книги из ГПНТБ / Таран, Владимир Деомидович. Технология сварки и монтажа магистральных трубопроводов

f*iA ДОМ ЯЕ 8 Ы Д Щ г д [

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ И МОНТАЖА МАГИСТРАЛЬНЫХ

ТРУБОПРОВОДОВ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО НЕФТЯНОЙ И ГОРНО-ТОПЛИВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

М о с к в а 1 9 6 0

Глава 1

УСЛОВИЯ РАБОТЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Магистральные газопроводы, нефтепроводы и продуктопроводы являются соответственными инженерными сооружениями большой протяженности. Трассы трубопроводов пересекают про­ странства в сотни, а часто и тысячи километров, пролегают в районах с разными климатом и грунтами, проходят через реки, озера, овраги, железные н шоссейные дороги.

На всем протяжении трубопроводы должны быть достаточно прочными, чтобы обеспечивать бесперебойную подачу продукта в места назначения. Разрушение трубопровода хотя бы на одном участке влечет прекращение на некоторое время перекачки про­ дукта, а во многих случаях его потери и пожарную опасность.

Для создания надежно работающего трубопровода при его проектировании и разработке технологии сооружения учитывают действительные условия ;ксплуатации. В процессе строительства обеспечивают однородность качества трубопровода и линейных устройств на всей магистрали.

На значительном (или на всем) протяжении магистральные трубопроводы укладывают в грунт ниже или выше нулевой изо­ термы. Глубина заложения определяется условиями обеспечения механической прочности трубопроводов н их достаточной пропуск­ ной способности, а также технологическими соображениями.

Наблюдения над эксплуатируемыми трубопроводами и иссле­ дования показали, что глубина заложения должна в значительной мере обусловливаться технологическими факторами.

Механическая прочность трубопровода зависит от нагрузок, создаваемых внутренним давлением перекачиваемого продукта, от термических сил, возникающих при изменении температуры, от подвижных и других внешних нагрузок, передаваемых через грунт.

Ниже приводятся некоторые сведения о наиболее существен­ ных воздействиях на трубопровод в процессе его эксплуатации.

Уложенный в грунт трубопровод испытывает: внутреннее давление продукта;

давление грунта и действие подвижных нагрузок, а также нагрузок от собственного веса и веса продукта;

термические влияния (от изменения температуры грунта и продукта);

Я

химические и электрохимические воздействия грунта (вызы­ вающие коррозию внешней поверхности труб) и в некоторых слу­ чаях перекачиваемого продукта (вызывающие коррозию и эро­ зию внутренней поверхности труб).

Под влиянием механических нагрузок возникает сложно-напря­ женное состояние трубопровода. На его стенки действуют кольцевые (касательные) усилия, стремящиеся разорвать трубу по образую­ щей, кольцевые изгибающие моменты и продольные (осевые) усилия.

Кольцевые усилия Т на 1 см длины трубы, вызываемые избы­ точным внутренним давлением, составляют

Лвя — внутренний диаметр трубопровода в см.

ДАВЛЕНИЕ ГРУНТА, ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОДВИЖНОЙ НАГРУЗКИ II ОСЕДАНИЕ ДНА ТРАНШЕИ

Форма дна (основания) траншеи, род грунта и степень уплот­ нения засыпки оказывают большое влияние на величину кольце­ вых моментов, действующих на стенки трубопровода. Централь­ ный угол охвата трубопровода основанием траншеи 2а (рис. 1)

сказывается на боковом давле­ нии, так как оно прямо про­ порционально коэффициенту выступания трубы из основа­ ния. При угле охвата 2а = 180° боковое давление в три раза меньше, чем при 2а = 30°.

В е р т и к а л ь н о е д а в л е н и е GB при хорошем уплот­ нении пазух между трубой и стенками траншеи может быть опре­ делено по формуле проф. Л. М. Емельянова [1 ]

4

Давление грунта и действие нагрузок, приложенных к его поверхности, вызывают в стенках трубы кольцевое усилие N и изгибающий момент М.

5

При пересечении трассой шоссейных и железных дорог трубо­ провод укладывают в специальной обсадной трубе (футляре) большего диаметра, чем основная труба. В этом случае все внешние механические воздействия воспринимаются футля­ ром.

В процессе эксплуатации возможны нарушение плотности за­ сыпки траншеи ц связанное с ним изменение условий работы тру­ бопровода. Чаще всего это вызывается оседанием основания. Оседание происходит при рыхлом грунте с нарушенной структурой и подмыве дождевыми н талыми водами, проникающими через засыпку. Наиболее вероятно оседание в первые годы эксплуата­ ции.

Изменения основания приводят к провисанию трубопровода и возникновению в нем дополнительных напряжений изгиба от

6

Рис. 2. Положение трубопровода на подмытом осно­ вании.

I — длина провисшего участка.

При сложно-напряженном состоянии провисшего трубопровода появляются новые факторы — изгиб трубы (с зажатыми в грунте концами), испытывающей одновременное влияние продольных сил и кольцевых нагрузок от внутреннего давления.

где / — момент инерции в см*.

7

Значения /(и) следующие.

Сложно-напряженное состояние трубопровода снижает де­ формационную способность металла. При больших напряжениях труба или сварной стык, имеющий концентраторы напряжений (непровар, насечка и т. п.), может хрупко разрушиться (появится хрупкая трещина).

Значительные дополнительные напряжения создаются при укладке трубопровода на неровное, плохо спланированное осно­ вание.

УПРУГАЯ ДЕФОРМАЦИЯ СТЕНОК

Внешние нагрузки, действующие на трубопровод, стремятся его деформировать (сплющить). Характер деформаций зависит от того, находится ли трубопровод под внутренним давлением.

Если внутреннее давление отсутствует, радиальные перемеще­ ния любой точки стенки трубы под действием двух равных, проти­ воположно направленных сил Р (рис. 4) могут быть определены [1 ] из выражения

Знак минус указывает, что деформация распространяется внутрь трубы. Положительная величина свидетельствует о пере­ мещении наружу.

В точке, расположенной на боковой поверхности, при ф = 90° перемещения

Е — модуль упругости стали в кГ/см2;

/ = — момент инерции продольного сечения стенки в сж4;

Ь— длина рассматриваемого элемента трубы в см;

8