«Строительство нефтепровода диаметром 1020 мм в горных условиях с поперечным уклоном». Механический расчет трубопровода. Решение Определение толщины стенки трубы

• Название: Решение Определение толщины стенки трубы
• Анкор: «Строительство нефтепровода диаметром 1020 мм в горных условиях с поперечным уклоном
• Дата: 16.02.2023
• Размер: 27.56 Kb.
• Имя файла: Механический расчет трубопровода.docx
• Тип: Решение; #940030

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Механический расчет трубопровода

Механический расчёт магистрального трубопровода

Исходные данные:

Наружный диаметр D_н=1020мм;

давление р=6,0 МПа;

температура эксплуатации на глубине прокладки трубопровода t_э=+22°С;

участок категории III;

тип прокладки – подземный.

Решение

1. 
   Определение толщины стенки трубы
   

По сортаменту для газопровода выбираем трубы, выпускаемые Выксунским металлургическим заводом из стали марки 14Г2С с пределом прочности σ_в=470 МПа, пределом текучести σ_т=340 МПа; по таблицам находим значения коэффициентов: условий работы трубопровода m=0,9; коэффициент надёжности по материалу k₁=1,09; коэффициент надёжности по назначению k_н=1,0.

1. 
   Расчётное сопротивление металла труб определяем по формуле:
   

(1)

2. 
   Толщина стенки газопровода с коэффициентом надёжности по нагрузке от внутреннего давления n_р=1,15:
   

(2)



Полученное расчётное значение толщины стенки округляем до ближайшего большего по сортаменту, равного δ_н=0,0103м, внутренний диаметр Dвн=Dн - 2δ=1,02-2·0,0103=0,9994 м.

1.3 По СНиП 2.01.07-85* находим для района прокладки трубопровода температурные значения:

многолетние среднемесячные январская и июльская температура воздуха t_I=-40°C; t_VII=+20°C;

отклонение средней температуры наиболее тёплых и холодных суток от значений t_I, t_VII по Приложению II [5] Δ_I=10°С; Δ_VII=6°С;

нормативные значения температуры наружного воздуха в холодное и тёплое время года t_VII + Δ_VII = 20 + 6= 26°C;

расчётные значения t^х = °C; t^т = .

Температурный перепад при замыкании трубопровода в холодное и тёплое время года °C; °C. В качестве расчётного температурного перепада принимаем наибольшее значение Δt=+75°C.

4. 
   Продольные осевые напряжения по формуле (3):
   

, (3)

где - коэффициент линейного расширения металла, для стали град^-1;

Е – модуль упругости, для стали Е=2,1·10⁵ МПа;

где μ – коэффициент Пуассона, для стали μ=0,3.

4. 
   Знак «минус» указывает на наличие осевых сжимающих напряжений, поэтому необходимо определить коэффициент ψ₁, учитывающий двухосное напряжённое состояние по формуле (4):
   

(4)

4. 
   Пересчитываем значение толщины стенки
   

(5)

δ

Большее ближайшее значение толщины стенки по сортаменту равно 10,4 мм. Если мы примем эту толщину стенки трубы, то значение продольных осевых напряжений по формуле (3):

= -88,57 МПа.

Тогда

=0,853;

Толщина стенки

Принятая толщина стенки труб должна быть не менее 1/140 наружного диаметра труб D_н, то есть 1,02/140=0,007<0,0104. Следовательно, толщину стенки 10,4 мм можно принять за окончательный результат.
2 Проверка на прочность и по деформациям трубопровода

2.1 Прочность в продольном направлении проверяется по условию:

, (6)

где , - продольные осевые напряжения и расчётное сопротивление металла труб, определяемые соответственно по формулам (3) и (1);

- коэффициент, учитывающий напряжённое состояние металла труб, при сжимающих осевых продольных напряжениях определяется по формуле (7):

(7)

2.2 Кольцевые напряжения в трубе определяем по формуле:

(8)
.

Тогда

=0,246.
2.3 Проверяем прочность трубопровода в продольном направлении по условию (6):

; 38,2<95,5 МПа, то есть условие выполняется.

Увеличиваем толщину стенки трубы до ближайшего большего значения по сортаменту Приложение Г [5], приняв =0,0103 м, при этом внутренний диаметр трубы будет равен 0,9994м.

2.4 Кольцевые напряжения определяем по формуле (8):



2.5 Коэффициент по формуле (7) будет равен:

=0,2335.

2.6 Продольные напряжения определяем по формуле (3):

= -88,57 МПа.

2.7 Проверяем условие (6):

; 88,57>78,16, то есть условие не выполняется.

2.8 Для проверки по деформациям находим кольцевые напряжения от действия нормативной нагрузки – внутреннего давления :

(9)



2.9 Проверяем условие

(10)

; 291,09<461 МПа, то есть условие выполняется.

2.10 Для проверки устойчивости к продольным деформациям коэффициент ψ₃ по формуле:

(11)
.

2.11 Определяем значения продольных напряжений по формуле (12)

• 
  для положительного температурного перепада
  

, (12)

- минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода, равный 1000 D_у.

= -208,8 МПа.

• 
  для отрицательного температурного перепада
  

(13)

= 169,2 МПа.

2.12 Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопровода в продольном и кольцевом направлениях проверку производят для положительного и отрицательного перепадов по условиям:

(14)

для положительного температурного перепада



208,8≤ 240,4 МПа, т.е. условие выполняется;

для отрицательного температурного перепада

169,2≤

169,2< 240,4 МПа, т.е. условие выполняется.

Таким образом, окончательно с учётом всех проверок принимаем трубу диаметром Dн=1020мм с толщиной стенки 10,4 мм.