1.5 Расчетна прочность и устойчивость магистрального нефтепровода

Проверку на прочность подземных трубопроводов в продольном направлении производят по условию (3.5.1)

где R - расчетное сопротивление материала МПа;

- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб. При растягивающих осевых продольных напряжениях (0) =1,0 , при сжимающих осевых продольных напряжениях (<0) определяется по формуле (3.5.2)

= ,

где - кольцевые напряжения в стене трубы от расчетного внутреннего давления, равные по формуле (3.5.3)

==

тогда

=

Следовательно, = 0,303x327,85=99,48МПа

Так как , то выше поставленное условие прочности трубопровода выполняется.

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопроводов проверку производят по условиям (3.5.4) и (3.5.5)

где - максимальные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, МПа;

- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла трубы;

- кольцевые напряжения в стенках трубопровода от нормативного внутреннего давления, МПа;

нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали и в расчетах принимается , МПа.

Вычисляем комплекс:

где =363 МПа.

Для проверки по деформациям находим кольцевые напряжения от действия нормативной нагрузки – внутреннего давления по формуле (3.5.7)

Вычисляем коэффициент  по формуле (3.5.8)

Находим максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе по формуле (3.5.6)

=

где - радиус упругого изгиба оси трубопровода, м;

Принимаем минимальный радиус изгиба 1000 м.

=

=

–условие (3.5.5) выполняется.

–условие (3.5.4) не выполняется.

Так как проверка на недопустимые пластичные деформации не соблюдается, то для обеспечения надежности трубопровода при деформациях

необходимо увеличить минимальный радиус упругого изгиба

Проверку общей устойчивости трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы производят по неравенству (3.5.10)

,

где S – эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода, определяемая по формуле (3.5.11), МПа;

F- площадь поперечного сечения металла трубы,.

Для труб круглого сечения

Тогда эквивалентное осевое усилие в сечении трубопровода и площадь сечения металла трубы составит

Определяем нагрузку от собственного веса металла трубы по формуле (3.5.17)

_где n_св - коэффициент надежности по нагрузкам от действия собственного веса, равный 1,1; а при расчете на продольную устойчивость и устойчивость положения равный 0,95;

_γм – удельный вес металла труб, принимаемый равным 78500 Н/ м³.

Определяем нагрузку от собственного веса изоляции по формуле (3.5.18)

Определяем нагрузку от веса нефти, находящегося в трубопроводе единичной длины по формуле (3.5.19)

Определяем нагрузку от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачивающей нефтью по формуле (3.5.16)

Определяем среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом по формуле (3.5.15)

где n_гр – коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, равный 0,8;

γ_гр – удельный вес грунта [1, табл. 3.5.1], кН/м³;

h₀ – глубина заложения трубопровода [1, табл. 3.5.2], м;

q_тр – расчетная нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемой нефтью, Н/м.

Определяем сопротивление грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины по формуле (3.5.14)

где С_гр – коэффициент сцепления грунта [1, табл. 3.5.1], кПа

Определяем сопротивление вертикальным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины и осевой момент инерции по формулам (3.5.20) и (3.5.21)

Определяем критическое усилие для прямолинейных участков в случае пластической связи трубы с грунтом по формуле (3.5.13)

Следовательно,

Определяем продольное критическое усилие для прямолинейных участков подземных трубопроводов в случае упругой связи с грунтом по формуле

где k₀ - коэффициент постели грунта при сжатии [1, табл. 3.5.3], МН/м³.

Следовательно,

Проверка общей устойчивости трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы производят по неравенству (3.5.10) обеспечена

Проверяем общую устойчивость криволинейных участков трубопроводов, выполненных с упругим изгибом. По формуле (3.5.25)

где R_β – радиус упругого изгиба трубопровода, соответствующий рельефу дна траншеи.

По номограмме рисунок 2, в зависимости от параметров инаходим β_N=19,5.

Рисунок 2- Номограмма для определения коэффициента β_nпри проверке устойчивости криволинейного трубопровода

Определяем критическое усилие для криволинейных участков трубопровода по формулам (3.5.23) и (3.5.24)

Из двух значений выбираем наименьшее и проверяем условие (3.5.10)

Условие устойчивости криволинейных участков выполняется.