- •Введение
- •1 Назначение, состав и классификация магистральных трубопроводов
- •2. Виды и методы ремонта магистральных газопроводов
- •3 Трубы и соединительные детали
- •4 Отбраковка труб при капитальном ремонте
- •5 Ремонт труб сваркой
- •Механическая обработка
- •5.1 Сварка стыков труб, катушек и захлестов
- •5.2 Заварка технологических отверстий
- •6 Расчет подземного газопровода на прочность
- •7 Операционная технологическая карта
- •8 Список используемой литературы
6 Расчет подземного газопровода на прочность
И УСТОЙЧИВОСТЬ
Ремонтные работы проходили на 1982 км. газопроводе «Уренгой - Ужгород» силами бригады Можгинской ЛЭС. Производилась замена участка газопровода после проведения внутритрубной дефектоскопии.
На месте осуществления капитального ремонта диаметр и толщина стенки существующей трубы принята равной 1420х19.
6.1 Расчёт толщины стенки трубопровода.
Проверка соответствия толщины стенки существующего газопровода Ш категории выполнена в соответствии с [1].
Исходные данные для расчета имеют следующий вид:
наружный диаметр трубопровода Dн=1420 мм;
давление в трубопроводе Р=7.4 МПа;
тип трубопровода - газопровод
продукт – газ;
грунт – глина;
По сортаменту [1] выбираем трубы, изготовленные по ТУ-У-322-8-22-96 из стали 13 Г1СБ-У Харцызского трубного завода со следующими характеристиками:
временное сопротивление разрыву в=570 МПа, предел текучести т=470 Мпа.
коэффициент надежности по металлу трубы к1=1.34.
Определяем коэффициенты согласно [1]:
- коэффициент условий работы трубопровода, принимается в зависимости от
категории трубопровода. Так как проектируемый участок прокладывается
подземно через болота, то определяем, что такой участок
принадлежит к третьей категории, следовательно, m=0,9 ;
- коэффициент надежности по металлу, принимаемый по сортаменту, к1=1.34.
- коэффициент надежности по назначению трубопровода. Для трубопровода с
условным диаметром 1420 мм и внутренним давлением 7,4 МПа, кн=1,1;
-коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления nр=1,1.
Определяем расчетное сопротивление растяжению
(6.1)
где нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали ,
=в=570 МПа;
Рассчитываем толщину стенки , первоначально принимая 1=1.
(6.2)
Полученное значение
толщины стенки округляем до ближайшего большего по сортаменту, равного
δ =19,3 мм.
Продольные осевые напряжения рассчитаем по формуле
-
,
(6.3)
где t – расчетный перепад температур, 0С;
– коэффициент Пуассона, =0,3;
t – коэффициент линейного расширения металла, который равняется
t=1,210-5 1/0С;
Е – модуль Юнга, равный Е=2,06105 МПа;
nt – коэффициент надежности по температуре, nt=1;
Dвн – внутренний диаметр трубопровода, величина которого составляет:
(6.4)
Рассчитаем нормативные температурные перепады для района прокладки
трубопровода (республика Удмуртия) согласно СНиП 2.01.07 – 85*:
t1= -15˚C tVII= +20˚C ∆I = +20 ∆VII=6˚C.
Нормативные значения температуры наружного воздуха в холодное и теплое
время года:
(6.5)
(6.6)
расчетные значения:
Температурный перепад при замыкании трубопровода в холодное время года:
а при замыкании в летнее время:
В качестве расчетного температурного перепада принимаем набольшее
значение Δt= +50˚C
Рассчитаем продольные напряжения пр N:
(6.7)
Знак “минус” указывает на наличие осевых сжимающих напряжений, поэтому
необходимо определить коэффициент 1, учитывающий двухосное состояние
металла труб.
При пр N<0 1 определяется по формуле:
-
,
(6.8)
Для данного значения коэффициента 1 рассчитаем толщину стенки
трубопровода, по формуле (2.2)
Поскольку уточненная расчетная толщина стенки не превышает ранее принятую, проверяем выполнение условия Dн/140 < ,
10,14 <19,3.
Окончательно принимаем толщину стенки равную = 19,3мм.
6.2 Проверка толщины стенки на прочность
Подземные трубопроводы проверяются на прочность в продольном
направлении и на отсутствие пластических деформаций. Прочность в продольном направлении проверяется по условию (6.9).
-
R ,
(6.9)
Определяем кольцевые напряжения в стенке трубы от расчетного внутреннего
давления
-
.
(6.10)
Вычисляем коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние
металла труб. При растягивающих осевых продольных напряжениях ( 0)
=1.0 , при сжимающих ( <0) определяется по формуле
Проверяем выполнение условия прочности
R =0.27·348=93,96>|-38,53| МПа, условие выполняется, прочность в
продольном направлении обеспечивается.
6.3 Проверка трубопровода на деформацию
Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопроводов
проверку производят согласно условиям (6.11) и (6.12).
,
(6.11)
,
(6.12)
=
t
;
(6.13)
где
–
максимальные суммарные продольные
напряжения в трубопроводе от
нормативных нагрузок и воздействий, значение которых находится по формуле
(6.13).
где – радиус упругого изгиба оси трубопровода, равный
– коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб при растягивающих осевых продольных напряжениях;
– кольцевые напряжения в стенках трубопровода от нормативного (рабочего) давления, МПа;
нормативное сопротивление сжатию металла труб и сварных соединений, равное минимальному значению предела текучести, т.е. =т=470 МПа.
.
(6.14)
Определяем
кольцевые напряжения от действия
нормативного давления:
.
Проверяем выполнение условия 1.9
265МПа ,
265Мпа< 427.27 МПа.
Условие выполняется.
(6.15)
Определяем
коэффициент
:
Определяем суммарные продольные напряжения :
при <0, =0.533;
при >0, .
Для положительного температурного перепада
=
Проверяем выполнение условия
153Мпа < 227.74 МПа.
Условие выполняется, следовательно, вычисленная толщина стенки обеспечивает достаточную прочность и не допускает пластические деформации в продольном направлении.
, (6.16)
где - толщина стенки газопровода, мм;
- наружный диаметр трубы, мм;
- рабочее (нормативное) давление в трубе, Р=5,4 МПа;
- коэффициент надежности по внутреннему рабочему давлению;
=1,1 согласно табл.13* [1];
- расчетное сопротивление растяжению металла трубы, МПа, определяемое по формуле 4 [1]
, (6.17)
где - нормативное сопротивление одноосному растяжению металла труб и сварных соединений из условия работы на разрыв, равное минимальному значению временного сопротивления 560 Мпа ,
нормативное сопротивление сжатию металла труб и сварных соединений, следует принимать равным минимальному значению предела текучести 380 Мпа,
- коэффициент условий работы газопровода, = 0,75 согласно таблицы 1 [1] для газопровода категории I;
- коэффициент надежности по материалу, =1,34 в соответствии с табл.9 [1];
- коэффициент надежности по назначению трубопровода, =1,0 в соответствии с табл.11 [1] для газопроводов Ду=600-1000 мм и Р от 5.4 до 7.4 МПа;
- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб, определяемый по формуле 14 [1] :
, (6.18)
где - продольное осевое напряжение, МПа, определяемое от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической работы металла труб в зависимости от принятых конструктивных решений, определяемое по формуле 18 [1]
, (6.19)
где - коэффициент линейного расширения металла трубы =1,2.10 -5 град –1 согласно таблицы 13 [1]
- переменный параметр упругости (модуль Юнга), =2,06. 105 Мпа согласно таблицы 13 [1];
- переменный коэффициент поперечной деформации стали (коэффициент Пуассона), =0,3 согласно таблицы 13 [1];
- коэффициент надёжности по температуре, =1 согласно таблицы 13* [1];
- расчетный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании, согласно обозначений формулы 18 [1] °С;
- внутренний диаметр трубы, = 702 мм.
Абсолютное значение максимального положительного или отрицательного температурного перепада определяется для рассматриваемого частного случая соответственно по формулам согласно 24 [1]:
; (6.20)
и
, (6.21)
по формуле (6.17):
313 МПа.
Рассчитаем толщину стенки газопровода при ; , газопровод находится в состоянии растяжения:
по формуле (6.16): 6,7 мм.
Согласно проектных исходных данных толщина стенки газопровода равна 10 мм.
Рассчитаем толщину стенки газопровода при ; , газопровод находится в состоянии сжатия.
по формуле (6.19): 38 0С
по формуле (6.20): -89 0С
по формуле (6.18): = -31 МПа
по формуле (6.18): 282 МПа
по формуле (6.17): 1,0
по формуле (6.16): 6,7 мм<10 мм
Согласно п.8.24 [1] проверку на прочность подземных трубопроводов в продольном направлении следует производить из условия 15 [1]
, (6.22)
где - продольное осевое напряжение от расчетных нагрузок и воздействий, МПа, определяемое по формуле (6.19);
- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях принимаемый равным единице, при сжимающих - определяемый по формуле 16 [1]
, (6.23)
где - расчетное сопротивление растяжению металла трубы, МПа, определяемое по формуле (6.17);
- кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления, МПа, определяемые по формуле 17 [1]
, (6.24)
где - толщина стенки газопровода, мм;
- внутренний диаметр трубы, мм;
- рабочее (нормативное) давление в трубе, 5,4 МПа;
- коэффициент надежности по внутреннему рабочему давлению =1,1 согласно таблицы 13* [1]
По формуле (6.24): =208 МПа
По формуле (6.23): 0,48
Проверяем выполнение условия (6.22):
282 МПа 1.313=313 МПа - при растягивающих осевых продольных напряжениях .
МПа 0,48.313=150 МПа - при сжимающих осевых продольных напряжениях .
Условие выполняется.
Для предотвращения недопустимых пластических деформаций подземных трубопроводов проверку необходимо проводить по формуле 29 [1]
(6.25)
и формуле 30 [1]
(6.26)
где - максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, определяемые по формуле 33 [1]
(6.27)
где - коэффициент линейного расширения металла трубы =1,2.10 -5 град –1 согласно таблицы 13 [1]
- переменный параметр упругости (модуль Юнга), =2,06. 105 Мпа согласно таблицы 13 [1];
- переменный коэффициент поперечной деформации стали (коэффициент Пуассона), =0,3 согласно таблицы 13 [1];
- расчетный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании, согласно обозначений формулы 18 [1] °С;
- наружный диаметр трубы, = 1020 мм.
- коэффициент надежности по назначению трубопровода, =1,0 в соответствии с табл.11 [1] для газопроводов Ду=600-1000 мм и Р от 5.4 до 7.4 МПа;
- минимальный радиус упругого изгиба трубопровода, см =5000 см, так как изгиб в вертикальной плоскости
- кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления, Мпа, определяемые по формуле 32 [1]:
(6.28)
где - толщина стенки газопровода, мм = 16 мм;
- внутренний диаметр трубы, мм = 988 мм;
- рабочее (нормативное) давление в трубе, 7,5 МПа;
Мпа
- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; при растягивающих продольных напряжениях принимаемый равным единице, при сжимающих определяемый по формуле 31 [1]:
(6.29)
где - нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений =380 Мпа (согласно сертификата на трубу – см. приложение 1
По формуле (6.29):
По формуле (6.27) получаем 4 значения при и :
Проверяем крайние положительные и отрицательные значения по условию (6.25):
- условие выполняется;
- условие выполняется.
Проверяем по кольцевым напряжениям по формуле (6.26):
- условие также выполняется
Вывод: расчетом подтверждается, что данная труба отвечает требованиям и нормам проектирования, следовательно пригодна для ремонта