Укладка трубопроводов в сейсмически активных регионах – особенности, основные методы, перспективы развития

Трубопроводный транспорт является основным видом транспортировки углеводородного сырья в нашей стране. По трубопроводам осуществляется транспортировка нефти из районов ее добычи на нефтеперерабатывающие заводы и на внешний рынок. Нередко нефтепроводы проходят по территориям с высокой сейсмической активностью.

Изменения земной коры, возникающие при сейсмических подвижках, влекут за собой деформацию грунта, в результате чего вполне вероятны разрушения трубопроводов. На данный момент времени в истории нефтяной промышленности имеется несколько примеров таких аварий. В 1995 году в результате произошедшего землетрясения на острове Сахалин произошло несколько порывов нефтепровода с выбросом транспортируемой среды в окружающую среду. В 2002 году на Аляске из-за сейсмической активности произошли смещения нефтепровода, как по горизонтали, так и по вертикали. И это несмотря на то, что данный нефтепровод проектировался и строился с учетом вероятности землетрясения в 8 баллов. Дополнительную нагрузку на трубопроводные системы также оказывают селевые потоки и оползни, которые провоцируются все теми же процессами земной коры. Очевидно, что при проектировании избежать пересечения трубопроводов с зонами сейсмической активности, невозможно. Поэтому в качестве решения существующей проблемы предлагается использование особых технологий укладки труб, а также осуществление плановых предупредительных мероприятий.

При сейсмической активности территории пролегания трубопровода в 6 баллов следует предусматривать надземный способ прокладки, а при 8 баллах и выше – подземный. Конструкция стоек надземного нефтепровода должна обеспечивать возможность перемещения конструкции. Для этого прокладку нередко осуществляют зигзагообразной формой или в виде «змейки». Расчеты также показали, что при подземной прокладке труба способна выдержать смещение земли не более, чем на 0,6 м по вертикали или горизонтали. Превышение данного значения чревато разрывами трубы. Использование надземного способа укладки трубы позволяет увеличить данный показатель до 1,5 метров по вертикали и 5,5 метров по горизонтали.

Несмотря на очевидные минусы подземной прокладки в условиях повышенной сейсмичности, его продолжают использовать и дополнять новыми техническими решениями.

При реализации проекта «Сахалин II» была применена технология, позволяющая исключить сдавливание тела трубы смещающейся земной корой. Кроме того, сами траншеи были выполнены с определенными отличиями:

• На участках с водопроницаемым грунтом предусмотрены дренажные системы, обеспечивающие водоотведение от трубопровода.
• Для достижения полной герметичности траншеи использовалась геомембрана, которая за счет сварки позволяет полностью исключить проникновение воды. Для дополнительного отведения воды и исключения ее воздействия на стенки трубопровода предусматривается дополнительное дренирование.

Основным недостатком таких решений является исключение возможности трубопровода перемещаться во время изменения сейсмической активности земной коры, что, в свою очередь, является основной задачей проектирования трубопроводов в районах с данной особенностью. Для решения этой задачи разработана конструкция под названием «скользящий анкер».

Принципиальная схема данного решения выглядит следующим образом: три металлические пластины размещаются на бетонных основаниях, а в месте контакта пластин они имеют жесткое соединение. Две крайние пластины направлены выпуклостью вверх, а средняя – вниз. Сверху этой конструкции укладывается трубопровод. Благодаря отсутствию жесткого соединения трубопровод способен перемещаться в различных направлениях. Данная конструкция требует определенного расчета, который должен учитывать не только вес трубопровода и транспортируемой среды, но и нагрузки от ветра, снега и прочего. Результатом расчета должно быть определение расстояния между опорами. Следует также учитывать, что во время гидравлических испытаний система заполняется водой, вес которой на порядок выше, чем вес нефти. Для обеспечения определенного уклона конструкцию опоры можно дополнить пружиной или другим упругим элементом.

Требования к трубопроводным системам, проложенным в сейсмически опасных регионах, постоянно ужесточаются. Проблема приобретает новые очертания, когда район впервые получает статус «сейсмически опасный». Опасные производственные объекты, находящиеся в данной местности, само собой эксплуатируются без наличия приборов и устройств, которые предусматривают определенную защиту от сейсмической активности земли. В этом случае можно говорить о том, что такие объекты представляют серьезную промышленную опасность.

В качестве решения проблемы стойкости опасных производственных объектов к сейсмоактивности предлагается отстраниться от идеи придания конструкциям и устройствам дополнительной жесткости, а, наоборот, придать им определенную оптимизированную гибкость. Активная форма защиты объектов видится наиболее перспективным направлением, обеспечивающим надежность и экономическую эффективность мероприятий в данном направлении.