Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Обустройство нефтяных месторождений является достаточно дорогостоящим процессом, особенно для объектов, расположенных в условиях Крайнего Севера. Данное мероприятие включает в себя такие этапы, как: инженерная подготовка кустовых площадок [2], строительство автодорог и нефтесборных трубопроводов, строительство высоковольтных воздушных линий (ВЛ). Высокая стоимость строительно-монтажных работ (СМР) связана напрямую с суровыми погодными условиями и труднодоступностью объектов. Строительство высоковольтных воздушных линий является одной из основных статей расходов при обустройстве кустовых площадок. Поиск оптимальных решений в области применения нетрадиционных строительных материалов позволил бы значительно сократить расходы, тем самым повысить экономическую выгоду не в ущерб качеству производства СМР. Одним из таких решений является применение бывшей в употреблении насосно-компрессорной трубы (НКТ) в строительстве промежуточных опор ВЛ 6–10 кВ.

В ходе процесса капитального ремонта скважины (КРС) образуются большие запасы отработанной трубы НКТ, требующей определенных мероприятий по восстановлению, либо утилизации [6]. Вариантом реализации данного вида материала может служить применение его при строительстве ВЛ.

Для оценки технической целесообразности и экономической эффективности применения данного вида материала необходимо:

– произвести предварительный теоретический расчет прочности на возможность восприятия проектной нагрузки с учетом гололедно-ветровых воздействий, характерных для районов Крайнего Севера;

– рассчитать фактическую стоимость строительства 1 километра трассы промежуточных опор ВЛ 6–10 кВ, выполненных из трубы НКТ с учетом операций, направленных на изготовление опоры;

– сравнить себестоимость производства данного вида работ с себестоимостью реализации типовых проектных решений при строительстве промежуточных опор ВЛ 6–10 кВ.

В целях оценки несущей способности опоры из предложенного материала необходимо выполнить расчет стойки на предмет восприятия проектной нагрузки с учетом обледенения и ветрового воздействия, что является немалозначимым фактором для северных широт.

За исходные данные примем г. Ноябрьск, расположенный в Пуровском районе Ямало-Ненецкого автономного округа Тюменской области. Данный город относится к подрайону строительства – 1Д с суровыми климатическими условиями. В нем расположено большое количество месторождений Российского топливно-энергетического комплекса. Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92, составляет – минус 40 °С [5]. Расчетное значение веса снегового покрова для V района – 3,2 (320) кПа (кгс/м2). Нормативное значение ветрового давления для I района 0,23 (23) кПа (кгс/м2) [7].

Трубу НКТ примем диаметром 114,4 мм и длиной 10,5 м с толщиной стенки 7,0 мм [1].

В ходе расчета трубы, диаметром 114х7 мм на предмет использования ее в качестве одинарной стойки опоры ВЛ не выполняется условие гибкости [4]:

Далее рассмотрен вариант возможности применения составного сечения, состоящего из двух труб, сваренных между собой стальными пластинами с шагом 1 м по всей длине.

Общий вид опоры представлен на рис. 1.

Определение геометрических характеристик составного сечения.

Сечение состоит из 2 труб 114х7 мм (рис. 2).

Рис. 2. Составное сечение опоры

Площадь составного сечения составляет:

Асост = 2•А1 = 2•23,531 = 47,062 см2.

Момент инерции относительно оси Х и Y сечения одной трубы составляет

Ix1 = Iy1 = 338,193 см4.

Момент инерции составного сечения относительно оси X составляет

Ix,сост = 2•(Ix1 + А1•а2) = = 2•(338,193+23,531•5,72) = 2205,43 см4,

где а – расстояние от центра сечения одной трубы до центра составного сечения равное 5,7 см.

Момент инерции составного сечения относительно оси Y составляет

Iy,сост = 2•Iy1 = 2•338,193 = 676,386 см4.

Момент сопротивления составного сечения относительно оси Х составляет

Wx = Ix,сост/d = 2205,43/11,4 = 193,46 см3,

где d – диаметр трубы, равный 11,4 см.

Момент сопротивления составного сечения относительно оси Y составляет

Wy = Iy,сост/r = 676,386/5,7 = 118,66 см3,

где r – радиус трубы, равный 5,7 см.

Радиус инерции составного сечения относительно оси Х составляет

Радиус инерции составного сечения относительно оси Y составляет

В табл. 1 представлен сбор нагрузок, приходящихся на опору.

Рис. 3. Расчетная схема

Для расчета использовано программное обеспечение SCAD office.

Расчетная схема опоры представлена на рис. 3.

Наибольший изгибающий момент возникает при обрыве проводов справа при совместном действии ветровой и гололедной нагрузки.

На рис. 4 представлены эпюры изгибающих моментов при худшем сочетании нагрузок с учетом обрыва проводов.

Согласно п. 9.3.2 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» для сквозного сечения стойки при m > 20 расчет выполняется как для изгибаемого элемента:

см.

где N – сжимающая сила,

М – максимальный момент в сечении.

Расчет на прочность для первого сочетания нагрузок выполнен по формуле

где А – площадь сечения,

Ry – расчетное сопротивление стали,

γс – коэффициент надежности по назначению.

Исходя из выполненного расчета получаем, что условие прочности и гибкости стойки выполняется.

В целях оценки экономической целесообразности проведем сравнительный анализ сметной стоимости строительства 1 километра трассы ВЛ 6–10 кВ из предложенного материала и материала, применяемого в типовых проектных решениях без учета проводниковой продукции и крепежной арматуры.

За стоимость трубы НКТ примем стоимость скупки черного металлолома в г. Ноябрьск, т.к. данная труба уже принадлежит компании и необходимость в ее закупке и доставке отсутствует. Стоимость за 1 кг металлолома в среднем составляет 7 руб. Таким образом, цена 1 метра трубы НКТ составляет 129,5 руб.

В табл. 2 представлен предварительный сметный расчет стоимости строительства 1 км опор трассы ВЛ с пролетом 50 метров с применением составного сечения из трубы НКТ.

По итогам предварительного сметного расчета стоимости строительства 1 км трассы ВЛ по основным видам СМР без учета проводниковой продукции и крепежной арматуры с применением составного сечения из трубы НКТ составила 997332,47 рублей.

Стоимость выполнения СМР определена по единичным расценкам сборников ТЕР-2001. Расчет в ценах 2001 года индексируется в цены текущего периода (четвертый квартал 2016 года), с применением регионального индекса ЯНАО для 3 зоны, без учета накладных расходов и сметной прибыли для данных видов работ.

В табл. 3 представлен предварительный сметный расчет стоимости строительства 1 км опор трассы ВЛ с пролетом 50 метров с применением традиционных материалов.

По итогам предварительного сметного расчета стоимости строительства 1 км трассы ВЛ по основным видам СМР без учета проводниковой продукции и крепежной арматуры с применением традиционных материалов составила 3182508 рублей.

Таким образом, по результатам предварительных подсчетов можно судить о том, что применение трубы НКТ является технически возможным и на 69 % удешевляет стоимость строительства промежуточных опор ВЛ.

В целях внедрения данной технологии в производство необходимо:

– разработать проектное решение на применение отработанной насосно-компрессорной трубы при строительстве промежуточных опор ВЛ 6–10 кВ в условиях Крайнего Севера;

– разработать единичные расценки на процесс изготовления и установки данного вида опор.

Внедрение данного технологического решения позволит значительно снизить себестоимость строительства, сведя к минимуму затраты на закупку и доставку новой трубы, а также позволит исключить расходы на утилизацию бывшей в употреблении НКТ, что поспособствует достижению цели безотходного производства.