Учебное пособие СМТ

УДК 621.644

Типовые расчеты по сооружению промысловых и магистральных трубопроводов: Учебное пособие/ В.А. Иванов, А.В. Рябков, С.В. Кузьмин

–Тюмень: ТюмГНГУ, 2005.- 100с.

Вданном методическом указании приведена методика определения толщины стенок магистральных трубопроводов, рассмотрены расчеты на прочность и устойчивость подземных и наземных трубопроводов.

Описаны основные методы и выполнены расчеты по строительству подводных трубопроводов, а также представлен расчет однопролетного балочного надземного трубопровода.

Данное учебное пособие разработано для студентов, обучающихся по специальности 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ».

Илл. 12, табл. 1.

Рецензенты:

Доцент кафедры «Теоретической и прикладной механики», к.т.н. Гуляев Б.А.;

Главный инженер ОАО «Газснаб» Зыков А.Н.

©Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2005

Основные физические характеристики стали для труб

Содержание

Введение………………………………………………………………….7

Часть I. Прочность и устойчивость подземных

иназемных трубопроводов…………………………………...8

1.1.Расчет толщины стенки трубопроводов……………………….….8

1.2.Проверка прочности и деформаций подземных и наземных трубопроводов….……………………...........................................11

1.3.Проверка общей устойчивости подземных трубопроводов

впродольном направлении …..……………………….………....15

1.4.Расчет общей устойчивости прямолинейных наземных трубопроводов в насыпях......…..………………………...….......20

1.5.Расчет устойчивости наземных трубопроводов в насыпи

2.2.Расчет укладки трубопровода с поверхности воды……………..41

2.3.Расчет подводного трубопровода в строительный период методом протаскивания…………………………………………..45

2.4.Расчет надземного перехода без компенсации продольных деформаций………………………………………..………......…..50 Список литературы………...……..……………………………….55

Приложение 1. Значение коэффициента надежности

по нагрузке n………………………………………………………56

Приложение 2. Сортамент стальных труб большого диаметра отечественного и импортного производства…………..58 Приложение 3. Значение коэффициента условий работы

трубопровода m …………………………………………………….61

Приложение 4. Значение коэффициента надежности

по материалу k1 …………………………………………………….62

Приложение 5. Значение коэффициента надежности

по назначению трубопровода kн …………………………………62

Приложение 6. Расчетные характеристики уплотненны влажных грунтов средней полосы РФ ……………………………63

Приложение 7. Номограмма для определения

коэффициента βy ……………………………………………………63

Приложение 8. Номограмма для определения рациональной расстановки трубоукладчиков в изоляционно-укладочной колонне …………………………………………………………….64

Приложение 9. Значение коэффициента надежности

по материалу k2 ……………………………………………………64

Приложение 10. Изоляционные материалы ……………………..65 Приложение 11. Конструкция битумно-резиновой изоляции ….66 Приложение 12. Железобетонные седловидные грузы для балластировки трубопроводов ……………………………………66

Приложение 13. Чугунные кольцевые грузы для балластировки трубопроводов …………………………………….66

Приложение 14. Значение коэффициента kгр …………………….67

Приложение 15. Значение максимальной нагрузки на

один винтовой анкер Nанк .................................................................67

Приложение 16. Зависимость n от q1 q2 ………………………….68

Приложение 17. Зависимость ψ1 ψ2 от q1 q2 …………………….68

Приложение 18. Тяговые усилия механизмов при протаскивании ……………………………………………………..69

Приложение 19. Пример оформления практического задания …69

Введение

В энергетическом балансе нашей страны одно из первых мест занимает углеводородное сырье. Это определило большие объемы добычи и транспортировки нефти и газа. Систематическое повышение мощности сооружаемых нефтегазопроводов, рост их протяженности, использование крупномасштабного оборудования для подготовки углеводородного сырья к транспортировке определяют большую металлоемкость нефтяной и газовой промышленности. Ежегодно расходуется несколько миллионов тонн стали, в основном в виде труб. Необходимость стабильного обеспечения промышленности сырьем и топливом, высокая экологическая опасность углеводородного сырья (особенно наличие в продукте сероводорода) предъявляют жесткие требования к работоспособности трубопроводов [4]. Работоспособность и безопасность во многом зависят от того, насколько качественно был спроектирован и построен трубопровод, насколько были учтены все возможные факторы, негативно влияющие на трубопровод. При строительстве трубопроводов в грунтах с низкой несущей способностью происходят значительные перемещения трубопроводов. В этих условиях прочность и устойчивость, закладываемая на стадиях проектирования и строительства, являются одним из основных элементов обеспечивающих надежную и безаварийную работу магистральных трубопроводов.

При транспортировке нефти и газа по трубопроводам потери перекачиваемого продукта (по сравнению с другими видами транспорта) минимальны благодаря высокой степени герметизации трубопроводов и перекачивающего оборудования. Непрерывность и равномерность подачи продукта по трубопроводу позволяет обеспечить ритмичную четкую работу производств, получающих топливо (или сырье) по трубопроводам. Нужно отметить и такой важный фактор, как возможность быстрого строительства трубопроводов большой протяженности в самых сложных условиях [2].

I. ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ

ИНАЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

1.1.Расчет толщины стенки трубопроводов

Расчетную толщину стенки трубопроводов следует определять по

формуле [5]:

где np – коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления (приложение 1);

P – рабочее давление в трубопроводе, МПа; Dн – наружный диаметр трубопровода, м;

R1 – расчетное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, МПа:

где R1н - нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, следует принимать равным минимальному значению временного сопротивления σвр, установленного государственным стандартам и техническим условиям на трубы (приложение 2);

m – коэффициент условий работы трубопровода (приложение 3); k1 - коэффициент надежности по материалу (приложение 4);

kн - коэффициент надежности по назначению трубопровода (приложение 5).

Полученная толщина стенки трубопровода округляется в большую сторону до ближайшей в сортаменте труб (приложение 2).

Затем необходимо рассчитать продольные осевые напряжения σпрN по формуле:

(1.4)

Если продольные осевые напряжения будут иметь отрицательное значение (σпрN < 0), то величина δ корректируется по следующей формуле:

(1.5)

где ψ1 – коэффициент учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, определяемый при сжимающих продольных осевых напряжениях (σпрN < 0) по формуле:

Толщина стенки трубопровода, определенная по формулам (1.1) и (1.5) округляется в большую сторону до ближайшего значения в сортаменте труб.

Принятая толщина стенки труб должна быть не менее 4 мм, т.е. удовлетворять условию [5]:

Пример. Определить толщину стенки для участка газопровода III категории.

Исходные данные: Dн = 1,22 см; P = 7,5 МПа; t = 48оС; сталь

08Г2СФТ;

завод изготовитель – Новомосковский металлургический завод (НМЗ)

ТУ 14-3-988-81.

R1н = σвр = 560 МПа; m = 0,9; k1 = 1,47; kн = 1,05; np = 1,1.

R1 = 560 × 0,9 = 326,53 МПа. 1,47 ×1,05

Определяем толщину стенки газопровода по формуле (1.1):

Полученное значение толщины стенки округляем до ближайшего в большую сторону по сортаменту δ = 0,0168 м.

Dвн = 1,22 - 2 ×0,0168 =1,1864 м.

Проверяем наличие продольных осевых сжимающих напряжений по формуле (1.3):

σпр N = -12 ×10−6 × 2,1×105 × 48 + 0,151,1×7,5×1,1864 = -33,569 МПа. 0,0168

Знак минус последнего результата указывает на наличие продольных осевых сжимающих напряжений, поэтому необходимо определить по формуле (1.6) значение коэффициента ψ1, учитывающего двухосное напряженное состояние металла труб:

По формуле (1.5) пересчитываем значение толщины стенки газопровода: