Определение толщины стенки подземного трубопровода

Определяем толщину стенки подземного трубопровода.
Расчет ведем согласно СП 36.13330.2010 (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:
δ=n∙P∙Dн2∙R1+n∙P ,
(1.1)
где n – коэффициент перегрузки по рабочему давлению, принимается равным для всех газо- и нефтепроводов условным диаметром до 700 мм – 1,1, а свыше 700 мм – 1,15;
R1 – расчетное сопротивление материала труб растяжению или сжатию:
R1=R1нmk2∙kн ,
(1.2)
где R1н- нормативное сопротивление растяжению или сжатию материала труб и сварных швов, равное минимальному значению σвр (табл. 1.5) σвр = R1н=570 МПа;
m - коэффициент условий работы (зависит от категории трубопровода,
принимается в соответствии со СП 36.13330.2010) (табл. 1.1), т = 0,75;
k2 - коэффициент безопасности по материалу (зависит от характеристики трубы и марки стали) (табл. 1.2), k2 = 1,15;
kн - коэффициент надежности (зависит от вида перекачиваемого продукта, диаметра и давления) (табл. 1.3), kн = 1,05.
R1=5700,751,15∙1,05=354 МПа.
Тогда
δ=1,15∙7∙12202∙354+1,15∙7=13,6 мм.
При наличии в трубопроводе продольной силы используем формулу:
δ1=n∙P∙Dн2∙ψ1∙R1+n∙P ,
(1.3)
где ψ1 - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние
металла труб:
ψ1=1-0,75[σпрN]R12-0,5[σпрN ]R1 ,
(1.4)
где σпр N -продольное осевое напряжение от расчетных нагрузок и
воздействий, МПа.
Если σпр .N >0, то напряжения растягивающие и ψ1 =1.
σпрN=-α∙E∙∆t+0,25n∙P∙Dвн2δ ,
(1.5)
где α=1,2· 10-5 град-1 - коэффициент линейного расширения металла трубы;
Е = 2,06 ·105 МПа – модуль упругости стали;
Δt – перепад температур (принимается со знаком +при нагревании).
σпрN=-1,2∙10-5∙2,1∙105∙30+0,251,15∙7∙1220-2∙13,62∙13,6=12,65 МПа.
σпр .N >0, то напряжения растягивающие и ψ1 =1.
Тогда толщина стенки трубопровода с учетом продольных сил
δ1=1,15∙7∙12202∙1∙354+1,15∙7=13,56 .
Принимаем толщину стенки 15 мм.
Проверка прочности подземного трубопровода.
Проверка прочности подземного трубопровода в соответствии со СП 36.13330.2010 выполняем по формуле:
σпр .N≤ψ2R1, (1.6)
где ψ2 - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, σпр.N ≥ 0, значение ψ2 =1 при растягивающих продольных напряжениях.
При сжимающих (σпр.N < 0):
ψ2=1-0,75σкцR12-0,5σкцR1,
(1.7)
где σкц - кольцевые напряжения от расчётного внутреннего давления, МПа,
σкц= n∙P∙Dвн2∙δ ,
(1.8)
σпр.N ≥ 0, то значение ψ2 =1.
Условие прочности выполняется 12,65 МПа ≤354 МПа.
Проверка прочности по деформациям
Проверка проводится по следующим условиям (1.9 и 1.10):
σпрNн≤ψ3∙ckн∙R2н,
σкцн≤ckн∙R2н
(1.9)
(1.10)
где с – коэффициент, принимаемый: для трубопроводов III и IV категорий = 1,0, для II и I категорий = 0,85; для категорий В = 0,65;
kн - коэффициент надежности (зависит от вида перекачиваемого продукта, диаметра и давления) (табл . 1.3), kн = 1,05;
R2н - нормативное сопротивление металла трубы: R2н = σт min , МПа;
σкцн - кольцевые напряжения от нормативного давления, σкцн= P∙Dвн2∙δ , МПа:
σкцн= 7∙11902∙15=277,7 МПа.
[σпрNн] – абсолютное значение максимальных суммарных продольных напряжений в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий (давления, температурных воздействий, упругого изгиба), МПа:
σпрNн=0,15Р∙Dвнδ-α∙Е∙∆t±E∙Dн2∙Rmin ,
(1.11)
где Rmin – минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода в соответствии со СНиП 2.05.06-85*, табл. 3.4; Rmin ≈ Dвн, Rmin = 1100 м.
Ψ3 – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб.
σпрNн=0,157∙Dвнδ-α∙Е∙∆t±E∙Dн2∙Rmin ,
(1.11)
При растягивающих суммарных продольных напряжениях σпрNн≥0, ψ3=1.
При сжимающих суммарных продольных напряжениях σпрNн< 0:
ψ4=1-0,75σнкцсkнRн22-0,5σнкцсkнRн2 , (1.12)
σпрNн+=0,157∙1,190,015-1,2∙10-5∙2,1∙105∙30+2,1∙105∙1,222∙1100=124,2 МПа
σпрNн-=0,157∙1,190,015-1,2∙10-5∙2,1∙105∙30-2,1∙105∙1,222∙1100= -108,8 МПа
Проверку выполняем по наибольшим по абсолютному значению продольным напряжениям σ нпрN, МПа. При σпрNн≥0, ψ3=1.
124,2 МПа≤10,851,05400 МПа,
124,2 МПа≤323,8 МПа.
277,7 ≤323,8 МПа.
Условия прочности трубопровода на предотвращение недопустимых пластических деформаций выполняются.
Проверку общей устойчивости трубопровода в продольном направлении.
Проверку общей устойчивости подземного трубопровода в продольном направлении выполняется по СП 36.13330.2010 в плоскости наименьшей жесткости системы из условия:
S≤mNкр ,
(1.13)
где m - коэффициент условий работы трубопровода;
Nкр — продольное критическое усилие, Н или МН, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода, определяться по формулам (1.15) для прямолинейных и по (1.21) для криволинейных участков трубопроводов;
S - 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 пучений грунта:
S=αt∙E∙∆t-μ∙σкц∙F,
(1.14)
где σкц - кольцевые напряжения в стенках трубопровода от расчётного внутреннего давления, определяется по формуле (1.8)
σкц= 1,15∙7∙11902∙15=319,3 МПа
Геометрические характеристики труб:
Осевой момент инерции: I=π64Dн4-Dвн4
I=π641,224-1,194=0,01 м4
Площадь поперечного сечения стенок труб: F= π4Dн2-Dвн2.
F= π41,222-1,192=0,057 м2
Для прямолинейных участков подземных трубопроводов продольное критическое усилие находим по формуле:
Nкр=411Ро 2∙qвп4∙F2∙E5∙I3 ,
(1.15)
где qв.п