релейная защита. БУРЕНИЕ Задача 3. Определение толщины стенки подземного трубопровода. Проверка прочности подземного трубопровода. Проверка трубопровода по деформациям. Проверка общей устойчивости подземного трубопровода в продольном направлении
![]()
|
Задача №3Определение 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). 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:
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:
где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() При наличии в трубопроводе продольной силы используется формула:
где ![]()
где ![]() Если ![]() ![]()
где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Толщина стенки трубопровода, определенная по формулам (3.1) и (3.3), округляется в большую сторону до ближайшей номинальной в сортаменте труб и обозначается ![]() Таблица 3.1 Коэффициент условий работы
Таблица 3.2 Коэффициент надежности по материалу
Таблица 3.3 Коэффициент надежности по назначению
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:
где ![]() При ![]() ![]() ![]()
где ![]()
Проверка трубопровода по деформациям. Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопроводов в продольном и кольцевом направлениях проверку производят по условиям (3.9 и 3.10):
где kн – коэффициент надежности, принимаемый по табл. 3.3; ![]() ![]() ![]()
![]()
где ![]() ![]() Таблица 3.4. Минимально допустимые радиусы упругого изгиба
![]() При растягивающих суммарных продольных напряжениях ![]() ![]() ![]()
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:
где ![]() ![]() ![]() Так, с учетом нагрузки от внутреннего давления и температурных воздействий при отсутствии компенсации продольных перемещений, просадок и пучения грунта:
где ![]() F – площадь поперечного сечения трубы, м2. Для прямолинейных участков подземных трубопроводов продольное критическое усилие находится последующей формуле:
где ![]() ![]()
где ![]()
здесь ![]() ![]() ![]()
где ![]() ![]() ![]() ![]()
где ![]() ![]() ![]() ![]() Сопротивление грунта вертикальным перемещениям трубы определяется по формуле:
Для криволинейных участков трубопровода, выполненных упругим изгибом, продольное критическое усилие подсчитывается по формуле:
Коэффициент ![]() ![]() ![]()
где ![]() ![]() Рис. 3.1. Номограмма для определения коэффициента ![]() ![]() ![]() ![]() 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
Таблица 3.6
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 |