Практические работы. 1. МУ ПР мдк 0103. Методические указания для практических занятий по мдк. 01. 03 Технология сварочных работ при сооружении нефтегазовых объектов для обучающихся по специальности 22. 02. 06 Сварочное
 Скачать 2.85 Mb.
|
|
Тема 1.3. Трубы для нефте- и газопроводов. Практическая работа № 2 «Оценка свариваемости трубных сталей.» Цель занятия: Получение практических навыков оценки свариваемости трубных сталей. Проверяемые результаты обучения: ДК 1.2, 1.3. ОК 2. Оборудование и материалы: 1.СП 36.13330.2012 «Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85* (с Изменениями N 1, 2)»; 2. ГОСТ 31447-2012 «Трубы стальные сварные для магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов. Технические условия (с Поправкой)»; 3. СП 101-34-96 «Свод правил по выбору труб для сооружения магистральных газопроводов»; 4. ГОСТ Р 53932-2010 «Заготовка трубная». Порядок выполнения работы: 1. Изучить МУ и нормативную документацию; 2.Выполнить задания Основные теоретические положения: Материалы и изделия, применяемые для строительства магистральных трубопроводов, должны соответствовать требованиям технических регламентов и других нормативных документов, утвержденных в установленном порядке, а также требованиям действующих стандартов и свода правил СП 36.13330.2012. Для строительства магистральных трубопроводов должны применяться трубы стальные бесшовные, электросварные прямошовные, спиральношовные и других специальных конструкций, изготовленные из спокойных низколегированных сталей. Трубы изготовляют из листового или рулонного проката по ГОСТ 14637, ГОСТ 16523, ГОСТ 19281, ГОСТ 19903 и другим нормативным документам. Марку (химический состав) стали выбирает изготовитель труб по согласованию с потребителем. Химический состав стали по плавочному анализу ковшовой пробы или контрольному анализу должен соответствовать для углеродистой стали требованиям ГОСТ 380 и ГОСТ 1050, низколегированной и микролегированной стали - требованиям ГОСТ 19281 и другим НД. Значение углеродного эквивалента С экв и значение параметра стойкости против растрескивания металла шва при сварке Р С.М, характеризующие свариваемость стали, не должны превышать 0,44 и 0,24 соответственно. Параметр Р С.М установлен для труб класса прочности К55 и выше с содержанием углерода в стали не более 0,12%. Расчет С экв и Р С.М проводят по следующим формулам:
где C, Si, Mn, Cr, Mo, V, Cu, B - массовые доли углерода, кремния, марганца, хрома, молибдена, ванадия, никеля, меди, бора, в стали соответственно, %. При расчете С экв и Р С.М медь, никель, хром, содержащиеся в сталях как примеси, не учитывают, если их суммарное содержание не превышает 0,20%, при расчете Р С.М не учитывают бор при его содержании менее 0,001%. Задание № 1 Выбрать марку трубной стали согласно варианта задания таблица 2.1 . Используя информационные ресурсы интернет и ГОСТы на трубную сталь, найти и в рабочей тетради составить таблицу химического состава заданной стали. Таблица 2.1 Варианты задания
Задание № 2 В рабочей тетради выполнить расчет и оценить свариваемость заданной стали по эквиваленту углерода и параметра стойкости к растрескиванию для труб класса прочности К55 и выше с содержанием углерода в стали не более 0,12%. Сделать вывод о том, как влияет количество легирующих элементов на свариваемость стали. Задание № 3 Ответить на вопросы: 1. Дать понятие свариваемости сталей. 2. Записать формулу для определения эквивалента углерода и пояс- нить входящие в нее величины. Практическая работа № 3 «Расчет диаметра и толщины стенки трубопровода. Расчет падения напора» Цель занятия: получение практических навыков расчета геометрических размеров трубопроводов и их технологических параметров. Проверяемые результаты обучения: ДК 1.2, 1.3. ОК 2. Оборудование и материалы: 1.СП 33.133330.2012 Расчет на прочность стальных трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 2.04.12-86 (с Изменением N 1) 2.ВНТП 2-86 Нормы технологического проектирования магистральных нефтепроводов. 3. РТМ 38.001-94 Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов. Порядок выполнения работы: 1. Изучить МУ и нормативную документацию; 2.Выполнить задания Основные теоретические положения Технологический расчет трубопровода выполняется при проектировании трубопроводов для определения параметров. Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются: -условный (номинальный) диаметр – DN; -давление номинальное – PN; -рабочее допустимое (избыточное) давление; -материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение; -физико-химические свойства рабочей среды; -комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.); -изоляционные материалы трубопровода -трубы: диаметр и толщина стенки с учетом прочностных характеристик металла; -заданного (планового) объема продукта с учетом его физических свойств на заданное расстояние с учетом высотных отметок начала и конца трубопровода. Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод. Ориентировочное значение внутреннего диаметра нефтепровода определяют по формуле:
где: Q – секундная подача, м3/с; W- скорость перекачки при заданной (или расчетной) пропускной способности, м/с. Определяется по графику зависимости (W-Q) рис.3.1. Значение скорости потока перекачиваемого носителя, при плановой пропускной способности, определяется из графика зависимости рекомендуемой скорости перекачки от пропускной способности нефтепровода рис.1.3. Расчетная пропускная способность нефтепровода определяется по формуле:
где: GT – массовый расход нефти, кг /ч  - расчетная плотность нефти, кг/м3;8400 – среднее расчетное число часов работы в году (таблица 3.1)  Рисунок 3.1 Зависимость рекомендуемой скорости перекачки от плановой пропускной способности нефтепровода (W-Q). Таблица 3.1 Расчетно число рабочих дней магистральных нефтепроводов*
*-расчетное число рабочих дней нефтепровода, принимаемых при проектировании с учетом затрат времени на техническое обслуживание, капитальный ремонт и ликвидацию повреждений, а также на откачку нефти из емкостей и их заполнение. **- в числителе указаны цифры для нормальных условий, цифры в знаменателе применяются при прохождении нефтепроводов в сложных условиях (заболоченные и горные участки) - не менее 30% от протяженности трассы нефтепровода. Расчетная плотность нефти при расчетной температуре* вычисляется по формуле:
где  - плотность нефти 860 кг/м3 , при температуре t=20°C;* Расчетная температура – эксплуатационная температура при которой эксплуатируется нефтепровод и зависящая от многих причин – способа и уровня прокладки, изоляции трубопровода, тепловых потерь в окружающую среду и т.д. Фактический наружный диаметр трубопровода DN принимают по ближайшему значению от расчетного Do по таблице 3.2 Необходимая толщина стенки трубы определяется по формуле:
где: P-рабочее давление в трубопроводе, МПа; DN – наружный диаметр трубы, мм; n – коэффициент надежности по нагрузке (по СП 36.13330.2019 табл. №13); R1 – расчетное сопротивление металла трубы, МПа; Таблица 3.2 Механические характеристики некоторых трубных сталей
Расчетное сопротивление металла трубы определяем по формуле:
где: m – коэффициент условий работы трубопровода, зависящий от его категории: для магистральных нефтепроводов m=0,9. К1 – коэффициент надежности по материалу таблица 3.3 таблица 3.3 Значение коэффициента надежности К1
Нормативные сопротивления Ryn и Run следует принимать равными минимальным значениям соответственно временного сопротивления и предела текучести материала труб КН – коэффициент надежности по ответственности трубопровода, таблица 3.4. таблица 3.4 Значение коэффициента надежности КН
Определение внутреннего диаметра трубопровода выполняем по формуле :
Определение фактической скорости течения нефти в трубопроводе:
Потери напора (давления) в потоке жидкости вызываются гидравлическим сопротивлением двух видов: местными потерями и сопротивлениями по длине. Местные сопротивления обусловлены изменениями скорости потока по величине или направлению. Сопротивления по длине обусловлены силами трения. Потери напора по длине трубопровода hl определяются по формуле Дарси-Вейсбаха. В соответствии с этой формулой:
где:  - коэффициент гидравлического сопротивления, величина безразмерная;g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2 ; Коэффициент гидравлического сопротивления в рассчитывается по в зависимости от режима течения жидкости в трубопроводе.Как известно, различают два режима - ламинарный и турбулентный. Переход из режима в режим и из зоны в зону определяется значениями критических (переходных) чисел Рейнольдса, зависящих для данного диаметра ( D ) трубопровода и данной вязкости (νр ) продукта от скорости перекачки W . Число Рейнольдса определяют по формуле:
где:  - кинематическая вязкость нефти, м2/сФизический смысл – число Рейнольдса Re характеризует смену режимов течения от ламинарного к турбулентному и является критерием подобия течения вязкой жидкости. Границы характеризуются критическими значениями нижним и верхним Re. Таким образом, определяя критические числа Рейнольдса и истинное значение Re , выбираем для расчета λ одну из четырех рекомендуемых формул: При ламинарном режиме течения с условием Re ≤ 2320, коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле Стокса:
При турбулентном режиме течения с условием:  ;где:  = Кэ/D – относительная эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб;Кэ – коэффициент шероховатости труб: -для стальных бесшовных труб принято Кэ .= 0,015 мм; - для стальных сварных труб принято Кэ = 0,15 мм. Коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле Блазиуса:
Пример: 1.Исходные данные: -расчетная длина трубопровода, км: L=800; -годовой план перекачки нефти, млн. т/г: Gг = 10; -плотность нефти при 20°С, кг/м3: = 860;-коэффициент кинематической вязкости, м2/с:  = 38,5·10-6 ;-эксплуатационная температура, °С: t = -0,5; -рабочее давление в трубопроводе, МПа: Р =7,18; 2.Рассчитать: диаметр и толщину стенки нефтепровода. Падение напора. 3. Решение: Рассчитываем пропускную способность нефтепровода по формуле (3.2):  где: -расчётная плотность нефти при t = -0,5°C;Расчетная плотность нефти при температуре вычисляется по формуле (3.3):  Ориентировочное значение внутреннего диаметра нефтепровода определяем по формуле (3.1):  где: W=1,3 м/с определяется из графика зависимости (W-Q) рисунок 3.1. Принимаем ближайший наружный диаметр трубопровода из таблицы 3.2 DН = 720 мм; Принимаем марку стали труб 17Г1С с пределом прочности  Определяем расчетное сопротивление металла трубы по формуле (3.5):  где: коэффициенты К1=1,47 и КН=1,0 принимаем по таблицам 3.3 и 3.4 соответственно. Определяем необходимую толщину стенки трубы по формуле (3.4):  где: n = 1,15 для труб диаметром от 720 до 1200 мм, с промежуточным НПС без подключения емкостей; Для труб из стали 17Г1С и DN = 720мм (табл.3.2) ближайшая большая толщина стенки равна S = 9,0мм. Определяем внутренний диаметр трубопровода по формуле (3.6):  Определяем фактическую скорость течения нефти по формуле (3.7)%  Определяем число Рейнольдса по формуле (3.9):  Определяем коэффициент гидравлического сопротивления: Из расчетов видно, что Re =17814,39 > 2320. Проверяем следующее условие: ; =0,015/702=0,00021;Re=17814.39 ≤ 47619; Следовательно течение нефти происходит в турбулентном режиме, и расчет коэффициент гидравлического сопротивления выполняем по формуле (3.11):  Потери напора по длине трубопровода hl выполняем по формуле (3.8):  м.в.ст = 14,9061 МПа;Вывод: из формулы расчета потери напора (3.8) видно, что при увеличении скорости или увеличении расхода, всегда увеличивается сопротивление движению потока жидкости, то есть увеличиваются потери напора. Задание № 1 В рабочей тетради выполнить расчет, согласно заданного варианта таблица 3.5, следующих параметров нефтепровода по исходным данным: диаметра, толщины стенки нефтепровода. Расчет падения напора перекачиваемой нефти. При прочих равных условиях: = 860 кг/м3; = 38,5·10-6 м2/с.Таблица 3.5 Варианты задания
Задание № 2 Ответить на вопросы: 1.Что такое вязкость? 2. Физический смысл коэффициента вязкости. 3. Как связаны динамическая и кинематическая вязкости жидкости? равных условиях? 4. Дать понятие рабочего давления трубопровода. Обозначение параметра, единица измерения. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, МПа
МПа
