потока, необхо-
димо учитывать фактическую и предельно допустимую1
скорости потока в русле.	1
ЛИКВИДАЦИЯ РАЗМЫВОВ
Для ликвидации размывов подводные, трубопроводы)
дополнительно заглубляют в дно водоемов, а в берего-
вой зоне предусматривают специальные виды крепле-
ния. Размытые участки трубопровода засыпают грун-
том, щебнем, камнем.
Наиболее распространенный способ защиты подвод-
ных трубопорводов от повреждений — устройство ка-
менных отсыпей. При выполнений их на большой пло-
щади значительно снижаются размывы, вызываемые
течением и волнением воды. Как показывают регу-
лярные наблюдения за размытыми участками подвод-
ных переходов, их протяженность в течение года может
колебаться от 35 до 85%, а глубина (от нижней обра-
зующей) достигать 2 м. Такие размывы способны вы-
зывать разрушение трубопровода из-за недопустимо
больших изгибающих (моментов.
Для предотвращения подобных случаев применяют
три способа каменной отсыпки. Один из них заключа-
ется в сбрасывании всего сыпучего материала после
раскрытия саморазгружающейся баржи. Однако управ-
лять таким процессом разгрузки трудно, что приводит к
захвату воды сыпучим материалом и высокой скорости'
падения его на дно (до 5—10 м/с). В результате этого
снижается точность засыпки трубопровода (рис. 8).
Повысить ее можно за счет снижения скорости засып-
ки, что достигается, например, при сбрасывании сыпу-
чего материала бульдозером или грейферным краном с
37
Рис. 8. Способы отсыпки материала для защиты трубопровода от
размыва:
а —с саморазгружающейся шаланды; б —с баржи бульдозером; в — через
разгрузочную трубу; г — точность отсыпки при свободном сбрасывании после
раскрытия саморазгружающейся шаланды
борта баржи. В данном случае скорость погружения'
составляет 2—4 м/с, а следовательно, рассеивание от-
сыпки уменьшается. Наибольшая точность укладки сы-
пучих материалов достигается при использовании раз-
грузочной трубы, когда скорость их погружения состав-
ляет 2—4 м/с.
Для каменных отсыпок применяют рваный несор-
тированный камень прочных изверженных пород и из-
вестняков, песчаники нелещадной формы, сланцы. В
каменных отсыпках под водой допускается уменьшение
проектной крутизны откосов с внешней стороны до 7%,
с тыловой — до 5%.
На скальных грунтах устраивают выравнивающий;
слой высотой 0,5 м (каменная наброска) или 0,25 м-
(мешки из прочной, но не очень плотной материи, на 2/3
объема заполненные пластичным бетоном).
При сбрасывании камня необходимо учитывать воз-
можность его сноса течением на расстояние, определяе-
мое по формуле
L = 2,5 Hv/V'd,
где Н — глубина водоема; 4 — диаметр камня.
Максимальная скорость течения потока, при кото-
рой камень, находящийся под водой, может оказывать
сопротивление, определяется по формуле
Цнах = 1,4 а ]/ с/ ,
38
где а—коэффициент, характеризующий отношение
плотности камня рк к плотности воды рв(а = ’|/2^(рк—
_____ ,/
рв)/рв); d— диаметр камня, условно имеющего форму
шара (г/=Уб1/к/л); VK — объем камня.
, Верхний откос отсыпки должен иметь уклон не ме-
нее 1:2, нижний может быть более пологим.
Необходимость отсыпки определяется плановыми,
очертаниями реки и ее размерами. При малых глубинах
и ширине реки она нередко вызывает подпор воды в
верхнем бьефе и быстроток в нижнем. Как показывает
опыт, на многониточных переходах через реки Сибири
отсыпка одного трубопровода может привести к возник-
новению планово-высотных деформаций на других. По* .
этой причине на малых реках меандрирующего типа
защита трубопроводов каменными отсыпками не всег-
да целесообразна.
При определении размеров отсыпки учитывают гид-
равлические условия русла.
На горных реках эффективна защита дна и берегов
с помощью габионных покрытий, представляющих собой
проволочные ячейки или корзины, заполненные камнем.
Такой метод крепления дна был применен при ремонте
нефтепровода через р. Днестр. На дно реки рядом с
трубопроводом уложили сетку из оцинкованной прово-
локи (толщина 4—5 мм) с загнутыми кверху краями.
На нее положили камни, а затем вторую сетку. Края
нижней и верхней сеток связали по всему периметру
тюфяка.	’i
Наблюдения показали, что крепление дна оказалось
надежным, а трубопровод заилился.
На равнинных реках используют различные крепле-
ния береговых откосов (рис. 9).
Рекомендуемые крепления на участках подводных переходов
(глубина 1 м)
“доп’ м/с V и
Дерновка плашмя на свежеотсыпанных откосах .0,8	0,2
То же, на слежавшихся или уплотненных грунтах 1,1	0,3
Дерновка плашмя с ивовыми корнями; дерновка
«в стенку» на свежеотсыпанных откосах .... 1,7	0,5
Дерновка в стенку на уплотненных грунтах; хво-
ростяное Покрытие без плетней на свежеотсы-
панпых откосах (о = 0,3уб; h — 26} ...........1,75*	0,5*
39
Рис. 9. Способы крепления береговых
откосов на равнинных реках:
а, б — дерновка соответственно плашмя и в
стенку; в — одиночное мощение по мху; г, д —
одиночное мощение по щебню; е — каменная
наброска: ж— хворостяная выстилка; з —бе-
тонные плиты; и — узел крепления бетонных
плит; / — деревянные спицы (Z=30-r40 см);
2 —мох; 3 — линия максимального размыва;
4 — щебень; 5 — крупный песок; 6 — слой хво-
роста; 7—тюфяк (при слабых грунтах); 8 —
слой гравия 0,15 м; 2 — предполагаемая глу-
бина подмыва
3-t0cM
40
Хворостяное покрытие без плетней на слежав-
шихся или уплотненных грунтах (и = 0,35У6; А=
= 46) .................................
Хворостяная выстилка с плетнями на свежеотсы-
панном грунте (о=0,32У5; Я=36) . • . . .
То же, на слежавшихся грунтах (г = 0,4У6; h=
=36).................................	.
фашинный тюфяк (о=0,4У6)................
Одиночное мощение по мху (6='15+20 см) . .
То же, по щебню на свежеотсыпанных откосах
(в=,1а+120 см) . ......................
Двойное мощение по щебню (6=0,5 см) . . .
Габионы . . ........ ..................
1,75*	1*
1,6*	0,75*
1,9*	0,75
3**	—
2	0,8
2,5	1
4,5	2,25
5	2,5
скорость	течения;
Примечания. 1. oflon — допускаемая средняя
Лв —высота волны; и —расчетная скорость течения; ft —толщина покрытий;
й — крупность камня; 2. Одной звездочкой обозначены величины при толщине
покрытия и выстилки, равной 25 см, двумя — при толщине фашинного
тюфяка, равной 65 см. 3. При глубине более 1 м идои слеДУет умножить
на коэффициент т:	;
Средняя глубина потока, м	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12 и более
т . . . .	1,15	•1,25	1,32	1,38	1,43	1.48	1,52	1,55	1,58	1,61	1,64
Опыт эксплуатации подводных переходов показыва-
ет, что во многих случаях набегающие волны причиня-
ют береговым участкам существенные повреждения,
поэтому важен правильный выбор крупности щебеноч-
ных или галечниковых частиц для обратного фильтра по
/ условиям предупреждения их выноса через пустоты.
Для этих целей рекомендуется пользоваться следующи-
ми формулами:	-
при каменном защитном покрытии —<
d > (0,2 4-0,25) • 1,36/QjpT;
при защитном покрытии из железобетонных плит —
d> (2,5 4-3) dCT,
где d — диаметр-частиц оптимальной крупности; QK—>
средняя масса отдельных камней верхового покрытия;
рк — плотность камня; dctr — зазор между соседними,
железобетонными плитами в месте их стыка.
Расчет массы отдельных камней для верхового
покрытия производят по формуле
41
Рис. 10. Понтон с краном-укосиной для разравнивания каменных
набросок под водой
Q _________fe Ц рК Йв X
(Рк/Рв-- 1)	1 +«2
где k — коэффициент запаса (/г =1,5); ц — коэффициент,
учитывающий форму камня (ц = 0,025); А,— длина вол-
ны; т — котангенс угла заложения откоса.
Для разравнивания каменных набросок под водой
используют специальное приспособление (рис. 10), сос-
тоящее из двух вертикальных стоек 3, горизонтальных
направляющих 1 и выравнивающей рейки 2. Вертикаль-
ные стойки свободно перемещаются в вертикальных
направляющих 4, жестко закрепленных на корме понто-
на или на санях, передвигаемых по льду. Угол между
z горизонтальными направляющими н вертикальными
стойками равен 90°. К вертикальным стойкам прикреп-
лены геодезические рейки или на них нанесены метки,
по которым проверяют, соответствие фактического поло-
жения верха наброски проектному. Подъем и спуск
приспособления осуществляют с помощью лебедки,
установленной на понтоне или санях.
42
ГЛАВА 3
ЛИКВИДАЦИЯ АВАРИЙ
ТЕХНОЛОГИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПОД ВОДОЙ
Характер повреждений подводных участков трубопро-
водов бывает различным. В одних случаях удается
довольно быстро определить место утечки (например,
при отсутствии течения) и произвести необходимые
работы, в других — сделать этой крайне затрудни-
тельно. Очень тяжело найти небольшие трещины в
стенке трубы, свищи или каверны -небольших раз-
меров, особенно при отсутствии видимости. Нефть,
выходящая через такие повреждения под не-
высоким давлением, пропитывает грунт на довольно
большом участке, поэтому пятна ее появляются на по-
верхности воды в различных местах. При больших
глубинах, наличии течения и волнения такие пятна сно-
сятся в сторону.
Существуют различные способы и технические сред-
ства  обнаружения утечек в напорных трубопроводах
[15—17]. Они основаны на применении зондов, перено-
симых потоком продукта, радиоактивных элементов,
газоанализаторов, прослушивании шумов и др. Наибо-
лее точные результаты достигаются при использовании)
зондов. В ФРГ для этих целей используют разделитель,
представляющий собой герметичный цилиндрически^
корпус, в котором размещены дифференциальный ма-
нометр, электромагнитный передатчик и батареи пита-
ния. В корпусе разделителя имеются два канала, через
которые жидкость, находящаяся в трубопроводе по обе
стороны разделителя, поступает в дифференциальный
манометр. На корпусе разделителя укреплены эластич-
ные манжеты двух типов: жёсткие — имеют сравнитель-
но большую толщину и твердость, мягкие — достаточно)
эластичны. Для того чтобы жесткие манжеты вошли в
трубопровод, необходимо приложить большое усилие.
Они рассчитаны на удержание разделителя в задан-
ном' положении. Мягкие манжеты легко входят в тру-
бопровод. Под напором воды, которая после аварии'
заменяет перекачиваемый продукт, разделитель переме-
щается в заданную точку трубопровода. Перекрывая:
проходное сечение трубопровода, он образует две изо-
42
лированные секции. Из-за утечки давление в одной из
секций уменьшается. Образовавшийся перепад давле-
ния определяют с помощью дифференциального мано-
метра. Через электромагнитный передатчик от диффе-
ренциального манометра сигналы поступают на при-
емное устройство, которое используют для определения
места утечки продукта перекачки. С помощью раздели-
теля можно обнаружить утечки объемом 1000 см3/ч.
Разделитель такого типа необходимо вставлять в каме-
ры запуска скребков и шаров на значительном расстоя-
нии от места повреждения.
Ультразвуковой течеискатель УТН-1 предназначен!
для контроля герметичности и обнаружения мест утеч-
ки магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов. Он
отличается повышенной проходимостью и точностью
определения места утечки за счет мерных колес.
' В состав течеискателя входях автономный прибор,
пульт расшифровки информации, зарядно-разрядное'
устройство, ультразвуковые маркеры, цифропечатающий
автомат.
Автономный прибор представляет собой герметичный
стальной контейнер, внутри которого установлены
электронный блок управления, магнитный регистратор
и источник питания. В передней части его расположены,
сферический гидрофон и датчик давления. Автономный
прибор перемещается по трубопроводу перекачиваемым
продуктом. Пуск и прием его осуществляют через ка-
меры пуска и приема скребков.
В основу работы ультразвукового течеискателя':
УТН-1 положен принцип регистрации звука (ультразву-
ковой диапазон), возникающего в месте утечкц жид-
кости. Ультразвуковые маркеры предназначены для по-
вышения точности определения места утечки. Их уста-
навливают на стенке трубопровода через 2—5 км.
Расшифровка информации, записанной на ленту в
двоичном коде, о месте утечки, пройденном пути при-
бора, давлении перекачиваемого продукта и месте уста-
новки маркеров производится на пульте расшифровки
информации и цифропечатающнм автоматом.
Магнитный регистратор прибора работает в старт-
стопном режиме после поступления акустического сиг-
нала утечки перекачиваемой жидкости при прохожде-
нии прибором акустического сигнала маркера, полных,
километров пути в зависимости от установленного масш-
таба (через 1, 2, 3 км п т. п.).
44
Погрешность определения места утечки составляет
±10 м, чувствительность — 50 л/ч, дальность обследо-
вания трубопровода — не более 200 км, время непре-
рывной работы прибора — не более 60 ч.
Для практических целей необходимы переносные
приборы, с помощью которых можно обнаруживать;
место повреждения с точностью до 1,5—2 м при залега-
нии трассы под слоем грунта толщиной до 2,5 м и
глубине водоема до 30 м.
Экспедиционный отряд подводно-технических работ
Главтранснефти использует подводный вариант элект-
ронно-акустического течеискателя ТЭА-П, предназначен-
ного для обнаружения мелких повреждений трубопро-
водов. Появление свища в подводном трубопроводе
сопровождается акустическими колебаниями, распростра-
нение которых приводит к повышению уровня звукового
поля в районе повреждения. Принципиально обна-
ружение мест повреждения сводится к поиску максиму-
ма акустического сигнала. Акустическая эмиссия, соз-
даваемая потоком, истекающим из свища, преобразует-
ся в электрический сигнал 1[15]..
Прием акустических колебаний с грунта осуществля-
ется специальным акустическим концентратором, кото-
рый усиливает колебания на определенных частотах в
20 раз, после чего они поступают на трубчатый пьезо-
элемент типа ПЭ7-Т. Электронный приемник работает
по схеме прямого усиления и состоит из предваритель-
ного и выходного усилителей.
Выходной усилитель расположен в блоке индикации.
Его нагрузкой являются высокоомные телефоны и стре-
лочный индикатор с подсветкой шкалы, необходимой
при работе в мутной воде. Для возможности изменения
чувствительности в широких пределах и выбора наи-
более приемлемого режима работы на уровне посторон-
них подводных шумов предусмотрены ступенчатая и
плавная регулировки усиления. Питание схемы осу-
ществляется от 5 элементов Э-332, которые вместе с
остальными узлами блока индикации помещены в
герметичный бокс. Блок преобразователя устанавливают
на грунт по оси трассы, а бокс с помощью ремня крепят
на груди водолаза.
При работе в холодное время года из-за значитель-
ных колебаний температуры воды и воздуха происхо-
дит конденсирование влаги внутри прибора, которая
ухудшает параметры его работы, в частности уменьшает
45
чувствительность Для устранения этого явления в не-
посредственной близости от датчика располагают вкла-
дыш, наполненный силикагелем.
При погружении прибора под воду мембрана акусти-
ческого концентратора вдавливается в полость корпуса.
Это может привести к отказу в работе и даже к выходу
из строя блока преобразователя. Для выравнивания
давлений в корпусе преобразователя подводного течепс-
кателя предусмотрена автоматическая система, состоя-
щая из баллона, редуктора и клапана. Баллон вмести-
мостью 0,1 л заполнен воздухом под давлением 15 Па,
которое с помощью редуктора может понижаться до
0,5—0,6 Па. Воздух из баллона поступает на автомат
регулирования давления, а из него в прибор под давле-
нием, которое соответствует давлению окружающей вод-
ной среды. Для снижения давления воздуха внутри
прибора при подъеме его на поверхность предусмотрен1
клапан.
Конструкция системы позволяет заполнять баллон
воздухом под давлением 15 Па путем перепуска его из
акваланга, что удобно в полевых условиях.
Техническая характеристика подводного
электронно-акустического течеискателя ТЭА-П
Максимальная глубина погружения, м . . . .	50
Допустимая глубина залегания трубопровода под
слоем грунта, м ............................Не более 2,5
Точность определения места повреждения, м . .	±1,5
Рабочий диапазон частот, Гц .	........... ЗОЮ—3000
Потребляемая мощность, МВт..................•	Не более 100
Нестабильность суммарного коэффициента усиле-
ния (в %) при воздействии одного из следующих
факторов: изменение температуры окружающей
среды от —30 до +50°С, отклонение напряже-
ния питания от номинального до —15%, влияние
внешнего постоянного или переменного тока час-
тотой 5,0 Гц (напряженность магнитного поля
200 Д/м), давление воздуха в баллоне для вырав-
нивания давления на глубине 15 Па, запас воз-
духа 0,1 л.........................................±20
Габаритные размеры, мм:
преобразователя . .......... 850 X 250X 250
блока индикации	, 200X180X150
Масса на воздухе, кг:
преобразователя . • . . .. ..... .	3,5
блока индикации	. ..  .........  .	ъ	2,5
Перед проведением работ трубу очищают с помощью
шара, затем в нее закачивают воздух, давление которо-
46 U
го нс должно превышать рабочее в трубопроводе. Перед
закачкой воздуха трубопровод необходимо рассчитать,
на плавучесть. Предполагаемое место повреждения тру-
бопровода определяют путем измерения с помощью
стрелочного индикатора уровня шума на поверхности1
(сначала на одном, а затем на другом берегу). Расстоя-
ния от места установки прибора до места повреждения
вычисляют по формуле Л = /па/(а+й), где /п— расстоя-
ние между точками установки прибора на берегах; а,
b — показания индикатора на берегах.
Затем водолаз определяет точное место поврежде-
ния. Для этого вдоль трассы трубопровода на расстоя-
нии 3—5 м по обе стороны от места предполагаемого,,
повреждения вновь измеряют уровень шумов, имею-
щих одинаковую амплитуду. Точку повреждения опре-
деляют, разделив пополам расстояние между точками,
где наблюдается максимум шумов.
Описанный метод обнаружения свищей целесообра-
зен на нефтепроводах небольших диаметров, а также на
газопроводах любых диаметров.
Для определения места повреждения подводного
трубопровода применяют также локационное устройст-
во,, состоящее из ультразвукового излучателя с угловой
диаграммой направленности, поворотного устройства,
генератора высокой частоты, формирователя зондирую-
щих импульсов, синхронизатора, усилителя, детектора,
усилителя записи и регистрирующего устройства'
(рис. 11).
Формирователь зондирующих импульсов посылает
сигнал, который поступает на генератор высокой часто-
ты, где он усиливается и преобразуется излучателем в
ультразвуковые колебания. Они под определенным уг-
лом направляются к месту предполагаемого поврежде-
ния и отражаются от трека пузырьков газа или воздуха,
в небольшом количестве специально закачиваемого в
трубопровод. Отраженный акустический сигнал преоб-
разуется в электрический, а затем усиливается, детек-
тируется и поступает на регистрирующее устройство.
Здесь в непрерывном режиме записываются трек выхо-
да газа (воздуха) и рельеф дна водоема. При движе-
нии плавсредства к месту повреждения трубопровода'
положение записи трека выхода газа (воздуха) будет
смещаться к нулевой линии. Место совмещения нулевой
линии с отметкой трека на регистрирующем устройстве
является местом повреждения трубопровода.
47
Рис. И. Определение места повреждения с помощью отраженного
акустического сигнала:
а — схемы работы; б — эхограмма; 1 — эхолот; 2— излучатель и приемник;
Л — трубопровод; 4 — место утечки; 5 — трек движения продукта перекачки;
6 — линия дна
ОБОЗНАЧЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИИ НА ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ
В месте повреждения подводного трубопровода на
определенное время должен быть поставлен буй. Одна-
ко на реках или водохранилищах с интенсивным судо-
ходством или лесосплавом буй нередко срывается про-
ходящими судами или плотами.
Опыт показал, что при большой ширине водоема
(2—3 км и более) определить место погружения по
береговым ориентирам совершенно невозможно, что
приводит к непроизводительным затратам рабочего'
времени. Чтобы не допускать возникновения подобных^
ситуаций, нередко используют буи, которые срабатыва-
ют при получении дистанционного передаваемого сигна-
ла j[6]. Сигнал подают перед началом рабочей смены.
По окончании работ водолаз закрепляет буй на грунте
с помощью якоря (рис. 12). Герметичный корпус буя, в
котором помещены приемное устройство, блок управле-
48
^Рис. 12. Схема установки всплывающего буя ВБ-1 с электроприво-
дом разъединительного механизма:
/ — генератор; 2 — поплавок с сигнальной лампой; <3 — антенна; 4 — якорь;
5 — корпус; 6 — трубопровод
ния исполнительным механизмом, блок питания и собст-
венно исполнительный механизм, удерживающий бара-
бан с буйрепом и поплавком, с якорем связан жестко.
В корпус поплавка встроен фонарь. Он загорается при'
всплытии поплавка на поверхность воды.
Для уменьшения помех в некоторых конструкциях
предусмотрен приемник акустических сигналов, кодиро-
ванных по временному признаку, а на борту водолазно-
го бота — специальное устройство, излучающее сигнал!
вызова. Кодирование сигнала вызова по временным
признакам не позволяет перевести приемник в режим;
дежурного приема, так как для снижения токопотребле-
ния он периодически отключается от источника питания.
Перед каждым погружением буй необходимо разби*
рать.
Особенность всплывающего буя ВБ-1 — возмож-
ность его вызова за счет создания переменного магнит-
ного поля, возбуждаемого вокруг трубопровода. Для’
этого в' конструкции вместо приемника акустических
сигналов применен приемник кодированных по частоте
сигналов переменного магнитного поля, возбуждаемо-
го вокруг трубопровода генератором переменного тока,
входящим в состав типового комплекта оборудования
для обследования подводных коммуникаций.
В цилиндрическом корпусе (рис. 13) размещены
платы блоков электронной обработки сигналов и пита-
ния, а также устройство управления разъединительным;
механизмом. Снаружи корпуса укреплена приемная1
49
Рис. 13. Схема всплывающего буя ВБ-1:
/ — поплавок с сигнальной лампой; 2 — антенна; 3 — корпус; 4 — блок прием-
ника; 5 — задняя крышка; 6 — блок электронного реле; 7 — аккумулятор; 8 —
редуктор; 9 — реверсивный электродвигатель; 10 — вал; // — передняя крыш-
ка; 12 — сальник; 13— крышка барабана; 14 — откидная рукоятка для на-
мотки буйрепа; /5 — барабан; 16 — стопорное кольцо барабана;./? — кожух
барабана; 18 — буйреп
антенна. На плате блоков электронной обработки сиг-
налов размещены блок частотной селекции, усилители,
тональных сигналов и блок электронных реле. В центре
платы находится регулятор чувствительности, кнопка
реверсирования двигателя и разъем подключения
внешнего источника тока для зарядки аккумулятора.
В качестве блока питания применена батарея гермети-
зированных .аккумуляторов.
Управляющее устройство разъединительного меха-
низма состоит из электродвигателя, который соединен с
валом через редуктор. На одном из его концов укреп-
50
лен кулачок, приводящий в действие микровыключате-
ли, расположение которых на плате не препятствует
повороту вала на 180°.
В центре передней крышки имеется ось, на которую,
надет барабан с намотанным буйрепом, а на барабане—
кольцо с пазом, в который входит выступающий конец
вала. Барабан с буйрепом помещен в кожух. Для ук-
репления поплавка на боковой поверхности кожуха
имеется гнездо с отверстием для прохода буйрепа.
Якорь с буем устанавливают на дне водоема рядом
с трубопроводом, к которому подключают генератор пе-
ременного тока.
При подключении генератора вокруг трубопровода
возбуждается переменное магнитное поле, воздейству-
ющее на антенну приемного устройства. Принятые ан-
тенной сигналы вызова, имеющие частоты ft и f2, раз-
деляются в блоке частотной селекции, усиливаются,
детектируются и подаются на блок электронных реле,
который управляет работой -электродвигателя. Схема',
блока электронных реле позволяет включать электро-
двигатель только при подаче сигналов вызова в опреде-
ленном сочетании (например, fh f2 или f2, ft) с произ-
вольными интервалами между отдельными сигналами.
Включенный электродвигатель через редуктор с
большим замедлением поворачивает вал, выходящий из
герметичного корпуса, через уплотнитель на 180°. При
этом рабочая часть вала выходит из зацепления с бара-
баном,, который получает возможность свободно вра-
щаться, а поплавок, прикрепленный к буйрепу, всплы-
вает.
При подготовке буя к очередному всплытию буйреп
наматывают на барабан. Последний приводится в та-
кое положение, при котором возможно стопорение рабо-
чей частью вала. Затем двигатель включается в режим
обратного вращения и вводит вал в зацепление с бара-
баном.
Под герметичной крышкой находится разъем для
подзарядки аккумуляторов.
Разъединительное устройство имеет высокую надеж-
ность, так как управляющие элементы расположены'
внутри герметичного корпуса. Снаружи находится лишь
вал, 'осуществляющий расцепление буйрепа.
Техническая характеристика всплывающего буя ВБ-1
Максимальная глубина погружения, м . . . .	40
Диапазон рабочих температур, '°C.......... —5---|-30
51
Максимальное время работы в дежурном режи-
ме, сут .... . и ......... *	4
Частота сигнала вызова, Гц.......... 2225
Полоса пропускания приемника буя на уровне
0,707, Гц . . . . . с.................. 25±5
Ослабление помехи с частотой 50 Гц, дБ . . .	80
Токопотребление в дежурном режиме, МА . .	8
Энергообеспечение . . . . . ь . , , . . . Аккумуляторная
батарея
10КНГ-1,5м
Напряжение, В . . . . .  .............. 12
Емкость, А-ч • . ... k ....... .	1,5
Габаритные размеры, мм ... h ..... . 475X295X220
Масса, кг ............... .	11,5
Техническая характеристика генератора
Номинальная частота выходного сигнала, Гц .	222,5
Пределы регулировки частоты, Гц.............. 2175—2275
Выходная мощность, Вт . . •.................. 2
Потребляемая мощность, Вт.................... 5 “
Питание, В:
сеть переменного тока (частоты 50 Гц) . .	220
аккумуляторная батарея................... 12
Габаритные размеры, мм •...................... 279X1'32X280
Масса, кг . . . . .	. ................. 4,5
Для обеспечения необходимой плавучести буй снаб-
жен поплавком, заполненным газом. Необходимо отме-
тить, что наличие в поплавке газа осложняет установку1
буя на дне водоема, а также создает дополнительную!
нагрузку на разъединительный механизм, что снижает
его надежность. Для запуска разъединительного меха-
низма приходится применять довольно мощные устрой-
ства (электродвигатель, соленоид), что затрудняет
систему энергообеспечения.
Буй более простой конструкции (рис. 14, а) пред-
ставляет собой эластичную оболочку, которая уложе-
на компактно и не обладает в таком виде плавучестью,
что упрощает установку буя.
. В герметичном цилиндрическом корпусе 8 располо-
жены приемник сигнала вызова 9 и аккумуляторная
батарея 11. В отдельном герметичном отсеке находится'
газогенератор 12, который через штуцер с вмонтиро-
ванным клапаном 13 связан с эластичной оболочкой/4,
уложенной в торцовой части корпуса. В противополож-
ной части его размещен барабан 6 с намотанным буй-
репом 5. С этой же стороны к корпусу прикреплен
поплавок 7, который придает конструкции небольшую
положительную плавучесть. Снаружи корпуса располо-
жена антенна 10 для приема сигнала вызова и прива-
рены две Ut-образные скобы 4, которые пропущены че-
52
Рис. 14. Всплывающий буй с газогеиератором-
реэ рым 3, укрепленный на тросе 2. Корпус может по-
ворачиваться вокруг рыма, к которому крепится сво-
бодный конец буйрепа. Нижний конец троса соединен с
донным 'якорем 1.
При установке буя корпус, имеющий положитель-
ную плавучесть и зацепленный за рым U-образными
скобами, натягивает трос, который удерживает буй от
всплытия. Поскольку корпус может поворачиваться;
вокруг рыма, а ось вращения находится вне корпуса,
то возникающий вращающий момент заставляет кор-
пус буя принять рабочее положение. После получения
сигнала вызова газогенератор приводится в действие,
а эластичная оболочка наполняется газом. Конструк-
ция приобретает дополнительную плавучесть. Так как,
объем газа в эластичной оболочке превышает объем
поплавка, корпус поворачивается и занимает положе-
ние, показанное на рис. 14, б. Скобы выходят из зацеп-
ления с рымом, а буй всплывает, разматывая буйреп.
Положение буя после всплытия показано на рис. 14, в.
Для приема сигнала вызова буй может быть снабжец
как приемником электромагнитного поля, так и прием-
ником акустических сигналов.
Применение всплывающих буев ускоряет проведе-
ние аварийно-восстановительных . работ на подводных!
трубопроводах.
53
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ЛИКВИДАЦИИ АВАРИИ
Службы, занимающиеся ликвидацией аварий подвод-
ных трубопроводов, должны иметь развитую и техни-
чески оснащенную есть пунктов. Например, в системе
Миннефтепрома аварийно-восстановительная служба',
включает в себя аварийно-восстановительные пункты'
(АВП), обслуживающие 200—250 км трассы; опорные
аварийно-восстановительные пункты (ОАВП) при ба-
зах производственного обслуживания; специализиро-
ванные аварийно-восстановительные управления
(СУПЛАВ). Кроме них, в ликвидации аварий на под-
водных переходах принимают участие водолазные бри-
гады экспедиционных групп подводно-технических ра-
бот. Эти группы, как правило, находятся в местах наи-
большего сосредоточения подводных переходов. Так
как магистральные трубопроводы имеют большую про-
тяженность, а подводные переходы расположены на
значительном расстоянии друг от друга, экспедицион-
ные группы оснащают дополнительными мощностя-
ми (страховой резерв). Для повышения надежности!
страхового резервирования на случай аварии должно,
быть предусмотрено рациональное размещение водо-
лазных бригад. Критерием такого размещения может
служить сфера действия страхового резерва 7? за ка-
кой-либо плановый интервал времени.
Нахождение точки дислокации бригад страхового
резерва связано с определением «центра тяжести» воз-
можных аварий /ц в единицу времени
R
21
I _	/=0
1ц-----д	,
2
1=0
где R — общая протяженность участка, равная годо-
вой выработке бригады; I — расстояние от начальной
точки действия бригады (0, 1, 2, ... , Z км); X;—сред-
нее число отказов в единицу времени на l-м километре.
В Миннефтепроме выполнены расчеты и осуществ-
лены организационно-технические мероприятия по,
дислокации бригад страхового резервирования при
возникновении аварийной ситуации по всей системе
магистральных нефтепроводов.	1
Инструкции по эксплуатации подводных переходов!
54
на магистральных трубопроводах предусматривают)
разработку плана мероприятий, связанных с ликвида-
цией аварий. Такие мероприятия должны разрабаты-
ваться для каждого подводного перехода и предусмат-
ривать меры, способствующие быстрой ликвидации ава-
рий и их последствий. В планах необходимо учитывать'
действия всех работников и материально-техническое
обеспечение при различных вариантах аварийных;
ситуаций, обеспечивая, однако, и свободу действий при;
возникновении непредвиденных ситуаций.	’
Оперативная часть плана включает в себя продоль-
ный профиль участка перехода до перевальных точек,
а также ситуационный план, места размещения задви-
жек, сбора нефти и нефтепродуктов, взрыво- и пожаро-
опасные зоны. Составной частью плана являются меро-
приятия по охране окружающей среды, в том числе'
действия рабочих и ИТР по локализации выхода неф-
ти (нефтепродуктов) в водоем; схемы с указанием мест
расположения аварийно-восстановительной техники и/
путей ее продвижения; схема оповещения и вызова ава-
рийно-восстановительной службы; список оборудова-
ния, инструмента и материалов, требующихся для лик-
видации аварии.	•
В плане мероприятий должны быть указаны лица,
ответственные за сбор продуктов загрязнения; связь,
освещение и сигнализацию; снабжение материально-
техническими средствами и транспортом; организацию
питания и т. д. В нем следует перечислить немедлен-
ные действия по ликвидации аварий, включающие!
сбор всех участников, обеспечение охранных мероприя-
тий, ограничение окружающей среды от загрязнений.
Для ликвидации аварии необходимо организовать/
срочную доставку людей и техники к месту происшест-
вия, обнаружение повреждения, установку приспособ-
лений, препятствующих выходу нефти в водоем или
локализирующих его, удаление продуктов загрязнения
на берегах и в водоеме, вытеснение нефти из трубопро-
вода и замену ее водой, ликвидацию повреждения од-
ним из ранее намеченных способов, испытание и анти-
коррозионную защиту трубопровода или места повреж-
дения.	!
Аварийные бригады, обученные по специальной
программе, должны иметь в своем распоряжении необ-
ходимые оборудование и снаряжение, которые надо,
доставлять к месту аварии автотранспортом или верто-
летами.	।
55
После обнаружения аварий в план действий вносят
необходимые изменения и дополнения, учитывающие
особенности конкретного случая.
Об аварии сразу же информируют диспетчера; до
прибытия аварийно-восстановительной бригады обеспе-
чивают дежурство у места выхода перекачиваемого
продукта; предупреждают проходящие суда об опас-
ности.	**
Диспетчер сообщает номера задвижек и порядок их
закрытия, при котором достигается минимальный вы-
ход продукта в водоем; осуществляет руководство по.
закрытию задвижек; немедленно докладывает руковод-
ству об аварии; организует выезд аварийно-восстано-
вительной бригады; устанавливает время прибытия ее
и технической комиссии на место аварии; сообщает по
инстанции руководству о ходе ликвидации аварии; изве-
щает о случившемся бассейновое управление (управле-
ние судоходного канала) и пароходство, эксплуатирую-
щее водные пути-
На место аварии немедленно направляется аварий-
но-восстановительная бригада, ^которая должна при-
нять меры по ограждению зоны выхода нефти (нефте-
продукта) и их сбору, выставить знаки «Нефть, огне-
опасно», «С огнем не приближаться», «Не курить» и
Т. д.	'
В случае необходимости место работ должно осве-
щаться светильниками во взрывобезопасном исполне-
нии, рассчитанными на взрывоопасные категории и
группы 2ТЗ.
Ликвидацию повреждения целесообразно вести с
помощью инвентарных технических средств. Каждый
член аварийно-восстановительной бригады должен хо-
рошо знать инструкции по проведению работ по ликви-
дации аварии и свои обязанности.
Диспетчер бассейнового управления (управления
судоходного канала) должен дать команду капитанам,
судов об усилении дежурств на палубе, принятии мер по)
обеспечению пожарной безопасности, а в необходимых
случаях о временном прекращении судоходства на от-
дельных участках водоема.
Водолазы определяют место и характер поврежде-
ния трубопровода, руководитель аварийно-восстанови-
тельных работ выбирает способ ликвидации поврежде-
ния, который он согласовывает с председателем техни-
ческой комиссии. После этого повреждение устраняют.
56
Место аварии необходимо взять под особый конт-
роль. Если при проведении аварийно-восстановитель-
ных работ не были обеспечены надежный ремонт места
повреждения и восстановление изоляции, эти работы
следует выполнить в срок, предусмотренный графиком
ремонтов.
Расследование причин аварии осуществляет техни-
ческая комиссия. Ее функции заключаются в следую-
щем:
осмотр в натуре поверхности водоема и оценка сте-
пени его загрязнения;
организация фотографирования места повреждения,
выполнение эскизов и т. д.;
определение технического состояния перехода и ус-
ловий его эксплуатации перед аварией на основе имею-
щихся документов, опроса свидетелей и должностных
лиц;
выявление климатических условий и характера ра-
бот, проводившихся недалеко от трубопровода непос-
редственно перед аварией;
составление списка судов, проходивших по водоему
накануне и в день аварии;
установление признаков предаварийного состояния
трубопровода и принятие мер по предупреждению ава-
рии;
уточнение других обстоятельств, необходимых для
выяснения причин аварии;
проверка качества технических решений, принятых в
утвержденных проектах и рабочих чертежах;
определение качества выполнения строительно-мон-
тажных работ и установление соответствия их проек-
там и требованиям нормативных документов;
выявление качества примененных материалов и
конструкций и соответствия их требованиям проекта,
стандартов и технических условий;
определение порядка отбора образцов трубопрово-
да для испытаний или исследований;
установление объема дополнительных инженерно-
геологических и геодезических изысканий, необходи-
мости организации экспертизы по вопросам, связанным
с выяснением обстоятельств и причин аварии;
определение объема необходимых поверочных расче-
тов трубопровода с учетом реальной эксплуатации
трубопровода (фактические нагрузки, температурные
и другие воздействия);
57
проверка соблюдения правильности ведения доку-
ментов, подтверждающих освидетельствование скрытых
работ и их приемку в процессе строительства и эксплу-.
атации;
выявление нарушений требований правил техничес-
кой эксплуатации перехода, проверка паспорта и т. и.;
назначение сроков проведения аварийно-восстано-
вительных работ, установление при необходимости со-
става обмеров и других работ для получения необхо-
димых данных, подтверждающих выводы о причинах
аварии;
определение фактических объемов повреждений пе-
рехода и выхода, нефти и нефтепродуктов в общепри-
нятых единицах измерения, па основе которых устанав-
ливают размер материального ущерба;
выявление виновных должностных лиц;
разработка рекомендаций и мероприятий по ликви-
дации последствий аварии и дальнейшей эксплуатации
перехода;
выполнение других работ, необходимость в которых
выявляется в ходе расследования аварии;
составление акта расследования,причин аварии под-
водного перехода.
загрязнение окружающей среды при авариях
Характерная особенность аварий подводных трубопро-
водов — утечка большого количества продукта при не-
большом давлении. При аварии на подводном переходе
нефтепровода на поверхности водоема скапливается
80—90% нефти. За счет турбулентного движения водно-
го потока происходит ее перемешивание с водой. Вслед-
ствие токсичности нефти и нефтепродуктов, попадаю-
щих в воду при авариях, значительный ущерб нано-
сится обитателям водной среды, затрудняется эксплуа-
тация использования водоема на больших площадях.
Отказы трубопроводов приводят к загрязнению воды,
грунта и растительного покрова на берегах и дне водое-
мов. Наиболее токсичными для растений являются наф-
теновые и керосиновые фракции с температурой кипе-
ния 150—275°С. По данным канадских ученых, на по-
раженных нефтепродуктами участках даже, через 15
лет растительный покров восстанавливается менее чем
наполовину.
При авариях трубопроводов нефть в водоемах
58
распространяется под воздействием ветра И течения,
быстро достигает берегов, скапливается в заводях и
на мелководных участках, покрытых растительностью. В
застойных зонах она перемешивается с мусором.
Нефть растекается по поверхности воды только в
начальный период. Скорость растекания светлых неф-
тепродуктов (бензин, керосин) ниже, чем темных (ма-
зут, масло). Это объясняется тем, что поверхностное
натяжение на границе с водой у первых выше, чем у
вторых.
Нефтяное пятно при залповом выбросе из подводно-
го трубопровода представляет собой полосу, в средней
части более широкую, чем по краям. Из трещин нефть
выходит каплями и на поверхности образует отдельные
пятна. У берегов нефтяное пятно прижимается к линии
уреза, принимает форму клина и размазывается по за-
плескай (рис. 15). При изменении направления ветра
нефть из одних застойных зон может перемещаться в
другие. Нередко загрязненные участки водоемов чере-
дуются с чистыми. На водохранилищах и реках со сла-
бым течением скорость движения нефтяного пятна
составляет 3—4% скорости ветра {3]. На реках с
быстрым течением протяженность зоны загрязнения
достигает 70—130 км. Полное смешение нефтепродуктов
с пресной водой происходит за 4—7 сут.
Рис. 15. Схема распространения нефти по реке при повреждении
подводного нефтепровода:
/ — трубопровод; 2 — место повреждения; 3 — нефть; / — течение реки; //—
направление ветра
59,
С повышением температуры воды интенсивность ее
смешения с нефтепродуктами возрастает. В северных
районах при температурах воды, близких к 0°С, этот
процесс протекает медленно. Он может длиться в те-
чение 50 лет. Следовательно, водоемы Севера особенно
чувствительны к загрязнениям, должны оберегаться и
очищаться.
Недостаточное знание свойств нефти, попавшей в во-
ду в результате утечки или залпового выброса, приводит
к тактическим ошибкам при ликвидации нефтяного за-
грязнения. Нередко, отождествляя свойства нефтяного
пятна на поверхности воды со свойствами нефти, такое
пятно пытаются поджечь. Однако без специальной
подготовки это сделать невозможно. Следует учитывать,
что нефтяное пятно взаимодействует с водой и возду-
хом. При попадании механических примесей, испарении,
растворении в воде', окислении, эмульгировании, солнеч-
ной радиации изменяются масса и свойства нефти. Важ-
ный фактор, который следует учитывать при очистке
водных поверхностей, — плотность нефти. Изменение
плотности нефти и нефтепродуктов при температуре,
отличной от 20°С, приближенно можно определять по
формуле |[3]р(«р2о+0,000672 (/—20), где р2о—плот-
ность жидкости при 20°С; t— расчетная температура.
При плотности нефти, приближающейся к 1 г/см3,
возникает угроза ее осаждения на дно. Это же явление
наблюдается и при уменьшении плотности воды вслед-
ствие понижения ее температуры с 4 до 0°С. Однако
нефть может всплыть на поверхность даже через боль-
шой промежуток времени при повышении ее температу-
ры и соответствующем уменьшении плотности. 4
Поскольку сбор нефти с поверхности воды почти
всегда осуществляется с помощью технических средств,
необходимо учитывать наличие в нефтяном загряз-
нении фракций с температурой вспышки паров менее
60°С, недопустимых с точки зрения пожарной безопас-
ности.
Японские ученые в лабораторных условиях изучали
поведение нефти в воде. Выяснилось, что через 6 мес
(в расчете 1 мл нефти на 100 л воды) 81,8% нефти
остается в виде пленки на поверхности воды, 4,3% на-
ходится в воде в виде диспергированных частиц, 2,6%
выпадает в осадок, а 11,3% прилипает к стенкам резер-
вуара, в котором проводились исследования, на грани-
це раздела воды и воздуха.
60
Важным показателем нефтяного загрязнения, вли-
яющего на характер и условия сбора, является вязкость.
Под воздействием испарения, эмульгирования, темпе-
ратуры воды и воздуха, вязкость меняется. Например,
вязкость эмульсии из мазута с водой в 3 раза меньше,
чем у мазута. Сырые нефти, имеющие вязкость 0,9—
8 Па-с и попадающие в воду при авариях магистраль-
ных нефтепроводов, убирать нефтесборщиками трудно.
Нефть с вязкостью 8 Па-с на поверхности воды не рас-
текается. Она скапливается на заплесках, отлагается
толстым слоем на береговой полосе. Нефть средней вяз-
кости (0,06—8 Па-с), попав на берег, пропитывает;,
грунт в соотношении 1:4. Ее необходимо удалять зем-
леройными машинами.
Радужные пленки на воде толщиной менее 1 мкм
образуют масляные фракции, обладающие высокой под-
вижностью из-за малого поверхностного натяжения на
границе с водой и препятствующие растеканию толсто-
го слоя нефти. При скорости движения воздуха до 3 м/с
испарение пленки бензина происходит в 2,5 раза, керо-
сина в 18 раз, а дизельного топлива в 16 раз быстрее;
чем при штиле.	.
Характер загрязнения береговой зоны водоемов за-
висит от ее геологического строения. Больше всего
загрязняются низкие заросшие болотистые берега. Их
очистка затруднена. Песчаные берега загрязняются в
районе заплесков, нефть на глубину не проникает. Га-
лечные берега, находящиеся в зоне быстрого течения,
загрязняются слабо, однако из-за проникания нефти на
глубину их очищать нелегко. Крутые берега загрязня-
ются меньше. Здесь нефть отлагается в виде узкой по-
лосы.
Ориентировочно на 1 км береговой полосы отлагает-
ся 1—2 т маловязкой нефти, 5—8 т нефти средней
вязкости и 20—30 т высоковязкой и застывшей нефти
[21].	(
Вода становится непригодной для питья при нали-
чии в ней (в мг/л) нефти и керосина — 0,01—0,1, бен-
зина и солярового масла — 0,001—0,01. В воде внут-
ренних водоемов содержание (в мг/л) бензина, много- и
малосернистых нефтей не должно превышать 0,1, керо-
сина— 0,05—0,1.
Нефтяная пленка, покрывающая поверхность воды,
изолирует последнюю от атмосферного кислорода, в
корне меняет процесс испарения, уменьшения его на 60%.
61
Нефть в воде теряет первоначальные качества и прев-
ращается в комплекс углеводородов, которые воздейст-
вуют на живой мир водоемов не так, как нефть. Нали-
чие в воде даже небольшого количества нефти приво-
дит к тому, что одни водные организмы перестают жить
в традиционном районе обитания, другие приспосабли-
ваются к новым условиям, а третьи начинают разви-
ваться более интенсивно. Иными словами, меняется ви-
довой состав обитателей водоема, происходит разруше-
ние экологического равновесия организмов, которые
приспособились друг к другу и зависят один от друго-
го.
ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМА
Для оценки степени загрязнения используют флуорес-
центные исследования и инфракрасную спектроскопию
(табл. 2).
Оперативную ориентировочную оценку нефтяного
загрязнения вдоль течения можно выполнять по мето-
дике, предложенной Институтом прикладной геофизики
Таблица 2 Признаки поступления в водоем нефти и нефтепродуктов [3]			
Зона водо- ема	Общие признаки	Данные флуоресцент- ных исследований	Данные инфракрас- ной спектроскопии
Повер-	Ирризирующая, се-	Присутствие битри-	Наличие неиредель-
хность во-	рая или кормчие-	и иолуциклических	ных и ар'оматиче-
доема	вая пленка	углеводородов	ских углеводородов
Водная	Легкое вспенивание	Интенсивная флуо-	Интенсивные поло-
масса	при экстракции. Высокий процент углеводородов от общего гидрофоб- ного вещества	ресценция в ульт- рафиолетовой и видимой областях спектра	сы поглощения экс- трактов в области 2850—2950 см-1
Дно	Нефтяные пятна ирл взмучивации донных отложений, увеличение содер- жания органичес- кой серы в соста- ве гидрофобных органических .ве- ществ	Выделение ярко флуоресцирующих в ультрафиолето- вой и видимой об- ластях люмогенов нефти	Наличие наиболее тяжелых смолисто- асфальтеновых фракций, аромати- ческих и непре- дельных углеводо- родов
Берег	Темные полоски и пятна на грунте	Ярко-голубое све- чение масел и ко- ричнево-жслгос све- чение смол	Наличие непредель- ных и конденсиро- ванных ароматиче- ских углеводородов, смои
62
степени за-
ве типичной
); б — функ-
времени до-
симость Сн.
оре сброса;
Госкомгидромета *[8]. В основу ее положены гидроло-
гические закономерности движения воды в реке и рас-
пределения нефтепродуктов на водной поверхности.
При этом используются следующие предпосылки. В
качестве типовой принята равнинная река, подчиняю-
щаяся степенным зависимостям среднего многолетнего
расхода воды (QTim = 0,0039-2,83-v l, где N — параметр,
для крупных рек, равный 12—14) и длины реки ет исто-
ка (Лтип = 0,8-l,83-v-1). На основе приведенных зависи-
мостей можно построить график изменения расхода
воды по длине реки (рис. 16,а).
Концентрация нефтепродуктов в конкретной реке на
основе типовых условий может быть вычислена по
формуле
^чпах (/) — <4 И2 Ctg Сн (<Q0 , Xq X) ,
где оц — коэффициент, учитывающий отличие ожида-
емого расхода воды Q(x) в створе х рассматриваемой
реки от типового расхода воды на том же удалении от
начального места загрязнения х0 i[ai = Q ТИП (0/<?(*)];
а2 — коэффициент, учитывающий изменение во времени
доли нефтепродуктов в речной воде (рис. 16, б); аз—
коэффициент, учитывающий отличие фактического по-
падания нефтепродуктов Ро от типового (аз=Рщ/100),-
C’n(Qo, хо—х) — концентрация, соответствующая сбросу
63
100 т нефтепродуктов в типовую реку в створе с рас-
ходом Qo (определяется по данным, приведенным на
рис. 16, в).
Для получения CH(Q , х3—х) (см. рис. 16, в) исполь-
зованы следующие зависимости:
1g Си (<Эо , Х0- X) = (У1 - у2) 100 ~^0- + у. ,
если 10 < Qo < 100 ;
1g Он (Qo. Хо - X) = (у2 - у3)	+ Уз,
если lOOcQoC 1000,
где у<„ У‘1, уз — точки пересечения кривых 1,2,3 с пря-
мой, параллельной оси ординат и отстоящей от нее на
расстоянии, равном удалению рассматриваемого створа
х от створа Хо.
Предложенный метод можно использовать при незна-
чительном изменении расходов воды в условиях, близких
к стационарным условиям течения в меженный период.
Поскольку распределение нефтепродуктов в речных
потоках крайне неравномерно и зависит от многих фак-
торов, точно прогнозировать распределение загрязнения
невозможно. Для ориентировочных расчетов площади
загрязнения в единицу времени можно использовать фор-
мулу
О = 0,077 ro^q0-269,
L in (b/H) J
где От — скорость течения; b, Н — соответственно ширина
и глубина водоема;
изменения во времени доли нефтепродуктов в речной
воде — формулу M(t) = a2(t)M0, где — масса разли-
того нефтепродукта.
ПОТЕРИ ПРОДУКТОВ ПЕРЕКАЧКИ ПРИ АВАРИЯХ
Потери продуктов перекачки при авариях на подводных
переходах зависят от диаметра трубопровода, вида по-
вреждения и других факторов.
При разрывах стенки трубопровода происходят залпо-
вый выброс нефти и опорожнение его на определенном
участке (табл. 3).
Трещины могут служить источником загрязнения водо-
ема в течение длительного времени из-за небольших уте-
чек продукта. Эксперименты показали, что при волося-
ных трещинах, давлении нефти 1,5 МПа и кинематической
61
Таблица 3
Объем нефти (в м3), попадаемой в водоем при аварии
Условный диаметр трубопро- вода, мм	Расстояние между задвижками, м					
	100	500	1000	2000	5000	10000
300	7,1	35,5	7,1	142	355	710
500	19,6	98	196	392	980	1220
700	38,5	193	385	770	1930	3850
1000	78,5	392	785	1570	3920	7850
1200	113	565	ИЗО	2260	5650	11300
вязкости 15 мм2/с могут наблюдаться утечки, не превы-
шающие 0,12 м3/ч. Такие трещины довольно быстро за-
тягиваются слоем парафина и механических примесей,
содержащихся в нефти. Утечка из щелевого отверстия
возрастает быстрее, чем из круглого. Эта разница осо-
бенно заметна при малых отверстиях. Если площадь по-
перечного сечения отверстия превышает 1 мм2, форма его
не влияет на величину утечки fl 1].
При определении выхода продукта из круглого отвер-
стия обычно используют следующую формулу:
<2 = 115/2777,
где S — площадь поперечного сечения круглого отвер-
стия; Н — напор; ц— коэффициент выхода продукта че-
рез отверстие,
И=—----------;
£ + Л 1/D
£ — коэффициент местного гидравлического сопротивле-
ния при выходе продукта из щели; I, D — соответственно
длина и диаметр трубопровода; % — коэффициент гид-
равлического сопротивления трения, зависящий от числа
Рейнольдса ReT и абсолютной шероховатости трубы Д.
Коэффициент % для всех режимов течения жидкости в
трубопроводе определяют по обобщенной формуле Альт-
шуля{1]:
А = 0,11 (Д/D + 68/ReT)0,25.
Для определения коэффициента местного гидравличе-
ского сопротивления g по графику Альтшуля находят
коэффициент скорости <р для круглого отверстия диамет-
ром d, а затем определяют g = 1/<р2—1.
3(0,26) Зак. 488
65
Рис. 17. Определение выхода нефти из повреждения (трещины)
в трубопроводе:
а — характеристики «живого» сечения трещины в трубопроводе; б — расчет-
ная схема участка напора; в — график для определения коэффициентов н»
е. <р в зависимости от Re (по А. Д. Альтшулю)
При вытекании жидкости из щели, образованной при
разрыве стенки трубопровода (рис. 17), вместо диаметра
круглого отверстия необходимо ввести параметр, харак-
теризующий размер и форму «живого» сечения на выходе
жидкости из трубопровода в месте разрыва. Для некруг-
лых труб вместо диаметра d вводится так называемый
гидравлический (эквивалентный) радиус /?, представляю-
щий собой отношение площади «живого» сечения S к пе-
риметру смачивания %. Если для круглой трубы R = d/b,
то для щели б1 = 47?щ=43/х. В этом случае коэффициент
скорости <р можно определить по графику Альтшуля:
*J
где Re0 — число Рейнольдса для круглого отверстия; v —
кинематическая вязкость жидкости.
Истечение жидкости через щель будет происходить
при переменном напоре, а скорость его при неустановив-
шемся течении непрерывно уменьшается, поэтому для
определения времени опорожнения всего трубопровода
используют формулу t=2V/Q, где V — объем жидкости
в трубопроводе длиной I, имеющем площадь поперечного
сечения F- Q — расход жидкости, определяемый по фор-
муле для круглого отверстия; скорость жидкости в тру-
бопроводе ViK = Q/F.
66
Пример 1.
Пусть известно, что //=100 м, F= 1,131 м2, 1=1000 м, У= 1131
м3, Л = 0,9 м, S=0,167 м2. Тогда
„	S S 0,167
/?щ = — = ——— =	= 0,295 м; Д = 0,2 мм ;
щ	%	2ith	2-3,14-0,9	’
v = 0,1cm2/c, d= 1220 мм;
Х=0,02 (с дальнейшей проверкой методом последовательного приб-
лижения);
d
4 R /2~gH	4-0,0295 /2-9,81-100
Re0 =------..	=-------~	-------= 5,23-Ю3.
4РЩ
—4— =	= 0,0295 м;
0,1-10-4
Этому значению на графике (рис. 17, в) соответствует <р = 0,9.
Рассчитаем
____1__________1
<р2 ~ - 0,92
1 1
р —	.	—	]000 _ 0,059;
5	0,234/0,02—j g '
Q=pS /2jgT/ = 0,059-0,167 /2-9,81-1000 = 0,44 м3/с.
Этому расходу соответствует
0,44
/----= 0,334
1,131
_ 0,334-1,2
“ 0,1-Ю-4
68 \0.25
+ 4-10*1	''
«ж = Q/F =
V

ReT =
v
Х =
- 1 = 0,234;
м/с,
= 4-Ю4;
0,02.
Полученный коэффициент X соответствует ранее принятому зна-
чению.
Время полного опорожнения трубопровода через щель в месте
его разрыва
2-1131
r = 2o/Q= • .. «1,43 ч.
0,44
УДАЛЕНИЕ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ С ПОВЕРХНОСТИ
ВОДЫ
Основная трудность при ликвидации загрязнений — ло-
кализация места утечки. Эффективность способов лока-
лизации загрязнения зависит от степени изученности осо-
бенностей распространения нефтяного пятна по поверх-
3*(0,25) Зак. 488
67
ности воды. Особенно сложно прогнозировать распрост-
ранение нефти по поверхности льда и под ним. Скорость
распространения нефтяного пятна по поверхности льда
меняется в зависимости от объема и температуры нефти,
Конфигурации льда, скорости ветра и течения воды, по-
глощения нефти поверхностным слоем льда. Установлено,
что нефть, попавшая под лед, скапливается на его ниж-
ней поверхности. Если нижняя поверхность торосистая,
то нефть, проникая по капиллярам в лед, впитывается в
него, занимая небольшой участок. Так как лед обладает
свойством удерживать нефть, возможным способом ло-
кализации подледной утечки является прорубание во
льду майны и закачка через нее под лед воздуха, кото-
рый будет увлекать нефть в необходимом направлении.
При незначительном вытекании нефти из поврежде-
ния применяют разные приспособления, локализирующие
место утечки. Одно из них, состоящее из плавучего и
якорного колец, показано на рис. 18. Плавучее пенопла-
стовое кольцо диаметром 5 м армировано стальным стер-
жнем и обшито брезентом. За счет собственной плаву-
чести оно удерживается на поверхности воды. Якорное
кольцо изготовляют из стальной трубы. Его заполняют
водой и опускают на дно в месте утечки нефти. К обоим
кольцам крепят гибкий экран из брезента или полиэти-
лена, который не позволяет выходящему из места по-
вреждения продукту под воздействием течения уноситься
потоком воды, а направляет его только к поверхности.
Здесь продукт откачивается насосом. После ликвидации
повреждения в рукав, прикрепленный к якорному кольцу,
подается воздух, вытесняющий воду, в результате чего
нижнее кольцо всплывает на поверхность. При незначи-
тельном течении или отсутствии его можно устанавливать
только плавучее кольцо, в котором концентрируется
нефть.
При точно установленном месте выхода продукта и
небольшом объеме его растекание можно локализовать
с помощью приемной камеры (1050X840 мм), гибкого
рукава (диаметр 50 мм) и воронки (диаметр 4 м). При-
способление на плавсредстве доставляется к месту по-
вреждения трубопровода. Водолазы устанавливают на
поврежденный участок трубы камеру и закрепляют ее.
Продукт, собирающийся в воронке, которая плавает на
поверхности, откачивают в специальный резервуар на
плавсредстве или в береговой котлован насосом, вакуум-
цистерной, наполнительным агрегатом ПНА-1 и др.
При авариях, сопровождающихся залповым выбро-
68
Рис. 18. Приспособление для сбора нефти при утечке ее в районе
подводного перехода:
1 — место утечки нефти; 2, 7 — кольца соответственно якорное и плавучее',
3~ лодка; 4 — катер; 5 — нефтесборщик с краном-укосиной; 6 — оттяжка; 8 —
якорь с оттяжкой; 0 — всасывающая воронка; /0 —гибкий защитный экран;
Н — донный якорь; / — течение реки
сом, нефть растекается по поверхности водоема. Размеры
и толщина нефтяной пленки зависят от количества неф-
ти, ее вязкости, скорости ветра и течения. На небольших
судоходных реках нефть улавливают с помощью запаней,
представляющих собой сплотку из брусьев или бревен
толщиной 16—18 см. К сплотке вертикально крепят до-
щатые щиты, обитые рубероидом. Место и угол установ-
ки запаней по отношению к линии берега выбирают на
месте. Такой заслон, закрепленный на глубине 1—1,5 м,
препятствует распространению нефти.
Собранную у запаней нефть отводят к месту откачки.
Для задержания нефти, прошедшей через запань, ни-
же по течению устанавливают фильтр, состоящий из
3(0,5) Зак. 488	69
двух рядов тонкой проволочной сетки (размер ячеек
15X15 см), между которыми находится солома. Его кре-
пят к якорям, которые располагают на берегах реки. Об-
щая высота фильтра составляет 1,5 м, а высота подводной
части его — 0,2—0,5 м. Такой фильтр пропускает воду, но
задерживает нефть. Пропитанный нефтью фильтр выни-
мают из воды. Солому сжигают, а сетку используют для
изготовления новых фильтров, которые устанавливают
на месте снятых.
Если нефтяное пятно тяготеет к одному из берегов, то
один конец ограждения закрепляют в русле реки с по-
мощью якоря, массу которого при ширине водоема до
200 м и скорости течения до 1,5 м/с можно рассчитать по
формуле
_ Lq [hn ч+(Я0-йп;ч)/2]
Чя —	2	»
где Lo — длина ограждения; Но, ha,4 — высота соответст-
венно всего ограждения и подводной части его.
На больших водоемах нередко, применяют надувные
или трубчатые плавучие ограждения. К их надводной
оболочке, обычно заполняемой воздухом, крепят оболоч-
ку, заполняемую водой, или экран. Плавучее ограждение
укладывают или наматывают на плавучий контейнер-
понтон. Один конец ограждения подключают к воздуш.-
ному компрессору и водяному насосу, которые обеспечи-
вают одновременное заполнение воздушной и водяной
оболочек. В носовой части понтона имеется буксирное
кольцо. С судна, доставляющего понтон к месту аварии,
ограждение устанавливают на пути нефтяного пятна
(рис. 19).
Для улучшения заградительной характеристики бонов,
используемых на водоемах при скорости течения до 0,5 м/с,
применяют плавучие якоря. Свободно плавающая нефть
обычно перемещается со скоростью, равной 3% скорости
ветра. Скорость дрейфа бонового ограждения с плаваю-
щим якорем составляет 2% скорости ветра, поэтому
нефть попадает в ловушку и концентрируется в ней. За-
тем ее замыкают в боновое ограждение.
При наличии плавучего якоря боновое ограждение
может устанавливать один катер. В этом случае свобод-
ный конец бона катер буксирует вдоль нефтяного загряз-
нения по мелководью, где скорость течения меньше, чем
на стрежне. Затем он пересекает загрязнение и замыкает
ловушку.
На реках, имеющих глубину не менее 1,5 ми скорость
70
2
Рис. 19. Схема плавучего ограждения:
/ — нефть; 2 — буксирные катера; 3 — насосная установка; 4 — понтон; 5 —
нефтеналивное судно; 6 — танки для отстоя воды и нефтепродуктов; 7, 8 —
насосы для откачки соответственно нефти и воды; 9 — боновое ограждение
течения до 2 м/с, можно использовать нефтесборщик,
сконструированный во ВНИИСПТнефти, при условии,
что поток нефти к месту установки заборного устройства
направляется с помощью бонового ограждения.
Техническая характеристика несамоходного
нефтесборщика конструкции ВНИИСПТнефть
Производительность (по смеси), м3/ч.......... 30
Эксплуатационная мощность, кВт .............. 45
Способ сбора нефти . • . . » ................ Вихревая	воронка
Насосы для нефти и подачи вбдц в эжектор . . Центробежные
ЗФ-12
Привод:
насосов .	.	.	............. Электродвигатели
ВАО-71-2
электрозадвижек..........................Электропривод
ЭПВ-10Г
Масса, т:
заборного устройства . . .......	4,16
бонового заграждения............... 6,,5
В состав нефтесборщика (рис. 20) входят заборное
устройство, мостик, соединительные и переходные секции,
мусоросборщик и сборник. Для задержания плывущей
нефти используют боновое ограждение, состоящее из ог-
радительной и якорной секций. Управление работой
нефтесборщика осуществляется с пульта управления,
устанавливаемого на берегу или барже. Заборное уст-
ройство состоит из двух отделений: верхнего (насосно-
3*(0,5) Зак. 488
71
Рис. 20. Схемы нефтесборщика ВНИИСПТнефть (а) и расстановки
оборудования при сборе нефти с поверхности воды (б):
1 — насосное отделение; 2 — палуба; 3 — решетка; 4 — крыша; 5 — сигнальные
огни; 6 — воронка; 7 — нижнее отделение; 8 — решетчатая секция; 9— мостик;
10 — поперечина; 11, /7 — сборник; 12 — мусоросборщик; 13 — заборное уст-
ройство; 14, /5 — секции соответственно соединительная и переводная; 16 —
пульт управления; 18 — фланцевый трехходовой кран; 19— боновое огражде-
ние; 20 — якорь; / — течение реки; // — нефть; III — вода
го) и нижнего, выполняющего роль промежуточной ем-
кости для сбора водонефтяной смеси. По обе стороны от
насосного отделения расположены вихревые воронки,
закрытые специальными решетками, которые предохра-
няют их от мусора, плывущего по реке.
Нефть и воду из нижнего отделения откачивают насо-
сом ЗФ-12, выполненным во взрывобезопасном исполне-
нии. Постоянный приток нефтеводяной смеси к воронкам
и откачку чистой воды в реку обеспечивает эжектор, так-
же работающий от насоса ЗФ-12.
К заборному устройству нефть направляется боновым
ограждением, опущенным под воду на глубину 40 см.
72
Длина его составляет 80 м. Ограждение состоит из сек-
ций длиной 10 м, а каждая секция — из труб диаметром
250 мм, к которым приварен фартук, предотвращающий
утечки нефти. На плаву боновое ограждение удержива-
ется с помощью якорей массой 75 кг, подъем и опускание
которых осуществляются лебедками, расположенными в
якорной секции.
Заборное устройство нефтесборщика перевозят на ав-
томобиле грузоподъемностью 50 т, а боновое огражде-
ние—на прицепе-роспуске.
Для удаления небольшого объема нефти с помощью
боновых ограждений можно применять устройство, пред-
ставляющее собой катамаран: две стальные трубы (диа-
метр 1000 мм, длина 9500 мм), между которыми закреп-
лена емкость (диаметр 1400 мм, длина 4500 мм), пред-
назначенная для сбора нефтеводяной смеси. Емкость
оборудована приемным и раздаточным патрубками с за-
движками, люком-лазом и переливным устройством для
сброса балластной воды за борт. На катамаране установ-
лен кран-укосина, с помощью которого на воду спускают
приемное устройство для сбора нефти. Укосина крана од-
новременно является трубой, по которой нефть поступает
к приемному патрубку насоса. К обоим концам укосины
прикреплены гибкие рукава. Один из них соединен с при-
емным патрубком насоса, другой — с приемным устрой-
ством для сбора нефти.
Приемное устройство для сбора нефти представляет
собой воронку, удерживаемую на поверхности пенопла-
стовыми поплавками. Нефть с поверхности водоема от-
качивается насосом СВН-80, установленным на одном
валу с двигателем катера. Подъем и спуск приемного
устройства осуществляют с помощью лебедки. Глубина
погружения приемной воронки зависит от толщины плен-
ки нефти или нефтепродукта.
На сплавных и судоходных реках, а также на под-
водных переходах, где разлив нефти при аварии превы-
шает 100 м3, используют следующее аварийное оборудо-
вание, защищающее водоемы .от загрязнения: несамоход-
ный нефтесборщик ВНИИСПТнефть (производитель-
ность 30 м3/ч при толщине пленки 3,5 см), самоходное
плавсредство, комплект бонового ограждения (на под-
водный переход длиной 100 м), состоящий из 4 буев с
якорями и 4 катушек с полотнищами ограждения длиной
50 м. (На каждые 50 м длины подводного перехода до-
бавляются 2 буя с якорями и 2 катушки с полотнищами.)
Для сбора мазута с поверхности воды можно исполь-
73
Рис. 21. Схема землесосного снаряда ЗМС-11, переоборудованного
в нефтесборщик:
/ — выбросная труба; 2 — насос; 3 —нефть; 4 — всасывающая воронка с ре-
шеткой
зовать землесосный снаряд ЗМС-11, в котором разрыхли-
тель заменен воронкой, закрытой стальной сеткой (рис.
21). Последняя предотвращает попадание во всасываю-
щую трубу посторонних предметов. Водомазутную смесь
можно подавать в трюмные отсеки плавсредства, а после
отстоя откачивать чистый обводненный мазут.
В последние годы появились установки, способные
собирать нефть с помощью скиммеров. Нефть, являю-
щаяся вязкой жидкостью, прилипает к несмачиваемым
поверхностям вращающихся дисков, с которых она сни-
мается очистителями, установленными с двух сторон. С
них она по лоткам подается в сборный желоб. Скорость
сбора нефти и к. п. д. устройства зависят от вязкости
нефти, толщины ее слоя, а также от частоты вращения
барабанов. При уменьшении содержания нефти в воде
частоту вращения барабанов следует уменьшать.
Для сбора нефти в труднодоступных местах, например
среди водных растений, используют лопаты-насосы, под-
ключенные через гребенку к откачивающему агрегату.
Иногда сырую нефть приходится сжигать. Однако из-
за охлаждающего действия воды и быстрой потери лег-
ких фракций сгорает не вся нефть. При повышении тем-
пературы нефти снижается ее вязкость, ускоряются горе-
ние и растекание по поверхности воды тонким слоем, ко-
торый не способен гореть. Водонефтяная эмульсионная
смесь постепенно окисляется кислородом воздуха; проис-
ходят выщелачивание содержащихся в нефти водораст-
воримых компонентов и биологическое разложение ее
компонентов под действием бактерии, находящихся в
воде. В результате этого нефть становится более плотной
74
и темнеет, что объясняется присутствием в ней твердых
частиц асфальта и смол. После вымывания этих частиц
остается негорючий нерастворимый остаток, который в
зависимости от сорта нефти состоит из густой консистент-
ной смазки или черного вазелина. По этой причине сжи-
гать водонефтяную эмульсионную смесь непосредственно
на поверхности водоема очень сложно, особенно если кон-
такт нефти с водой продолжался несколько дней.
Сжигание нефти на поверхности воды нежелательно
с точки зрения загрязнения окружающей среды и возмож-
ности возникновения пожаров.
Нефть с поверхности водоемов можно откачивать ва-
куумными насосами, собирать вра'щающимися барабана-
ми, ленточными транспортерами или дисками, устанав-
ливаемыми на катерах или других плавсредствах. Со-
бранная таким образом нефть откачивается в береговые
или плавучие емкости.
Для сбора нефти с поверхности водоема используют
наземные насосы с приводом от двигателей внутреннего
сгорания, насосные агрегаты типа ЦА, ПА8-80, ПНА-1.
В подобных случаях на урезе берега устраивают неболь-
шие приямки вместимостью 0,1—0,2 м3. Прорези в них
должны находиться на одном уровне с водой, так как при
этом достигается максимальное поступление нефти в ем-
кость.
Если авария произошла на пойменном участке у не-
большого ручья, для предотвращения попадания продук-
та в реку желательно сооружать земляные ограждения.
С более высокого берега на низкий можно уложить трубу
(рис. 22, а). Ручей, в который попала нефть, можно пе-
регородить дамбой из грунта. На нем можно также уст-
роить гидрозатвор (рис. 22,б).
Для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности
воды широко используются дисперсные и пористые мате-
риалы природного происхождения (бумага, размолотая
кукурузная лузга, рисовая шелуха, тальк, песок, мел,
асбест, доломит, магнезит, каолин, бентонит, пемза, вспу-
ченные перлит и вермикулит, смеси извести и битума,
морденита и перлита, торф). При очистке воды в качест-
ве фильтрующих материалов насыпных и намывных
фильтров используют кварцевый песок, отходы асбесто-
вой промышленности, доменные, мартеновские и котель-
ные шлаки, карбонизированную глину, асбест, диатомит,
торф, целлюлозу.
Иногда для сбора нефти применяют сухую солому.
После адсорбции нефти солому собирают и сжигают на
75
Рис. 22. Защита водоемов от загрязнения нефтью при аварии на
берегу (а) и под водой (б) на малых реках:
/ — магистральный трубопровод; 2 — нефть; 3 — дамба; 4 — переливная труба;
5 — гид роз атвор
берегу. Следует отметить, что масса собранной нефти в
8—30 раз превышает массу соломы.
Торф в сравнении с соломой обладает еще большими
гидрофильными и олеофильными свойствами, поэтому
нефть почти мгновенно адсорбируется торфом. При повы-
шении вязкости нефти поглотительные свойства торфа
снижаются. Наилучшие результаты достигаются при ис-
пользовании торфа, имеющего влажность менее 30%.
Торфонефтяная смесь сжигается лучше, если торф перед
разбрасыванием смочить керосином или дизельным топ-
ливом.
Однако природные материалы часто не удовлетворяют
возросшим требованиям к качеству очищенной воды, по-
этому усилия исследователей в последние годы были со-
средоточены на создании более эффективных сорбентов.
Наметились два основных пути решения этой задачи.
Один из них заключается в синтезе специальных порис-
тых полимеров типа полиуретана, изготовлении из них
бонов и матов (для ограждения нефтяных пятен и удале-
ния продукта с поверхности воды) или гранул и пористых
фильтров (для извлечения из воды диспергированной
нефти и нефтепродуктов). Полимерные сорбенты доста-
точно эффективно очищают воду or нефти, легко регене-
рируются при механическом отжатии. Другой — модифи-
цирование неорганических материалов органическими
веществами с целью повышения их нефтеемкости. Стои-
76
мость таких материалов относительно, невелика; а техно-
логия изготовления достаточно проста. Широкое распро-
странение природных сорбентов позволит реализовать
это решение в разных районах страны.
Наиболее перспективный материал для очистки воды
от нефти и нефтепродуктов — вспученный перлит, моди-
фицированный кремнийорганическими веществами (этил-
силиконатом — ГКЖ-Ю, метилсиликонатом натрия —
ГКЖ-11, полиалкилгидросилоксаном — ГКЖ-94), выпу-
скаемыми химической промышленностью в виде водных
растворов. Перлит широко распространен в природе. При
высокотемпературном обжиге (вспучивании) плотность
ее снижается до 40—250 кг/м3, а пористость возрастает
до 92—98%. Это способствует разработке эффективной
технологии его химического модифицирования [22].
В основу технологии получения олеофильного адсор-
бента положен принцип нанесения модификатора на вспу-
ченный перлит во взвешенном состоянии. Это обеспечи-
вает минимальные изменения гранулометрического со-
става и плотности исходного материала.
В результате модифицирования перлит приобретает
ярко выраженную гидрофобность и способность погло-
щать большие количества нефти. После насыщения
нефтью сорбент не тонет в воде. Кроме того, в результате
гидрофобного взаимодействия отдельные частички сор-
бента, насыщенного нефтью, объединяются на поверх-
ности воды в крупные агрегаты, что облегчает сбор ма-
териала.
Влияние гидрофобизации полиэтилгидросилоксаном
на физико-химические свойства вспученного перлита
Немодифици- Модифициро
рованный пер* ванный перлит
лит
Плотность, кг/м3 . . . •„................ 40—250	40—250
Пористость, % ........... 92—98	92—98
Удельная поверхность, м2/г:
по азоту  ............................... 0,7	1
по воде .  . . ..........................10	8
Предельный сорбционный объем по бензо-
лу, см3/г . .... . ...... .	0,01	0,07
Водопоглощение за 24 ч, % (по массе) .	1701—180	10—20
Капиллярный подсос за 24 ч, % (по объему)	• 65 Отсутствует
Коэффициент гидрофильности . ....	1,48	0,24
Нефтеемкость, г нефти на 1 г сорбента .	0,5—2	6,5.—8
Для удаления плавающей нефти с поверхности воды
модифицированным перлитом разработан специальный
катер-нефтесборщик. В носовой части судна (рис. 23)
установлен узел распыления адсорбента пневматического
77
Рис. 23. Принципиальная схема нефтесборщика для сбора смеси
нефти с модифицированным перлитом:
/ — корпус; 2 — переливная грань; 3 — нефть; 4— заборный узел; 5 — распы-
ление перлита с водой по водной поверхности; 6 — гидроэжектор; 7 — емкость
с перлитом; 8 —насос; S — гравитационный сепаратор; 10 — адсорбер
или гидравлического типа. Ко всасывающей линии насоса
через гравитационный сепаратор присоединен всасываю-
щий заборный узел с переливной гранью, а также адсор-
бер с плавающим слоем сорбента.
Работает нефтесборщик следующим образом. При
подходе к нефтяному пятну на поверхности водоема с
помощью узла распыления на загрязнение наносится
адсорбент. Пятно, в первую очередь, желательно обрабо-
тать по периметру, чтобы предотвратить растекание неф-
ти по акватории. После этого можно обрабатывать всю
загрязненную поверхность.
Насыщенный нефтью сорбент вместе с приповерхност-
ным слоем воды через всасывающий узел с регулируемой
переливной гранью поступает в гравитационный сепара-
тор для отделения сорбента от воды.
На катере-нефтесборщике имеется оборудование, по-
зволяющее закачивать на борт судна приповерхностный
слой воды с тонкой нефтяной пленкой, а затем очищать
ее путем фильтрования.
Если нефтяное пятно не успело распространиться на
большой площади, его ограждают бонами. В огражден-
ной акватории катер, оснащенный специальным забор-
ным устройством, собирает водонефтяной слой, из кото-
рого основное количество нефти может быть выделено
обычными механическими способами.
Если нефть успела распространиться на большой
78
площади, удалять тонкую пленку ее с водной поверхности
следует с помощью перлитовых матов, которые на малой
скорости буксирует нефтесборщик. При нецелесообраз-
ности использования бонов (например, из-за большой
волны) по поверхности пятна можно распылять сорбент,
а затем собирать его. В таких случаях сорбент на загряз-
нение лучше наносить напорной водной струей. Насы-
щенный нефтью сорбент отделяют от воды гидромехани-
ческим способом, эффективность которого доказана на-
турными испытаниями.
ЗАЩИТА МЕСТА РАБОТЫ ОТ ДЕЙСТВИЯ ПОТОКА
ПРИ ЛИКВИДАЦИИ АВАРИИ
Аварии можно ликвидировать с подъемом трубопровода
на поверхность воды и без него, а также в огражденном
котловане. Выбор способа проведения работ зависит от
конкретных условий, технической оснащенности, времени
года. Ликвидация аварий без подъема трубопровода на
поверхность может быть выполнена под водой («мокрый»
способ) или под защитой различного рода устройств,
обеспечивающих проведение работ «сухим» способом.
Если скорость течения превышает 1 м/с и для ликви-
дации аварии привлекаются водолазы, которые при рабо-
те должны использовать экраны, устойчивые против те-
чения и не мешающие проведению операций. Наилуч-
шую обтекаемость имеют экраны в виде острого угла,
вписанного в теоретический профиль крыла малого удли-
нения Н. Е. Жуковского с относительной толщиной, рав-
ной 20% длины профиля. Для экрана, показанного на
рис. 24, необходимые величины определяют методом под-
бора в зависимости от длины профиля (В = 0,25 L, А =
= 0,2 В). По данным, полученным методом подбора, вы-
бирают наиболее приемлемые, размеры экрана и вычис-
ляют угол атаки (3.
Силу воздействия потока Т на защитный экран можно
определить по формуле Уайта Г=53 w2Esin а, где v —
скорость течения воды; F — площадь боковой стенки
экрана; а — угол отклонения стенки от оси (а—0/2).
Поперечная устойчивость стенки относительно точки
D должна удовлетворять условию Л40Пр</Ив, или Th)2<
<QA/2, а продольная устойчивость экрана относительно
точки С — условию Nh/2<Q{B — xQ), где xQ расстоя-
ние от вершины угла экрана до центра тяжести системы.
Спуск экрана под воду на глубину 10—15 м затруд-
нен. Для облегчения этой операции следует использовать
79
Рис. 24. Конструкция защитного
экрана для работы водолазов при
скорости течения более 1,5 м/с:
а — конструкция и схема взаимодейст-
вия сил для свободно стоящего экра-
на; б — схема выбора размеров экра-
на А, В и угла (3
Рис. 25. Схема крепления экрана к катеру:
/ — экран; 2 — направляющая; 3 — консоль; -/ — лебедка; 5 — катер; о —
якорный трос; 7 — трос для удержания щита в заданном положении; /—///—
различные положения экрана; IV — течение реки
плавсредства. На носу судна можно устанавливать ле-
бедку с держащим тросом, а на корме — лебедку для
спуска (подъема) экрана с трубчатой опорой, по которой
экран перемещается до необходимой отметки (рис. 25).
Трубчатую опору вместе с экраном при необходимости
перевозки укладывают на борту судна.
80
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВАРКИ ПРИ АВАРИЯХ
Для заглушки небольших свищей используют болты,
имеющие резьбу, хвостовик с резьбой и лыски под гаеч-
ный ключ, а также коническую головку. Свищ рассвер-
ливают под наружный диаметр втулки, изготовленной из
низкоуглеродистой стали, меди, латуни, свинца. Она име-
ет резьбу для ввинчивания болта, а также утолщенную
часть с лысками под гаечный ключ. Водолазы затягивают
болты с помощью двух гаечных ключей, один из которых
предназначен для удерживания втулки. Коническая часть
болта, завальцовывая край втулки, уплотняет все зазоры.
Для достижения большей плотности используют водо-
нефтестойкий клей. Более серьезные повреждения устра-
няют сваркой, склеиванием и другими способами.
Перед сваркой повреждений подготавливают кромки
труб или разделывают трещины. Эти работы, а также
удаление дефектных сварных швов под водой осуществ-
ляют вручную с помощью кузнечного зубила и кувалды.
Срезать фаску, т. е. осуществлять строгание, и удалять
дефектные места можно с помощью трубчатых плавя-
щихся электродов типа ЭПР-1, ЭП-500 при подаче в зону
реза технического кислорода. Толщина срезаемого слоя
металла зависит от угла наклона электрода, силы тока
и давления, под которым подается кислород. Направле-
ние строгания определяется движением горящего конца
электрода и углом его наклона, выбираемым водолазом-
резчиком произвольно и равным 15—45°.
Сварочный ток следует подавать только после поступ-
ления кислорода. Для прекращения строгания операцию
осуществляют в обратном порядке. Перед каждым про-
ходом следует проверять чистоту обработки фаски.
Скорость движения электрода определяется скоростью
расплавления металла и выдувания образующегося при
этом шлака струей несгоревшего кислорода, выходяще-
го из канала электрода. Число проходок электродом для
достижения необходимой глубины строгания зависит от
заглубления электрода в металл за один проход (0,5—
0,9 диаметра электрода}, а также от практических навы-
ков водолаза, правильного выбора силы сварочного тока
и давления, под которым подается кислород (табл. 4).
При выполнении аварийно-восстановительных работ
применяют открытую сварку электродом («мокрая» свар-
ка), сварку в атмосфере инертного газа, создаваемой в
небольшом прозрачном колпаке, который защищает ко-
81
Таблица 4
Режимы подподной электрокислородной разделки металла
Глубина погруже- ния под воду, м	Толщина металла, м	Сила тока, А	Давление, под которым пода- ется кислород, Па	Расход электродов на 1 м реза	Скорость проведения операции, м/мнн
		V-образная разделка			
5	8—10	230—2.40	9,8	4-6	20-25
10	8—10	• 230—240	19,6	4-6	20—25
5	10—12	250—270	’ 9,8	6-8	25-30
10	10—12	250—270	19,6	6-8	25-30
U-образная разделка
5	12-16	250—270	7,8	10-11	30—40
10	12—16	250—270	17,6	10—11	30—40
5	16—20	270—300	7,8	12—13	40—50
10	16-20	270—300	17,6	12-13	40—50
П р и	«ечани я. 1.	Длина рукава	по которому	подается	кислород,
равна 15—20 м. 2. С увеличением глубины .погружения на каждые 10 м дав-
ление следует увеличивать на 9,8 Па.
нец электрододержателя, сварку внутри погружной ка-
меры типа водолазного колокола или кессона, заполняе-
мого воздухом или инертным газом. При ремонте подвод-
ных конструкций наибольшее применение находит метод
«мокрой» сварки. В Институте электросварки им. акад.
Е. О. Патона создан полуавтомат «Нептун-5»’ При
пользовании им применяют электродную проволоку
ППС-АН-1, материал сердечника которой обеспечивает
создание парогазового пузыря, защищающего столб дуги
от непосредственного соприкосновения с водой. Частота
образования пузырей — 12—14 колебаний в 1 с.
Техническая характеристика полуавтомата «Нептун-5»
Температура окружающей среды, °C .... .	10—40
Напряжение питающей сети, В........... 380	(220, 127)
Потребляемая мощность, кВт . . '. . . . . .	iQ,6
Сила сварочного тока,, А .	400
Род сварочного тока ........... Постоянный при
прямой и обратной
полярности
Скорость подачи электродной проволоки, м/ч .	100—700
Диаметр электродной проволоки,	мм..... 1,6—2
Масса погружаемого контейнера, кг:
на воздухе ........................... 30
в воде..................................1,2
Габаритные размеры, м:
длина.................................   .	5
ширина ............................ 3,6
высота ............................. 3,3
82
Полуавтомат «Нептун-5» предназначен для сварки
открытой дугой малоуглеродистых сталей во всех прост-
ранственных положениях как на поверхности, так и под
водой на глубине до 60 м. Он состоит из двух сборочных
единиц: стационарной (источник питания — универсаль-
ный агрегат ПСО-500; пульт управления; сварочные и
питающие кабели) и переносной (держатель полуавтома-
та с рукавами; контейнер с механизмом подачи и катуш-
кой для электродной проволоки). Водолаз-сварщик дол-
жен удерживать у места сварки держатель, обеспечива-
ющий непрерывную подачу электродной проволоки в зону
дуги с помощью механизма, который размещен в герме-
тичном контейнере. Для уравнивания давления жидкости
с давлением окружающей среды в контейнере предусмот-
рена специальная диафрагма. На катушку наматывают
около 400 м проволоки, что обеспечивает непрерывную
работу полуавтомата в течение 4 ч при минимальной ско-
рости подачи и 0,5 ч — при максимальной.
Полуавтомат позволяет сваривать металл толщиной
6—8 мм при скорости сварки 8—10 м/ч, 10—12 мм — при
скорости сварки 6—8 м/ч.
Следует отметить, что при «мокрой» сварке наблюда-
ются большой разброс показателей прочности соедине-
ний, водородное трещинообразование в зоне подогрева
при использовании малоуглеродистых электродов с экви-
валентом по углероду, большим 0,4 [20]. Швы имеют
"большую, чем при «сухой» сварке, пористость, хотя поры
очень тонкие, равномерно распределены по шву и на проч-
ность не оказывают большого влияния. При ликвидации
повреждений методом «мокрой» сварки необходимо учи-
тывать нагрузки, испытываемые сварным швом, глубину,
на которой будут проводиться работы, мутность и темпе-
ратуру воды, скорость течения. Качество «мокрой» свар-
ки во многом зависит также и от опыта сварщика.
Сварка в атмосфере инертного газа, создаваемой в
камере, улучшает качество соединения. Однако при по-*
вышении парциального давления азота повышается его
растворимость в расплавленном металле, что увеличивает
хрупкость соединения.
При подводной сварке способом «гидровэлд» исполь-
зуют сухую портативную камеру, заполняемую инертной
газовой смесью, например аргона и двуокиси углерода.
Корпус камеры изготовлен из органического стекла. К
нижней части корпуса крепится сменный присос с уплот-
нением из пористой резины. Его форма должна быть
идентична контуру свариваемой поверхности, что препят-
83
ствует проникновению воды в камеру. В стенке камеры
имеется диафрагма, через которую подается сварочный
пистолет, соединенный с гибким рукавом, позволяющим
манипулировать пистолетом в пределах камеры. Инерт-
ный газ поступает в камеру через диффузор гибкого ру-
кава и прокачивается через нее, не влияя на характери-
стику сварочной дуги, но препятствуя проникновению
воды. Накопившиеся газы удаляются из камеры за счет
избыточнрго давления.
В камере имеется источник света.
Манипуляции с камерой осуществляются одной ру-
кой, со сварочным пистолетом — другой. Подача прово-
локи на сварочный пистолет, контроль за напряжением,
силой тока, параметрами газовой смеси, поступающей в
камеру, включение освещения производятся с пульта,
находящегося на поверхности.
Сварочная проволока не имеет покрытия, поэтому
сварные швы не очищают. По окончании сварки камеру
некоторое время держат над швом во избежание резкого
охлаждения его водой. Водолаз-сварщик контролирует
качество швов через прозрачные стенки камеры.
Наиболее надежные сварные соединения можно по-
лучить в подводной камере типа водолазного колокола
(кессона) или шахтного колодца. Из этих устройств вода
вытесняется сжатым воздухом или инертным газом, ком-
пенсирующим давление окружающей воды, или откачи-
вается насосами, установленными на плавсредстве. Бо-
лее выгодны кессоны с «мокрым» дном, представляющие
собой колокол, в котором давление уравновешено изнутри
и снаружи. Благодаря этому данные устройства не имеют
такой жесткости и прочности, как шахтные колодцы, ис-
пытывающие давление столба воды и атмосферы.
До начала проведения огневых работ в кессонах или
камерах аварийный участок должен быть освобожден от
продукта перекачки (его заменяют водой) или герметизи-
рован любым способом. В воздушной среде кессона или
камеры не должно содержаться более 3 мг/м3 сероводо-
рода в смеси с углеводородами и 300 мг/м3 предельных
углеводородов (в пересчете на углерод). При .проведении
огневых работ в течение нескольких дней анализ воздуш-
ной среды необходимо проводить ежедневно перед нача-
лом работ сварщика.
В отключенном участке трубопровода не должно быть
жидкой фазы. Необходимо исключить возможность по-
ступления горючих паров и газов к месту проведения
огневых работ. Концентрация их в пробах, взятых из
84
кессона, не должна превышать предельной взрывобез-
опасной концентрации, т. е. 5% от нижнего предела вос-
пламенения данного пара или газа в воздухе (для нефти
0,07% объема, или 2,1 мг/л). Сравнительно проста кон-
струкция кессона с «мокрым» дном. Это сварной колокол
без днища. На торцовых стенках его имеются съемные
фланцы уплотнения и фартуки, позволяющие использо-
вать кессон при работе на трубопроводах различного диа-
метра (325—1220 мм) , Масса кессона составляет 2,44—
2,6 т.
В пространство между трубой и фланцем укладывают
сальниковое уплотнение, представляющее собой пропи-
танный графитовой смазкой пеньковый канат, который с
наружной стороны кессона зажимают фланцем. Воздух
в кессон после монтажа его на трубе поступает через
рукав и штуцер. Заполняя внутреннее пространство кес-
сона, он вытесняет из него воду. Вентиляция кессона во
время сварки и удаление газов осуществляются через
воронкообразный зонт с вентилем, позволяющим регули-
ровать интенсивность отсоса. Зонт соединен с гибким
рукавом, по которому продукты сгорания отводятся на
поверхность. Избыточный воздух выводится через патруб-
ки, расположенные в нижней части кессона. Вход водо-
лазов-сварщиков в кессон и выход из него, подача необ-
ходимого инструмента, кабелей и рукавов осуществляют-
ся через «мокрое» дно. Перед установкой кессона разра-
батывают котлован, а с поврежденной части трубопрово-
да снимают футеровку. Обнаженный участок очищают от
изоляции и ржавчины с помощью зубила и гидрощетки.
Для выпуска из кессона воздуха при опускании его на
трубопровод отвинчивают заглушку.
Швы на трубопроводе выполняют ручной, полуавтома-
тической или электродуговой сваркой (корневой шов це-
лесообразно выполнять полуавтоматической сваркой).
В качестве источников питания для подводной сварки
используют передвижные агрегаты постоянного тока с
жесткой характеристикой РСУМ-400, ПКУ-500, свароч-
ные преобразователи ПСО-500, ПСГ-500-1, сварочные
выпрямители ВС-600, ВДГ-601 и др.
Ручную дуговую сварку корневых слоев шва и «горя-
чего» прохода на трубах из малоуглеродистых и низко-
легированных сталей (ств = 5004-540 МПа) выполняют
электродами типа ВСЦ-4 или «Фокс Цель», а заполняю-
щих и облицовочных слоев шва — электродами УОНИ-
13/55 и «Гарант».
Для сварки корневого слоя шва и «горячего» прохода
85
труб из мелкозернистых малоуглеродистых и низколеги-
рованных сталей (юв = 5504-600 МПа), а также из термо-
упрочненных сталей (|ств = 6004-700 МПа) используют
электроды ВСЦ-4А, ВСЦ-4 и «Фокс Цель», для второго
(«горячего» прохода)‘Слоя шва — электроды «Фокс Цель
Мо», ВСФО-50, для заполняющих и облицовочных сло-
ев — электроды ВСФ-65, ВСФ-85, для термоупрочненных
сталей (ав = 700 МПа) —электроды «Шварц ЗК».
Для труб диаметром 529—820 мм (6 = 74-9 мм) мини-
мальное число слоев шва должно быть равно 3, диамет-
ром 1020—1220 мм (6= 104-15 мм)—4.
Корневые швы рекомендуется вести при использова-
нии электродов с фтористо-кальциевыми покрытиями
(УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, «Гарант», ВСФ, «Шварц ЗК»)
в вертикальном и потолочном положениях при силе тока
100—140 А, в нижнем —при силе тока 120—ШОА, а так-
же электродов с газозащитными покрытиями (ВСЦ-4,
ВСЦ-44, «Фокс Цель», «Фокс Цель Мо») при силе тока
соответственно 90—100 и 100—ПО А.
Технологическая схема и размещение оборудования
при ремонте нефтепровода на р. Обь с помощью кессона
показаны на рис. 26. Работы проводились в зимнее вре-
мя. Глубина реки 5,2 м. Оборудование и механизмы раз-
мещали на рабочей площадке, очищенной от снега. Не-
посредственно над ремонтируемым участком сделали
майну размером 3X4 м для спуска кессона и водолазов.
Грунт вокруг трубопровода размыли с помощью гидро-
мониторной установки. Расстояние между нижней обра-
зующей трубы и грунтом равнялось 1,5 м, а размеры дна
котлована в плане — 4X4 м. С трубы сняли футеровку,
изоляцию и удалили ржавчину. Кессон автокраном опу-
стили в воду, а водолазы закрепили его на трубе. После
уплотнения стыков и вытеснения воды осмотрели повреж-
дение. Трещина сварного шва длиной 20 см и шириной
0,8 мм была вырезана вместе с участком трубы овальной
формы. На поверхности из аналогичного металла изго-
товили заплату несколько большего размера, которую
завели внутрь трубы, с помощью струбцины прижали к
внутренней поверхности и приварили по периметру вы-
резанного отверстия. Для обеспечения прочности шва
трубопровод в месте сварки постоянно подогревали
газокислородной горелкой.
По окончании сварочных работ было проведено гид-
равлическое испытание трубопровода водой на требуе-
мое давление.
Поврежденные участки трубопроводов диаметром до
86
Рис. 26. Схема организации работ по ремонту нефтепровода через
р. Обь с помощью кессона с «мокрым» дном:
/ — передвижной компрессор; 2 — пульт управления; 3 — источник питания;
4 — электростанция; 6 — узел выброса газа; 6 — бытовое помещение; 7 — пе-
реговорное устройство; в —деревянный настил; 9 — водолазный трап; 10 —
майна; 11—рукав для подачи воздуха; 12— кабели сварочные и питающие;
13 — вытяжная вентиляция; 14— сигнальный конец; /5 —лед; 16 — контей-
нер со сварочной проволокой; /7 — колокол; 18 — нефтепровод
1220 мм можно заменять с помощью универсального кес-
сона (рис. 27). Для расширения области применения кес-
сона в различных условиях предусмотрены два варианта
его: с шахтным колодцем, вход и выход из которого осу-
ществляют через трубу диаметром 1 м, соединяемую с
поверхностью воды или с «мокрым» дном, через который
водолазы попадают в кессон. Такая конструкция кессона
позволяет реализовать идею гидравлического лифта для
транспортировки сварщика и грузов между надводной
87
Рис. 27. Схема универсального кессона конструкции Гипротрубо-
провода:
/ — конечный выключатель; 2 — корпус кессона; 3— траверса; 4 — коммуни-
кации; 5 — плавбаза; 6—направляющий трос; 7 — разъем с шарниром; 8 —
опора; 9— ложемент; 10 — трубопровод
базой и местом работы. В этом случае трубчатый коло-
дец используют в качестве направляющей для транспорт-
ных поплавков. Если шахту закрыть герметично на уров-
не надводной базы, а" через отверстия в перекрытии по-
давать или выпускать сжатый воздух, можно обеспечить
заданный режим гидравлического лифта (рис, 28).
Кессон подвержен гидростатическому давлению, по-
этому он рассчитан для работы на глубинах до 10 м, если
водолазы спускаются с поверхности воды, и до 30 м —
при входе их в кессон со дна.
Камера кессона состоит из двух частей, шарнирно
соединенных между собой. В верхней части камеры име-
ются люки. Один из них герметичен и предназначен для
88
Рис. 28. Схема установки кессона с использованием гидравлическо-
го лифта;
/ — лебедка; 2 — выпускной вентиль; 3 — компрессор; 4 — плавбаза; 5 —шах-
та кессона; 6 — поплавок; 7 — корпус кессона; 8 — опора; 9 — люк пля вы-
теснения воды; 10 — трубопровод
4 Зак- 468
89
пропуска коммуникаций (сжатый воздух, гидравлика,
электроэнергия, связь), а второй используется для при-
стыковки шахты в случае, когда водолазы-сварщики спу-
скаются в кессон с поверхности (например, если дно сло-
жено из скальных грунтов). Места контакта кессона и
переходных колец с трубопроводом уплотняются. Для
центровки кессона с трубопроводом предусмотрены две
опоры, которые шарнирно соединены с обеими частями
камеры. Опоры снабжены захватами и пружинами, обе-
спечивающими их вертикальное положение, а также ло-
жементами для различных диаметров трубопровода. Ло-
жементы имеют конечные выключатели, предназначен-
ные для передачи команды на усилитель и командное
устройство. Через него включается насосная установка,
подающая под давлением жидкость в гидроцилиндры.
Суммарный сигнал включает привод сразу всех гидроци-
линдров, чем обеспечивается одновременное соприкосно-
вение полукамер. Сведенные и поджатые гидроцилинд-
рами полукамеры фиксируются двумя механическими
зажимами, что позволяет снизить давление в гидро-
системе.
В подводном трубопроводе возможно появление про-
дольных растягивающих и поперечных усилий. Для пре-
дотвращения пространственных перемещений концов
трубопровода при вырезке поврежденного участка кессон
оборудуют стабилизирующими стяжками, с помощью
которых зажимают концы трубопровода при вырезке
катушки. Стабилизирующая стяжка состоит из двух четы-
рехлучевых траверс, соединенных между собой трубча-
тыми тягами. В каждом луче траверсы имеется гидроци-
линдр с тормозом. Шток гидроцилиндра связан с секто-
рообразным ползуном, в котором монтируются плаваю-
щие клиновые, вкладыши, обеспечивающие надежное
сцепление конструкции с поверхностью трубы в момент
обжатия. Сменные секторообразные ползуны позволяют
использовать стабилизирующую стяжку на трубопрово-
дах различного диаметра. >
Техническая характеристика кессона и обеспечивающего
оборудования конструкции Гипротрубопровода
Кессон
Диаметр ремонтируемого трубопровода, мм . .	300—1200
Глубина залегания трубопровода (от уровня
воды), м ...... : . ... . ..... Ю
Длина ремонтируемого участка, м............... 2,5
Избыточное давление воздуха в камере кессона,
МПа • ..................................., ,	0,1
90
Утечка воздуха в местах уплотнения, л/мин . . До 40
Габаритные размеры, мм:
длина..................	. .................. 3300
ширина . . ...»............................2700
высота . . ............ .	2500
Обеспечивающее оборудование
Грузоподъемность, т:
плавсредств . . . . . . ...... .	120
крана для опускания кессона................. 7Д
Производительность компрессорной установки для
вытеснения воды из кессона при рабочем давле- .
нии 1 МПа, м3/мин ............................  0(6
Производительность насосной станции для рабо-
ты гидропривода с рабочим давлением 6,3 МПа,
л/мин .	.	. . .	......... .	63
Мощность дизель-электрического агрегата
АД-20-Т/400, кВт . ...... ............. .	20
Для проведения ремонта в кессоне используют
устройство для вырезки катушки, а также шлифоваль-
ное и сварочное устройства.
ПРИМЕНЕНИЕ КЛЕЕВ ПРИ АВАРИЯХ
При ликвидации аварий стали широко применяться
клеевые композиции, которые наиболее эффективны
при увеличении глубины залегания ремонтируемого
трубопровода. Высокопрочные полимерные композиции
типа «Спрут», созданные под руководством доктора
хим. наук Р. А. Веселовского, позволили разработать
новые методы ликвидации повреждений в водной й
нефтяной среде. Эффект подводного склеивания достиг-
нут благодаря созданию реакционноспособных поверх-
ностно-активных веществ (РПАВ), позволяющих управ-
лять процессами смачиваемости подложки и клея, сни -
жения внутренних напряжений в адгезионном слое за
счет образования межмолекулярных сшивок со ско-
ростью, сопоставимой со скоростью релаксации напря-
жений и др.
Факторы, влияющие на качество склеивания в жид-
кой среде, следующие:
правильный выбор РПАВ — уменьшение внутренних
напряжений; предупреждение слабых граничных слоев
между адгезивом и подложкой; введение в состав хи-
мических групп, способных взаимодействовать с поли-
мером при отверждении;
кинетика отверждения клеев — действие инициирую-
щей системы, химических добавок, наполнителей;
4* Зак. 488	91
физико-механические свойства — деформативные;
кратковременная и длительная статическая прочность
(временное сопротивление нормальному отрыву; сдвиг,
совместное воздействие нормальных и касательных на-
пряжений); вибро- и износостойкость; влияние темпе-
ратуры окружающей среды; электрические свойства;
химические свойства •— стойкость в воде, нефти, кис-
лотной и щелочной среде.
Время полимеризации клеев зависит от температу-
ры окружающей среды и соотношения вводимых ком-
понентов. Реакции полимеризации клеев характеризу-
ются значительным индукционным периодом, в течение
которого их вязкость практически не изменяется. Эту
особенность используют при нанесении клея на поверх-
ность поврежденного трубопровода под водой, а также
при формировании на нем стеклопластиковых покры-
тий. Отслоение стеклопластиков, сформированных под
водой, от металла происходит при напряжениях, удов-
летворяющих требованиям' эксплуатации магистральных
трубопроводов.
Наибольшее распространение при ликвидации ава-
рий получили • акрилатные клеевые («Спрут-4.»,
«Спрут-4у») и полиэфирные («Спрут-5м», «Спрут-9м»)
композиции (табл. 5).
Приготовление клеевых композиций начинают с до-
зирования в соответствии с рецептурами. Предвари-
тельно взвешенные компоненты при небольших объемах
перемешивают в полиэтиленовом мешке, при боль-
ших— в мешалках с приводным механизмом. Частота
вращения лопастей не должна превышать 1,5—2 об/с,
так как при ее увеличении в состав перемешиваемой
смеси попадает воздух, снижающий прочностные ха-
рактеристики наклейки и стеклопластиков.
По этой же причине крыльчатку необходимо как
можно глубже погружать в бачок для смешивания ком-
понентов, который изготовляют из труб ' диаметром
273 мм (6 = 5 мм). В зависимости от вязкости смеси
диаметр внутреннего сечения съемной горлоцины мож-
но изменять от 12 до 24 мм.
На заготовительном участке компоненты основы клея
и модифицирующих добавок без ускорителей полимери-
зации смешивают в количестве, необходимом для рабо-
ты в течение одной смены (жизнеспособность смеси
соответствует продолжительности рабочей смены водо-
лазной станции). Непосредственно перед применением
92	
Таблица 5
Физико-Тёхнологические характеристики полимерных композиций
для проведения ремонтных работ под водой
Показатели	«Спрут-4», «Спрут-4у»	«Спрут-5м>	«Спрут-9м»
Число компонентов, входящих в состав клея Условия применения:	3-4	3—4	3-4
среда	Под водой, на воз-	Под водой, в	В смеси во-
	духе	нефти и на	ды с нефте-
		воздухе	продуктами, на воздухе
температура сре- ды, °C жизнеспособность,	—5-Г-+60	—154-4-60	— Ю-г+80
			
	0,3-1,5	0,3—2	2—5
ч			
время отвержде-	3	1,5	До 6
ния при 20°С, ч Условия эксплуатации:		Воздух, во- а, нефть д—40 +90	
среда	Воздух, вода		Воздух, во- да, нефть
температура сре-	—40Ч-+80		—40-?+90
ды, °C			
Степень подготовки	Допускается нали-	Допускаются	
поверхности	чие коррозии и	наличие во-	
	воды	ды, нефти,	
		нефтепродук- тов, следов	
		коррозии	
в объемную мерку со смесью добавляют соответству-
ющую порцию инициатора.
Полиакрилатный клей «Спрут-4» состоит из основы
(раствор полибутилметакрилата в метилметакрилате) —
массовая доля 100 частей, продукта АТЖ—10 частей,
наполнителя (аэросил, кварц молотый пылевидный,
алюминиевая пудра)—40—400 частей, инициатора ре-
акции полимеризации (паста перекиси бензоила в ди-
бутилфталате —в соотношении Г.1)—4—8 частей,
ускорителя реакции полимеризации (диметиланилин) —
0,5—1 часть.
Основные физико-химические и технологические
свойства полиакрилатного клея «Спрут-4» следующие:
плотность прй-20°С—1,12—1,14; вязкость при 20°С (без
наполнителя) по ВЗ-4—70—80 с, по Хепплеру — 2—
5 Па-с; жизнеспособность при 20°С —не менее 1 ч;
93
относительная влажность при отверждении не ограни-
чивается.
В отвешенную основу вводят продукт АТЖ. Смесь
перемешивают в течение 3 мин. Затем в нее добавляют
наполнитель. Полученную массу перемешивают 5—
10 мин. После введения инициатора реакции смесь
перемешивают до полного его растворения. Перед на-
несением в клей добавляют ускоритель реакции поли-
меризации. Массу перемешивают в течение 5 мин.
Наполнитель перед употреблением просеивают че-
рез. сито (размер ячеек 1—3 мкм), так как частицы
больших размеров вследствие агломерации снижают
механические свойства стеклопластиков, особенно пре-
дел прочности при изгибе.
Массовая доля (в частях) инициатора реакции по-
лимеризации, вводимого в клей, зависит от температу-
ры окружающей среды; 0—6°С— 8, 7—10°С — 7, 11—
35°С — 6, 36—60°С — 4, а жизнеспособность клея (в ч) —
от количества ускорителя реакции полимеризации;
массовая доля 0,5 частей—2,075, частей—1,5,
1 часть— 1.
Для увеличения жизнеспособности клея «Спрут-4,>,
который на воздухе отверждается хуже, чем под водой,
приготовленную смесь необходимо перемешивать через
каждые 15 мин.
Полиэфирные клеи «Спрут-5м» и «Спрут-9м» состо-
ят из основы (раствора ненасыщенной полиэфирной
смолы ПН-1, 11НЗ — «Спрут-5м» или НПС-609-21М —
«Спрут-9м»)—массовая доля 100 частей, ускорителя
реакции полимеризации (нафтенат кобальта)—0,5—2
части, продукта АПЖ-М — 80 частей, наполнителя
(аэросил, кварцевый песок, алюминиевая пудра и
др.)—40—400 частей, инициатора реакции полимериза-
ции (перекись метилэтилкетона — 2—4 части или гидро-
перекись изопропилбензола— 4—8 частей).
Основные физико-химические и технологические
свойства полиэфирных клеев «Спрут-5м» и «Спрут-9м»
следующие: плотность при 20°С—1,12—1,16 г/см3, вяз-
кость при 20°С (без наполнителя) по Хепплеру — 9—
10 Па-с; жизнеспособность при 20°С—1—2 ч.
Для снижения числа компонентов основу клея можно
смешивать с ускорителем реакции, полимеризации, учи-
тывая при этом заданную жизнеспособность клея. При
массовой доле ускорителя 2 части она составляет
45 мин, 1 часть—1 ч, 0,5 части—1,5 ч. Поскольку
плотность ускорителя реакции полимеризации меньше,
94
чем основы, то его перед смешиванием необходимо инъ-
ецировать в основу, например с помощью шприца.
Массовая доля (в частях) инициатора реакции по-
лимеризации, вводимого в клей, зависит от температу-
ры окружающей среды:
перекись метилэтилкетона — О—6°С—4, 7—10°С—3,
11—35°С — 2, 36—60°С — 2;
гидроперекись изопропилбензола — 0—6°С — 8,	7—
10°С —7, 11—35°С — 6, 36—60°С — 4,
Клеевые композиции, применяемые для склеивания
в водной среде, имеют плотность выше единицы, высо-
кую вязкость, небольшое время гелеобразования. Из-
бирательное смачивание клеем подложки достигается
за счет применения ПАВ. Гидрофобные наполнители
(аэросил, кварц и др.) позволяют снизить внутренние
напряжения в склейке и повысить вязкость клея.
Надежность и долговечность клеевых соединений за-
висят от изменения их прочностных свойств при стати-'
ческих и динамических нагрузках. При эксплуатации
существенное влияние на них оказывают остаточные
напряжения и релаксационные процессы в клеевом сое-
динении, которые необходимо учитывать при прогнози-
ровании поведения клеевого шва. Клеевые соединения,
изготовленные на жестких клеях, под действием дли-
тельных статических нагрузок разгружаются на грани-
це раздела клей — подложка, где концентрируются наи-
большие остаточные напряжения. Способность к ползу-
чести у жестких полимеров невелика.
Клеевые соединения, изготовленные на эластичных
клеях, при быстром приложении нагрузок разрушают-
ся на границе клей — подложка. При медленном повы-
шении нагрузки или ее постоянстве наблюдается пол-
зучесть вследствие повышенной деформируемости эла-
стомеров.
Адгезия, обусловленная химическим взаимодействи-
ем между адгезивом и склеиваемой поверхностью, обра-
зуется за счет химических связей и, как показали ис-
следования и практические опыты, во многом зависит
от подвода дополнительной энергии, которая приклады-
вается на границу склейки. Например, втирание клеев
механическими щетками значительно повышает адгезию.
При наложении стального хомута на стеклопластико-
вый бандаж при ремонте оболочек в 1,5 раза повыша-
ется прочность скдейки.
Таким образом, физико-механические свойства сое-
95
динений зависят от ряда факторов, которые следует
учитывать при использовании клеев.
Физико-механические свойства стеклопластиков,
сформированных под водой контактным способом
ва основе ткани АСТТ(б)-С2 и клея «Спрут-4»
Плотность, г/см3 . . • . . ..................... 1,7
Содержание стекловолокна, %	.	62
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа:
по основе.................................    240
по утку.............. . . ..................-117
То же. при сжатии, МПа:
по основе . . ... ........................... 220
по утку ............,.............  .	. . •	145
То же, при сдвиге, МПа..........................  98
Модуль упругости при растяжении £-105, МПа:
по основе . . . . . . ..........	0,19
, по утку................................    0,13
Коэффициент Пуассона:
по основе . . ............................... 0,15
по утку................ ......... .	0,1
Физико-механические свойства соединений
на основе клея «Спрут-5м»
Предел прочности клеевых образцов из стали (в МПа,
не менее) при нормальном отрыве через 10 сут, если
поверхности:
зачищены, обезжирены и высушены, отверждены
на воздухе .	. . . . х ‘....................... 12
покрыты нефтью ............................... 8
склеены и отверждены под водой................... 10
То же (в МПа, не менее), при сдвиге через 10 сут,
если поверхности:
зачищены, обезжирены и высушены............... ЛЮ
покрыты нефтью..............,.................... 7
покрыты водой ................................ 9
Примечание. Прочностные свойства соединений меняются во време-
ни. В течение 3 мес происходит увеличение показателей фнзнко-механнче-
ских свойств соединений при склеивании на воздухе и в нефти н снижение
прочности до 7 МПа при склеивании под водой. В дальнейшем изменения
прочности не наблюдаются.	-
Испытания вибростойкости стеклопластика на осно-
ве клея «Спрут-4» при частоте 40 Гц показали, что пос-
ле 107 циклов нагружения прочность образцов при рас-
тяжении как по основе, так и по утку снижается не
более чем на 11%.
Исследования влияния энергии удара на прочность
стеклопластика позволили сделать вывод о том, что
материал обладает способностью сопротивляться весьма
высоким ударным нагрузкам. Так, при энергии удара
42 кН-см происходит локальное разрушение клея
«Спрут-4», 56 кН-см — расслоение стеклоткани,
70 кН-см —образование трещин,
Испытания виброс^гойкости Стеклопластиков 0п5 по-
крытия на основе клея «Спрут-4», нанесенного на ме-
таллическую поверхность, показали, что при частоте
18—19 Гц и 107 циклах нагружения не наблюдаются
появление трещин, расслоение стеклоткани и отслоение
стеклопластика от металлической поверхности.
Испытания образцов стеклопластик—металл на
сопротивление ударным нагрузкам показали, что при
толщине стеклопластика 3 мм появление трещин об-
наруживается при энергии'удара не менее 80 кН-см.
Для оценки абразивной стойкости были проведены
сравнительные испытания бетонных и полимерных за-
щитных покрытий в виде цилиндрических образцов двух
типов: из бетона М300 с В/Ц=0,5, приготовленного на
гранитном щебне крупностью 5—10 мм и портландце-
менте, и из стали, покрытой двумя слоями стеклоткани
марки Т-11-ГВС-9, пропитанной клеем «Спрут-5м».
Диаметр образцов 100 мм, высота 100 м>м. Абразивная
стойкость покрытий оценивалась по потере массы образ-
цов (в г) с 1 см2 поверхности за 1 ч. Было установлено,
что абразивная стойкость полимерных покрытий, арми-
рованных стеклотканью, в 8—9 раз выше бетонных.
Таким образом, комплексные исследования позволи-
ли выработать технологию ликвидации отказов подвод-
ных трубопроводов с помощью клеевых композиций.
Отказы под водой могут быть ликвидированы путем
’.наложения на место повреждения металлических заплат
или хомутов (бандажей), стеклопластиковых пластырей,
а также путем установки на трубу заливочной муфты.
Даже незначительное внутреннее давление воды в тру-
бопроводе приводит к прорыву или подрыву пластырей,
а влияние избыточного давления ее при формировании
пластыря — к образованию зоны нарушения адгезионной
связи на границе раздела клей —металл. Это объясня-
ется, видимо, процессами гидролиза реакционноспособ-
ных групп поверхностно-активного вещества, содержа-
щегося в клеевой композиции, с последующим диффу-
зионным переносом продуктов реакции гидролиза в воду.
Диаметр зоны отсутствия адгезии в районе свища при-
близительно равен 30—40 мм при диаметре свища 4—
10 мм. Это позволяет сделать вывод о том, что указан-
ная зона развивается в процессе полимеризации клея и
завершается после окончания данного процесса. При
предварительной заделке свищей пробками или покры-
тии их тонкими металлическими накладками и пласты-
рями адгезионные связи наблюдаются по всей поверх-
97
ности ремонтируемого участка. На основе изложенных
наблюдений была разработана следующая технология
ликвидации свищей: разметка ремонтируемого участка,
подготовка поверхности трубы, приготовление материа-
лов, установка заплат или пластырей, полимеризация
клеевой композиции, гидравлическое испытание трубо-
провода.
Перед проведением ремонта необходимо уравнове-
сить внутреннее гидростатическое давление продукта с
наружным давлением. Для этого на входе в трубопровод
и выходе из него перекрывают береговые задвижки.
После осмотра место повреждения размечают и очища-
ют от старого покрытия (по контуру дефекта) на рас-
стоянии 200—300 мм. Для очистки обычно используют
скребки или угловую реверсивную пневмощетку
УПЩР-1. Затем водолаз устанавливает на трубопро-
воде кольцевой кондуктор на расстоянии от места по-
вреждения, равном половине длины хомута (бандажа).
Кондуктор представляет собой мягкий ременр, к кото-
рому приклепаны уголковые распорки, обеспечивающие
точную установку ремонтного хомута на место повреж-
дения.
Заплаты из листа металла толщиной 3—5 мм под-
гоняют по профилю ремонтируемого участка (зазор не
более 0,5 мм). Каждая сторона ее должна быть на
50—100 мм больше стороны дефекта. Заплату покрыва-
ют клеем, а затем полиэтиленовой пленкой и в таком-
виде подают водолазу. На очищенную от изоляции, по,-
верхность трубы водолаз наносит слой клея, втирая его
щеткой в металл. После снятия полиэтиленовой плен-
ки он накладывает заплату на дефектное место. Для
равномерного распределения клея ее необходимо пере-
местить несколько раз на небольшую величину в раз-
ных направлениях. Для фиксации на трубе заплату
обматывают 4—8 слоями стеклоленты марки ЛВС или
стеклоткани марок Т-13, Т-14, Т-14-78, ТЖС-0,7, ТЖС-
0,56, ТЖС-К, ВПР-10 и других, пропитанными клеем.
На намотку устанавливают ленточный хомут типа
ХЛУС (рис. 29, а), обеспечивающий давление на нее
не менее 0,02 МПа.
Стеклопластиковую заплату можно формировать
прямо на трубе путем намотки или изготовлять на по-
верхности.
При ликвидации свища площадью более 10 см2' на
неотвердевший пластырь накладывают отвердевший
стеклопластиковый бандаж или постоянный металли-
98
ческий хомут; площа-
дью 5 см2 металли-
ческую пластинку тол-
щиной 0,5—2 мм прямо
на дефектное место, а
затем пластырь. Плас-
тырь вырезают из хол-
ста — 4—8 заготовок,
которые затем склеива-
ют. Стороны пластинки
и пластыря должны
быть больше стороны
дефекта соответственно
на 0,5—2 и 150—200
мм.
Перед наложением
фигурных хомутов не-
обходимо измерить уг-
лы изгиба трубопрово-
дов. Для этой цели ис-
пользуют приспособле-
Риг. 29. Схема ленточных хомутов
типа ХЛУС (а) и заливочных муфт
(б), предназначенных для ликвида-
ции свищей под водой:
ние, состоящее из шар-
нирного устройства.
Число его звеньев мож-
но менять в зависимос-
ти от длины изогнутого
участка. На трубопро-
1 — лента; 2 — эксцентрик; 3 — захват;* 4 —
уплотнительная манжета; 5 —обечайка-,
6 — отверстия для спуска воды и заливки
воде приспособление компаунда
фиксируется путем за-
жима шарнирных соединений с.помощью болтов-бараш-
ков.
При наличии на небольшом участке нескольких
свищей или значительной длине дефекта на трубе це-
лесообразно устанавливать муфту, которую затем за-
ливают клеевым компаундом. Трубу на расстоянии до
500 мм от места дефекта (в обе стороны) зачищают.
На сквозные свищи накладывают заплаты из листо-
вой стали толщиной 1—2 мм, алюминиевой фольги
толщиной 0,05 мм или стекловолокнистого материала
в 2—3 слоя. Заплаты с неотвердевшим клеем могут
быть прихвачены ленточными хомутами. Муфту (рис.
29, б) монтируют на трубопроводе с таким расчетом,
чтобы торцовые уплотнительные манжеты находились
на расстоянии 200—300 мм от краев зоны дефекта, ег-
лй расстояние между ними равно (или больше) дли-
не обечайки муфты (1000 мм) .При установке муфты
99
на большом участке одну манжету располагают на рас-
стоянии 200—300 мм .от края дефекта, а другую — на
расстоянии, равном длине обечайки.
Муфта представляет собой обечайку из листового
металла, устанавливаемую вокруг трубы с . помощью
хомутов. Необходимый зазор (15—25 мм) между обе-
чайкой и трубой образуется манжетами из полимерной
или резиновой ленты шириной 40—50 мм, намотанной
в 1 слой.
Наполнители, введенные в клеевую композицию за-
ливочных компаундов (пылевидный кварц, мелковоло-
книстый асбест, рубленое стекловолокно или их смесь)
уменьшают усадку и термический коэффициент расши-
рения, увеличивают прочность и монолитность компа-
унда при отверждении.
При работе с клеями и нефтью водолазные гидро-
костюмы выходят из строя после одного ремонта. Для
повышения долговечности их поверхность покрывают
тонким слоем полиуретановых мастик, растворенных в
ацетоне до вязкости, обеспечивающей напыление пуль-
веризаторами, работающими под давлением 0,4—0,6 МПа.
Хомут (бандаж) устанавливают два водолаза,
поддерживающие связь между собой по телефону.
Сначала спускается водолаз, имеющий при себе стяж-
ные скобы, гаечные ключи, гайки и шайбы, а затем во-
долаз с хомутом и уложенным на нем пластырем. Во-
долазы устанавливают хомут на трубу, следя за тем,
чтобы на клеевой пластырь не попал грунт, ухудшаю-
щий качество покрытия. С помощью ранее смонтиро-
ванного кондуктора хомут устанавливают так, чтобы
место повреждения находилось в центре его. По оконча-
нии этой операции снимают кондуктор и восстанавливают
снятую изоляцию из рулонного материала, который приго-
товлен на основе стеклоткани, пропитанной раствором по-
либутилметакрилата. Рулонный материал пропиты-
вают связующим и под водой наносят на поверхность
трубы. Для этой цели используют специальное уст-
ройство, которое представляет собой многозвенный ме-
ханизм, охватывающий изолируемую трубу (рис. 30).
Силовое замыкание, монтаж и демонтаж его осуще-
ствляются с помощью пружинного натяжного устрой-
ства.
Устройство для смачивания рулонного материала
связующим включает в себя катушку с рулонным ма-
териалом и герметичный корпус-оболочку со щелевид-
100
Рис. 30. Устройство для нанесения изоляции на трубопровод, про-
ложенный под водой:
/ — прижимной ролик; 2 — кассеты для смачивания рулонного материала
клеем; 3 — колесная тележка; 4 — пластинчатый хомут; 5 — трубопровод
ным отверстием для выхода рулонного материала.
Ширина щели регулируется пластинами, с наружной сто-
роны которых хомутом крепится  корпус-оболочка. Ка-
тушка с рулонным материалом фиксируется направля-
ющими. Корпус-оболочка выполнена из эластичного
материала, способного изменять объем по мере расхо-
дования рулонного материала и связующего под дейст-
вием наружного гидростатического давления.
Катушку с рулонным материалом закрепляют в на-
правляющих, конец ленты заводят в щель между пла-
стинами, корпус-оболочку наполняют связующим, в ко-
торое погружается катушка. Горловину оболочки уп-
лотняют хомутом (жгутом) поверх пластин. Рулонный
материал пропитывают связующим в корпусе-оболочке
при вращении катушки и подаче материала к щели.
Многозвенный механизм монтируют на трубе. Затем
водолазу подают подготовленное к работе устройство
для смачивания рулонного материала, закрепляемое на
пластине многозвенного механизма. Пропитанный.свя-
зующий рулонный материал наносят на изолируемую
поверхность при вращении механизма вокруг трубы.
Излишки связующего выдавливаются прижимными ро-
ликами. ,
Для нанесения изоляции вдоль трубопровода коле-
са тележек предварительно устанавливают под углом
к ее оси, обеспечивая нахлест, равный не менее 10%;
101
ширины рулонного материала. Устройство поворачива-
ют вокруг трубы. Места перехода от трубы к ремонт-
ному хомуту проходят с помощью специального пру-
жинного звена.
Иногда применяют, метод ремонта с несущей конст-
рукцией защитной оболочки, основанный на принципе
«сандвича». На поверхности готовят клей из расчета
3 кг клея на Гм2 армирующей стеклоткани. В зимнее
время расход клея определяют методом подбора, так
как при температуре воздуха ниже —5°С вязкость клея
увеличивается. Стеклоткань раскраивают, пропитывают
клеем и укладывают слоями, удаляя воздушные пузы-
ри. Пластырь обычно укладывают на стальной или
пластиковый хомут, который водолаз опускает под во-
ду и устанавливает на место повреждения.
Стальной хомут обычно изготовляют в мастерской.
Он представляет собой две створки из трубы, разрезан-
ной вдоль образующей, которая с одной стороны сое-
динена шарниром, а с другой — болтовым соединением.
Пластиковый хомут также изготовляют в мастерских.
Внутреннюю сторону стеклопластика покрывают
клеем. Готовое покрытие подают под воду водолазу,
который устанавливает его на трубопровод. С помощью
монтажных зажимов (рис. 31) обеспечивают необходи-
мые условия для заполнения клеем неровностей и вы-
давливания избытка его на продольный и поперечный
швы. Таким путем обеспечивается герметизация сты-
ков.
Качество отремонтированных свищей или разрывов
трубопровода проверяют при гидравлическом испыта-
нии. Испытательное давление должно превышать рабо-
чее на 50%. Для гидравлического испытания применя-
Рис. 31. Схема крепления сборных стеклопластиковых покрытий на
трубопроводе:
а — элемент торцового соединения; б монтажный зажим; 1 — стеклопласти-
ковое покрытие; .2— трубопровод; 3 — клей; 4 — замок монтажного устройства
102
ют наполнительные (НА-1, НОЛ-1, НПИМ, АН-2)
и опрессовочные (АзИНМАШ-32, ГН-850/250, ГН-60,
ГН-200М) агрегаты.
В рабочем журнале описывают характер дефекта,
режим работы оборудования, условия работы (темпе-
ратура воды и воздуха), состав клея, время отвержде-
ния клея (по образцам), методы контроля качества, вы-
явленные дефекты и способы их ликвидации. По окон-
чании работ составляют акт о проведении ремонта по
установленной форме.
При использовании клеевых композиций для ремон-
та подводных переходов был получен экономический
эффект.	~
УСТАНОВКА ХОМУТОВ, ЗАЖИМОВ И МУФТ
Для ремонта мелких трещин и свищей применяют за-
жимы, состоящие из двух половин, соединяемых бол-
тами. Перед установкой зажима поверхность трубы
тщательно очищают от старой изоляции. Затем на нее
кладут прокладку, например из эластичной резины или
стеклоткани, пропитанной специальными полимерными
клеями.	,
В Тюменском индустриальном институте разработа-
на конструкция разъемной муфты, состоящей из двух
половин, соединяемых фланцами (рис. 32, а). В месте
повреждения трубопровода без предварительного уст-
ранения дефекта накладывают полумуфты так, чтобы
внутренние упругие уплотнители находились на некото-
ром расстоянии от края повреждения. После соедине-
ния полумуфт между упругими уплотнителями, а также
между стенками трубы и муфты образуются кольцевые
полости, заполняемые быстротвердеющим герметиком
на основе эпоксидных смол.
Технология ремонта с помощью муфт сводится к
разработке грунта в месте повреждения, очистке трубы
от изоляционного покрытия и установке муфты. Наибо-
лее ответственной, продолжительной и трудоемкой яв-
ляется последняя операция.
В последнее' время стали применять гидромуфты
(рис. 32, б, в). В кожухе муфт расположены скользя-
щие клиновые элементы й уплотняющие кольца, позво-
ляющие с помощью гидронасоса создать распор и
обеспечить за счет сил трения плотность соединения с
основным трубопроводом.
103
Рис. 32. Конструкции муфт для ликвидации повреждений трубопро-
вода:
а — разъемная муфта; б —шарнирная гидромуфта с косыми фланцами; в —
гидромуфта одностороннего действия; / — трубопровод; 2, 4—* упругие уплот-
нители; 3 — кольцевая полость, заполненная герметиком; 5 — полумуфга; 6 —
повреждение; 7 — гидромуфта; 8 — косые фланцы; 9, 10— клиновые вклады-
ши; // — неопреновые кольца; 12 — уплотнение; 13 — поршень; 14 — выпуклый
патрубок; 15 — кожух
Гидромуфты одностороннего действия жестко свя-
заны с фланцами, приваренными под углом 10° к Оси
муфт. В результате поворота вокруг общей оси достига-
ется их стыковка под углом 0—20°. Под давлением
быстро застывающей эпоксидной смолы обеспечивается
сцепление гидромуфты с трубой (через клиновый вкла-
дыш, скользящий по коническому вкладышу), а 3-4 ци-
линдрических неопреновых кольца уплотняют зазор
между внутренней поверхностью кожуха и наружной
поверхностью трубы. Сдавливающее и уплотняющее
действия вкладыша и колец создаются поршнем коль-
цевого типа, который перемещается в сторону уплотне-
ния, расклинивая плашку. Эпоксидная смола подается
в полость муфты насосом надводного или подводного
типа; Обратный клапан на впускном патрубке препят-
ствует утечке смолы из муфты.
Гидромуфта двойного действия фирмы «Кэмэл Лэй-
ерд» (Великобритания) рассчитана на то, что напря-
104
женйе сжатия трубы ползунами захвата равно раЗруша -
ющему напряжению материала трубы при растяжении
или превышает его. Принцип- ее действия аналогичен
принципу действия гидромуфт одностороннего действия.
Рабочая жидкость, которая подается через клапан,
воздействует на поршни через набивку и разделитель-’
ные кольца, передавая давление на ползуны. По мере
продвижения ползунов перемещаются конические во-
ротники, все крепче обхватывая поверхность стыкуемых
труб. После опрессовки соединения рабочая жидкость
в кольцевой полости заменяется эпоксидной смолой,
которая в течение 1 ч сохраняется в жидком состоя-
нии. Затем начинается ее полимеризация. Подача эпок-
сидной смолы под водой обеспечивается с помощью
специальных бункеров, устанавливаемых на муфте.
Фирмой «Гидротех Системе» (США) создано соедине
ние «гидрошар—гидромуфта», представляющее собой
механическое соединение поврежденных участков под-
водных трубопроводов [9]. Такое соединение имеет
части: гидрошар и гидромуфту (рис. 33). Гидромуфта
состоит из корпуса, секторных зажимов, запорного
кольца, уплотнений, клиновидных скользящих колец,
поршней, трубы, уплотняющего фланца и шпилек; гид-
рошар — из собственно шара и крепления к трубе, ана -
логичного креплению гидромуфты. С помощью этого
приспособления можно соединять концы труб, если
угол между их осями не превышает 15°, а зазор между
трубами равен одному диаметру трубы. Если длина
поврежденного участка превышает один диаметр трубы
Рис. 33. Соединение «гидрошар—гидромуфта» фирмы «Гидротех
Системе»:
1 — уплотняющий фланец; 2 — уплотнение; 3 — поршень; 4 — клиновидные
скользящие кольца; 5— корпус; б — секторные зажимы; 7 —запорное кольцо
105
или угол между осями труб больше 15е, применяют два
комплекта соединения «гидрошар—гидромуфта»  и
вставку (катушку). В этом случае несовпадение осей
должно быть не более 30°, а длина заменяемого участ-
ка лимитируется длиной катушки.
- После очистки и обрезки концов трубопровода на
дно опускают монтажную раму, оборудованную плун-
жерами для вертикального и горизонтального переме-
щения концов трубопровода. С помощью гидравличес-
ких шлангов, соединенных с этой рамой, дистанционно
осуществляют управление сборкой соединения. Затем к
месту установки доставляют гидрошар и гидромуфту.
Водолаз с помощью гидравлического крана, находяще-
гося на монтажной раме, поднимает концы трубопрово-
да и надвигает на него последовательно гидрошар и
гидромуфту на длину, равную полутора диаметрам
трубопровода. Затем маневрируют гидравлическими
кранами до тех пор, пока оси концов трубопровода не
пересекутся. В непосредственной близости от установ-
ленных частей соединения на трубопроводе укрепляют
зажимы. К ним присоединяют плунжеры, которые воз-
действуют на гидромуфту до тех пор, пока она не за-
хватит шар. На корпус гидромуфты устанавливают U-об-
разный гидравлический упор. С его помощью запорное
кольцо надвигается на секторные зажимы. Они сжима-
ют уплотнения вокруг шара, чем обеспечивается герме-
тичность соединения. На запорном кольце завертывают
шпильки, которые не позволяют опорному кольцу пере-
мещаться относительно секторных зажимов.
Скользящие клиновидные кольца предотвращают пе-
ремещение трубы относительно соединения под действи-
ем как сжимающих, так и растягивающих усилий. Пос-
ле установки и испытания уплотнений трубопровод под-
вергают гидравлическому испытанию. Монтажную раму
и гидравлический инструмент поднимают на поверх-
ность. Трубопровод при необходимости замывают.
Ремонт подводных трубопроводов с помощью меха-
нического соединения «гидрошар — гидромуфта» до-
вольно дорог. Для его проведения необходим мощный
плавучий кран. Операции под водой можно выполнять
только при условии достаточной видимости, поэтому в
речных условиях использовать данный метод нельзя.
Для установки гидромуфты мощные грузоподъем-
ные механизмы не нужны, а работы можно проводить
при значительном волнении на воде.
106
Фирмой «Гидротех Системе» проведен экономический
анализ монтажа одного соединения «гидрошар — гидро-
муфта». Стоимость проведения этой операции равна
0,3—1 млн. долл.
ГЛАВА 4
РЕМОНТ ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
СПОСОБЫ ПРОВЕДЕНИЯ РЕМОНТНЫХ РАБОТ
Ремонт подводных трубопроводов можно осуществ-
лять с подъемом на поверхность или непосредственно
в воде, обеспечивая в последнем случае непрерывность
перекачки. При выбросе нефти, резке, переукладке и
других подобных операциях, перекачку продукта пре-
кращают.
Ремонт трубопровода с подъемом его на поверх-
ность начинают с укрепления берега камнями, фашин-
ными тюфяками, железобетонными плитами. Трубы
поднимают при необходимости замены поврежденных
участков, переукладке трубопровода путем протаскива-
ния или свободного погружения и т. п.
Ремонт трубопровода без подъема - его на поверх-
ность проводят в случаях, если необходимо установить
заиливатели, хомуты, зажимы, муфгы; заглубить тру-
бопровод; заклеить повреждения; провести сварку в
камере или непосредственно в водной среде; заизоли-
ровать трубопровод полимерной пленкой и т. д.
ВЫБОР СПОСОБА РЕМОНТА
Организация ремонта подводных переходов магиса -
ральных трубопроводов включает в себя работы под-
готовительного и основного периодов. В под-
готовительный период составляют проект производства
работ и календарный график работ, завозят материалы,
определяют готовность технических средств. Все это
необходимо для обеспечения работы комплексного по
тока и быстрого завершения ремонта.
Выбор способа ремонта с учетом конкретных усло-
107
вий оказывает большое влияние на удельную себестои
мость габот, которую определяют по формуле
r г	।	2 Смат Т 2 Сраз
t’  >мат "г р “г" р >
где Саар, СМат — удельная стоимость соответственно ра-
бочей силы и материалов вместе с транспортными за-
тратами; 2СМат — сумма удельных затрат на аренду ма-
шин и оборудования; ЗСраз — сумма разовых затрат на
подготовку и ликвидацию производства; Т — продол-
жительность работ; Р — объем работ.
В данном уравнении С — зависимая переменная, а
Т и Р — независимые переменные, поэтому себестои-
мость можно представить в виде функции двух пере-
мен. ЫХ
Z = a — + — + d,
у У
где Z .= С; а = 2Смаш; х = Т; у = Р; в = 2Сраз; d =
— Сзар~|~Смат-
При оценке выбранного способа ремонта, зависяще-
го от запланированного срока или объема работ, урав-
нение удельной себестоимости ремонта может быть
функцией одной переменной. Если Т = const, то у ==
= a/x-f-b, а если P = const, то y = ax-pb. Каждый
способ ремонта можно представить в виде переменных
функций как уравнение удельной себестоимости. При
двух способах проведения работ для выбора оптималь-
ного варианта необходимо решить систему уравнений
У1 = ajx + &!;
у2 = а2/х + Ь2,
где у\, у2— функции, определяющие соответственно
первый и второй способ проведения работ.
При решении системы уравнений получают следую-
щие значения у и х:
У _ Д1 Ь2 — а2 bi #
— О2
х= 01 ~~ °а
Ь2 — bi
Точка А (рис. 34, а) с координатами ха и уА явля-
ется точкой пересечения кривых двух функций (двух
способов проведения работ). Возможен случай, когда
108 ,
Рис. 34. График проведения работ двумя способами:
а — 1узи установленной продолжительности работ и постоянной Т; б — при
установленном объеме работ и постоянной Р; 1 — yi=ajx+bi (первый спо-
соб); 2 — у2=а11х+Ьг (второй способ); 3 — yi=alx+bi (первый способ); 4 —
Уг=агх+Ъ2 (второй способ)
система уравнений не имеет решения. Тогда кривые
1 и 3 не пересекаются, т. е. для одной из функций всег-
да будет выполняться условие минимума.
Если предположить, что P=const, а Т — величина
переменная, решается следующая система уравнений:
Z/i = <7i* + V,
У 2 = а2 Х 4" ^2 >
откуда
. _. al t>2 4- 0.2 bl
у	>
ai — а2
х =
01 — а'1~
Точка А с координатами Ха и у а (рис. 34,6) —
граничная точка рентабельности применения двух спо-
собов ремонта.
Пример. 2. Требуется разработать подводную траншею объе-
мом 2000 м3 в грунте I категории. При первом способе проведения
работ используют водолазную станцию на несамоходном боте с
компрессором и гидромониторную установку производительностью
(по грунту) 11 м’/ч; при втором — скреперную установку с ков-
шом вместимостью 0,75 м3. Нужно определить минимальный по
себестоимости способ проведения работ.
Предположим, что Г=10 сменам — величина постоянная, а в
течение смены разрабатывается 100 м3 грунта. По первому способу
трудоемкость работ следующая: водолазная станция и гидромони-
торная установка — по 10 машино-смен; по второму (скреперная ус-
тановка) — 10 машино-смен. Стоимость одной смены: 45,5 руб. —
водолазная станция; 63 руб—гидромониторная установка; 21,3 руб.—
109
скреперная установка; 400 руб. — рабочие-землекопы. Разовые зат-
раты на транспортировку—120 руб., на устройство разгрузочной
эстакады для скрепера — 400 руб.
Тогда
Щ =(46,5+ 63)-10+ 120 = 1215 руб., 61 = 0;
а2 =21,3-10 + 400 = 613 руб.; 62 = 4-10,1 = 40 4 руб.
Исходя из уравнения y — ai/x+bj, определяем, что по первому
способу 1д=1215/х, по второму — у2= 61З/х+202. Затем рассчи-
тываем
в1 — а2 1215 — 613
х =---------=------------ = 14.9,
Ь2-б!	40,4
где одна единица равна 100 м3 грунта.
По первому способу 1490 м’, так как at+bi >^2+62, по
второму 1490 м3. Следовательно, целесообразно использо-
вать первый способ.
Пример 3. Принимаем те же условия, что и в примере 2. Пред-
положим, что Р=2000 м3 — величина постоянная. Работы следует
выполнить за 20 дней.
Определим параметры а и Ь:
(46,5+ 63)-20	,	,	120	„ „„
=-----тт—;----- ‘ 1,095 руб.; &i =	=0,06 руб.;
1	2000	2000
21,3	200	'
а2=	-=0,01 руб.; Ь2 = 40,4+	-=40,5 руб.
2000	2000
Используя выражение у=ах-\-Ь, по первому способу имеем
Ух = 1,095х+0,06; по второму — t/2 = 0,01x+40,5.
Тогда
—&1 .	40,5 — 0,06
х —--------- ----------„	= 37 дней.
Д1 — а2 1,095 — 0,01
По первому способу х^37 дней, так как at~l-bi<a2±b2; по
второму — х+37 дней. Следовательно, целесообразно использовать
первый способ.
ОСОБЕННОСТИ РЕМОНТА ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ
При разработке проектов производства работ необхо-
димо использовать типовые технологические карты, а
также карты НОТ, в которых заложены рациональные
приемы труда.
Для проведения ремонта требуется иметь ситуацион-
ный план, на котором нанесены горизонтали дна и бе-
регов, пикеты трассы перехода, фарватер (судовой ход),
отметки расчетных ГВВ и ВИГ. Места установки бы-
товых и складских помещений на берегу не должны за-
топляться во время паводка. Следует учитывать также
скорости течения воды на поверхности и у дна реки,
направление струй. По скорости на поверхности рас-
считывают тяговые средства и якорные устройства
ПО
плавсредств, определяют мощность буксирных катеров:
э скорости у дна — величину размыва дна и конст-
рукцию защитных средств для проведения работ под
юдой.
i Ремонт подводных трубопроводов должны выпол-
нять водолазы, обученные по специальной программе.
При ликвидации аварий, и проведении ремонтов не-
обходимо учитывать влияние различных факторов. На-
пример, от физико-химических свойств воды зависят
технологические приемы работы и сохранность подвод-
ного оборудования. Повышение давления с увеличением
глубины усложняет проведение монтажных операций,
затрудняет контроль за работой технических устройств,
повышает затраты времени на развертывание подвод-
ных работ и др.
При окраске инструментов и оснастки следует учи-
тывать, что под водой лучше всего виден белый цвет,
затем желтый, красный, зеленый, а хуже всего — синий.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОДВОДНОЙ РАЗРАБОТКИ ГРУНТОВ
При всех видах ремонтов большой удельный вес прихо-
дится на земляные работы.
Так как траншеи под действием потока заносятся
грунтом, их следует разрабатывать с учетом заносимо-
сти. Расчет выполняют в определенном порядке.
Сначала находят ширину траншеи по дну без учета
заносимости
б = Д, -J- А бв -р А бр + А бт,
где DH — наружный диаметр трубопровода, с защитным
и балластным покрытиями; Абв— расстояние от подош-
вы откоса до боковой поверхности трубопровода, учи-
тываемое при работе водолаза под водой (Дбв = 0,7 м);
А6р — отклонение по ширине траншеи, в процессе разра-
ботки (Дбр = 1,24-1,6 м для земснарядов.и гидроэжекто-
ров и Дбр=0,54-1,5 м — для скреперов); Дбт— откло-
нение оси трубопровода от оси траншеи при укладке
способом протаскивания (при ширине водной преграды
А^ЮОО м Абт> 0,0005 L, при 10004-2000 м Дбт уве-
личивают на 1 м через каждые 250 м, начиная с 1250 м,
при L>2000 м Дбт увеличивают на 1 м через каждые
250 м, начиная с 2250 м).
Далее, определяют объем траншеи без учета заноси-
мости, а затем рассчитывают удельный объем наносов
111
Таблица &
to
Интенсивность отложения (в мэ/сут) в трайшее наносов мелко- и среднезернистых песков
	Скорость потока						. м/с			
Глубина реки, м	0,6	0,7	0,6	0,9	1	1.1	1.2	1.3	1,4	1.5
2	0,62	1,34	2,62	4,72	8	12,89	19,91	29,71	43,03	60,75
4	0,31	0,67	1,31	2,36	4	6,44	9,95	14,85	21,51	30,38
6	0,21	0,45	0,87	1,57	2,67	4,29	6,64	9,9	14,34	20,25
8	0,16	0,34	0,66	1,18	2	3,22	4,98	7,43	10,76	15,19»
10	0,12	0,27	0,52	0,94	1,6	2,58	/3,98	5,94	8,6		12,15
12	0,10	0,22	0,44	0,79	1,33	2,15 •	3,32	4,95	7,17	10,12
14	0,09	0,19	0,37	0,68	1,14	1,84	2,84	4,24	6,15	8,68
16	0,08	0,17	0,33	0,59	1	1,61	2,49	3,71	5,38	7,59
18	0,07	0,15	0,29	0,52	0,89	1,43	2,21	3,3	4,78	6,75
20	0,06	0,13	0,26	0,47	0,8	1,29	1,99	2,97	4,3	6,08
22	0,06	0,12	0,24	0,43	0,73	1,17	1,81	2,7	3,91	5,52
24	0,05	0,11	0,22	0,39	0,67	1,07	1,66	2,48	3,58	5>,06;
26	0,05	0,1	0,21	0,36	0,62	0,99	1,53	2,28	3,31	4,67
										
вечных сечениях траншеи. </т (табл. 6) . После это
' уделяют скорость смещения верхового откоса
m и Vi = qxlh, где h — глубина траншеи.
1 время заносимости траншеи Т, которая выяв-
л на основе технологической схемы разработки
щей, определяют запас на заносимость: ДЬз=ОбТ,
.,‘чный объем заносимости траншеи вычисляют по фор-
Щ Сз“?т/2, где £3 — длина заносимого участка.
Суммируя объем траншеи с учетом и без учета за-
'лчмости, получают полный объем земляных работ.
Траншеи под водой засыпают методом рефулирова-
я. Для определения количества уносимого грунта ис-
льзуют номограмму (рис. 35).
. *' 'Номограмма для определения количества грунта, уносимого
Учением при засыпке подводных траншей:
— угол между направлением потока и осью траншеи; t)g — средняя скорость
учения; Кр — коэффициент, учитывающий увеличение объема траншеи при
•фулированки
ИЗ

-и.»'. л уменьшения уноса грунта на. несудоходных ре-
энгиг ольш°й глубины применяют систему направляю-
стоящих из отдельных секций, подвешенных
v другу. Грунт подают с берега через приемный бун-
Лсг, работающий по принципу эжектирования и тран-
спортировки по пульпопроводу за счет подачи насоса,
установленного на эстакаде (рис. 36,а). Бункер загру-
жают с помощью бульдозера или экскаватора. На судо-
ходных реках грунт на размытый участок отсыпают с
помощью бульдозера или грейферного крана (рис. 36,6).
Земляные работы на эксплуатируемых переходах тру-
бопроводов осуществляют с основном теми же техничес-
кими средствами, что и при заглублении строящихся
[4, 18].
При ремонте подводных переходов не всегда можно
применять технические средства, используемые при строи-
тельстве. Это объясняется тем, что при ремонте запре-
щается установка якорей в зоне действующих трубопро-
водов, а для снятия грунта во многих случаях не допус-
кается использовать земснаряды, так как они могут
повредить стенки труб и изоляцию.
При разработке грунта под водой на эксплуатируе-
мых трубопроводах наиболее эффективно применение
оборудования с гидравлическим принципом воздействия
на грунт (подводные гидромониторы, земснаряды, гид-
роэжекторные установки, пневматические грунтососы).
При использовании такого оборудования грунт разру-
шается напорными струями или путем отсоса и отво-
дится в сторону от траншеи.
По производительности оборудование для подводных
земляных работ подразделяют на средства малой (до
10 м3/ч), средней (до 100 м3/ч) и большой (свыше
100 м3/ч) механизации.
Разнообразие и специфика земляных работ при эк-
сплуатации подводных трубопроводов требует создания
специального оборудования. В настоящее время су-
ч ществуют новые машины для заглубления подводных
трубопроводов — трубозаглубители, установки для от-
Рис. 36. Схемы засыпки размытых участков трубопроводов'.
а — на несудоходных водоемах с берега; б — на судоходных водоемах с по-
мощью грейферного крана; / — эстакада; 2 — бульдозер; 3 — бункер с эжек-
тором; 4 — рефулерный понтон; 5 — пульпопровод; 6 — плавучая площадка с
краном; 7 — приемный бункер; в — раструбная секция; 9 — трубопровод; 10 —
баржа с грунтом; 11 — плавучий кран; 12 — оттяжка; I — вода
115
сыпки и планировки оснований (подводные планиров-
щики) и др. Такое разнообразие оборудования вполне
оправдано, так как излишняя унификация средств меха- ?
низации может привести к снижению их эксплуатацион-
ных показателей.
При ремонте подводных трубопроводов чаще всего .
выполняют следующие виды земляных работ:
снятие грунта с участков подводного трубопровода
методом размыва или отсасывания:
заглубление русловых участков трубопровода с по-
мощью земснарядов небольшой мощности, средств ма-
лой механизации, а также специальными трубозаглу-
бительными установками;
заглубление береговых участков с помощью экскава-
торов и средств малой механизации;
засыпка провисающих и размытых участков грунтом
с плавсредств, берега или льда.
Для отсасывания ила, мелкого гравия, рыхлой гли-
ны, песка и даже небольших камней используют гидро-
элеваторы. Они имеют значительные преимущества при
проведении подводных работ, особенно в стесненных ус-
ловиях.
Гидроэлеватор состоит из смесительной камеры (ча-
ще всего цилиндрической формы), к которой с обеих
сторон крепятся два полых элемента в виде усеченных
конусов — диффузора и конфузора.
Засасывание грунта в гидроэлеватор происходит за
счет разрежения, создаваемого одной или несколькими
струями, вытекающими из напорных водяных сопел, ко-
торые расположены в нижней части гидроэлеватора (в
конфузоре). Грунтовая смесь поступает в гидроэлеваюр
за счет конверсии скоростного напора воды, вытекаю-
щей из водяных насадков. При этом нагнетаемая из на-
садков и подсасываемая извне грунтовая смесь посту-
пает в смесительную камеру, откуда она подается в диф-
фузор, а затем по отводящей трубе — в пульповод или
на выброс. Для задержания крупных включений, спо-
собных вывести гидроэлеватор из.строя или снизить его
производительность, предусмотрена предохранительная
решетка.
Гидроэлеватор с кольцевой насадкой (рис. 37) поз-
воляет отсасывать крупные включения — камни и
гальку.
При конструировании гидроэлеваторов определяют
следующие размеры.
116
1.	Диаметр начального
сечения водяной струи
d° =21/’
где Qo — расход струи в на-
чальном сечении при скоро-
сти v0(v0=(i>y 2gH); <р, р,—
коэффициенты скорости и
расхода, зависящие от кон-
струкции насадки и чистоты
обработки внутренней по-
верхности его (ср = 0,9, ц=1);
Н — напор струи перед на-
садкой.
При наличии нескольких
струй диаметр выходного
сечения каждого насадка do
должен быть таким, чтобы
суммарная площадь их вы-
ходного сечения равнялась
площади сечения насадки
диаметром do, т.. е.
d'o = dolV п ,
Рис. 37. Гидроэлеватор с коль-
цевой насадкой1.
1 — камера смещения с диффузо-
ром; 2 — кольцевая насадка; 3 —
направляющий цилиндр; 4 — ка-
мера всасывания; 5 — стопорное
кольцо; 6 — конфузор
^к.с = O,736rfodH.c.
трубы выбирается с уче-
орая обычно равна 1—
где п — число насадков гид-
роэлеватора.
2.	Диаметр камеры сме-
шения </к.с= (1,5ч-2,5)</0.
3.	Длина камеры смеше-
ния может быть определена
по формуле Е. А. Замарина:
4.	Диаметр всасывающей
том скорости всасывания, ко
2,5 м/с.
5.	Длину диффузора определяют по формуле
/ ___ d2 — d,
Ъп —	------
А 2
, <t
C‘8T,
где di, d2 — диаметры диффузора соответственно на-
чальный и конечный; а — угол конусного диффузора
(0=6-7-14°).
Расход воды на отсасывание 1 м3 песка для гидро-
элеватора с насадком составляет 12—15 м3, для гидр-
элеватора с кольцевым насадком—7—8 м3.
117
Таблица 7
Техническая характеристика эрлифтов
H+h, м	Н, м	Скорость выхода пульпы, м/с	Производительность по грунту, м3/ч
3	2	3,46	2,1
4	3	4,35	2,65
5	4	5	3,05
6	5	5,5	3,35
7	6	5,95	3,6
Примечания: 1. Диаметр всасывающей трубы 75 мм. 2. Уровень вы-
\броса пульпы превышает уровень на 1 м.
При выполнении земляных работ на глубинах свы-
ше 3 м целесообразно применять эрлифты (табл. 7).
Наиболее производительно они работают на глубинах
более 8 м (рис. 38). Эрлифт представляет собой цилин-
дрический корпус с присоединенными к'нему в верхней
части выбросным рукавом, в нижней — предохрани-
тельной решеткой, в средней — воздушной камерой,
соединенной с корпусом системой отверстий для выхода
воздуха во внутреннюю полость эрлифта.
Сжатый воздух, попадая в корпус эрлифта (рис. 39),
образует вместе с водой смесь, плотность которой
меньше плотности воды. За счет этого происходит вос-
ходящее движение этой смеси, увлекающей за собой
частицы несвязного или предварительно разрыхлен-
ного грунта. Производительность пневматического эр-
лифта зависит от глубины водоема и давления нагнетае-
мого в камеру воздуха.
Всасывание грунта в гидропневматический элеватор
осуществляется за счет разрежения вокруг водяных
струй, попадающих в его внутреннюю полость, а так-
же за счет разных плотностей водовоздушной смеси
внутри гидроэлеватора и окружающей его воды. Гидро-
пневматический элеватор работает в трех режимах
(гидроэлеватора, эрлифта и гидропневматического эле-
- ватора),. выбор которых зависит от условий его приме-
нения. Благодаря этому, достигаются хорошие эксплуа-
тационные показатели работы.
Грунт можно размывать с помощью гидромонитора.
В таких случаях на грунт воздействует затопленная
струя или несколько струй, истекающих из насадков с
большой скоростью. Данный способ размыва наиболее
экономичен, так как не затрачивается энергия на подъ-
ем грунта в надводное положение и его последующую
118
Рис. 38. Схема работы эрлифта на
большой глубине:
/ — дна тракшеи; 2 — смесительная камера;
3 — отводящая труба; 4 — поплавки; 5 —
лебедка для подъема- эрлифта
Рис. 39. Принципиальная схема рабо-
ты эрлифта (а) и график определе-
ния режима его работы (б):
/ — воздухоподводящий рукав; 2 — пульпа;
Ръ — расход воздуха на 1 ма пульпы
транспортировку в сторону от разрабатываемой выем-
ки.	-	-
Для повышения производительности, особенно при
разработке плотных грунтов, эффективно совмещать
гидроэлеватор с гидромониторным рыхлителем. Регули-
119
рование потока воды, подаваемого на размыв или вса-
сывание от одного источника питания, осуществляется
водолазом, использующим трехходовой кран. При по-
тере эжекции водолаз может исключить рыхление грун-
та с помощью вентиля, запирающего подачу воды на
ствол гидромониторного рыхлителя. В тех случаях,
когда гидроэлеватор присасывается к грунту и водола-
зу трудно отрывать его от дна, необходимо переклю-
чить трехходовой кран гидромониторного рыхлителя.
Переключение с эжектирования на размыв во избежа-
ние гидравлического удара необходимо производить
плавно.
В осенне-зимний период подводные траншеи можно
разрабатывать различными средствами гидромехани-
зации, учитывая особенности их использования при
наличии ледового покрытия. Например, для этих целей
можно использовать гидромониторную установку ДГС-
150, установленную на санях, сваренных из двух труб
1 (диаметр 426 мм, толщина стенки 10 мм), которые
связаны в раму с помощью труб 3 (диаметр 219 мм,
толщина стенки 11 мм) и швеллеров 2 (рис. 40). По
льду вдоль траншеи шириной 1,5 м такую установку
передвигают с помощью троса диаметром 13—15 мм.
Для выполнения небольших по объему земляных ра-
Рис. 40. Установка ДГС-150 на санях, предназначенная для прове-
дения работ 00 льда (в плане показаны сани без установки ДГС-150)
12Q |
бот под водой водолазы часто используют передвиж-
ные насосные установки малой мощности (подача 50—
100 м3/ч).
До начала проведения земляных работ на границах
участка подводного трубопровода устанавливают буи,
а в его створе на том участке, где предстоит выполнять
эти работы, по дну прокладывают трос, служащий
ориентиром для водолаза.
При выполнении земляных работ на нескольких
близко расположенных нитках трубопровода грунт на-
чинают снимать с трубопровода, расположенного выше
по течению. При определении ширины траншеи, образу-
емой после снятия грунта с трубопровода, нужно учи-
тывать, что расстояние от наружной образующей тру-
бопровода до подошвы бокового откоса траншеи долж-
но быть не менее 0,5 м. При снятии грунта с трубопро-
вода гидромонитором, гидроэлеватором или эрлифтом
водолаз устраивает забой, направляя струю вниз под
углом 40—50° к горизонтальной поверхности. Грунт с
трубопровода снимают послойно. Толщина его над тру-
бой должна равняться 0,2—0,3 м.
При разработке грунта гидромониторным насадком
от передвижной насосной установки малой мощности
направление струи в нужную сторону обычно задает
водолаз, который удерживает насадок в руках. При
этом ему приходится преодолевать силу реакции струи
R — рв р к — ,
4
где рв — плотность воды; р — давление воды перед на-
садком.
Устройство траншей скреперованием эффективно в
тех случаях, когда имеются связные грунты, которые
невозможно размыть. Простейшие скреперы-волоку-
ши (толщина задней стенки 15—17 мм) оснащают зубь-
ями, выступающими за нижнюю кромку на 100—150 мм
в зависимости от характера грунта. На передней кром-
ке боковых стенок (толщина 10—12 мм) имеется ряд
отверстий (по высоте) диаметром 40—50 мм для уста-
новки штырей скоб. С помощью скоб регулируют на-
полняемость ковша в зависимости от характера грунта
и тяговых усилий. Чтобы повысить эффективность ис-
пользования ковша, целесообразно применять скрепер
двухстороннего действия (рис. 41). Он состоит из двух
ножей, объединенных с гидроэлеватором. Срезаемый
5 Зак. 488
121
Рис, 41. Скрепер-грунтосос двухстороннего действия:
/ — нож; 2 — гндроэлеватор; 3— всасывающая полость гидроэлеватора; 4 —
съемные насадки; 5 — серьга для крепления тягового троса; 6 — защитная
решетка; / — вода
ножом грунт дробится на мелкие куски и подается в
среднюю часть скрепера, где он всасывается в полость
гидроэлеватора, а затем по трубе, наклоненной в на-
правлении течения, выбрасывается за нижнюю бровку
траншеи. Для полного рыхления грунта используют
съемные насадки, размещаемые в нижней части скрепе-
ра, а для частичного рыхления — решетки из полосовой
стали.
Вода к скреперу-грунтососу поступает по гибким
рукавам от насоса, установленного на санях. По дну
скрепер протаскивают синхронно движению насоса с
помощью двухбарабанной электрической лебедки, уста-
новленной на берегу. Грунт разрабатывают одновре-
менно по всей длине траншеи.
Берегоукрепительные земляные работы в осенний
период при резком понижении температуры воздуха и
воды проводят в короткие сроки. Выравнивание отко-
сов под водой осуществляют гидравлическим планиров-
щиком (рис. 42), представляющим собой трубу диаме-
тром 50 мм. Она снабжена патрубками диаметром
25 мм со сменными насадками. Трубу подвешивают
под определенным углом к двум рефулерным понтонам,
на которых установлены насосы с двигателями вну-
треннего сгорания. Вода подается по гибким рукавам.
122
Рис. 42. Гидравлический планировщик откосов'.
1 — труба; 2 — патрубки со сменными насадками; 3 — штанга для контроля
положения планировщика; 4 — понтон; 5 — насос; 6 — шланг
Струи воды, поступающие из насадок, смывают с от-
коса необходимый слой грунта. Положение планиров-
щика контролируется штангой.
ПОДСАДКА ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ
ТРУБ 03 АГ ДУБИТЕЛЯМИ
Для подсадки трубопроводов ниже фактического поло -
жения на реках большой протяженности применяют
трубозаглубители. Их наиболее эффективно использо-
вать при заглублении трубопроводов, не имеющих бал-
ласта. (Футеровка не препятствует работе трубоза-
глубителей.) По силовому воздействию рабочего органа
на подводный грунтовый массив трубозаглубители под-
разделяют на гидравлические, механические, гидроме-
ханические и гидрофлюидизационные.
Гидравлические трубозаглубители предназначены
для работы в несвязных грунтах. На рабочем органе
устанавливают размывающие или отсасывающие насад-
ки, в которые под давлением поступает вода. Эффек-
тивность заглубления трубопровода повышается с уве-
личением числа насадков и расхода воды.
Заглубление может осуществляться путем протас-
5* Зак. 488
123
кивания одного или нескольких размывающих устройств,
располагаемых вдоль трубопровода на равных расстоя-
ниях. Во избежание недопустимых напряжений в стен-
ке трубопровода на каждом размывающем устройстве
или непосредственно на трубе устанавливают плавучие
емкости, датчики, клинометры или другие контрольные
приборы. С их помощью можно контролировать равно-
мерность движения размывающих устройств и преду-
преждать нежелательные прогибы и напряжения в
трубопроводе.
Размывающие устройства могут состоять из труб-
чатых П-образных рам и ферм, связанных с плавсред-
ством штангами. Для уменьшения сопротивления сколь-
жению опор по трубопроводу на опорных рамах поме-
щают ролики.
Объем воды, выбрасываемой из сопел, должен со-
ответствовать объему воды (воздуха), нагнетаемой на-
сосом или компрессором.	, ’
Наиболее эффективна разработка траншеи образо-
вавшейся воронкой из струй (давление 0,5 МПа).
Фирма «Хармсторф» устанавливает на трубозаглу-
бителях гидравлические устройства. Гидравлические
струи, выходящие под давлением 1,8—20 МПа, могут
разрабатывать разнообразные грунты (от песчаных до
•известняковых). В нашей стране изготовлена гидромо-
ниторная установка УПГМ-360 для разработки глини-
стых сланцев с помощью насадков (диаметр 45 мм).
Скорость струи на выходе превышает 50 м/с. Возможно
сочетание размывающего и замывающего устройств.
Эффективность гидравлических трубозаглубителей
повышается при размыве и эжекции грунтов.
Трубозаглубитель следует устанавливать непосред-
ственно на трубопровод с тем, чтобы по мере заглуб-
ления грунт, находящийся над трубопроводом, размы-
вался и удалялся за бровку образующейся траншеи
или транспортировался по пульпопроводу к месту про-
висания трубопровода до образования под ним грун-
товой подушки. После полной очистки заглубляемой
части трубопровода из-под нее за один или несколько
проходов удаляют расчетный слой грунта.
Механические трубозаглубители позволяют вести
подсадку фрезами, расположенными по обеим сторонам
трубопровода. Для их работы можно использовать ги-
дро-, пневмо- или электроприводы. Кроме фрезерных
можно применять рыхлители плужного типа. Механи-
ческие трубозаглубители, предназначенные для раз-
124
работки связных грунтов, могут перемещаться под во-
дой с помощью тросов и лебедок, устанавливаемых на
берегу, или иметь самостоятельный гусеничный ход.
Пульпопровод, по которому транспортируется раз-
работанный грунт, перемещается по трубопроводу на
роликах и поддерживается поплавками. На конце за-
мыкающего пульпопровода устанавливают отражатель,
направляющий грунт к месту засыпки, предотвраща-
ющий его рассеивание в водной среде и снижающий ее
загрязнение.
Фреза — это вертикальное или горизонтальное
устройство, состоящее из нескольких металлических
режущих элементов или зубьев. Наиболее эффективным
считается устройство, имеющее форму спирали, так как
при его использовании в момент резания контакт с
грунтом осуществляется не по всей линии, снижается
нагрузка на фрезу, устраняется вибрация рабочего ор-
гана, повышается долговечность.
В гидромеханических трубозаглубителях сочета-
ются механические (фрезерные, плужные), гидроэжек-
торные и пневматические методы воздействия на грунт.
В результате этого образуется насыщенная пульпа и
улучшается ее транспортирующая способность по пуль-
попроводу.
Представляет интерес совместная работа гидравли-
ческой и пневматической струй турбулентного потока.
При наличии в потоке пульсационных скоростей проис-
ходит интенсивный обмен частицами жидкости в сосед-
них слоях, в результате чего внутри турбулентного по-
тока возникают касательные напряжения. При расте-
кании затопленной струи существует постоянный обмен
между струей и окружающей средой. Кинетическая
энергия растекания затопленной струи резко убывает
по мере удаления от отверстия. Для повышения тран-
спортирующей способности затопленной струи разрабо-
таны способы генерирования пневмогидравлических
струй, одно из существенных отличий которых — нали-
чие в каждой точке направленных вверх вертикальных
составляющих усредненных скоростей [10]. Скорость
поступательного движения суспензии по длине струи
вследствие сильного торможения струй быстро падает.
Их ось круто изгибается вверх, а насыщающий струю
воздух стремится к выходу на поверхность и обеспечи-
вает повышение транспортирующей способности под-
водного грунта. Используемые в данном случае грунто-
125
разрабатывающие конструкции называют пневмоги-
дравлическими.
Существуют трубозаглубители, работающие по прин-
ципу флюидизации. Они предназначены для бестран-
шейной подсадки трубопроводов. За счет вибрации или
гидравлических струй и воздуха низкого давления
обеспечивается псевдоожижение грунта, в который по-
гружается трубопровод под действием собственной
массы. При этом методе эффективность заглубления
достигается только в том случае, если погружение ве-
дется на большой длине трубопровода.
Анализ показывает, что трубозаглубители для
ремонта подводных трубопроводов должны удовлетво-
рять следующим условиям.
1.	Они должны состоять из отдельных агрегатов,
которые можно перевозить на автомобилях типа КамАЗ
или КрАЗ, а перегружать автокранами.
2.	Трубозаглубители должны работать как в пря-
мом, так и в обратном направлениях. Насадки следует
располагать таким образом, чтобы одновременно мож-
но было разрыхлять грунт и удалять его за бровку
траншеи. Для разработки грунтов различной структуры
необходимо, чтобы насадки были поворотными в вер-
тикальной плоскости.
3.	Масса трубозаглубители не должна превышать
5 т, так как в противном случае трубопроводы диаме-
тром менее 720 мм необходимо снабжать опорными
устройствами или поддерживать кранами на мелковод-
ных участках, что значительно усложняет проведение
работ. Для облегчения трубозаглубителя следует ис-
пользовать понтоны, которые размещают как можно
ниже.
Перечисленным требованиям удовлетворяют трубоза-
глубители для подсадки нефтепроводов (рис. 43). При
их использовании в трубопроводе необходимо снизить
давление до атмосферного или снять его полностью,
откачать из полости нефть (нефтепродукты) и заполнить
ее водой, освободить трубопровод на участке заглуб-
ления от грунта.
Грунт, разрабатываемый трубозаглубителями, тран-
спортируется и складируется на берегу или подается
на бровку траншеи и уносится течением.
По завершении трубозаглубительных работ трубо-
провод осматривают водолазы. Помимо этого с по-
мощью эхолотов производят промерные работы. Если
126
Рис. 43. Схема работы гидравлического трубозаглубители конструк-
ции Гипроречтранса:
1 — переключатель потока воды; 2 — грунтососы; 3 — всасывающая труба; 4—
корпус; 5 — насадки разрыхлителей; 6 — корпус разрыхлителя; 7 — всасываю-
щий патрубок; 8 — эластичный наконечник; Р —режущий нож; /, // — направ-
ление движения соответственно «вперед» и «назад»; III — вода
, трубопровод не лежит на заданных отметках, осуще-
ствляют дополнительное заглубление.
Заглубление трубопровода можно выполнять разны-
ми способами: поэтапно без разрезки трубопровода,
послойно и поэтапно с разрезкой трубопровода на бе-
регу. В первом случае на участке определенной длины
производят полное заглубление трубопровода на задан-
ную глубину, после чего заглубитель перемещают на
новый участок; во втором — трубозаглубитель при каж-
дом проходе снимает определенный слой грунта по всему
участку, а трубопровод, постепенно погружаясь, занима-
ет заданное положение; в третьем (в отличие от перво-
го) можно сократить обьем земляных работ за счет
создания на берегу криволинейного участка.
С помощью трубозаглубителей трубопровод можно
погружать по криволинейной линии, которую теорети- .
чески можно изобразить в виде S-образной кривой.
Иными словами, одни заглубляемые участки могут
оказаться на выпуклых кривых, а другие участки—на
вогнутых кривых. На криволинейных участках трубопро-
вод испытывает дополнительные напряжения, величина
127
которых зависит от глубины траншеи. Пригрузка кон-
цов заглубляемого участка трубопровода'грунтом так-
же увеличивает изгибающие напряжения. Вот почему
для их снижения трубопровод освобождают от грунта.
Увеличение изгибающих напряжений наблюдается так-
же при большой массе трубозаглубителя.
Если прогиб провисающей части трубопровода по
сравнению с пролетом невелик, влияние^ растягива-,
ющей силы на величину прогиба можно пренебречь.
Однако в этом случае за счет растяжения может уве-
личиться напряжение в стенках трубопровода, поэтому
допускаемый прогиб будет меньше. Растягивающие на-
пряжения можно найти, используя закон Гука. Для
этого надо знать общую длину Lo, на Которой происхо-
дит удлинение, и абсолютное удлинение ALa. Для ориен-
тировочных расчетов Г0 = Д-|-2/ (рис. 44, а). Поскольку
прогиб на участках I значительно меньше, чем на -уча-
стке L, абсолютное удлинение Д£о можно определить
как разность между длиной дуги параболы, образован-
ной упругой линией трубопровода на участке L, и стя-
гивающей ее хордой. Тогда, приняв &,Lo = 8f2/(3L),
получим
д/.„//. = а _е_.
3 L£o
Напряжение в трубопроводе от действия растягиваю-
щего усилия
г, А т /Г	8	ЕР
ат — Е A L0L = — —-— ,
0	3	LL0
а растягивающее усилие	где Е — модуль де-
формации материала трубы; F— площадь ее попереч-
ного сечения.
Для практических расчетов используют геометричес-
кие параметры изогнутой оси трубопровода при различ-
ных схемах заглубления.
Из графика, приведенного па рис. 44,6, видно, что
отношения f/L и 1/L зависят не от диаметра трубопро-
вода, а от отношения допускаемого напряжения /?2 к
приведенному напряжению сс. Используя данные, при-
. веденные на рис. 44,в,г, можно определить величину
заглубления трубопровода за один проход трубозаглу-
бителя при известной длине размываемого участка или,
наоборот, длину участка размыва, обеспечивающую
безопасное погружение трубопровода, ца заданную
глубину,
Рис' 44. Схемы характерных профилей и геометрические параметры
трубопроводов при заглублении:
а —схема профиля при дополнительном заглублении на пониженные отметки
по всей длине; б — график для определения геометрических параметров тру-
бопровода при заглублении по всей длине; в —схема профиля при переходе
на разные отметки; а—график для определения геометрических параметров
трубопровода при переходе на разные отметки; д — зависимость растягиваю-
щего усилия на единицу поверхности трубопровода от высоты слоя грунта
над трубопроводом; 1 — f/L=fi(/?3/ac), //1=0,53; 2 — f/Ll=f1(R2/ac ); 3 —
; Лг— высота слоя грунта над трубопроводом
При практических расчетах допускаемую глубину
траншеи можно определять без учета растягивающе-
го усилия, а затем уменьшать полученную таким обра-
зом величину в 2 раза.
Наибольшее растягивающее усилие не может быть
больше максимально возможной силы трения Тщах- Если
длина засыпанной части трубопровода меньше необ-
ходимой для полного защемления, то расчет допускае-
мой глубины траншеи упрощается, так как сгт = Утах/Е.
Сила трения на единицу поверхности не зависит от диа-
метра трубопровода и может быть определена по гра-
фику, представленному на рис. 44,д.
129
Если учитывать массу трубозаглубители М, сосре-
доточенную силу можно заменить эквивалентной нагруз-
кой, исходя из условия равенства моментов действую-
щих сил в однопроектной балке при распределенной и
сосредоточенной нагрузках, т. е. q3=2MIL.
Общую нагрузку, действующую на трубопровод при
заглублении, принимают равной q-\-qa.
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ
ПОДВОДНЫХ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
На плавучих насосных станциях могут скапливаться
подсланевые воды, содержащие остатки всевозможных
масел и других вредных примесей. Сброс таких вод в
водоемы — фактор, вредно влияющий на окружающую
среду, так как они образуют разные формы загрязне-
ния: свободно плавающие капельки нефтепродуктов в
толще воды и на поверхности; растворенные и эмуль-
гированные части нефтепродуктов; осевшие на дне, а
также адсорбированные грунтами тяжелые фракции
нефтепродуктов. Последние создают вторичные очаги
загрязнения, распадаясь под влиянием бактерий.
На рабочих органах земснарядов и других , меха-
низмов может находиться до 150^—1000 кг густой смаз-
ки, а в течение эксплуатационного сезона расходуется
еще до 150 кг смазки. Вся смазка попадает в водоем.
По действующим нормам за борт можно сбрасывать
воды, содержащие не более 10 мг/л всевозможных ма-
сел и других нефтепродуктов. В цодсланевых водах ос-
татков и вредных примесей содержится больше, поэто-
му их вывозят в специальных цистернах. Фекальные и
бытовые воды вывозят на специальных судах.
При работе грунтозаборных устройств земснарядов
или эжекторов часть обрушенного или разрыхленного
грунта иногда не всасывается, а остается в водоеме, из-
за чего вода становится мутной. При разработке высо-
ких забоев, содержащих пылеватоглинистые или илис-
тые фракции, загрязнение водоема резко возрастает.
Это приводит к повышению естественной мутности взве-
сей (фона) сверх установленных норм, что приводит
к ухудшению условий существования био- и ихтио-
фауны.
Действующими нормами охраны водоемов установ-
лено, что естественный фон водоема с ценными породами
рыб не должен превышать 0,25 г/м3, а с обычными по-
родами — 0,75 г/м3.
130
По мере удаления от места разработки грунта мут-
ность быстро снижается.
Для уменьшения отрицательного воздействия мутной
воды должны осуществляться мероприятия по ускоре-
нию осаждения частиц грунта на месте отвала. Этого
можно достигнуть путем добавления в пульпу химичес-
ких реагентов (например, водного раствора полиакри-
ламида), снижения в 2 раза и более скорости поступле-
ния пульпы в водоем, погружения в месте отвала кон-
цевого диффузора или использования различных рас-
сеивателей. Один из способов, позволяющий ускорять
осаждение мелких грунтовых частиц, — обработка пуль-
пы магнитным полем.
Использование гидромеханизированных средств мо-
жет привести к уменьшению количества рыбы в во-
доеме. При подсчете ущерба, наносимого водоему в ре-
зультате проведения подводных земляных работ, про-
водят следующие мероприятия [12]:
устанавливают границы загрязненной акватории,
учитывая при этом категорию водоема и рыбохозяйст-
венную характеристику (места нагула и нереста, миг-
рационные пути,, зимовальные ямы, неводные участки
и т. п.);
определяют количество погибших и поврежденных
рыб, молоди, икры, кормовых организмов (если аквато-
рия загрязненного водоема является местом обитания
и нагула рыб, потери, стоимость которых должна быть
возмещена, определяют для нетекучих водоемов, исхо-
дя из средней рыбопродуктивности на 1 га площади, для
рек — на 1 км в пересчете на всю площадь поражения’,
если нарушаются миграционные пути, ущерб определя-
ют по стоимости всего косяка).
Зная рыбопродуктивность загрязненной акватории,
можно подсчитать нанесенный ущерб. При средней
рыбопродуктивности 30 кг/га и площади 1000 га общая
продуктивность участка составит 30-1000 = 30 000 кг.
Условное соотношение рыб (в % ) следующее: лещ — 48;
жерех — 3; плотва — 16; щука—0,2; ерш — 5,2; на-
лим— 0,4; окунь— 1,2; мелочь II группы — 26. Зная это
соотношение, можно подсчитать потери в натуральном
и денежном выражениях.
С учетом количества погибших- самок и их плодо-
витости, промыслового возраста от икры и средней
массы промысловых рыб, определяют ущерб вследствие
гибели потомства при однократном нересте: М —
131
= nmab/iOO, где n — количество погибших самок дан-
ного вида рыб; т — средняя плодовитость икринок;
а — промысловый возраст от икры; b — средняя про-
мысловая масса рыб.
Подсчитав ущерб, нанесенный воспроизводству от-
дельных видов рыб, определим общий ущерб в резуль-
тате гибели учтенного количества рыб. Следует учиты-
вать также и гибель кормовых организмов, за счет ко-
торых обеспечивается прирост ихтиофауны. Например,
при загрязнении акватории площадью 100 га и коли-
честве погибших личинок и червей 43 кг/га общее коли-
чество погибших кормовых организмов составит
43-100 = 4300 кг = 43 ц. Кормовой коэффициент равен 10.
Тогда потери прироста рыбы составят 4,3 ц. Аналогич-
но можно определить потери прироста рыбы, вызван-
ные гибелью планктона.
РЕМОНТ В ОСУШЕННОМ КОТЛОВАНЕ
При небольшой глубине водоема для ликвидации пов-
реждения целесообразно устраивать искусственные ог-
раждения с водоотливом. В этом случае ремонтные ра-
боты можно вести на открытом воздухе, что обеспечи-
вает их высокое качество. На глубинах до 2 м (дно
водоема слабофильтрующее, скорость течения не превы-
шает 0,5 м/с) целесообразно применять грунтовые пе-
ремычки (шириной поверху не менее 1 м) из песка, су-
песей и суглинков. На этих же глубинах можно ис-
пользовать деревянные шпунты, забиваемые на глубину
1—1,5 м. Глубина забивания шпунта в грунт зависит
от устойчивости грунта на вымывание. Для одноряд-
ного шпунта h~^.Н/(3i) для двухрядного —
где Н — расстояние от горизонта воды до дна котлова-
на; i — выходной градиент фильтрационной воды (для
глин 1 = 0,754-1, для суглинков 1 = 0,54-0,75, для песков
1 = 0,44-0,5). .
В месте примыкания шпунтовой стенки к трубопрово-
ду со стороны водоема укладывают мешки с песчано-
цементной смесью, а вокруг отсыпают грунт с откосами
(уклон 1:2). Затем из котлована насосом откачивают во-
ду.
В зимнее время, особенно в районах Западной Си-
бири, котлован готовят методом вымораживания, для
чего лед вырубают выше отметки воды. За ночь, про-
исходит промерзание очередного слоя воды. Затем лед
132
Рис. 45. Схема вымораживания
котлована с помощью термосифо-
нов при ремонте подводных трубо-
проводов:
/ — промерзшее дно; 2 —валик из сне-
га; 3 — термосифон; 4 лед; 5 —ледо-
вая стенка; 6 — ремонтируемый трубо-
провод
вырубают снова. Процесс повторяется до тех пор,
пока труба не окажется обнаженной.
Котлован можно вымораживать с помощью тер-
мосифона (рис. 45) —герметичных стальных труб диа-
метром 25 мм. Подводная часть его является испари-
телем, надводная — оребренным конденсатором длиной
0,5—1 м. При определении числа термосифонов учиты-
вают температуру воды и окружающей среды.
Термосифоны устанавливают после образования
сплошного ледяного покрова толщиной 10—15 см.
Через отверстия в ледяном покрове диаметром 6—7 см
испарители сифонов опускают в воду и вдавливают в
дно. Конденсаторы термосифонов должны выступать
над поверхностью льда на высоту не менее 1—1,2 м.
После установки термосифонов отверстия в ледяном
покрове закрывают слоем теплоизоляционного материа-
ла (например, снегом) во избежание образования в зоне
их установки толстого ледяного покрова. После обра-
зования в воде сплошной ледяной стенки через майну,
вырезанную во льду, откачивают воду. В результате
этого стенки намораживаются еще больше и образуется
котлован, в котором можно проводить ремонтные рабо-
ты. Данный метод применим в тех случаях, когда эти
работы не надо выполнять быстро.
РЕМОНТ С ПОДЪЕМОМ' ТРУБОПРОВОДА
Ремонт, связанный с вырезкой поврежденных участков,
можно выполнить более качественно, если трубопровод
поднять на поверхность воды или льда. В летний пе-
риод подъем осуществляют с помощью плавучих пор-
тальных опор, площадок и камеры.
Плавучие портальные опоры конструкции Гипрореч-
транса предназначены для разрезки, центровки и сварки
катушки, устанавливаемой взамен поврежденного
133
Рис. 46. Подъем трубопровода на поверхность для ремонта:
а — схема подъема и расстановки плавсредств при ремонте над водой в пла-
вучей камере; б — схема подъема трубопровода зимой после разрезания его
под водой; 1 — плавучая система с подъемным устройством; 2 — полиспаст;
3 -г лебедка; 4 — трубопровод; 5 — плавучая камера для сварки стыков;
6 — портальная рама; 7 — лед; 8 — оттяжка
участка в плавучей камере (рис. 46,а). Они изготовле-
ны из 4 универсальных понтонов УП-4, соединенных
между собой рамой. На опорах устанавливают грузо-
подъемные лебедки с тяговым усилием 70 кН и четыре
папильонажные лебедки с тяговым усилием 15—30 кН.
Для проведения сварочных и изоляционных работ на
трубопроводах любых диаметров при скорости течения
0,7 м/с и волнении до 1 балла используют плавучую
камеру. Она представляет собой открытый сверху пря-
моугольный понтон (3,6X3,1X1,8 м), сваренный из ста-
ли толщиной 3—4 мм. По углам понтона расположены
герметичные ящики вместимостью 2,3 м3, заполненные
воздухом. Их положительная плавучесть обеспечивает
выполнение работ по вырезке и вставке катушек. Для
134
удобства проведения работ и центровки труб в бортах
камеры вырезаны полукруглые гнезда, на которые укла-
дывают просмоленную паклю. С наружной стороны ка-
меры по образующей гнезд с помощью пластин и бол-
тов крепят брезентовые фартуки, которые предотвра-
щают попадание воды в камеру. На дне камеры
устроен настил из досок.
До начала проведения ремонтных работ необходи-
мо установить общую длину поднимаемого участка тру-
бопровода, рассчитать усилия, возникающие в трубе при
подъеме и опускании (табл. 8).
В зимнее время для подъема трубопровода опорные
точки (рис. 46,6) с блоками и лебедками устанавливают
на льду. При выборе расстояния от края майны до
места опирания учитывают длительность стояния на
льду. Если толщина и прочность ледяного покрова не-
достаточны, увеличивают толщину несущей поверхности
намораживанием, а тяговые лебедки, насосные станции
и другое оборудование устанавливают на деревянных
настилах, тем самым рассредоточивая нагрузку на лед.
Для облегчения массы трубопровода подвешивают раз-
гружающие Понтоны. Чтобы уменьшить воздействие гид-
родинамического давления воды на трубопровод при
подъеме его на поверхность и опускании на дно, исполь-
зуют оттяжки. Их длина /от зависит от глубины зале-
гания трубопровода и расстояния между створом
трубопровода и лебедками L-.
L, в долях единицы . . .	1.5	2	2.5	3	4	1 5	6	8	10
Z0T. м ... .	1.8	2,2	2.7	3,2	4.1	5,1	6,2	1	1 10
Усилия, возникающие в трубопроводе, рассчитывают
по формулам для многопролетной балки с опорами в
местах закрепления оттяжек.
При ремонте трубопровода на плаву (табл. 9) с ис-
пользованием камеры и портальных опор необходимо
использовать плавучие площадки с лебедками для
устройства оттяжек и удержания камеры в определен-
ном положении, буксирные катера, имеющие оборудова-
ние для резки, сварки и изоляции стыков.
Поврежденный участок трубопровода вырезают с
помощью механических машинок, позволяющих одно-
временно с резкой подготавливать фаски. После этого
производят монтаж и приварку вставки. С плавучих
135
Определение напряженного состояния
136
Таблица 8
трубопровода при подъеме
	h,	Ла	\п.ах	Л/,	Л/.	Л/а	л/„,„ max	®тах
	—	—	72EI	6	—	- —	6	I Г2qElh max г	ш»
	48£/	—	48£/	8	8	—	'в	Т/ з?£7Л max г 4 w*
	45£7	—	2<?'о 45Е/	10	^_0 15	—	2^о , 15	Л / 2qElh max Г	5w“
	4 16£/	—	*0 /6£/	qll 12	2^о 8	— 	^0 8	"к/” ?£/Лтах Г 4w*
	Wp ЮЗЕ/	280Е /	Ш‘о 280EZ	ч‘2о 14	35	70	э_^_ 70	л/~fyElh max Г 35w*
137
Примечание. I — длина поднимаемого участка; Р — усилие на крю-
гибающие моменты в соответствующих сечениях под крюками опор; бта)[—
труб; <7 — грузоподъемность понтонов; — расстояние между опорами;
опор отремонтированный трубопровод постепенно по-
гружают на дно, используя для этой цели стальные
канаты, которые соединены с подъемными устройствами
опор. К концам укладываемой плети приваривают
патрубки определенного сечения; один—для заполнения
погружаемого трубопровода водой, другой — для выхо-
да воздуха.
Таблица 9
Показатели, при которых возможен ремонт трубопровода
на пЛаву
Диаметр трубопровода, мм „	Число опор при длине трубопровода, м			Максимальное расстояние между опора- ми. м	Удерживающая сила якорей (в кН) при длине трубопровода, м		
	до 200	до 400	до 1000		до 200	до 400	до 1000
Скорость течения 0,5 м/с
325—377	3	5	11	ТОО	13	265	66
426—529	3	5	11	.100	14	275	68
630—820	2	3	6	200	15	30	75
920—1020	2	3	6	200	17	32	79
1220—1420	2	2	4	400	19	37	93
		Ско	рость течения 1 м/с				
325—377	5	9	21	50	43	86	265
426—529	5	9	21	ао	55	109	272
630—820	3	5	11	.100	60	120	298
920—1020	3	5	11	100	63	126	314
1220—1420	2	3	6	200	74	148	372
138
w — момент сопротивления.
Заполнение трубопровода водой при спуске ведется
под непосредственным наблюдением руководителя ра-
бот и выполняется с помощью мото- или электронасоса.
Трубопровод начинают укладывать с опор, распо-
ложенных на участках с наибольшей глубиной. По ме-
ре опускания трубопровода на этом участке включают
в работу соседние опоры с таким расчетом, чтобы ра-
диус кривой изгиба не превышал допустимой величины.
Во время укладки необходимо постоянно контроли-
ровать положение трубопровода с помощью закреплен-
ных на нем канатов, маркированных через каждый
метр.
Воду в трубопровод закачивают до тех пор, пока
она не начнет вытекать из воздухоотводного патрубка.
Для уменьшения массы трубопровода при укладке
его способами свободного погружения и с плавучих
опор и придания ему необходимой расчетной плавучести
используют разгружающие понтоны грузоподъемностью
15, 30, 100 и 120 кН. Число понтонов и расстояние меж-
ду ними подбирают с таким расчетом, чтобы течение
сносило погружаемый трубопровод со створа укладки.
Давление потока воды на 1 м трубопровода F с уче-
том навешенных на него разгружающих понтонов рас-
считывают по формуле
F = Ftp + F п/1п <
где FTp, Fn — гидродинамическое давление соответствен-
но на трубу и понтон; 1а — расстояние между понтона-
ми,
Таблица 10
Допустимые максимальные расстояния (в м) между понтонами
Диаметр трубопровода, мм	Подъемная сила понтонов в сечении погружаемого трубопровода, кН			
	1.5	30	50	100
325	8					
'351	9	—	—		
377	11	—	—		
426	14	7	—-		
476	18	9	—		
529	22	И	—	—
630	31	16	10		
720	150	24	15	
820		30	18	9
920	—	40	23	11
1020	—	55	35	18
1220		—	43	22
1420	—	—	64	32
Число понтонов определяют по следующим выраже-
ниям:
п = L/ln — 1 « L/ln;
« = (£т —77О) 7<7п.
где п — число понтонов на трубопроводе; :gT — масса в
воде 1 м трубопровода, заполненного водой; По — рас-
четная отрицательная плавучесть трубопровода; qa—
грузоподъемность одного понтона.
Решая систему уравнений с учетом приведенных
формул, определяем расстояние между понтонами 7П=
= ?п/(^т — По).
При выборе расстояния между понтонами в случае,
если трубопровод укладывают с опор, учитывают, что
местные напряжения от воздействия подъемной силы
понтона не должны превышать 5%. от максимальных
изгибающих напряжений в трубопроводе (табл. 10).
Если дно сложено из песков или глин, для более
надежного удерживания поднимаемого участка трубо-
провода в створе, а также для обеспечения устойчивости
плавсредств при ремонте верхнего по течению
двух- или многониточного перехода используют якоря-
присосы.
4.40
ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ РЕМОНТА В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ
При разработке плана проведения ремонтных работ в
зимнее время необходимо знать даты начала и конца
ледостава; нарастание толщины льда во времени; струк-
туру льда и характер ледяного поля в пределах аква-
тории, где проводятся ремонтные работы; время про-
хождения весеннего ледохода и размеры плывущих
льдин; возможность появления в районе перехода за-
торов и места их образования при ледоходе; места на-
валов льда на берега; наличие донного льда и наледей;
время прохождения осеннего ледохода, возможность
образования шуги.
При разработке 1 м2 льда толщиной 0,5 м вручную,
взрывным способом или напорными струями трудоем-
кость составляет соответственно 0,04—0,1; 0,03 и 0,2—
0,5 чел/дней; ледорезной машиной типа ЛМ —
0,006 чел/дней; электротепловой резкой —
0,01 чел/дней.
На время проведения ремонта необходимо иметь
утепленные помещения и сушилки для рабочей одеж-
ды. В качестве временных отопительных приборов
можно применять электрические обогреватели с есте-
ственной конвекцией, например типа МОЗООЮОО или
МОЗЮЮОО.для обогрева бытовых помещений и багер-
мейстерской рубки, а также электрокалориферы типа
ЭК-2-18, ЭК-2-30 или ЭК-3-35 для обогрева машинного
отделения.
Палубные гидромониторы следует оборудовать вен-
тилями для выпуска воды после остановки. На всех
плавсредствах, работающих в зимнее время, должен
иметься полный комплект спасательных средств. Смаз-
ку в узлах оборудования необходимо заменить на зим-
нюю. С поверхности плавсредств периодически надо
скалывать лед. При подготовке к зиме узлы земснаря-
да следует покрывать красками на битумной основе,
так как они обладают криофобностью, т. е. к таким
краскам не примерзает лед.
При устройстве ледовых переправ, а также съездов
на лед необходимо помнить, что вследствие подъема и
спада воды на реках лед у берегов ломается и отрыва-
ется. В этих местах следует устраивать переходные
мостики. Для плавного съезда с переходного мостика
на лед устраивают пандусы из снега и промороженно-
го хвороста.
141
При устройстве майн лед разрабатывают ледорезом,
представляющим собой особую циркульную пилу, уста-
навливаемую на санях. Пила приводится в движение
от электродвигателя мощностью 8,5 кВт. Частота ее.
вращения — 720 об/мин, производительность (при тол-
щине льда 30 см)—75 м/ч. Специальный регулятор,
имеющийся на пиле, позволяет разрабатывать лед раз-
личной толщины. За счет тангенциальных усилий, раз-
виваемых пилой, установка самостоятельно движется по
льду в направлении реза (требуется незначительная
помощь рабочего). При эксплуатации ледореза пилу не
следует опускать на всю толщину льда, так как в этом
случае снижается ее производительность и появляются
фонтаны воды.
При устройстве сплошных борозд во льду применя-
ют механический взламыватель льда. Нож его изготов-
ляют из стали толщиной 14—18 мм, лыжи — из швел-
лера № 18. К подледной части устройства прикрепля-
ют отрезок трубы длиной 1 м, которая препятствует
выскальзыванию ножа из-подо льда. Вдоль борозды
взламыватель льда перемещается трактором или авто-
мобилем, оборудованным лебедкой.
Эффективные способы разработки ледяных покро-
вов — с использованием паровых, водяных и электри-
ческих тепловых резаков. Тепловые резаки (рис. 47)
могут работать от систем теплоснабжения плавсредств.
Скорость резания ими льда толщиной до 1 м — 50—
200 м/ч. Тепловые циркуляционные резаки (рис. 48)
представляют собой медную трубку диаметром 20—
25 мм, через которую' пропускается горячая вода.
Скорость резания при толщине льда до 40 см — 30 м/ч.
С помощью нагревательного нихромового провода с
подводным кабелем осуществляют электротепловую
резку льда (рис. 49). При напряжении в сети 30—60 В,
силе тока 60—200 А скорость резания льда толщиной
около 1 м составляет 20—30 м/ч.
Во избежание замерзания воды на дно можно уло-
жить трубы диаметром 2,5 см с отверстиями диамет-
ром 2 мм, просверленными на расстоянии друг от дру-
га 1,2 м. Вырывающийся из этих отверстий сжатый
воздух будет препятствовать образованию льда на
поверхности воды.
Для удлинения сроков работы средств гидромеха-
низации при низких температурах воздуха целесооб-
142
Рис. 47. Паротепловая
установка для резки
льда:
д —паровой резак; б — па-
ровая игла; в — анкер для
захвата льдин; I — перфори-
рованная трубка с отверсти-
ями для выпуска пара; 2—
подводящая труба; 3шту-
цер для присоединения
шлангов; 4 — трос; 5 — швел-
6
Рис. 48. Водотепловая установка для
резки льда:
/ — лед; 2—сани; 3 — насос; 4 — регули-
ровочный вентиль; 5 — электрический бой-
лер; 6 — утепленные резиновые рукава; 7 —
медная труба-резак; 8 — водостойкая теп-
лоизоляция
лер
Рис. 49. Электротепловая установка
для резки льда:
1 — лед; 2 — прорубь; 3 — электрокабель;
4 —канавка реза; 5 — рубильник; 6 — руч-
ка резака; 7 — провододержатель; 8 — на-
греватель; 9 — груз
разно применять потокообразователи, с помощью кото-
рых создают большие майны.
Техническая характеристика потокообразователя
Мощность электродвигателя, кВт........................ 14
Тип электродвигателя ...........	АО-63/4
Частота вращения винта, об/мин . . . . . .	500
Размеры плота в плане, м............................  5X2,2
Масса установки, кг . ..........	1570
Потокообразователь создает горизонтальную струю,
которая благодаря заглублению винта на 0,5 м быст-
ро выходит на поверхность, вовлекая в движение по-
ток воды шириной в несколько метров.
143
Установленный в прорубь потокообразователь в ле-
дяном покрове толщиной 0,4—0,6 м за 16 ч непрерыв-
ной работы при температуре наружного воздуха от
—25 до —28° С образует майну длиной 20—25 м и
шириной 6 м.
При длительных низких температурах потокообра-
зователи надежно поддерживают широкую (12—20 м) t
и длинную (40—65 м) майну. При температуре возду-
ха от —15 до —20° С и появлении «сала» на поверх-
ности майны потокообразователи следует включать в
работу на 15—20 мин (3—5 раз в смену).
Преимущество проведения работ на водных прегра-
дах в зимнее время — возможность использования ле-
дового покрова для размещения на нем необходимых
устройств, механизмов и для перевозки грузов. Грузо-
подъемность льда зависит от его расчетной толщины.
Для безопасного размещения груза (при отсутствии
вблизи него майны) толщину льда можно определить
по формуле
h = 8 Г----—------Р * К,
L <bi (^i + Ьг) J
где п — запас прочности (n=l,5<-2); М — масса груза;
о.л — временное сопротивление льда на растяжение
(<Тл=100 Н/см2); bi, b2 — размеры груза; К — темпера-
турный коэффициент (при средней температуре возду-
ха за последние 3 сут— 10°С и ниже, — 5°С, 0°С, выше
0°С температурный коэффициент соответственно равен 1;
1,1; 1,4; 1,5 и выше).
Если груз устанавливают рядом с майной, то тол-
щину льда проверяют по следующей формуле:
h = 8 Г-----------Р‘ К 
L <^л (Ь1 + 4 62) J
Ориентировочную толщину льда при установке гру-
зов вблизи майн можно рассчитывать по формуле
Л=(13ч-15)УЛ4.
При определении допускаемой нагрузки следует
помнить, что прочность льда весной уменьшается в 2
раза. Если на поверхности льда появилась вода, наг-
рузку необходимо снизить на 50 — 80 %; сухие несквоз-
ные трещины шириной менее 3—4 см и глубиной не бо-
лее половины толщины льда — на 20 %.
Груз, оставленный на льду, вызывает пластическую
деформацию его. Критический прогиб, при котором
наступает провал, равен 12—15 см.
144
Таблица 11
Прирост толщины льда (в см) за 1 сут
Температура воздуха, °C	Начальная толщина льда, см		
	менее 10	10-20	21-40
—5	4	1,5	0,5
-10	6	3	1,5
-15	8	4	2
—20	9	6	3
Для подсчета допустимого времени нахождения
грузов на одном месте используют формулу
__ 200 Г (Мщах М)2
L 44тах М
13
(Q+1) ,
где Л4тах — максимально допустимая масса груза при
транспортировке по льду определенной толщины; М—
масса груза, для которого подсчитывается допустимое
время стоянки; Q — коэффициент, зависящий от нали-
чия снежного покрова и температуры воздуха.
Прочность льда можно увеличить путем расчистки
его от снега (табл. 11) или намораживанием.
При отношении толщины намороженного льда к
толщине естественного льда 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 и 1
коэффициент увеличения грузоподъемности равен соот-
ветственно 1; 1,3; 1,7; 2; 2,4 и 2,9.
При проведении подводных работ зимой должны
приниматься меры, предохраняющие водолазов от
переохлаждения: выдача второго комплекта шерстяно-
го белья; ограничение времени пребывания водолазов
под водой; устройство отапливаемых помещений на
плавсредствах или специальных будок.
До спуска водолазов под лед майну необходимо
очистить от льда, а по ее кромке сделать настил из
толстых досок. Для крепления водолазного трапа и
ходового конца около майны вмораживают 1-^2 брев-
на. Рядом с майной устанавливают 2 будки: неотапли-
ваемую— для размещения водолазного оборудования
и отапливаемую — для обогрева, переодевания водола-
за и сушки снаряжения.
145
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Альтшуль А. Д., Киселев П. Г. Гидравлика и.аэродинами-
ка. М., СтройиздаИ, 1975.
2.	Андреева Г. П. Выбор оптимального варианта подводного </
перехода с учетом требований надежности.—Транспорт и хранение
нефти и нефтепродуктов, 1973, № 6, с. 3.
3.	Боровский А. И., Гришин В. Г., Черкасов Н. Д. Защита
внутренних водных путей от загрязнения. М., Транспорт, 1981.
4.	Бородавкин П. ГГ, Березин В. Л., Шадрин О. Б. Подводные
трубопроводы. М., Недра, 1979.
5.	Бородавкин П. П., Ким Б. И. Охрана окружающей среды
при строительстве и эксплуатации магистральных трубопроводов.
М., Недра, 1981.
6.	Булыгин И. В., Забела К. А., Синенко Б. А. Применение
всплывающих буев при ремонте подводных переходов. — Транспорт
и хранение нефти и нефтепродуктов, 1982, № 7, с. 15—18.
7.	Веселовский Р. А., Значков Ю. К-, Забела К- А. Ремонт
нефтепроводов с помощью полимерной композиции «Спрут-5м». —
Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1976, № 8, с. 7—8.
8.	Вознесенский Г. Ф., Колосков И. А. К оценке содержания
нефтепродуктов в речной воде при разливах на подводных перехо-
дах.— Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1979, № 6,
с. 32—35.
9.	Галюк В. X., Стржелецкий В. В., Забела К. А. Соединение
нефтепроводов под водой. — Транспорт и хранение нефти и нефте-
продуктовь 1976, № 5, с. 17—20.
10.	Гольдин Э. Р., Забела К. А. Механизация строительства под-
водных сооружений. М., Стройиздат, 1979.
11.	Гросс С. А., Янов Б. Г. Определение расхода и времени вы-
текания жидкости из щели при разрыве стенки трубопровода. —
Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1982, № 11, с. 9—10.
12.	Гусев А. Г. Охрана рыбохозяйственных водоемов от загряз-
нения. М., Пищевая промышленность, 1975.
13.	Забела К. А., Значков Ю. К. Сборные стеклопластиковые
покрытия для объектов нефтепроводного транспорта. — Нефтепро-
мысловое строительство,, 1979, вып. 6.
14.	Забела К- А., Кафтан А. Н., Онищук В. В., Фисенко В. А.
Охрана окружающей среды при строительстве и эксплуатации под-
водных переходов. — Нефтепромысловое строительство, 1982, №9.
15.	Забела К- А., Синенко Б. А., Булыгин И. В. Обнаружение
мелких повреждений в подводных трубопроводах.—Транспорт и
хранение нефти и нефтепродуктов, 1978, № 6, с. 20—22.
16.	Кублановский Л. Б. Определение мест повреждений напор- -
ных трубопроводов. Ма, Недра, 1971.
17.	Лапшин Б. М., Корбут А. Я. Обнаружение утечки в подвод-
ном переходе нефтепровода при помощи акустоэмиссионного тече-
искателя АЭТ-1.— Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов,
1981, № 6, о. 4-7.
18.	Левин С. И. Подводные трубопроводы. М., Недра, 1970.
19.	Магистральные нефтепродуктопроводы Западной Европы.
М.., изд., ВНИИОЭНГ, 1974.
20.	Оценка дефектов подводных трубопроводов. — Транспорт и
хранение нефти и нефтепродуктов, 1982, X» 20, с. 11—14.
146
к
21.	Синельников В. Е. Механизм самоочищения водоемов. М.,
Стройиздат, 1980.
22.	Технология получения, свойства и применение в водоочистке
гидрофобного вспученного перлита/А. К. Пилипенко, А. А. Пащенко,
Ю. И. Тарасевич и др. — Химия и технология воды, 1981, № 3, с.
242—247.
23.	Helburn S. Underwater welders repair drilling rigs. — Wel-
ding Design and Fabrication, 1979, 52, N 7, p. 53—59.
24.	To prevent seabed scouring, stop it before it starts. — Petrol.
Eng. Int, 1981, 53, N 12, p. 45—56.
оглавление
I
Глава 1. Условия эксплуатации и отказы подводных пере-
ходов ....................................................  3
Взаимодействие подводного перехода с окружающей
средой .	.	.	...... .	.. 4 .... .	3
Классификация и причины отказов подводных переходов 8
Глава 2. Прогнозирование и ликвидация размывов подвод-
' ных переходов с целью предупреждения аварий............... 14
Учет гидроморфологических особенностей русл рек при
размывах подводных переходов......................... 14
Методы прогнозирования размывов переходов ....	18
Управление русловыми процессами при эксплуатации
подводных переходов .	   31
Ликвидация размывов ................................. 37
Глава 3. Ликвидация аварий ............................... 43
^Технология обнаружения повреждений под водой . .	43
Обозначение повреждений на поверхности воды ...	48
Организация работ по ликвидации аварий ......	54
* Загрязнение окружающей среды при авариях ....	58
Оценка степени загрязнения водоема .......	62
Потери продуктов перекачки при авариях .....	64
I	4 Удаление нефти и нефтепродуктов с поверхности воды	67
».	Защита места работы от действия потока при ликвида-
. ции аварий.............................................   79
Использование сварки при авариях ... ................ 81
Применение клеев при авариях .........................91
Установка хомутов, зажимов и муфт................ .	103
Глава 4. Ремонт подводных трубопроводов...................107
Способы проведения ремонтных работ...................107
Выбор способа ремонта ......... ...	...... .	107
Особенности ремонта подводных переходов ..... ПО
Технология подводной разработки грунтов ............ 111
Подсадка подводных переходов трубозаглубителями . .	123
Охрана окружающей среды при выполнении подводных
земляных работ..................................     130
Ремонт в осушенном котловане........................ 132
Ремонт с подъемом трубопровода................  .	.	133
Особенности организации ремонта в зимнее время . ., 141
Список литературы...................................    .	146
Константин Алексеевич Забела
ЛИКВИДАЦИЯ АВАРИЙ И РЕМОНТ
ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Научный редактор П. П. Бородавкин
Редактор издательства А. Б. Латай
Технические редакторы ‘ О. Ю. Ц и ш е в с к а я,
Л. Г. Лаврентьева
Корректор В. В. Старенькая
ИБ 6279
Сдано в набор 10.09.85. Подписано в печать 05.03.86. Т-08021.
Формат 84X108732 Бумага кн.-журн. Гарнитура Литературная
Печать высокая Усл. печ. л. 7,98- Усл. кр.~отт. 8,19.
Уч.-изд. л. 8,35. Тираж 4700 экз. Заказ 488/528—41. Цена 40 коп.
Ордена «Знак Почета» издательство «Недра», 103633, Москва.
Третьяковский проезд, 1Д9.
Подольский филиал ПО «Периодика» Союзполнграфпрома при
Государственном комитете СССР по делам издательств, поли-
графии и книжной торговли
142110, г. Подольск, ул. Кирова, д. 25
ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ!
В издательстве «Недра» готовятся к печати и выйдут в
свет новые книги	(
АГАПКИН В. М„ БОРИСОВ С. И.,
КРИВОШЕИН Б. Л1.
СПРАВОЧНОЕ РУКОВОДСТВО
ПО РАСЧЕТАМ ТРУБОПРОВОДОВ
12 л., 60 к.
Кратко изложены методы расчета трубопроводов, физические
свойства нефти, нефтепродуктов и газов и теплофизические свойства
грунтов. Основное внимание уделено расчету трубопроводов на проч-
ность и устойчивость, тепловому расчету нефтепроводов, нефтепро-
дуктопроводов и газопроводов при установившемся и неустановив-
шемся теплообмене, а также при неустановившемся движении нефти,
нефтепродуктов и газов. Приведены гидравлические расчеты, вопро-
сы эффективной эксплуатации трубопроводов и выбора их оптималь-
ных параметров. Методические разработки представлены номограм-
мами, справочными таблицами и программами для ЭВМ.
Для инженерно-технических работников, занятых проектирова-
нием, сооружением и эксплуатацией трубопроводов.
(План 1987 г., № 391)
БОРИСОВ Б. И.
ЗАЩИТНАЯ СПОСОБНОСТЬ
изоляционных ПОКРЫТИЙ
ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.
10 л., 50 к.
Изложены вопросы защиты магистральных трубопроводов от
коррозии различными изоляционными покрытиями. Рассмотрена за-
щитная способность покрытий с позиций физико-химической механи-
ки материалов, почвоведения и механики грунтов. Приведена теория
процесса изменения защитной способности покрытий в грунтовых
средах, вскрыты причины возникновения дефектов. Даны способы
и методы оценки срока службы изоляции, а также рекомендации по
увеличению несущей способности и долговечности покрытий.
Для инженерно-технических работников, занятых вопросами про-
ектирования, сооружения, эксплуатации и ремонта подземных маги-
стральных трубопроводов.
(План 1987 г., № 369)
150
БОРОДАВКИН П. П., БЕРЕЗИН В. Л.
СООРУЖЕНИЕ
МАГИСТРАЛЬНЫХ
ТРУБОПРОВОДОВ.
Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. 35 л., 1 р. 60 к.
Описаны технологическое и строительное проектирование и тех-
нология строительства магистральных трубопроводов. Изложены
основы выбора оптимальных трасс и методы их реализации. Даны
расчеты прочности и устойчивости трубопроводов и методы их рас-
чета при сооружении в сложных условиях (реки, болота, пустыни,
горы, мерзлые грунты). Рассмотрены технология и организация ско-
ростного строительства. Приведены новые методы расчетов и техно-
логия сооружения электрохимической защиты трубопроводов от кор-
розии.
Во втором издании (1-е изд. — 1977) устаревшие материалы и
СНиП заменены новыми, особое внимание уделено технологии строи-
тельства в условиях Сибири и Крайнего Севера. Введен раздел ох-
раны природы.
(План 1987 г., № 385)
КЛИМОВСКИЙ Е. М, КОЛОТИЛОВ Ю. В.,
ОЧИСТКА И ИСПЫТАНИЕ
МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
10 л. (Б-ка строителя магистральных трубопроводов). 50 к.
Подробно рассмотрены операции очистки—промывка, продувка,
протягивание и методы испытания — гидравлический, пневматиче-
ский и комбинированный. Рассказано об испытании участков различ-
Чк ных категорий, монтажных заготовок и арматуры. Приведены ма-
:• Д1ины , устройства и оборудование, необходимые при проведении
‘ очистки полости и испытаний трубопроводов, а также контрольно-
измерительные приборы и оборудование связи. Даны основные прин-
3 ципы проектирования организации и производства работ на основе
। оптимальных схем очистки и испытаний при различных технологи-
' ческих структурах.
Для инженерно-технических работников строительно-монтажных
и соответствующих проектных организаций, бригадиров и рабочих
трубопроводных трасс.
(План 1987 г., № 377)
151
ПОРШАКОВ Б. П„ БИКЧЕНТАЙ Р. Н., РОМАНОВ Б. А.
ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА	'
В НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.
Учебник для вузов. 25 л., 1 р. 30 к.	।
Приведены основные законы и расчетные соотношения термоди-
намики применительно к реальным процессам природы, которые ил-
люстрируются примерами расчетов при решении задач энергетики
нефтяной и газовой промышленности. Изложены основные положения ( '
теории теплопередачи. Указаны области и особенности применения 
законов теплообмена в технологических процессах разработки и
эксплуатации нефтяных газовых месторождений, транспорта нефти 1 '
и газа. Уделено внимание возможности экономии топливных ресур- I
сов страны, повышению экономичности использования установленно- Н
го оборудования и охране окружающей среды.	’
Для студентов вузов по специальностям «Транспорт и хранение j 
нефти и газа» и «Сооружение газонефтепроводов, газохранилищ п !
нефтебаз».	j.
(План 1987 г„ № 386) \
ЭКСПЛУАТАЦИОННИКУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ. 1
Справочное пособие	I
ГРОМОВ А. В., ГУЗАНОВ Н. Е„ ХАЧИКЯН Л. А. и др. V
11 л., 55 к.	л
Даны основные физико-химические свойства газа и требования I
по подготовке его к дальнему транспорту. Рассмотрены вопросы /
транспорта газа в газообразном и сжиженном состоянии по трубо-/
проводам, железнодорожным, водным и автомобильным транспор-1
том, а также вопросы эксплуатации и ремонта линейной части тру-Г.
бопроводов, основного и вспомогательного оборудования компрес-
сорных, газораспределительных станций и др. Приведены материалы
по хранению газа и защите оборудования и трубопроводов от кор-
розии. Даны рекомендации по предотвращению потерь газа. Уделено
внимание технике безопасности и охране окружающей среды. ‘	<
Для молодых рабочих, занятых эксплуатацией трубопроводов и '
оборудования для транспорта и хранения газа. Может быть исполь- ,
зовано учащимися техникумов и профтехучилищ.	г.
(План 1987 г., № 354)	
Предварительные заказы на книги принимают мест- ; 1
ные магазины книготорга, распространяющие научно-
техническую литературу.
Своевременно оформите заказы на интересующие »-
Вас издания!	,	\
Предварительный заказ гарантирует приобретение Г
нужной книги!
Издательство «Недра»
152