Курсовая работа. Сооружение и ремонт нефтепроводов. КП_Годзун_1. Сооружение и ремонт линейной части магистрального нефтепровода и резервуара вертикального стального с плавающей крышей
 Скачать 2.14 Mb.
|
|
1.5 Изоляционно-укладочные работы 1.5.1 Способы и правила укладки Принципиально существует два технологических процесса проведения изоляционно-укладочных работ: совмещенный или непрерывный, и раздельный. 26 Совмещенный метод используется при укладке металлических труб без заводской изоляции. В этом случае производится выполнение всех операций в едином технологическом процессе – очистка труб, изоляция и укладка. При этом уложенный рядом с траншеей участок трубопровода приподнимается с помощью специальной подвески. На приподнятый конец трубопровода помещают специальную очистную машину, которая может быть скомпонована вместе с сушильной печью. Машина очищает металл трубопровода от внешних загрязнений и следов ржавчины. Вслед за очистной машиной, которая плавно перемещается по приподнятому трубопроводу, следует изоляционная машина, которая наносит комбинированное изоляционное покрытие. И уже затем, очередной трубоукладчик плавно перемещает изолированную часть трубопровода на дно траншеи. Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки. Например, совмещенный метод не применим при укладке морских трубопроводов, поскольку там трубы покрываются кроме гидроизоляции еще и слоем бетонной защиты. С другой стороны, во многи х случаях именно совмещенный метод наиболее экономичен и удобен. Мы будем использовать совмещенный метод, так как у нас преимущественно равнинная местность [10]. 1.5.2 Расчет по изоляционно-укладочным работам При совмещенным способе очистка, изоляция, нанесение армирующего слоя битумно-резинового покрытия, нанесение защитного (оберточного) покрытия и укладка изолированного трубопровода в траншею осуществляется в едином технологическом потоке. 27 Рисунок 6 – Схемы расположения трубоукладчиков и машин в изоляционно-укладочной колонне при совмещенном способе производства работ для трубопроводов различных диаметров Рассчитаем напряженное состояние трубопровода 1067×11 при изоляционно-укладочных работах совмещенным методом. Исходные данные: 1) Осевой момент инерции – 𝐼 = 5,087 · 10 −3 м 4 ; 2) Осевой момент сопротивления – 𝑊 = 9,536 · 10 −3 м 3 ; 3) Удельный вес стали 09Г2С 𝛾 м = 78500 Н/м 3 ; 4) Вес единицы длины трубопровода – 𝑞 тр = 1,1𝛾 м 𝐹 = 3151,2 кН/м, F– площадь поперечного сечения трубопровода; 5) Изгибная жесткость поперечного сечения трубопровода – 𝐸𝐼 = 1,02 · 10 9 Н · м 2 ; 6) Проектная глубина траншеи – ℎ 𝑇 = 2,3 м; 7) Проектная ширина траншеи – 𝐵 = 1,8 м; 8) Угол внутреннего трения грунта – 𝜑 гр =22°; 28 9) Вес очистной и изоляционной машин – 𝐺 оч = 69,3 кН, 𝐺 из = 58 кН; 10) Высота подъема изоляционной машины ℎ из = 2,4 м; 11) Высота подъема очистной машины ℎ оч = 1,2 м. Решение 1. Определим расчетное сопротивление материала: 𝑅 2 = 𝜎 В ∙ 𝑚 𝑘 1 ∙ 𝑘 н = 510 ∙ 0,825 1,155 ∙ 1,4 = 260,2 МПа (14) где 𝜎 В – временное сопротивление стали на разрыв, [2, c. 749-754]; 𝑚 – коэффициент условий работы трубопровода, берем II категории, следовательно, m=0,825 [20, c. 10]; 𝑘 1 – коэффициент надежности по материалу, 𝑘 1 = 1,155 [20, c. 50-51]; 𝑘 н – коэффициент надежности по назначению, 𝑘 н = 1,4[20, c. 50] . 2. Определим значения комплексов: I комплекс – 0,164· h оч / h из = 0,164 1,2 2,4 = 0,082 II комплекс – 0,164 (h оч + h Т )/ h из = 0,164 (1,2+2) 2,4 = 0,22 3. Соответствующие им значения коэффициентов α и β определяем по диаграмме (см.рис.7) в двух точках пересечения: • первый вариант α=1,44, β=1,83; • второй вариант α=1,59, β=2,38. 29 Рисунок 7 – Диаграмма для определения рационального размещения групп трубоукладчиков в колонне 4. Дальнейший расчет произведем по первому варианту. Расстояния l 1 , l 2 ,l 3 и l 4 рассчитаем по формулам. 𝑙 1 = 2,46√ 𝐸𝐼ℎ из 𝑞 тр 4 = 2,46√ 1,02 ∙ 10 9 ∙ 2,4 3151,2 4 = 73 м (15) 𝑙 4 = 2,46√ 𝐸𝐼ℎ оч 𝑞 тр 4 = 2,46√ 1,02 ∙ 10 9 ∙ 1,2 3151,2 4 = 61,4 м (16) 𝑙 2 = 2,46(𝛽 − 𝛼)√ 𝐸𝐼ℎ из 𝑞 тр 4 = 2,46(1,83 − 1,44)√ 1,02 ∙ 10 9 ∙ 2,4 3151,2 4 = 28,5 м (17) 𝑙 3 = 2,46(𝛼 − 1)√ 𝐸𝐼ℎ из 𝑞 тр 4 = 2,46(1,44 − 1)√ 1,02 ∙ 10 9 ∙ 2,4 3151,2 4 = 32 м (18) 5. Изгибающие моменты по формуле 30 𝑀 𝑥 = |𝑀 1 | = 0,518√𝐸𝐼ℎ из 𝑞 тр = 0,518√1,02 ∙ 10 9 ∙ 2,4 ∙ 3151,2 = = 1,44 МН ∙ м (19) 6. Условие прочности по формуле |𝑀| ≤ 𝑅 2 ∙ 𝑊 = 260,2 ∙ 10 6 ∙ 9,536 · 10 −3 = 2,48 МН ∙ м (20) Как видно, моменты 𝑀 𝑥 и 𝑀 1 , условию прочности удовлетворяют. 7. Усилия на крюках трубоукладчиков (или групп трубоукладчиков) Определим по формулам 𝐾 1 = 𝑞 тр (1,64√ 𝐸𝐼ℎ из 𝑞 тр + 𝑙 2 2 4 ) + 𝐺 из = = 3151,2 (1,64√ 1,02 ∙ 10 9 ∙ 2,4 3151,2 + 28,5 2 4 ) + 58000 = 211,3 кН (21) 𝐾 2 = 𝑞 тр 𝑙 2 + 𝑙 3 2 + 𝐺 оч = 3151,2 28,5 + 32 2 + 69300 = 164,7 кН (22) 𝐾 3 = 𝑞 тр (1,2√ 𝐸𝐼ℎ из 𝑞 тр + 𝑙 3 2 4 ) = 3151,2 (1,2√ 1,02 ∙ 10 9 ∙ 2,4 3151,2 + 32 2 4 ) = 112,2 кН (23) 8. Реакции R о и R A по формулам 𝑅 𝑜 = 6𝐸𝐼ℎ из 𝑙 1 3 + 𝑞 тр 𝑙 1 4 = 6 ∙ 1,02 ∙ 10 9 ∙ 2,4 73 3 + 3151,2 ∙ 73 4 = = 95,2 кН (24) 𝑅 𝐴 = 6𝐸𝐼ℎ оч 𝑙 4 3 + 𝑞 тр 𝑙 4 4 = 6 ∙ 1,02 ∙ 10 9 ∙ 1,2 61,4 3 + 3151,2 ∙ 61,4 4 = 80 кН (25) 9. Вылеты стрелы a min и a max по формулам 31 𝑎 𝑚𝑖𝑛 = 0,3 + 𝐷 н 2 = 0,3 + 1,067 2 = 0,83 м (26) 𝑎 𝑚𝑎𝑥 = 𝐵 2 + ℎ 𝑇 𝑡𝑔𝜑 гр + 𝐷 н 2 + 0,3 = 1,2 2 + 2 ∙ 𝑡𝑔22° + 1,067 2 + 0,3 = 2,66 м (27) 10. Используя для работы в изоляционно-укладочной колонне краны- трубоукладчики ТГ-321 с моментом устойчивости М уст =800 кН·м и номинальной грузоподъемностью 320 кН. Допускаемое вертикальное усилие по формуле 𝐾 доп ≤ 𝑘 н.г. ∙ 𝑀 уст 𝑎 (28) где 𝐾 доп – допускаемое вертикальное усилие на крюке трубоукладчика; 𝑘 н.г. – коэффициент надежности по грузоподъемности, учитывающий неровный рельеф местности, 𝑘 н.г. =0,9; 𝑀 уст – номинальный момент устойчивости трубоукладчика, указываемый в паспорте; 𝑎 – вылет стрелы, является переменным и изменяется от минимального у первого по ходу работ трубоукладчика 𝐾 3 до максимального у последнего трубоукладчика 𝐾 1 𝐾 доп ≤ 0,9 ∙ 800 2,7 = 267 кН Сопоставив величину К доп со значениями К 1 , К 2 и К 3 видим, что все они удовлетворяют условию, значит необходимое число в колонне составит 3 единицы кранов-трубоукладчиков. 1.6 Очистка полости и испытание трубопроводов Особое место в общем комплексе линейных работ занимают процессы очистки полости, испытания и удаления воды. В результате их проведения определяются важнейшие показатели готовности построенного объекта к эксплуатации – чистота полости, прочность и герметичность. После окончания строительно-монтажных работ подрядчик под контролем заказчика и технадзора производит очистку полости трубопровода, 32 внутритрубную профилеметрию, испытания и опорожнение трубопровода от воды, соблюдая единую последовательность работ: 1) очистка полости магистрального трубопровода; 2) подъем давления до Р раб и выдержка в течение 3 часов; 3) проведение профилеметрии; 4) вскрытие и устранение выявленных дефектов, и проведение их 5) дополнительного дефектоскопического контроля; 6) проведение испытаний на прочность; 7) снижение давления до Р раб и проверка на герметичность в течение 8) времени, необходимого для осмотра трубопровода, с целью выявления 9) утечек, но не менее 12 часов; 10) опорожнение трубопровода от воды. Очистка полости трубопроводов должна выполняться одним из следующих способов: 1) продувкой с пропуском очистных поршней (скребков) или поршней- разделителей; 2) продувкой без пропуска очистных поршней; 3) промывкой с пропуском очистных поршней (скребков) или поршней- разделителей. При продувке очистные поршни должны пропускаться по участкам трубопровода протяженностью, определенной расстоянием между линейной арматурой, под давлением сжатого воздуха (или газа), поступающего из ресивера (баллона), создаваемого на прилегающем участке. Участки должны быть оснащены постоянными или временными камерами пуска и приема СОД в соответствии с проектом. Давление воздуха (или газа) в ресивере, при соотношении длин ресивера и продуваемого участка 1:1, должно определяться по таблице 4. 33 Таблица 4 – Давление в ресивере для трубопроводов, очищенных и не очищенных протягиванием очистных устройств Номинальный диаметр трубопровода Давление в ресивере, МПа Для трубопроводов, очищенных протягиванием очистных устройств Для трубопроводов, не очищенных протягиванием очистных устройств До 400 0,6 1,2 От 500 до 800 0,5 1,0 От 1000 до 1400 0,4 0,8 Поршни-разделители должны пропускаться под давлением сжатого воздуха (или природного газа) со скоростью не более 10 км/ч по участкам протяженностью не более 10 км. После пропуска поршней-разделителей окончательное удаление загрязнений должно быть выполнено продувкой без пропуска очистных устройств путем создания в трубопроводе скоростных потоков воздуха (или газа). Продувка считается законченной, когда после вылета очистного устройства из продувочного патрубка выходит струя незагрязненного воздуха. Давление воздуха (или газа) в ресивере при соотношении длин ресивера и продуваемого участка не менее 2:1 должно определяться по таблице 4. Очистка полости трубопровода считается выполненной при соблюдении всех следующих условиях: 1) все очистные устройства "пришли" в камеру приема; 2) последнее очистное устройство "пришло" неразрушенным; 3) скорость движения устройств составляла не менее 0,72 км/ч; 4) после очистных устройств вода выходит без примеси грунта. После очистки полости трубопровода любым из указанных способов на концах очищенного участка должны устанавливаться временные инвентарные заглушки. 34 1.6.1 Испытания трубопроводов на прочность и проверка на герметичность Испытание трубопроводов на прочность и проверка на герметичность для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов должны проводиться гидравлическим способом. Участок магистрального нефтепровода, подготовленный к проведению гидравлических испытаний, должен быть ограничен сферическими заглушками, рассчитанными на давление не менее испытательного. При заполнении трубопроводов водой для гидравлического способа испытания из испытываемого участка должен быть полностью удален воздух поршнями-разделителями или через воздухопропускные краны, устанавливаемые в местах возможного скопления воздуха. Трубопровод считается выдержавшим испытание на прочность и проверку на герметичность, если за время испытания трубопровода на прочность давление остается неизменным в пределах точности измерительных средств (манометр класса точности не ниже I с предельной шкалой на давление около 4/3 испытательного), а при проверке на герметичность не были обнаружены утечки. В ходе проверки на герметичность должны быть учтены колебания давления, вызванные изменением температуры. После испытания участка трубопровода гидравлическим способом на прочность и проверки на герметичность из него должна быть полностью удалена вода, посредством пропуска не менее двух (основного и контрольного) поршней- разделителей под давлением сжатого воздуха или в исключительных случаях природного газа. Результаты удаления воды из трубопровода следует считать удовлетворительными, если впереди контрольного поршня-разделителя нет воды, и он вышел из трубопровода неразрушенным. В противном случае пропуски контрольных поршней-разделителей по трубопроводу необходимо повторить. 35 Трубопровод, не введенный в эксплуатацию в течение 6 месяцев после его испытания, подлежит повторному испытанию на прочность и проверке на герметичность. 1.6.2 Расчёт параметров продувки магистрального трубопровода При продувке основными параметрами являются длина продуваемого участка, необходимое давление в ресивере, диаметр обводной линии, время заполнения ресивера до заданного давления. Расчетная схема продувки приведена на рисунке 8. При расчете параметров продувки используют абсолютное давление воздуха или газа. Рисунок 8 – Расчетная схема процесса продувки: 1 – ресивер; 2 – запорный кран; 3 – перепускная линия; 4 – очистной поршень; 5 – перепускной патрубок очистного поршня; 6 – продуваемый участок Предельную длину участка, продуваемого в режиме механического перемещения загрязнений непосредственно перед поршнем, определяют из выражения: 𝐿 𝑚𝑎𝑥 = 𝑘 1 ∙ 𝐷 𝑦 3 𝑉 , (29) где 𝑘 1 – коэффициент, зависящий от вида загрязнения; при очистке от глинистых грунтов 𝑘 1 = 2,5– 3,0, от других загрязнений𝑘 1 = 4– 5; 𝐷 𝑦 – условный диаметр трубопровода, м; 𝑉 – объем загрязнений в расчете на 1 м продуваемого трубопровода, м 3 : 𝑉 = 𝑃 𝜌 гр , (30) 36 где 𝑃 – масса загрязнений в расчете на 1 м продуваемого трубопровода (табл.5), кг/м; 𝜌 гр – плотность грунта, кг/м 3 При расчете параметров продувки трубопроводов, прокладываемых в сложных условиях, значения 𝑃 увеличивают в 1,5-2 раза. Таблица 5– Масса загрязнений Р (кг/м) в 1 м продуваемого участка D у , м Трубопроводы, очищенные прохождением очистных устройств Трубопроводы, не очищенные прохождением очистных устройств 0,2-0,7 0,02-0,03 0,2-0,3 0,8-1,0 0,04-0,05 0,3-0,4 1,2-1,4 0,06-0,1 0,4-0,6 Следует иметь в виду, что каждое очистное устройство имеет свое ограничение «пробега» по износоустойчивости. Так, очистной поршень типа ОП применяется на участках протяженностью не более 40 км. Распределение сопротивлений по длине участка трубопровода при его очистке определяют по формуле: 𝜎 = 1 10 4 ( 𝐷 у 𝜌 гр 4𝜂 − 10 4 с гр 𝜂𝑓 ) (𝑒𝑥𝑝 5,09𝜂𝑓𝑉 ∙ 𝑥 𝐷 у 3 − 1), (31) где 𝜂 – коэффициент бокового давления грунта; с гр – сцепление грунта; 𝑓 – коэффициент трения при перемещении загрязнений по внутренней поверхности трубопровода; 𝑥 – текущая координата по длине продуваемого участка. При расчетах используют усредненные параметры грунтовых загрязнений (табл.6) и принимают равным х равным длине продуваемого участка 𝐿. В ориентировочных расчетах значения 𝜎 можно принять в зависимости от диаметра трубопровода 𝐷 у : 𝐷 у, м 0,2-0,4 0,5-0,8 1,0-1,4 𝜎, МПа 0,18-0,1 0,08-0,05 0,04-0,03 37 Начальное давление в ресивере: 𝑃 𝑝 = (𝑛 + 𝐿 𝐿 𝑝 ) ∙ 𝐴 1 , (32) где 𝑛 – коэффициент запаса, 𝑛 = 1,5– 2,0; 𝐿 – длина продуваемого участка, максимальное значение которой находится по формуле (29); 𝐿 𝑝 – длина ресивера, которую рекомендуется принимать равной длине продуваемого участка. Таблица 6 – Усредненные параметры грунтовых загрязнений Вид грунтов 𝜌 гр , кг/м 3 𝑓 с гр , МПа Песчаные и супесчаные 1800 0,5 0,43 0,002 Сухие глинистые 1600 0,4 0,5 0,003 Влажные глинистые 1800 0,4 0,15 0,008 Ориентировочные значения 𝑃 р , принимаются по таблице 7. Таблица 7 – Начальное давление (в МПа) в ресивере при продувке трубопроводов Условный диаметр трубопровода, м Для трубопроводов, предварительно очищенных протягиванием очистных устройств Для трубопроводов, без предварительного протягивания очистных устройств До 400 0,6 1,2 500-800 0,5 1,0 1000-1400 0,4 0,8 𝑆 к = 𝑆 𝜈 𝑘 3 ( 𝑝 𝑝 𝐴 2 − 𝐿 𝐿 𝑝 ∙ 𝐴 1 𝐴 2 ) , (33) где 𝑆 – площадь внутренней полости трубопровода: 𝑆 = 𝜋 4 𝐷 вн 2 , (34) 𝜐 – скорость движения поршня (например, для продувки сжатым воздухом 38 или природным газом подземных трубопроводов диаметром 250-1420 мм с использованием очистного поршня типа ОП оптимальная скорость составляет 8,5 м/с и обеспечивается давлением в ресивере, принятом по таблице 7. Значения 𝐴 1 и 𝐴 2 определяют следующим образом: 𝐴 1 = ∆𝑝 + 𝜎 + 𝑝 𝑎 ; (35) 𝐴 2 = ∆𝑝 + 𝜎 1 + 𝑝 𝑎 , (36) где ∆𝑝 – сопротивление перемещению очистного поршня по трубопроводу, ∆𝑝 = 0,5– 0,1 МПа; 𝑝 𝑎 – атмосферное давление, принимаемое 𝑝 𝑎 = 0,1 МПа; 𝜎 1 – сопротивление воздушному потоку: 𝜎 1 = 1 10 4 ( 𝐷 у 𝜌 гр 4𝜂 − 10 4 с гр 𝜂𝑓 ) [(𝑒𝑥𝑝 5,09𝜂𝑓𝑉𝑥 𝐷 у 3 + 1) 𝑒𝑥𝑝 5,09𝜂𝑓𝑉𝑥 𝐷 у 3 − 1]. (37) Значение 𝑘 3 в формуле (33) принимается: − для воздуха: 𝑘 3 = 0,69√𝑅𝑇𝜇; (38) − для газа 𝑘 3 = 0,67√𝑅𝑇𝜇, (39) где 𝑅 – универсальная газовая постоянная, Н/м (кг·К), равная для воздуха 287,04, бутана 143,08, метана 519,26, пропана 197,45; 𝑇 – абсолютная температура газа; 𝜇 – коэффициент расхода крана обводной линии, ориентировочно можно принять 𝜇 = 0,6. Сопротивление воздушному потоку σ 1 рассчитывается при х = 𝐿. Диаметр обводной линии и условный диаметр арматуры находят по формуле: |