Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121

пает в более мощный пресс, имеющий два штампа в виде полых полуцилиндров. При схождении штампов металл заготовки обжимается по периметру трубы. Затем окончательно сформованную трубу переводят на установку для сварки.

Сваренную трубу калибруют. В оба конца трубы вставляют заглушки - конусы силовых головок. Через одну головку в трубу подают воду, через другую выходит воздух. Под давлением воды труба расширяется и ее наружный диаметр становится равным диаметру обоймы. Процесс расширения трубы называется экспандированием. Степень экспандирования не должна быть слишком большой (не рекомендуется превышать 1,2 %), так как при экспандировании возникает наклеп и свойства стали ухудшаются.

После экспандирования каждую трубу подвергают гидравлическому испытанию (на прочность и герметичность). Качество сварных швов проверяют рентгенографически или другими неразрушающими способами.

Процесс изготовления спиральношовных труб протекает так. Стальная лента из рулона направляется (разматывателем) в правильную машину. Затем следует обработка кромок (вплоть до снятия фасок под сварку), после чего подающая машина вводит ленту в формо-вочно-сварочное устройство. Формовочный элемент этого устройства представляет собой втулку, продольная ось которой находится под углом (угол формовки) к оси поступающей стальной ленты. При прохождении через втулку лента сворачивается в спираль. При помощи сварочных головок, расположенных внутри и снаружи формовочной втулки, непрерывно смыкающиеся кромки ленты свариваются: получается спиральный шов. Диаметр выходящей из формовочпо-свароч-ного устройства трубы зависит от угла формовки. Спиральношовные трубы имеют преимущества перед прямошовными. Стальная полоса, из которой изготовляют спиральношовные трубы, дешевле листов для изготовления прямошовных труб того же диаметра, так как ширина ее меньше. Спиральное расположение волокон в трубе более благоприятное, чем продольное. К недостаткам спиральношовных труб следует отнести большую протяженность шва, затрудненность контроля качества сварки, а также качества свернутой в рулон полосовой стали.

2.3. РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДА НА ПРОЧНОСТЬ

Уложенный в грунт трубопровод испытывает вызванные целым рядом силовых воздействий напряжения: кольцевые, продольные и радиальные (рис. 2.1).

Кольцевые напряжения Ок возникают от внутреннего давления и определяются котельной формулой Ок = pD/(2b), где р - давление; D - внутренний диаметр; S - толщина стенки трубопровода.

Продольные напряжения ст„р создаются:

под действием внутреннего давления а„р = рОк = црО/{28), где II - коэффициент Пуассона, для стали р, = 0,3; если трубопровод может свободно перемещатьсявдоль оси, то Опр = рО/{Щ;

при изменении температуры Опр = = -EaAt, где Е - модуль упругости; а - коэффициент линейного расширения; t-ty-температурный перепад; t ц ty - температура стенки трубопровода соответственно в рассматриваемый момент времени и в момент укладки; для стали Е - 206 ООО МПа, о а = 12-10-« 1/°С.

при изгибе сг„р = + EDJ{2p), где Da - наружный диаметр трубопровода; р - радиус изгиба; знак плюс относится к растягивающим напряжениям, а знак минус - к сжимающим; напряжения изгиба возникают при укладке трубопровода на поворотах трассы, а также на переходахчерез повышенные и пониженные точки.

Продольные напряжения различного происхождения складываются:

Р.чс. 2.1. Схема {напряжений, возникающих в трубопроводе

-ЕаМ±

Радиальные напряжения Ор малы и в расчетах не учитываются.

Не принимается во внимание при расчете трубопровода на прочность давление грунта, а также подвижные нагрузки, которые могут действовать на трубопровод (тракторы, сельскохозяйственные машины, автомобили). Эти внешние нагрузки незначительны и, кроме того, компенсируются внутренним давлением. Не принимаются в расчет также силовые воздействия случайного характера (от оползневых явлений, от массы трубопровода, при размыве основания, на котором он лежит). Определение усилий, которые может выдержать трубопровод, или, наоборот, определение толщины стенки трубопровода при заданной нагрузке - цель расчета на прочность.

Магистральные трубопроводы рассчитывают по методу предельных состояний. Предельным состоянием называют такое, при достижении которого нормальная эксплуатация рассчитываемой конструкции становится невозможной. Различают первое, второе и третье предельные состояния. Первым предельным состоянием называется такое, при достижении которого рассматриваемая конструкция теряет несущую способность, или, что то же самое, способность сопротивляться приложенным к ней усилиям, т. е. разрушается. Второе предельное состояние характеризуется чрезмерными, недопустимыми при эксплуатации остаточными деформациями или колебаниями. Третье предельное состояние определяется чрезмерными, недопустимыми при эксплуатации трещинами. Ни при достижении третьего предельного состояния, ни при достижении второго конструкции не грозит разрушение, ее прочность и устойчивость сохраняются. По третьему предельному состоянию рассчитывают, например, железобетонные резервуары, по второму предельному состоянию - междуэтажные перекрытия зданий, расстояния между опорами для трубо-

проводов при надземной прокладке, когда регламентируется стрела прогиба и т. д. Уложенные в грунт магистральные трубопроводы рассчитывают по первому предельному состоянию, т. е. принимают, что наибольшее усилие, испытываемое трубопроводом, не должно превышать его несущей способности.

Для уложенного в грунт трубопровода достижение предела текучести не означает потерю работоспособности. Трубопровод может успешно эксплуатироваться до тех пор, пока напряжения в нем не достигнут предела прочности. При расчете трубопровода на прочность считают, что он идеально круглый. Овальность труб не принимают во внимание, так как под действием внутреннего давления она выравнивается. Учитывают лишь внутреннее давление (основное воздействие). Таким образом, условие прочности может быть выражено в виде npD < j26, где п - коэффициент надежности по нагрузке п - расчетное сопротивление. В левой части этого выражения - действующее расчетное усилие (стремящееся разорвать трубопровод по образующей). В правой - несущая способность трубопровода.

Заменив в условии прочности D на Z),,-26, получаем, что толщина стенки трубопровода

b-npDJ\2{R пр)\.

Согласно СНиП 2.05.06-85 расчетное сопротивление следует определять по формуле R --= R\mi{kikn), где Rl - нормативное сопротивление, принимается равным временному сопротивлению, = стцр; гп - коэффициент условий работы трубопровода; - ко,эффициепт надежности по материалу; &н - коэффициент надежности по назначению трубопровода. Числовые значения этих коэффициентов надо брать по СНиП.

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки следует определять из условия б = = npDJ[2 {\\)xRi + ip)\, где ipi - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб.

Ij,, == V 1 -0,75 (I Опр Л\IRyf -0,5 I Опр \lRi.

Полученное расчетное значение толщины стенки трубы округляется ДО ближайшего большего значения, предусмотренного государственными стандартами или техническими условиями. Продольные осевые напряжения Опр определяются от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической работы металла. Расчетная схема должна отражать условия работы трубопровода и его взаимодействие с грунтом.

В частности, для прямолинейных и упругоизогнутых участков при отсутствии продольных и поперечных перемещений

стпр ~аЕМ-г\ипрО/{26„),

где - расчетный температурный перепад; бн - номинальная толщина стенки трубы.