Создание надежной и эффективной трубопроводной инфраструктуры имеет решающее значение для развития северных регионов России по ряду причин. К ним относятся:
- добыча природных ресурсов, в том числе нефти и газа в богатом полезными ископаемыми северном регионе и их транспортировка до других территорий страны, а также поставка на мировые рынки;
- стимулирование экономического развития регионов Севера;
- улучшение условий жизни людей, проживающих на территориях с суровым климатом, благодаря прокладке сетей отопления, холодного и горячего водоснабжения и пр.
В статье поговорим об особенностях прокладки трубопроводов в условиях Крайнего Севера, о видах используемых труб и методах их обогрева.
Особенности прокладки труб в условиях вечной мерзлоты
Значительная часть северных территорий РФ находится в зоне залегания вечномерзлых грунтов, температура которых находится ниже точки замерзания воды (0 °C) не менее двух лет подряд. Вечная мерзлота в России встречается на Дальнем Востоке, в Сибири и арктических регионах и может распространяться по территориям сплошным покровом или захватывать отдельные участки.
Одной из основных трудностей, связанных со строительством в зоне залегания вечной мерзлоты, является высокая неустойчивость грунта, способная привести к повреждению конструкций трубопровода при изменении температуры окружающей среды. Так, например, таяние вечной мерзлоты в результате строительства или из-за теплопотерь, возникающих в процессе эксплуатации трубопроводной сети, могут привести к просадке грунта, смещению несущих конструкций и нарушению целостности трубопровода.
По этой причине используются методы по минимизации нарушения грунта, включая ограничение площади строительства и использование специальной техники, а на этапе проектирования путепровода принимается решение о видах используемых труб и типах их прокладки. Например, некоторые участки трубопровода прокладывают над землей на специальных опорах, укладывают непосредственно на грунт с использованием специальной земляной подушки или используют траншейный способ прокладки.
Защита труб от промерзания
При прокладке труб над землей на специальных опорах конструкция трубопровода подвержена значительным перепадам температур. В связи с этим к трубам, применяемым на таких участках, предъявляются повышенные требования к теплоизоляции. Так, согласно ГОСТ 30732-2020, в северных регионах рекомендуется использовать стальные трубы и фасонные части в усиленной ППУ изоляции (тип 2), толщина слоя утеплителя которых примерно на 30% больше, чем у трубных изделий со стандартной толщиной изоляции — это способствует снижению теплопотерь трубопровода в холодное время года.
Помимо усиленной теплоизоляции для компенсации потерь тепла в холодное время года и поддержания эффективности работы трубопровода в регионах с особо суровым климатом может применяться дополнительный подогрев труб.
Для этого еще на этапе заводской изоляции вдоль стальной трубы прокладывается дополнительный нагревательный кабель, который в дальнейшем подключается к источникам электропитания в определенных точках трубопровода и обеспечивает принудительный подогрев для предотвращения промерзания инженерной сети, в том числе для избежания снижения ее работоспособности из-за чрезмерного увеличения вязкости остывающего транспортируемого вещества, например, при прокачке нефти.
В зависимости от требований заказчика и условий эксплуатации трубопровода могут применяться следующие типы нагревательных кабелей:
- Резистивный кабель — медная жила, проложенная вдоль стальной трубы в слое ППУ. Имеет фиксированное значение сопротивления на единицу длины, а регулирование температуры осуществляется за счет регулирования электрической мощности, подводимой к силовому кабелю. В зависимости от диаметра трубы может использоваться от одного до трех кабелей. Максимальная длина трубопровода, обогреваемого резистивным кабелем, составляет 3 км.
- Саморегулирующийся кабель аналогичен резистивному, однако изготовлен из специального сплава с нелинейным электрическим сопротивлением, что позволяет автоматически регулировать его потребляемую мощность при повышении температуры. Такой кабель дороже резистивного, однако он позволяет оптимизировать энергопотребление при эксплуатации трубопровода. Максимальная длина трубопровода, обогреваемого саморегулирующимся кабелем, составляет 3 км.
- Скин-кабель. Система выглядит следующим образом: вдоль основной несущей трубы проходит стальная трубка с ярко выраженными ферромагнитными свойствами (спонтанная намагниченность при невысоких температурах), внутри которой проходит медный или алюминиевый проводник. При питании от переменного напряжения скин-система позволяет проводить индукционный нагрев трубопроводов протяженностью до 30 км. По показателям безопасности и надежности скин-кабель превосходит другие системы отопления и считается оптимальным вариантом для дополнительного обогрева трубопроводов в условиях Крайнего Севера.
Помимо нагревательных кабелей в сетях теплоснабжения, водопроводных сетях, а также нефтепроводах, имеющих особые требования к температурному режиму транспортировки рабочего вещества, применяют трубы ППУ со спутником, с греющим кабелем или трубы твин. Подробно о каждом виде нестандартных труб в ППУ изоляции мы рассказали в отдельной статье.
Заключение
Таким образом, суровые климатические условия и наличие вечной мерзлоты требуют особого подхода при проектировании и строительстве инженерных сетей в северных регионах России. Так, для предохранения систем коммуникаций от разрушения в результате неустойчивости мерзлых грунтов или действия низких температур следует проводить тщательное планирование конструкции трубопровода. Оно должно быть направлено на предотвращение:
- потерь тепла, которые могут привести к оттаиванию вечной мерзлоты и просадке грунта в районе трубопровода;
- промерзания труб в холодное время года.
