Расчеты по сооружению газонефтепроводов

2. Расчеты по сооружению газонефтепроводов

Нагрузки и воздействия на магистральный трубопровод подразделяют на постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые).  

К постоянным нагрузкам и воздействиям относят те, которые действу­ют в течение всего срока строительства и эксплуатации трубопровода.

Собственный вес трубопровода, учитываемый в расчетах как вес едини­цы длины трубопровода,

q_тр = πD_срδγ_ст =0,0247D_срδ,                                        (4)

где: q _тp - средний диаметр трубопровода;

δ - толщина стенки труб;

γ_ст - удельный вес материала трубы (для стали у_ст =0,0785 Н/см³).

Вес изоляционного покрытия и различных устройств, которые могут быть на трубопроводе, для ориентировочных расчетов надземных переходов можно принимать равным примерно 10% от собственного веса трубы. Точнее вес изоляционного покрытия определяют по формуле

Рекомендуемые материалы

     ,                                             (5)

где:q_из - удельный вес изоляционного покрытия на единице длины трубопровода; 

γ_из -  удельный вес материала изоляции;                     

D_из и - D_н - соответственно диаметр изолированного трубопровода и его наружный диаметр.

Воздействие предварительного напряжения создается в основном за счет упругого изгиба при поворотах трубопровода.

Давление грунта на трубопровод с точностью, достаточной для практи­ческих расчетов, можно определять по формуле

q_гр= n_гр γ_гр  h _гр                                                         (6)

где: q_гр - давление грунта на единицу длины трубопровода;

п_гр - коэффициент перегрузки для веса грунта, равный 1,2, а при расче­тах на продольную устойчивость и устойчивость положения трубо­провода—0,8;

у_гр - удельный вес грунта,

h_cp - средняя глубина заложения оси трубопровода.

Гидростатическое давление воды определяют весом столба жидкости

 q_гс = γ_в  h_в                                                                                      (7)

где: q_гс  - давление воды на единицу длины трубопровода;

у_в- удельный вес воды с учетом засоленности и наличия взвешенных

частиц;

h_в - высота столба воды над рассматриваемой точкой.

К длительным временным нагрузкам относятся следующие. Внутреннее давление устанавливается проектом. Внутреннее давление создает в стенках трубопровода кольцевые и продольные напряжения, кото­рые определяют по формулам:

 ;                                                                     (8)

,                                                             (9)

где: σ_кц - кольцевые напряжения;                                     

       п_р - коэффициент перегрузки для внутреннего давления р;             

       D_вн - внутренний диаметр трубопровода;             

        σ_пр - продольные осевые напряжения от воздействия внутреннего давления и температуры для прямолинейных и упругоизогнутых участков подземных и наземных трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений,  просадок и  пучения грунта;

        - коэффициент линейного расширения металла трубы;

        Е- модуль Юнга;

  - расчетный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании.

Продольные напряжения от внутреннего давления  в  прямолинейном трубопроводе бесконечной длины определяют по формуле:   

,                                                        (10)

где: n_p=1,15 для нефтепроводов диаметром 700-1400 мм с промежуточными перекачивающими станциями без подключения емкостей п_р=1,1 в остальных случаях.

Вес перекачиваемого продукта на единицу длины трубопровода, определяют по формулам:

для природного газа

q_пр = n_p pγ10^-6 ;                                                          (11)

для нефти, нефтепродуктов и воды

q_н.нn.в= γ_н.нn.вπ/4                                                          (12)

Температурные воздействия при невозможности деформаций вызывают в трубопроводе продольные напряжения q_np=-, где , здесь t₀ максимальная (минимальная) возможная температура стенок трубы при эксплуатации; ... - наименьшая (наибольшая) температура, при которой фиксируется расчетная схема трубопровода; = 0,0000121/°С (для стали). В расчетах для подземных трубопроводов нормативный температурный перепад; принимают не менее ±40 °С; для надземных - не менее ±50°С.

К кратковременным нагрузкам и воздействиям на трубопровод относят такие, действие которых может длиться от нескольких секунд до нескольких месяцев.

Снеговая нагрузка, приходящаяся на 1 м² площади горизонтальной проекции трубопровода, q_CH = п_снр_снD_н·10^-4, где р_сн= р_о.сн С_сн; п_сн - коэффициент перегрузки, равный для снеговой нагрузки 1,4; р_сн - нормативная снеговая нагрузка; р_о.сн - вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли; С_сн - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеге вой нагрузке на трубопровод (для однониточного трубопровода С_сн = 0,4).

Нормативная нагрузка от обледенения q_лед=n_лед 1,7·10 ^-3 D_н , где q_лед – коэффициент перегрузки, равный 1,3; b - толщина слоя гололеда.

Нормативная ветровая нагрузка на единицу длины трубопровода (для однониточного трубопровода), перпендикулярная его осевой вертикальной плоскости, q_вeт=n_eem (q_c.н+ +q_д.н.)Dн·10^-4, где q_eem - коэффициент перегрузки, равный 1,2; q_c.н, q_д.н - нормативные значения соответственно статистической и динамической составляющих ветровой нагрузки, определяемые для маги­стрального надземного трубопровода как Для сооружения с равномерно рас­пределенной массой и постоянной жесткостью.

Выталкивающая сила воды, приходящаяся на единицу длины полностью погруженного в воду трубопровода, q_e = 0,8...D_нγ_в (при отсутствии те­чения воды).

Нагрузки и воздействия, возникающие в результате осадок и пучения грунта, оползней, перемещения опор и других причин, определяют на осно­вании анализа грунтовых условий и их возможного изменения при строи­тельстве и эксплуатации трубопровода. Дополнительно рассчитывают дина­мическое воздействие на надземный трубопровод и очистные устройства во время очистки полости трубопровода.

Особыми нагрузками и воздействиями на магистральные трубопроводы принято называть те, которые возникают в результате селевых потоков, де­формаций земной поверхности в карстовых районах и районах подземных выработок, а также деформаций грунта, сопровождающихся изменением его структуры.    

Подземные и наземные (проложенные в насыпи) трубопроводы прове­ряют по прочности, деформациям, на общую устойчивость в продольном на­правлении и против всплытия.

Проверку прочности трубопроводов проводят по условию ,

где:  σ_пр  - определяют по формуле (3); ψ₂ - коэффициент, учитывающий

двухосное напряженное состояние металла труб; при растягивающих осевых продольных напряжениях (σ_пр > 0)   ψ₂ = 1, а при сжимающих (σ_пр £  0)

                                                (13)

где: σ - определяют по формуле (8);         ,                    .

R₁ - расчетное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, R₁=, где  - нормативное сопро­тивление; т-коэффициент условий работы трубопровода, равный 0,6 для участков трубопроводов категории В, 0,75, для участков ка­тегорий I и II и 0,9 для участков категорий III и IV; k₁ - коэффициент безопасности по материалу, равный 1,34-1,55; k_н- коэффициент надежности.

 Толщину стенки магистрального трубопровода во всех случаях необхо­димо принимать не менее 1/140 наружного диаметра, но не менее 4 мм. Толщина стенки трубопровода.

                                                                (14)

а при наличии продольных осевых сжимающих напряжений

,                                                                 (15)

где: ψ₁ - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние ме­талла труб,

.                                                    (16)

Проверка деформаций подземных и наземных трубопроводов проводится по условиям

;                                                               (17)

 ,                                                                          (18)

где:  - максимальные суммарные продольные напряжения в трубопрово­де от нормативных нагрузок и воздействий,

,                                                     (19)

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - Товарный знак и фирменный стиль в рекламе.

где: r - минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода;

         - кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления,  ;

       с - коэффициент, равный 0,65 для категории В, 0,85 для категорий I и II и 1 для категорий III и IV;  

 - нормативное сопротивление (и принимают соответственно  равными минимальным значениям временного сопротивления σ_вр  и предела текучести σ_m по ГОСТ и ТУ на трубы;  

ψ_з - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла   труб;    при    растягивающих    продольных    напряжениях   >0) ψ₃ =1, а при сжимающих  

                                        (20)