Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

FEASIBILITY STUDY APPLICATION TUBING (NKT) IN CONSTRUCTION INTERMEDIATE SUPPORTS 6–10 KV OVERHEAD LINES WHEN FIELD DEVELOPMENT

Koynov N.I. 1 Korkishko A.N. 1
1 Industrial University of Tyumen
This article is devoted to assessing the technical effectiveness and economic feasibility of the tubing (NKT) in the construction of piers air whether power-tions (6–10 kV) in the regeneration of oil and gas fields in the Far North. The article discusses the technical possibility and economic feasibility of the use of the composite of the intermediate support cross-section of overhead lines, consisting of two tubes tubing welded together. With SCAD office software has been calculated the strength of the proposed option section for the perception of the design load, taking into account the impact of cus-matic factors. comparative analysis of the cost of the construction was carried out 1 km of overhead lines of traditional materials and tubing from the pipe. The calculations concluded that the feasibility of using this material in the construction of 6–10 kV overhead lines.
6–10 kV overhead lines
field development
tubing
non-waste production
1. GOST 633-80. Truby nasosno-kompressornye i mufty k nim. Tehnicheskie uslovija (s Izmenenijami N 1, 2, 3) SP 16.13330. 2011; URL: http://docs.cntd.ru/document/1200006515.
2. Korkishko A.N. Osobennosti razrabotki i jekspertizy proektno-smetnoj dokumentacii na suhorojnye karery peska v rajonah vechnoj merzloty dlja obustrojstva neftjanyh i gazovyh mestorozhdenij / Korkishko A.N. // Inzhenernyj vestnik Dona. 2015. no. 4.
3. Ob utverzhdenii predelno dopustimyh indeksov izmenenija smetnoj stoimosti stroi-telnyh, montazhnyh i remontno-stroitelnyh rabot i nomenklaturnogo sbornika pre-delnyh otpusknyh i smetnyh cen na stroitelnye materialy, izdelija, konstrukcii na 4 kvartal 2016 goda/ Postanovlenie Pravitelstva Jamalo-Neneckogo avtonomnogo okruga ot 11 nojabrja 2016 goda no. 1072-P; URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/8900201611180023.
4. Svod pravil: SP 16.13330.2011 Stalnye konstrukcii. Aktualizirovannaja redakcija SNiP II-23-81* (s Izmeneniem N 1); URL:http://docs.cntd.ru/document/1200084089.
5. Svod pravil: SP 131.13330. 2012 «SNiP 23-01-99* «Stroitelnaja klimatologija» Ministerstvo regionalnogo razvitija. M., 2012.
6. Spravochnaja kniga po tekushhemu i kapitalnomu remontu neftjanyh i gazovyh skvazhin/ A.D. Amirov, A.A. Dzhafarov, K.A. Karapetov, F.D. Lemberanskij, A.S. Jashin. Moskva, Nedra, 1976. 309 p.
7. Stroitelnye normy i pravila: SNiP 2.01.07 85. Nagruzki i vozdejstvija [Tekst]: normativno-tehnicheskij material. Moskva: [b.i.], 1987. 36 p.

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]:

kojn01.wmf

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.

kojn1a.tifkojn1b.tif

Рис. 1. Общий вид опоры

Определение геометрических характеристик составного сечения.

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

kojn2.tif

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

kojn02.wmf

Радиус инерции составного сечения относительно оси Y составляет

kojn03.wmf

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

Таблица 1

Сбор нагрузок

№ п/п

Наименование

Нагрузка

γс

Расчетная нагрузка

1

Собственный вес опоры из труб диаметром 114х7 мм

36,92 кг/м

1,05

38,766 кг/м

2

Гололедная нагрузка

0,275 кг/м

1,3

0,357кг/м

3

Собственный вес силового кабеля АС-120

0,383 кг/м

1,3

0,4979 кг/м

4

Собственный вес монтажника с инструментом

0,1 т

1,3

0,13 т

5

Траверсы под провода (влево и вправо)

18,56 кг/м

1,05

19,383 кг/м

6

Ветровая нагрузка, действующая на опору

6.1

С подветренной стороны

18,4 кг/м2

1,4

25,76 кг/м2

6.2

С наветренной стороны

13,8 кг/м2

1,4

19,32 кг/м2

kojn3.tif

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.

Максимальный момент Мх

Максимальное сжимающее усилие N

kojn4a.tif

kojn4b.tif

Рис. 4. Эпюры изгибающих моментов при обрыве проводов

На рис. 5 представлены нагрузки при отсутствии обрыва проводов:

Выполним поверочный расчет прочности и устойчивости составного сечения при данных вариантах напряжений.

Максимальный момент Мх

Максимальное сжимающее усилие N

kojn5a.tif

kojn5b.tif

Рис. 5. Эпюры изгибающих моментов без 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:

kojn04.wmf см.

где N – сжимающая сила,

М – максимальный момент в сечении.

kojn05.wmf

Расчет на прочность для первого сочетания нагрузок выполнен по формуле

kojn06.wmf

где А – площадь сечения,

Ry – расчетное сопротивление стали,

γс – коэффициент надежности по назначению.

kojn07.wmf

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.

Таблица 2

Стоимость 1 км трассы ВЛ из трубы НКТ

№ п/п

Обоснование

Наименование

Единица измерения

Количество

Стоимость единицы, рублей

Общая стоимость, рублей

1

ТЕР04-01-041-03

Шнековое бурение станками типа СО-2 глубиной бурения до 12 м в грунтах группы 3

100 м бурения скважины

0,4

7700,63

3080,25

2

ТЕР08-01-003-07

Покрытие подземных м/к свай (горячей) битумно-резиновой мастикой в 2 слоя

100 м2 изолируемой поверхности

0,12

586,7

70,4

3

СЦМ-101-2016

Мастика битумно-резиновая МБР изоляционная для защиты алюминиевой оболочки и брони от коррозии

кг

30

8,06

241,8

4

ТЕР05-01-095-06

Установка в скважины в мерзлых и вечномерзлых грунтах стальных свай объемом до 0,2 м3

1 м3 свай

2,78

1386,45

3854,3

5

СЦМ-103-0534

Трубы бесшовные обсадные из стали группы Д и Б с короткой треугольной резьбой, наружный диаметр 194 мм, толщина стенки 10,9 мм

м

58

1031,3

59815,4

6

ТЕР05-01-009-01

Заполнение бетоном полых свай и свай-оболочек диаметром до 80 см

1 м3 бетона полости сваи

2,78

866,54

2408,98

7

ТЕР05-01-063-01

Заполнение раствором пустот между стенкой скважины и телом сваи

1 м3 конструктивного объема пустот

1,38

55,38

76,42

8

СЦМ-402-0004

Раствор готовый кладочный цементный, марка 100

м3

1,38

378,78

522,71

9

ТЕР13-03-002-04

Огрунтовка надземных металлических поверхностей за один раз грунтовкой ГФ-021

100 м2 окрашиваемой поверхности

0,11

424,91

46,61

10

ТЕР13-03-004-26

Окраска надземных металлических поверхностей эмалью ПФ-115 в 2 слоя

100 м2 окрашиваемой поверхности

0,11

1336,73

147,04

11

ТЕР09-06-001-02

Монтаж лотков, решеток, затворов из полосовой и тонколистовой стали

1 т конструкций

0,0628

1214,74

76,28

12

ТСЦ-201-0768

Отдельные конструктивные элементы зданий и сооружений с преобладанием толстолистовой стали, средняя масса сборочной единицы до 0,5 т

т

0,0628

10588,54

664,96

13

ТЕР33-04-003-01

Установка железобетонных опор ВЛ 0,38; 6–10 кВ с траверсами без приставок одностоечных

1 опора

20

199,26

3985,2

14

По цене приема металлолома

Б/У труба НКТ 114 мм, толщина стенки 7 мм

м

420

129,5

54390

15

ТЕР33-02-013-05

Установка деталей крепления опор, дополнительных ходовых скоб массой до 0,2 т

1 т конструкций

0,1792

1214,74

217,7

16

СЦМ-201-0764

Отдельные конструктивные элементы зданий и сооружений с преобладанием гнутосварочных профилей, средняя масса сборочной единицы свыше 0,1 до 0,5 т

1 т кон-струкций

0,1792

9145,9

1638,94

17

ТЕР13-03-002-04

Огрунтовка металлических опор за один раз

100 м2 окрашиваемой поверхности

1,5

424,91

639,07

18

ТЕР13-03-004-26

Окраска эмалью ПФ-115 в 2 слоя

100 м2 окрашиваемой поверхности

1,5

1336,73

2005,1

Итого, прямые затраты по разделу в ценах 2001 г.

133881,16

В ценах на 4 квартал 2016 г. Постановление Правительства ЯНАО от 11 ноября 2016 года № 1072-П [3] 133881,16 * (7,3)

997332,47

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.

Таблица 3

Стоимость 1 км трассы ВЛ из традиционных материалов

№ п/п

Обоснование

Наименование

Единица измерения

Количество

Стоимость единицы, рублей

Общая стоимость, рублей

1

ТЕР04-01-041-03

Шнековое бурение станками типа СО-2 глубиной бурения до 12 м в грунтах группы 3

100 м бурения скважины

0,4

7700,63

3080,25

2

ТЕР08-01-003-07

Покрытие подземных м/к свай (горячей) битумно-резиновой мастикой в 2 слоя

100 м2 изолируемой поверхности

0,12

586,7

70,4

3

СЦМ-101-2016

Мастика битумно-резиновая МБР изоляционная для защиты алюминиевой оболочки и брони от коррозии

кг

30

8,06

241,8

4

ТЕР05-01-095-06

Установка в скважины в мерзлых и вечномерзлых грунтах: стальных свай объемом до 0,2 м3

1 м3 свай

2,78

1386,45

3854,3

5

СЦМ-103-0534

Трубы бесшовные обсадные из стали группы Д и Б с короткой треугольной резьбой, наружный диаметр 194 мм, толщина стенки 10,9 мм

м

58

1031,3

59815,4

6

ТЕР05-01-009-01

Заполнение бетоном полых свай и свай-оболочек диаметром до 80 см

1 м3 бетона полости сваи

2,78

866,54

2408,98

7

ТЕР05-01-063-01

Заполнение раствором пустот между стенкой скважины и телом сваи

1 м3 конструктивного объема пустот

1,38

55,38

76,42

8

СЦМ-402-0004

Раствор готовый кладочный цементный, марка 100

м3

1,38

378,78

522,71

9

ТЕР13-03-002-04

Огрунтовка надземных металлических поверхностей за один раз грунтовкой ГФ-021

100 м2 окрашиваемой поверхности

0,11

424,91

46,61

10

ТЕР13-03-004-26

Окраска надземных металлических поверхностей эмалью ПФ-115 в 2 слоя

100 м2 окрашиваемой поверхности

0,11

1336,73

147,04

11

ТЕР09-06-001-02

Монтаж лотков, решеток, затворов из полосовой и тонколистовой стали

1 т конструкций

0,0628

1214,74

76,28

12

ТСЦ-201-0768

Отдельные конструктивные элементы зданий и сооружений с преобладанием толстолистовой стали, средняя масса сборочной единицы до 0,5 т

т

0,0628

10588,54

664,96

13

ТЕР33-04-003-01

Установка железобетонных опор ВЛ 0,38; 6–10 кВ с траверсами без приставок одностоечных

1 опора

20

199,26

3985,2

14

Прайс-лист

Труба бесшовная 159х8 сталь 20

м

210

2076

435960

15

ТЕР33-02-013-05

Установка деталей крепления опор, дополнительных ходовых скоб массой до 0,2 т

1 т конструкций

0,1792

1214,74

217,7

16

СЦМ-201-0764

Отдельные конструктивные элементы зданий и сооружений с преобладанием гнутосварочных профилей, средняя масса сборочной единицы свыше 0,1 до 0,5 т

1 т кон-струкций

0,1792

9145,9

1638,94

17

ТЕР13-03-002-04

Огрунтовка металлических опор за один раз

100 м2 окрашиваемой поверхности

1,5

424,91

639,07

18

ТЕР13-03-004-26

Окраска эмалью ПФ-115 в 2 слоя

100 м2 окрашиваемой поверхности

1,5

1336,73

2005,1

Итого, прямые затраты по разделу в ценах 2001 г.

435960

В ценах на 4 квартал 2016 г. Постановление Правительства ЯНАО от 11 ноября 2016 года № 1072-П 133881,16 * (7,3)

3182508

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.