Описание строительных конструкций, используемых на нефтегазовых месторождениях
Реферат
Описание
строительных конструкций, используемых на нефтегазовых месторождениях
Расчет конструкций выполняют для того, чтобы
определить возникающие в них усилия от действующих нагрузок, назначить
необходимые размеры поперечного сечения элементов, соединительных деталей и
гарантировать необходимые эксплуатационные качества конструкций в течение всего
срока службы.
Конструкция может выйти из
строя по одной из 2-х причин:
в результате потери несущей
способности;
- вследствие чрезмерных деформаций
(прогибов, колебаний, осадок, а также из-за образования трещин или чрезмерного
их раскрытия).
Строительные конструкции
рассчитывают по методу предельных состояний, который гарантирует сохранение
необходимых эксплуатационных качеств конструкции. Установлены 2 группы
предельных состояний:
по потере несущей способности;
по непригодности к нормальной
эксплуатации.
По первой группе предельных
состояний рассчитывают конструкции всех видов, по второй группе - только те
конструкции, чрезмерные деформации в которых могут привести к непригодности в
эксплуатации еще до того, как будет исчерпана их несущая способность. Примером
таких конструкций могут служить плиты и балки большого пролета, необходимое
сечение которых определяется не условием прочности, а прогибом, допускаемым при
нормальной эксплуатации.
Используемые в расчете
конструкций значения нагрузок, прочностные и деформативные характеристики
материалов установлены ''Строительными нормами и правилами" (СНиП).
Нагрузки, которые могут
действовать на конструкцию при ее нормальной эксплуатации называют нормативными
нагрузками qн,
они устанавливаются СНиПом 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия".
Расчетные нагрузки q
получают путем умножения нормативных нагрузок на соответствующие
коэффициенту перегрузки n:
Q
=
qн n
Коэффициенты перегрузки n
>1 устанавливаются нормами для каждого вида нагрузки.
Нагрузки, которые действуют на
конструкцию в течение всего периода ее эксплуатации, называют постоянными. К
ним относятся собственный вес конструкций, вес опирающихся на нее элементов и
др.
Нагрузки, которые в процессе
эксплуатации могут изменяться по значению и расположению, называют временными.
К ним относятся нагрузки от веса людей, мебели, оборудования, нагрузки от
снега, ветра, кранового оборудования. В отдельных случаях конструкции могут
испытывать действие особых нагрузок, например, сейсмическое воздействие.
Временные нагрузки по степени
возможной длительности воздействия разделяются на:
длительные (вес стационарного
оборудования промзданий, нагрузка на перекрытия складов, часть крановой и
снеговой нагрузок и др.);
кратковременные (вес людей,
часть снеговой и крановой нагрузок, не включенная в состав длительных нагрузок,
ветер).
Конструкции рассчитываются на
действие нагрузок в различных сочетаниях. Одновременное действие постоянных,
длительных и кратковременных нагрузок называют основным сочетанием нагрузок.
Особые сочетания складываются из нагрузок основного сочетания с добавлением
одной из особых нагрузок. Основной характер, который характеризует
сопротивление материалов нагрузкам - нормативное сопротивление этого материала 
(кг/ см2).
Расчетное сопротивление R (кг/ см2)
получают делением нормативного сопротивления на соответствующий коэффициент
безопасности 
. В
проектных расчетах используют, как правило, расчетное сопротивление материала.
В качестве материалов для
строительных конструкций в настоящее время широко используют железобетон,
сталь, каменные материалы и растворы, древесину и т.д.
Рассмотрим основные расчеты элементов,
работающих на растяжение, центральное сжатие и изгиб на примере стальных
конструкций:
. Центрально-растянутые элементы
Центрально-растянутые элементы
проверяются расчетом по прочности и непригодности к эксплуатации. Прочность
проверяется путем сравнения напряжений, вычисленных от расчетных нагрузок, с
расчетным сопротивлением стали конструкции, умноженных на коэффициент условий
работы 
и делением
на коэффициент надежности 
.
,
где N - продольная сила,
определяемая от расчетных нагрузок;
- площадь НЕТТО растянутого
элемента;
R - расчетное
сопротивление стали растяжению.
Расчет центрально-сжатых стержней
ведется по тем же формулам, что и расчет центрально-растянутых элементов.
. Изгибаемые элементы
Для изгибаемых элементов проводятся
расчеты: по первой группе предельных состояний - на прочность и потерю
устойчивости; по второй группе предельных состояний - на достижение предельных
перемещений (см. рис. 3)
Прочность изгибаемых элементов
проверяется по формуле:
где M и Q -
изгибающий момент и поперечная сила, возникающие в элементе от нагрузки;
- момент сопротивления сечения
НЕТТО;
S -
статический момент сечения;
R - расчетное
сопротивление изгибу;
- расчетное сопротивление срезу;
- коэффициент условий работы.
Стальные балки выполняют преимущественно из
прокатных двутавров, а иногда из швеллеров. При больших пролетах и нагрузках
балки выполняют составными, обычно в виде двутавров, сваренных из 3-х листов -
стенки из 2-х поясов.
Пример: требуется рассчитать стальную однопролетную
балку из 2-х швеллеров (неподвижную опору теплотрассы), нагруженную в середине
пролета расчетной сосредоточенной силой Р=8т (80 кн). Пролет L=2,4м.
Материал - сталь класса С 245.
Под действием сосредоточенной силы Р балка
изгибается и рассчитывается как изгибаемый элемент. Изгибающий момент
(максимальный), возникающий в сечении балки определяется по формуле:
Требуемый момент сопротивления
сечения определяется по формуле: (см. формулу 1)
где - коэффициент работы, 
;
- расчетное сопротивление изгибу для
стали класса С 235, применяется по СНиП «Стальные конструкции»;
- 228 см3,
принимаем по сортаменту 2 швеллера N 18:
.
Расчет центрально-сжатых колонн
Стальные колонны могут быть
сплошными - из листов, прокатных профилей, труб (рис. 1) или сквозными,
состоящими из отдельных ветвей, соединенных между собой планками или решеткой
из уголков. Сквозные колонны экономичнее сплошных по расходу стали, однако их
изготовление более трудоемко (рис. 2).
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Прочность колонны проверяют в
ослабленном сечении по условию:
Где 
- расчетная нагрузка;
- площадь поперечного сечения с
учетом ослаблений с отверстиями;
- расчетное сопротивление стали.
Размеры поперечного сечения колонн
малы по сравнению с их длиной, поэтому они могут потерять устойчивость еще до
того, как усилия достигнут предельных значений. Поэтому колонны рассчитывают на
устойчивость по формуле:
где 
- площадь сечения колонны БРУТТО;
- коэффициент несущей способности
колонны из-за возникновения изгиба.
Рис. 4
Коэффициент изгиба зависит от
гибкости колонны.
Расчет ферм
Ферма представляет собой сквозную
(решетчатую) конструкцию, которую наиболее часто применяют в качестве несущего
элемента для покрытия здания.
Рис. 5
По очертанию фермы могут быть
трапецеидальными, треугольными или с параллельными поясами.
Продольные элементы ферм, идущие
вдоль ее пролета называют поясами, а стойки и раскосы, соединяющие пояса -
решеткой. Элементы ферм выполняют из спаренных уголков, тавров, труб,
соединяемых между собой на сварке. Устойчивость ферм из плоскости
обеспечивается системой связей (рис. 7).
Рис. 6
При определении усилий в элементах
фермы считается, что соединения в узлах - шарнирное, поэтому все стержни
работают на центральное растяжение-сжатие.
Рис. 7
На ферму действует нагрузка от веса кровли,
снеговая нагрузка, которая прикладывается в узлах. В фермах верхний пояс сжат,
а нижний пояс растянут.
Сжатие элемента рассчитывают по формуле:
растягивание по формуле:
Определяют требуемую площадь
элементов и подбирают профиль по сортаменту.
После подбора сечения элементов
фермы приступают к конструированию узлов: рассчитывают сварные швы для крепления
к фаскам, назначают размеры фасок.
Работники проектных организаций,
служб капитального строительства и эксплуатационных организаций (добыча,
подготовка, транспортировка нефти, энергохозяйство, базы и т.д.) цехов и всех
подрядных организаций несут различную степень ответственности за качество СМР и
принимаемых в эксплуатацию объектов в соответствии с
законодательством РФ. В зависимости от причин возможных аварий на объектах,
степени их тяжести и последствий законом предусмотрена материальная, административная
и уголовная ответственность.
Агрегат - укрупненный
унифицированный блок технологического оборудования, органически объединенный в
едином корпусе или соединяющий механически на едином основании несколько видов
оборудования, выполняющих законченный процесс подготовки и транспорта нефти и
газа.
Агрегатно-узловой ремонт - форма
организации ремонта технологического оборудования, при которой вместо
устранения возникших дефектов и неполадок заменяют целиком отдельные узлы и
агрегаты, используя оборотный фонд.
Блок (Б) - транспортабельное
устройство в виде совокупности оборудования, смонтированного на общем
основании, вписывающееся в габариты погрузки.
Блок закрытый (БЗ) - блок с
укрытием, выполненным в виде кожуха (капота), внутри которого создается микроклимат,
обеспечивающий необходимые условия работы оборудования.
Бокс (Вс) - транспортабельное здание
(или его часть) из легких строительных конструкций, вписывающееся в габариты
погрузки.
Блок-бокс (ББ) - бокс с
установленным технологическим и инженерным оборудованием.
Блочное устройство (БУ) - обобщенное
понятие, включающее блоки, блок-контейнеры, боксы, блок-боксы, суперблоки
максимальной заводской готовности.
Блочно-комплектное устройство (БКУ)
- объект (или его) функционально законченная часть), поставляемый к месту
строительства (монтажа) в виде комплекта блочных устройств.
Блок-здание (Бзд) - здание,
монтируемое из блочных устройств или из блочных устройств и комплектных
строительных конструкций.
Безвахтенный способ обслуживания -
форма эксплуатации наземных объектов в автоматическом режиме, дистанционно.
Вахтенный способ обслуживания -
форма эксплуатации технического устройства персоналом, прибывающим к месту
работы сроком на 10-14 дней с постоянного местожительства - базового
населенного пункта.
Индивидуальное здание - здание,
предназначенное для размещения одной из нескольких одноименных технологических
(энергетических) установок (агрегатов).
Жизнеобеспечение - система
мероприятий и устройств, служащих для обеспечения нормальной жизнедеятельности
человека.
Кожух - наружное ограждение
технологического оборудования, обеспечивающее нормальное функционирование
последнего на открытом воздухе, изготовляемое и поставляемое совместно с
оборудованием полной заводской готовности.
Коммуникационный этаж - пространство,
устраиваемое в блок-зданиях для размещения коммуникаций.
Мобильная строительно-монтажная
организация организационная форма комплектно-блочного метода строительства,
обеспечивающая комплектацию, изготовление и транспортировку на строительную
площадку блочных устройств, а также монтаж надземной части объектов и сдачу их
в эксплуатацию.
прочностный деформативный нефтегазовый конструкция
Модуль - унифицированный
функциональный элемент, конструктивно оформленный как самостоятельное здание.
Монтаж «с колес» - метод монтажа
конструкций заводского изготовления, при котором они доставляются в рабочую
зону строительной площадки в определенное время и устанавливаются в проектное
положение без промежуточного складирования.
Наземный объект - площадочное
сооружение, составляющее часть предприятий нефтяной или газовой промышленности,
пространственно ограниченное размерами генеральных планов производственной зоны
и сооружений системы внешнего жизнеобеспечения.
Открытая компоновка - размещение
технологического оборудования на открытой площадке с обеспечением необходимых
условий для работы за счет кожухов заводского изготовления.
Ремонтные кабины - специальный передвижной
инвентарь средств с набором необходимых инструментов и грузоподъемных устройств
для проведения ремонтных работ на открыто устанавливаемых блочных и
блочно-комплектных устройствах.
Саморазгружающийся транспортер - средство,
обеспечивающее транспортировку и монтаж блочных устройств на заранее
подготовленное основание без применения дополнительных крановых средств.
Сборочно-комплектовочное предприятие -
предприятие в составе мобильной строительно-монтажной организации,
осуществляющее приемку материалов и оборудования, изготовление и испытание
блочных устройств, а также передачу их для доставки на строительную площадку.
Суперблок - транспортабельное устройство
(сооружение) полной заводской готовности, размеры которого превышают габариты
погрузки.
Функциональный блок - основная структурная часть
наземного объекта, имеющая единое общее функциональное назначение.
Функциональный элемент - составляющая
функционального блока, имеющая самостоятельное технологическое назначение
(агрегат, аппарат, устройство и т.п.).
Экспедиционно-вахтовый метод организации труда -
в комплектно-блочном методе строительства основная форма организации труда
мобильных строительно-монтажных организаций, предусматривающая меж- и
внутрирегиональное использование трудовых ресурсов и социальной инфраструктуры.
В связи с освоением нефтегазовых месторождений в
Сибири сейчас нашло большое распространение внедрение блочно-комплектного
метода строительства всей цепочки объектов НГК, скважин, ГЗУ, ДНС, УПН,
котельных, электро-подстанций.
Комплектно - блочный метод строительства
представляет собой систему организационно - экономических и технических мероприятий
по сокращению затрат труда, сокращению продолжительности, уменьшению стоимости
и повышению качества строительства за счет:
. Превращения промышленных объектов в комплекты
транспортабельных пространственных строительно-технологических блоков с размещенным
в них основным и вспомогательным технологическим, энергетическим,
сантехническим или любым другим оборудованием, с системами питания и управления
и комплекты полностью индустриальных легкосборных конструкций техчастей
объекта. Наземная часть объектов, сооружаемых в комплектно - блочном
исполнении, должна быть конструктивно - технологически отделена от подземной;
2. Агрегирования потоков
материально-технических ресурсов через систему промышленных
предприятий-поставщиков, предприятий-заказчиков и сборочно-комплектовочных
предприятий строительных организаций, обеспечивающих комплектную поставку на
весь объект оборудования, блочных устройств, конструкций и материалов;
. Агрегирования
организационно-управленческих структур путем создания проектно-промышленно-строительных
(промышленно - строительных) предприятий.
Объемно-планировочные и
конструктивно-технологические решения объектов, подлежащие возведению
комплектно-блочным методом, должны основываться на реализации следующих
принципиальных требований:
повышение единичной мощности
оборудования;
интенсификация технологических
процессов;
совмещение функций различных
конструктивно-технологических элементов;
минимизация средств контроля,
автоматики и др.;
замена зданий цехов
технологических установок малообъемными укрытиями (блок-контейнерное
исполнение);
упрощение вспомогательных
технологических систем и систем инженерного обеспечения (например, исключение
промежуточных теплоносителей и др.);
- автоматизация и
телемеханизация технологических процессов;
- централизация
ремонтно-эксплуатационных служб с применением вахтового и безвахтового
обслуживания, агрегатно-узлового ремонта.
Формы реализации
комплектно-блочного метода строительства определяются следующими
организационно-технологическими условиями:
. характером специализации
строительного министерства или ведомства (отраслевая или технологическая);
2. степенью сложности объекта и
объемом строительно-монтажных работ;
. технической характеристикой
технологического, энергетического и др. оборудования, подлежащего монтажу;
4. освоенностью района
строительства и наличием мощностей по производству блочных устройств.
В зависимости от фактического
сочетания перечисленных выше условий следует различать:
- комплектно-блочный метод в
малообъемном рассредоточенном промышленном (нефтегазовом и др.) или сельском
строительстве;
- комплектно-блочный метод в
строительстве сложных промышленных объектов.
При реализации
комплектно-блочного метода в малообъемном рассредоточенном строительстве
перечисленные требования дополняются следующими условиями:
в состав блочных устройств
включаются несущие и ограждающие конструкции укрытий;
предусматривается специализация
строительно-монтажных организаций по этапам строительства (нулевая, наземная) с
применением универсальных многоцелевых машин и экспедиционно-вахтовой системы
организации труда.
Повышение эффективности
комплектно-блочного метода может быть достигнуто за счет:
организации долговременного
поточного строительства;
наличия системы перспективной
подготовки комплектно-блочного строительства на основе полной согласованности
планов капитальных вложений, программ промышленных предприятий-поставщиков,
предприятий-заказчиков, комплектующих организаций, предприятий отраслевой базы
строительной индустрии и подрядных строительно-монтажных организаций;
разработки и внедрения типовой
(универсальной) технологии производства работ;
организации сквозного
бригадного подряда по принципу «рабочей эстафеты».
В целях реализации строительства блочно -
комплектных комплексов в Западной Сибири создано специальное объединение по
комплектно - блочному строительству объектов нефтегазового комплекса при
освоении новых месторождений «Сибкомплектмонтаж» с базированием в г. Тюмени.
В зависимости от конкретных
технико-экономических и других условий реализации комплектно-блочного метода
возможны следующие схемы агрегирования потоков материально-технических ресурсов
(табл. 1).
Форма А является высшей стадией развития
комплектно-блочного метода, при которой все ресурсы агрегируются в
машиностроении - отрасли с наибольшим экономическим потенциалом.
Формы Б, Б' и Б" основаны на создании сборочно-комплектовочных
предприятий в подрядных организациях, осуществляющих строительство. При этом
функции комплектования оборудованием и материалами могут быть сосредоточены у
подрядчика (форма Б), сохранены у заказчика (форма Б') или распределены между ними
(форма Б").
Форма В основана на использовании существующей
производственной базы монтажных организаций для изготовления блочных устройств,
сохранении существующих обязанностей заказчика по комплектации блоков.
Таблица
1
Форму организации комплектно-блочного
строительства выбирают для региона на основе технико-экономического анализа.
Применение комплектно-блочного метода при
строительстве объектов обосновывается технико-экономическими расчетами на
стадии разработки схем развития и размещения отраслей народного хозяйства и
отраслей промышленности, а также схем развития и размещения производственных
сил по экономическим районам.
В нефтегазопромысловом строительстве механизация
трудоемких строительных работ происходит по следующим направлениям:
. Механизация сварочно-монтажных работ на
трассах (внедрение автоматической сварки, изоляции, подъемной и землеройной
техники с заменой ковшовых экскаваторов на траншеекопатели, специальных
устройств по переходу естественных преград, водоемов, автодорог и железных
дорог);
Рис. 8
Рис. 9
. Возведение и монтаж быстрособираемых
конструкций, ангаров и блочно-комплектных устройств с доведением их в заводских
условиях до узловой сборки на месте возведение зданий и сооружений;
. Строительство зданий из сборного и монолитного
железобетона с применением современных специализированных агрегатов по привозке
больше габаритных изделий и панелей (сборка их на строительной площадке -
сантехкабины, стеновые панели и т.д.);
. Отделочные работы внутри и снаружи зданий
(мозаично-шлифовальные машины, цемент-пушки, бетономешалки, затирочные машины и
т.д.);
. Механизация погрузочно-разгрузочных работ - автопогрузчики,
электрокары, многоковшовые погрузчики, пневматические разгрузчики цемента и
т.д.;
. Механизация подготовительных и землеройных
работ с использованием корчевателей, кусторезов, рыхлителей, бульдозеров,
экскаваторов, траншеекопателей; механизмов для рытья котлованов и уплотнения
грунта: самоходных катков, трамбовок электрических.
Внедрение механизации в строительстве при
обустройстве месторождений позволило в целом по объектам нефтяной отрасли
повысить производственность труда в строительстве на 30-40%, за последние 10
лет качество работ увеличилось в 2-3 раза.
Литература
1. Мстиславская
Л.П. Нефть и газ - от поисков до переработки. Введение в специальность по
нефтегазовым технологиям.- М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2008.- 309
с.;
2. Мустафин
Ф.М. и др. Технология сооружения газонефтепроводов. Т.1.- Уфа: Нефтегазовое
дело, 2007.- 632 с.;
. Нефтегазоносные
комплексы./ Под редакцией А.Н. Иванова и Л.А. Рапацкой.- М.: Высшая школа,
2009.- 229 с.;
. Нифонтов
Ю.А., Клещенко И.И. Ремонт нефтяных и газовых скважин. В 2-х т.-СПб.:
Профессионал, 2009.- 1462 с.;
. Спецтехника
для нефтегазопромышленного комплекса: Справочник. Вып.13./ Под редакцией М.И.
Гриффа.- М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007.- 440
с.;
. Сучков
Б.М. Температурные режимы работающих скважин и тепловые методы добычи нефти.-
М.- Ижевск: Институт компьютерных исследований, НИЦ «Регулярная и хаотическая
динамика», 2007.- 406 с.;
. Тетельмин
В.В., Язев В.А. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе: Учебное
пособие для вузов.- Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2009.- 352 с.;
. Тетельмин
В.В., Язев В.А. Нефтегазовое дело: Учебное пособие.- Долгопрудный: Издательский
Дом «Интеллект», 2009.- 800 с.;
. Технология,
экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа: Учебник для вузов
/ Под редакцией С.А. Ахметова.- М.: Химия, 2005.- 736
с.;
. Чегодаев
Ф.А. и др. Буровые и тампонажные растворы. Теория и практика: Справочник.-
СПб.: НПО «Профессионал», 2007.- 416 с.;
. Щуров
В.И. Технология
и техника добычи нефти.- М.: ООО ТИД Альянс, 2005.- 610 с.