-
Проверка прочности подземного трубопровода.
Подземные и наземные (в насыпи) трубопроводы в соответствии с нормами СНиП 2.05.06-85* проверяются на прочность в продольном направлении и на отсутствие недопустимых пластических деформаций.
Прочность в продольном направлении проверяется по условию:
, |
(3.6) |
где - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб.
При , значение =1 – при растягивающих продольных напряжениях. При сжимающих :
, |
(3.7) |
где - кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления, МПа:
. |
(3.8) |
-
Проверка трубопровода по деформациям.
Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопроводов в продольном и кольцевом направлениях проверку производят по условиям (3.9 и 3.10):
, |
(3.9) |
, |
(3.10) |
где kн – коэффициент надежности, принимаемый по табл. 3.3;
- нормативное сопротивление металла трубы: , МПа;
- кольцевые напряжения от нормативного давления:
(3.11) |
- абсолютное значение максимальных суммарных продольных напряжений в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий (от давления, от температурных воздействий и упругого изгиба):
(3.12) |
где - минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода в соответствии со СНиП 2.05.06-85*, табл. 3.4; .
Таблица 3.4. Минимально допустимые радиусы упругого изгиба
Dу,мм |
1400 |
1200 |
1000 |
800 |
700 |
600 |
500 |
1300 |
1100 |
900 |
750 |
650 |
550 |
500 |
- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб.
При растягивающих суммарных продольных напряжениях , . При сжимающих суммарных напряжениях <0:
(3.13) |
Если одно из проверяемых условий (3.9) или (3.10) не выполняется, следует либо подобрать другую марку стали с лучшими механическими характеристиками, либо увеличить толщину стенки трубы до ближайшей большей по сортаменту, и повторить расчет.
-
Проверка общей устойчивости подземных трубопроводов в продольном направлении.
Проверка общей устойчивости подземного трубопровода в продольном направлении выполняется по СНиП 2.05.06-85* в плоскости наименьшей жесткости системы из условия:
, |
(3.14) |
где - коэффициент условий работы трубопровода;
- продольное критическое усилие, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода, определяется по формулам (3.16) для прямолинейных и по (3.22) для криволинейных участков трубопроводов;
- продольное осевое усилие в сечении трубопровода, возникающее от расчетных нагрузок и воздействий.
Так, с учетом нагрузки от внутреннего давления и температурных воздействий при отсутствии компенсации продольных перемещений, просадок и пучения грунта:
(3.15) |
где - кольцевые напряжения в стенках трубопровода от расчетного внутреннего давления, определяемые по формуле (3.8);
F – площадь поперечного сечения трубы, м2.
Для прямолинейных участков подземных трубопроводов продольное критическое усилие находится последующей формуле:
(3.16) |
где - сопротивление грунта вертикальным перемещениям трубы;
- сопротивление грунта продольному перемещению трубы, приходящееся на единицу длины трубопровода:
(3.17) |
где - предельное сопротивление грунта сдвигу:
(3.18) |
здесь - угол внутреннего трения грунта;
- коэффициент сцепления грунта;
- среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом:
(3.19) |
где - коэффициент перегрузки веса грунта, принимаемый в расчетах на устойчивость равным 0,8;
- объемный вес грунта;
- высота слоя засыпки от верхней образующей трубопровода до дневной поверхности, см (по СНиП 2.05.06-85* минимальная высота слоя засыпки принимается в зависимости от условий местности и диаметра трубопровода от 60 до 110 см);
- вес единицы длины трубопровода с перекачиваемым продуктом:
(3.20) |
где и - коэффициенты перегрузки соответственно для собственного веса трубопровода и веса перекачиваемого продукта, при расчете на устойчивость ,
Сопротивление грунта вертикальным перемещениям трубы определяется по формуле:
(3.21) |
Для криволинейных участков трубопровода, выполненных упругим изгибом, продольное критическое усилие подсчитывается по формуле:
(3.22) |
Коэффициент находится по номограмме (рис. 3.1) в зависимости от параметров и, вычисленных следующим образом:
(3.23) |
|
(3.23) |
где - радиус упруго изгиба трубопровода.
Рис. 3.1. Номограмма для определения коэффициента при проверке устойчивости криволинейного трубопровода (стрелками показано, как определяется значение при Z и ).
Марки, свойства и размеры стальных труб для газонефтепроводов приведены в табл. 3.5.
Геометрические характеристики труб, наиболее часто используемые в расчетах магистральных трубопроводов:
Площадь поперечного сечения стенок труб:
Осевой момент инерции:
Осевой момент сопротивления поперечного сечения трубопровода:
Радиус инерции поперечного сечения трубы:
Нагрузка от собственного веса металла трубопровода: ;
Нагрузка от веса транспортируемого продукта:
Варианты задачи №3 приведены в таблице 3.6.
Таблица 3.5
№ |
Марка стали |
Размеры труб, мм |
Механические свойства |
||
|
|
Толщина стенки |
,Мпа не менее |
, Мпа не менее |
|
1.Термически упрочненные трубы |
|||||
1 |
Х60 |
1420 |
16,5; 17,5; 19,5; 20,5; 25 |
600 |
420 |
2 |
Х60 |
1220 |
10,5; 12,5 |
600 |
420 |
П. Прямошовные экспандированные трубы |
|||||
3 |
16Г2САФ |
1020 |
9; 10; 10,5; 12 |
600 |
420 |
4 |
14Г2САФ |
1220 |
11; 11,5; 13; 15 |
570 |
400 |
5 |
|
1020 |
9,5; 10; 11; 12,5; 14 |
570 |
400 |
6 |
17Г1С |
1220 |
12; 12,5; 14,5; 15,2 |
520 |
360 |
7 |
|
1020 |
10,11, 12, 14 |
520 |
360 |
8 |
17ГС |
820 |
8,5; 9; 10; 10,5; 11, 12 |
520 |
360 |
9 |
|
720 |
7,5; 8; 8,5; 9; 10; 11; 12 |
520 |
360 |
10 |
|
530 |
6; 6,5; 7; 7,5; 8; 9 |
520 |
360 |
Ш. Горячекатанные прямошовные трубы |
|||||
11 |
14Г2САФ |
1020 |
10, 11,5 |
550 |
380 |
12 |
14ХГС |
1020 |
10,5; 11; 12; 12,5 |
500 |
350 |
13 |
|
720 |
7,5; 8; 9; 10,5; 11 |
500 |
350 |
14 |
|
530 |
7,5;.8; 9 |
500 |
350 |
15 |
10Г2С1 |
530 |
7; 8; 9 |
500 |
360 |
16 |
09Г2С |
530 |
7; 8; 9 |
500 |
350 |
IV. Спиральношовные трубы |
|||||
17 |
17Г2СФ |
1220 |
12 |
550 |
380 |
18 |
|
1020 |
10; 11,5 |
550 |
380 |
19 |
|
820 |
8; 9,5; 10; 11; 11,5 |
550 |
380 |
20 |
17Г1С |
1220 |
12,5 |
520 |
360 |
21 |
|
1020 |
10,5 |
520 |
360 |
22 |
|
820 |
8; 10; 11,5; 12 |
520 |
360 |
23 |
|
720 |
7,5; 8; 8,5; 9; 10; 10,5; 12 |
520 |
360 |
Таблица 3.6
№ вар |
Вид тр-да |
Категория участка тр-да |
Рабочее (нормат) давление Р, МПа |
Наружный диаметр тр-да Dн, мм |
Характе-ристика Труб (см.табл. 3.5) |
Марка стали (см. табл. 3.5) |
Темпе-ратурный перепад |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
0 |
Газо-провод |
IV |
8,5 |
1220 |
2 |
2 |
40 |
1 |
I |
7,5 |
1420 |
1 |
1 |
30 |
|
2 |
II |
7,0 |
1220 |
4 |
4 |
35 |
|
3 |
III |
6,5 |
1020 |
3 |
3 |
40 |
|
4 |
IV |
8,5 |
820 |
8 |
8 |
50 |
|
5 |
III |
6,5 |
720 |
13 |
13 |
60 |
|
6 |
Нефте-провод |
I |
6,0 |
1020 |
5 |
5 |
40 |
7 |
II |
5,5 |
820 |
19 |
19 |
45 |
|
8 |
III |
5,0 |
720 |
9 |
9 |
35 |
|
9 |
В |
6,0 |
530 |
24 |
24 |
50 |
|
10 |
IV |
7,5 |
1220 |
20 |
20 |
40 |
Для всех вариантов принять:
Коэффициент линейного расширения металла трубы -
Модуль упругости металла -
Плотность материала трубы - ρ
Вес изоляции и футеровки -
Плотность нефти – ρ
Весом газа в тубе – пренебречь.
Высота слоя засыпки – для диаметров 1220 и 1420 – 1м, для остальных принять 0,8м
Плотность грунта - ρ
Угол внутреннего трения грунта -
Коэффициент сцепления грунта – сгр = 3кПа