Задача №3
Определение толщины стенки подземного трубопровода. Проверка прочности подземного трубопровода. Проверка трубопровода по деформациям. Проверка общей устойчивости подземного трубопровода в продольном направлении
Магистральные и промысловые трубопроводы находятся в процессе эксплуатации в сложном напряженном состоянии, подвергаясь воздействию не только внутреннего давления, но и многих других нагрузок, проявляющихся в особых ситуациях.
Под прочностью трубопровода будем понимать его способность сопротивляться внутренним и внешним нагрузкам без разрушения. Прочность является сложной функциональной зависимостью между несущей способностью материала, из которого сделаны различные конструкции трубопровода (прямые участки, кривые, отводы, тройниковые соединения и т.п.) и усилиями, возникающими в этих конструкциях под действием внутренних и внешних нагрузок.
Поскольку разрушение трубопроводных конструкций происходит, когда их несущая способность оказывается недостаточной для восприятия действующих в них усилий, то обеспечение прочности трубопровода может достигаться как регулированием физико-механических характеристик материала труб, их размеров (диаметра, толщины стенки), так и изменением величины усилий, действующих в элементах конструкций.
Под устойчивостью трубопровода будем понимать его способность сохранять первоначальное положение при самом неблагоприятном сочетании нагрузок и воздействий.
Расчет трубопроводов на прочность и устойчивость включает определение толщины стенок труб и соединительных деталей, проведение проверочного расчета принятого конструктивного решения на неблагоприятные сочетания нагрузок и воздействий с оценкой прочности и устойчивости рассматриваемого трубопровода, включая оценку устойчивости положения (против всплытия).
-
Определение толщины стенки подземного трубопровода.
Расчет ведется согласно СНиП 2.05.06-85* (по безмоментной теории расчета, как для оболочки, работающей на внутреннее давление).
Толщина стенки трубы, работающей под давлением, определяется по формуле:
, |
(3.1) |
где n – коэффициент надежности по нагрузке, в нашем расчете - по рабочему давлению, принимается равным для нефтепроводов условным диаметром до 700 мм и всех газопроводов – 1,1; для нефтепроводов диаметров больше 700 мм – 1,15;
R1 – расчетное сопротивление материала труб растяжению или сжатию:
, |
(3.2) |
где - нормативное сопротивление растяжению или сжатию материала труб и сварных швов, равное минимальному значению (табл. 3,5);
- коэффициент условий работы (зависит от категории трубопровода, принимается в соответствии со СНиП 2.05.06-85*) (табл. 3.1);
- коэффициент безопасности по материалу (зависит от характеристики трубы и марки стали) (табл. 3.2);
- коэффициент надежности по назначению трубопровода (зависит от вида перекачиваемого продукта, диаметра и давления) (табл. 3.3).
При наличии в трубопроводе продольной силы используется формула:
, |
(3.3) |
где - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб:
, |
(3.4) |
где - продольное осевое напряжение о расчетных нагрузок и воздействий, МПа.
Если >0, то напряжения растягивающие и =1.
, |
(3.5) |
где - коэффициент линейного расширения металла труб, град-1;
- перепад температур (принимается со знаком + при нагревании);
- модуль упругости стали;
- коэффициент Пуассона, равен 0,3.
Толщина стенки трубопровода, определенная по формулам (3.1) и (3.3),
округляется в большую сторону до ближайшей номинальной в сортаменте труб и обозначается н .
Таблица 3.1 Коэффициент условий работы
Категория магистральных трубопроводов и их участков |
|
В |
0,6 |
I |
0,75 |
II |
0,75 |
III |
0,9 |
IV |
0,9 |
Таблица 3.2 Коэффициент надежности по материалу
Характеристика труб |
Значение k1 |
Термически упрочненные трубы из стали марки Х60 |
1,34 |
Прямошовные экспандированные трубы из стали марки 16Г2САФ, 14Г2САФ, 17Г1С, 17ГС |
1,4 |
Горячекатанные термически упрочненные трубы из стали марки 14Г2САФ, 14ХГС, 10Г2С1, 09Г2С |
1,34 |
Спиральношовные трубы из горячекатанной низколегированной стали марки 17Г2СФ, 17Г1С |
1,4 |
Таблица 3.3 Коэффициент надежности по назначению
Условный диаметр трубопроводов Dу, мм |
Значение коэффициента надежности |
|||
Для газопроводов, в зависимости от внутреннего давления, Р, МПа |
Для нефте- и продуктопроводов |
|||
500 и менее |
1 |
1 |
1 |
1 |
600-1000 |
1,05 |
1,05 |
1,05 |
1 |
1200 |
1,05 |
1,05 |
1,1 |
1,05 |
1400 |
1,05 |
1,1 |
1,15 |
- |