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).

1. 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	-