Расчет основных характеристик газопровода на участке "Александровское-Раскино" (стр. 2 из 3)

Рисунок 2 - Расстановка лупингов по методу В.Г. Шухова

3. Расчет толщины стенки нефтепровода

Расчетная толщина стенки трубопровода определяется по формуле:

(18)

где n=1,1 - коэффицент надежности по нагрузке;

p= 4,6 МПа - рабочее давление;

D_н = 1,22 м - наружный диаметр трубы;

Расчетное сопротивление растяжению (сжатию) определим по формуле:

(19)

где m= 0,9 - коэффицент условий работы трубопровода, принимаемый по таблице 1 СНиП 2.05.06-85*;

k_н = 1,0 - коэффициент надежности по назначению трубопровода, принимаемый по таблице 11 [2];

k₁ = 1,34 - коэффициент надежности по материалу, прнимаемый по таблице 9 [2];

σ_вр = 550 МПа - нормативное сопротивление растяжению металла труб.

Тогда

369,4 МПа

0,00824 м ≈ 8 мм

С учетом припуска на коррозию 2 мм и на неравномерность проката 1мм толщина стенки принимается равной 11 мм.

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки следует определять из условия:

(20)

где

(21)

Величина продольных сжимающих напряжений равна:

, (22)

-26,106 МПа

Знак “минус” указывает на наличие осевых сжимающих напряжений.

Поэтому вычисляем коэффициент ψ₁, учитывающий двухосное напряженное состояние металла:

Пересчитываем толщину стенки нефтепровода:

0,00804 м ≈ 8 мм

Таким образом, ранее принятая толщина стенки равная δ = 0,008 м может быть принята как окончательный результат.

С учетом припуска на коррозию 2 мм и на неравномерность проката 1мм толщина стенки принимается равной 11 мм.

4. Проверка прочности и устойчивости трубопровода

4.1 Проверка на прочность подземного трубопровода в продольном направлении

Проверку на прочность трубопровода в продольном направлении следует производить из условия (согласно [2]):

(23)

где s_{пр. N}- продольное осевое напряжение от расчетных нагрузок и воздействий, МПа;

y₂ - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях (s_{пр. N}³ 0) принимаемый равным единице, при сжимающих (s_{пр. N}< 0) определяемый по формуле:

(24)

Кольцевые напряжения от внутреннего давления найдем по формуле:

275,54 МПа

Тогда

0,3904

Величина продольных сжимающих напряжений равна:

(25)

-26,106 МПа

144,2 МПа

Получили |-26,106 |≤144,2 - условие устойчивости выполняется.

4.2 Проверка на предотвращение недопустимых пластических деформации (по 2 условиям)

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов проверку необходимо производить по условиям:

(26)

(27)

где

- максимальные (фибровые) суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий;

y₃ - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; при растягивающих продольных напряжениях

принимаемый равным единице, при сжимающих - определяемый по формуле:

, (28)

Согласно исходным данным σ_т =380 МПа - нормативное сопротивление равное минимальному значению предела текучести.

Для прямолинейных и упруго-изогнутых участков трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений трубопровода, просадок и пучения грунта максимальные суммарные продольные напряжения от нормативных нагрузок и воздействий - внутреннего давления, температурного перепада и упругого изгиба

, МПа, определяются по формуле:

(29)

где ρ - минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода.

Нормативное значение кольцевых напряжений найдем по формуле:

250,49 МПа (30)

Находим коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла:

0,4915

Находим максимальные продольные напряжения в трубопроводе, подставляя в формулу в первом случае знак “минус", а во втором “плюс”:

105,7 МПа

-103,73 МПа

Дальнейший расчет ведем по наибольшему по модулю напряжению.

Вычисляем комплекс:

186,77 МПа

Получаем, что 105,7<186,77 МПа, то есть I условие выполняется.

II условие:

выполняется, так как 250,49 < 380 МПа.

4.3 Проверка общей устойчивости трубопровода

Для глинистого грунта принимаем С_гр=20 кПа, φ_гр=16⁰, γ_гр=16800 Н/м³ по таблице 4.3 источника [1, стр.112].

Находим внутренний диаметр по формуле (2), площадь поперечного сечения металла трубы и осевой момент инерции:

0,04176 м² (31)

2,61·10^-3 м⁴ (32)

Продольное осевое усилие в сечении трубопровода найдем по формуле:

(33)

6843651 Н

Нагрузка от собственного веса металла трубы по формуле:

(34)

где n_{c. в.} - коэффициент надежности по нагрузкам от действия собственного веса, равный 1,1; γ_м - удельный вес металла, из которого изготовлены трубы, для стали γ_м = 78500 Н/м³; D_н, D_вн - соответственно наружный и внутренний диаметры трубы.

3114,17 Н/м.

Нагрузка от веса нефти, находящегося в трубопроводе единичной длины:

9615,493 Н/м; (35)

Нагрузка от собственного веса изоляции для подземных трубопроводов:

(36)

где K_ип, К_об - коэффициент, учитывающий величину нахлеста, для мастичной изоляции K_ип=1; при однослойной изоляции (обертке) K_ип (K_об) =2,30;

δ_ип, ρ_ип - соответственно отлщина и плотность изоляции;

δ_об, ρ_об - соответственно отлщина и плотность оберточных материалов;

Для изоляции трубопровода лентой и оберткой “Полилен” (толщина δ_ип=δ_об=0,635 мм, плотность ленты “Полилен” ρ_ип=1046 кг/м³, плотность обертки “Полилен” ρ_ип=1028 кг/м³) имеем:

108,14 Н/м.

Таким образом, нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемой нефтью определится по формуле:

12837,8 Н/м;

Среденее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом найдем по формуле:

(37)

где n_гр - коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, принимаемый равным 0,8;