курсовая работа по газопроводу. Ямгутдинов Ф.Ф. ГТз-18-01 ГП Торжок. Технологический расчет магистрального газопровода

• Название: Технологический расчет магистрального газопровода
• Анкор: курсовая работа по газопроводу
• Дата: 10.12.2021
• Размер: 0.51 Mb.
• Имя файла: Ямгутдинов Ф.Ф. ГТз-18-01 ГП Торжок.docx
• Тип: Пояснительная записка; #299312
• страница: 2 из 4

Реализация проекта

Строительство газопровода началось в 1995 году. Ввод в эксплуатацию линейной части газопровода завершен в 2006 году. На начало 2010 года было построено 10 компрессорных станций суммарной мощностью 743 МВт. В 2012 году ввод еще трех компрессорных станций синхронизирован с вводом в эксплуатацию газопровода «Бованенково — Ухта».



Рис. 1 Карта прокладки газопровода «СРТО - Торжок»

В данном курсовом проекте будет рассмотрен проект участка газопровода «СРТО-Торжок», предназначенный для транспорта газа с Уренгойского месторождения.

1. ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ.

Исходные данные:

Протяженность газопровода: L = 2200 км;

Наружный диаметр: D_H = 1420 мм;

Рабочее давление: р_раб = 10,1 МПа;

Объем транспортируемого газа Q_г = 25 млрд. м³/год.

По газопроводу транспортируется газ с Уренгойского месторождения со следующим компонентным содержанием таблица 1.1:

Таблица 1.1 – Свойства компонентов газа Уренгойского месторождения

Состав	% содержание	Молярная масса, кг/кмоль	Критическая температура, К	Критическое давление, МПа
метан (СН4)	98,8	16,04	190,68	4,60
этан (С2Н6)	0,50	30,07	305,75	4,88
пентан (С5Н12)	0,010	72,15	460,9	3,36
СО2	0,210	64,07	304,26	7,39
N2	0,480	28,02	126,26	3,39

2. РАСЧЕТ СВОЙСТВ ПЕРЕКАЧИВАЕМОГО ГАЗА

2.1 Молярная масса природного газа:

, (2.1)

где М – молярная масса природного газа, кг/кмоль;

х_i– концентрация i-гo компонента газа, доли ед.;

М_i– молярная масса i-гo компонента газа, кг/кмоль.



2.2 Плотность природного газа, транспортируемого по магистральному газопроводу, при стандартных условиях (Р_с = 0,1013 МПа и Т_с = 293,15 К):

, (2.2)

где ρ_г – плотность газа, кг/м³;

R_μ– универсальная газовая постоянная, R_μ= 8,31451 кДж/кмоль·К;

Z_c– коэффициент сжимаемости природного газа при стандартных условиях, в соответствии с ГОСТ 30319.1-96*:

(2.3)

где b_i^0,5 – безразмерный коэффициент, для каждого компонента газовой смеси (по ГОСТ 30319.1-96*).

2.3 Относительная плотность природного газа по воздуху:

, (2.4)

где ∆ - относительная плотность;

ρ_в=1,20445 кг/м³ - плотность воздуха при стандартных условиях.

.

2.4 Газовая постоянная транспортируемого газа выражается по зависимости

(2.5)

2.5 Псевдокритические температура и давление газовой смеси определяется по следующим формулам

Р_ПК, Т_ПК – псевдокритические соответственно давление и температура





где P_крi, Т_крi – критические значения давления и температуры i-гo компонента газовой смеси, определяемые по ГОСТ 30319.1-96* «Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение физических свойств природного газа, его компонентов и продуктов его переработки».





3. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

3.1 Определение толщины стенки трубопровода

3.1.1 Диаметр труб согласно исходным данным D_н = 1420 мм. Выбираем для газопровода трубы ХТЗ (Харцызского трубного завода), изготовленные по ТУ-14-3-1938-2000 из стали 10Г2ФБ с характеристикой: s_в = 588 МПа и s_т = 460 МПа.

3.2.2Для принятого диаметра определяем номинальную толщину стенки (без учета осевых сжимающих напряжений) трубопровода:

(3.1)

где n_р – коэффициент надежности по нагрузке, n_р = 1,1;

Р – внутреннее давление в трубопроводе;

D_н – наружный диаметр трубопровода;

R₁ – расчетное сопротивление металла труб,

(3.2)

где σ_вр – временное сопротивление стали (предел прочности);

m_у – коэффициент условий работы трубопровода, зависящий от его категории: m_у = 0,9 – для трубопроводов III и IV категорий [2, табл. 2.3];

К₁ – коэффициент надежности по материалу, К₁=1,34 [2, табл. 2.4];

К_н – коэффициент надежности по назначению трубопровода, К_н=1,15 [2, табл. 2.5].

.

.

Полученное расчетное значение толщины стенки округляем в большую сторону до ближайшего по сортаменту, равного d_н = 0,023 м [7].

3.2.3 Для прямолинейных и упруго-изогнутых участков подземных и наземных трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта продольные осевые напряжения определяются по формуле

(3.3)

где a_t– коэффициент линейного расширения металла труб, для стали a_t= 0,000012 градус^-1[1];

E – модуль упругости материала, для стали E = 2,06^. 10⁵ МПа;

D_вн – внутренний диаметр трубопровода;

δ_н – номинальная толщина стенки трубопровода;

DТ – расчетный температурный перепад, обусловленный различием температур эксплуатации трубопровода и замыкания его стыков при строительстве:

(3.4)

где t_э – максимальная (или минимальная) возможная температура стенок трубы в процессе эксплуатации определяется в технологической части проекта;

t_ф– наименьшая (t^х) или наибольшая (t^т) температура, при которой фиксируется расчетная схема трубопровода (при известном календарном сроке замыкания трубопровода t_ф находится в Справочнике по климату России).

(3.5)

(3.6)

где , – нормативные температуры наружного воздуха в холодное и теплое время года

(3.7)

(3.8)

где , многолетние среднемесячные январская и июльская температуры воздуха, по СНиП 23-01-99 для района прокладки трубопровода = -24,6 , = 21,3 [9];

и отклонение средней температуры наиболее теплых и холодных суток от значений , соответственно, =20 ,  = 10 [10].

.

.

.

.

Температурный перепад при замыкании трубопровода в холодное и теплое время года по формуле (3.4)

.

.

В качестве расчетного температурного перепада принимаем наибольшее значение DT = 69,6°С.

Продольные напряжения вычисляем по формуле (3.3)

.

Знак «минус» указывает на наличие осевых сжимающих напряжений, поэтому необходимо определить по формуле (3.6) коэффициент ₁, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, определяемый при сжимающих продольных осевых напряжениях (_{пр N}< 0) по формуле:

(3.9)

По формуле (3.10) пересчитываем значение толщины стенки трубопровода

(3.10)

Большее ближайшее значение толщины стенки по сортаменту 25мм.

3.2 Проверка прочности и устойчивости подземных трубопроводов

3.2.1 Проверка трубопровода на прочность

Прочность в продольном направлении проверяется по условию:

(3.11)

y₂ – коэффициент, учитывающий напряженное состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях (s_{пр N}³ 0) y₂ = 1,0, при сжимающих (s_{пр N}< 0) определяется по формуле

(3.12)

где s_к – кольцевые напряжения в стенке трубы от расчетного внутреннего давления, МПа, определяемые по формуле

(3.13)

где – кольцевые напряжения в стенке трубопровода от рабочего давления МПа, вычисляются по формуле

(3.14)

Проверяем условие (3.11)

|-76,1| 2 R₁ = 0,24 3 = 82,4 МПа

Условие выполняется.

3.2.2 Проверка на отсутствие недопустимых пластических деформаций

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопроводов в продольном и кольцевом направлениях проверку производят по условиям

(3.15)

(3.16)

где – максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий;

y₃ – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб;

– нормативное сопротивление, принимается равным минимальным значением предела текучести s_т.

Продольные напряжения для полностью защемленного подземного трубопровода находятся из выражения

(3.17)

где r_min – минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода, определяемый согласно, r_min = 1400м [7, табл. 2.10];

– переменный коэффициент поперечной деформации стали, ( =0,9);

– переменный параметр упругости (модуль Юнга );

Коэффициент y₃ определяется по формуле

, (3.18)

где m – коэффициент условий работы трубопровода (принимаем m= 0,9)

– коэффициент надежности по значению трубопровода 1,10;

– нормативное сопротивление, принимается равным минимальному значению предела текучести = 390 МПа по государственным стандартам и техническим требованиям заказчикам на трубы.

.

Значение продольного напряжения:

• 
  для положительного температурного перепада
  

.

• 
  для отрицательного температурного перепада
  

.

Выполнение условия (3.15) проверяем дважды:

• 
  для положительного температурного перепада
  

.

.

Условие выполняется.

• 
  для отрицательного температурного перепада
  

.

.

Условие выполняется. Таким образом, окончательно принимаем трубу D_н х = 1420 х 25 мм.

3.2.3 Проверка общей устойчивости подземных трубопроводов в продольном направлении

Проверка общей устойчивости подземного трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы производится по неравенству

(3.19)

где S – эквивалентное продольное осевое усилие сжатия в прямолинейном или упруго-изогнутом трубопроводе, возникающее от действия двух расчетных нагрузок и воздействий: внутреннего давления и положительного перепада температур:

(3.20)

где N_кр – продольное критическое усилие, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода;

F –площадь поперечного сечения металла трубы:

(3.21)

Продольное критическое усилие для прямолинейных участков подземных трубопроводов в случае пластической связи трубы с грунтом:

(3.22)

где р₀ – сопротивление грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины;

q_верт – сопротивление поперечным вертикальным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины, обусловленное весом грунтовой засыпки и собственным весом трубопровода, отнесенное к единице длины.

Величина сопротивления грунта:

(3.23)

где _пр – предельные касательные напряжения по контакту трубопровода с грунтом,

(3.24)

где р_гр – среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом;

_гр – угол внутреннего трения грунта, принимаем для торфа [1, с. 103];

с_гр – коэффициент сцепление грунта, принимаем для торфа [1, с. 103].

Величина среднего удельного давления определяется по формуле

(3.25)

где n_гр– коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, принимаемый равным 0,8[1, с.103];

h₀– высота слоя засыпки от верхней образующей трубопровода до дневной поверхности, принимаем 1,0 м [1, с. 103];

– удельный вес грунта принимаем равным 9,0 кН/м³ [1, с. 103];

q_тр– нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемым продуктом, находится по формуле

(3.26)

где q_м– нагрузка от собственного веса металла трубы, определяется по формуле

(3.27)

где –нормативные нагрузки от собственного веса металла трубы;

_м – удельный вес металла, из которого изготовлены трубы (для стали _м = 77000 Н/м³);

n_c.в– коэффициент надежности по нагрузкам от действия собственного веса, равный 1,1, а при расчете на продольную устойчивость и устойчивость положения – равный 0,95.

q_из– нагрузка от собственного веса изоляции для подземных трубопроводов, определяется по формуле

(3.28)

q_пр – расчетная нагрузка от веса продукта, находящегося в трубопроводе единичной длины, вычисляется по формуле

(3.29)

Сопротивление грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины находится по формуле

(3.30)

Продольное критическое усилие для прямолинейных участков подземных трубопроводов в случае упругой связи трубы с грунтом, вычисляется по формуле

(3.31)

где k₀ – коэффициент нормального сопротивления грунта (коэффициент постели грунта при сжатии) принимаем k₀ =0,9 МН/м³;

J – осевой момент инерции поперечного сечения металла трубы, определяется по формуле

(3.32)

Из двух значений N_кр, определенных по формулам (3.20) и (3.29), рекомендуется принять меньшее.

Площадь поперечного сечения металла трубы определяется по формуле (3.21)

.

Эквивалентное продольное усилие по формуле (3.20)

.

Осевой момент инерции поперечного сечения трубы по формуле (3.32)

.

Нагрузка от собственного веса трубопровода, вычисляется по формуле (3.27)

.

Нагрузка от собственного веса изоляции для подземных трубопроводов, определяется по формуле (3.28)

.

Расчетная нагрузка от веса продукта, находящегося в трубопроводе единичной длины, вычисляется по формуле (3.29)

.

Нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемым продуктом, находится по формуле (3.26)

.

Среднее удельное давление на трубопровод по формуле (3.25)



Предельные касательные напряжения по формуле (3.24)

.

Сопротивление грунта продольным перемещениям по формуле (3.23)

.

Сопротивление поперечным вертикальным перемещениям по формуле (3.30)

.

Критическое усилие для прямолинейного участка трубопровода в случае пластической связи его с грунтом рассчитывается по формуле (3.22)

.

Продольное критическое усилие для прямолинейных участков подземных трубопроводов в случае упругой связи трубы с грунтом, вычисляется по формуле (3.31)

.

Так как , то проверяем условие (3.19) для продольного критического усилия для прямолинейных участков подземных трубопроводов в случае упругой связи трубы с грунтом

.

.

.

Условие устойчивости выполняется.