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

Рис. 32. Характер выпучивания подземного трубопровода;

о - участка с упругой кривой; б - участка с кривой машинного гнутья

0,3 м. Используя результаты геодезической съемки примыкающих к мс( выпучивания участков, можно предположить, что радиус изгиба оси труби в иёртикальной плоскости составлял примерно 1000 м. С пуском второй очереди компрессорной станции температура газа повысилась до 43 "С, на участке кривой началось выпучивание на длине 15 м и стрелка изгиба со; ставила 30 см. В дальнейшем при пуске компрессорион станции на пол ную мощность температура газа возросла до 48 "С, прн этом продолжалось дальнейшее выпучивание и стрелка изгиба увеличилась до 308 см, а длииа приподнятой части достигла 66,5 м.

Проведем по изложенным расчетным формулам количественную оценку этого случая, используя определенные нами физико-механические характеристики грунта: объемный вес грунта Yrp=15,4 Н/м, угол виутрсинего трения фг1)=16°, сцепление Сгр=0. Предельная удерживающая способпост против ноперечиых перемещений 9np=U8 Н/см, коэффициент разгрузк Ср=9,1 П/см. Критическое продольное усилие по (5.48) составляет Лкр =4,42-10 Н, критический температурный перепад АЛ<р по (5.53) pani 50,5 °С. Учитывая, что данный участок монтировался в декабре при те псратуре примерно -5°С, можно считать, что фактический температур» перепад близок к расчетному.

Ось трубы

Лодерхность земли.

Рис. 33. Профиль участка выпучнвання трубопровода диаметром 1020 мм 80

рассмотрим также случай выпучивания открытого трубопровода, описанный Э. М. Ясиным в работе [49]. Трубопровод сечением 529 x9 мм находился в открытой траншее, при температуре 33 °С он выпучился. Опрс-хелнм по раиее приведенным формулам расчетный радиус возможного уп-пугого изгиба. По формуле (5.33) фактическое критическое продольное усилие .\кр = ],24 • 10* Н, радиус упругого изгиба, при котором может про-нзойти выпучивание, по формуле" (5.48) будет р=2820 м. Данный радиус первоначального изгиба оси трубы соответствует 4300 диаметрам трубы, т 0. почти прямолииейиому участку.

Для анализа ряда допущений и гипотез, выявления типа потери устойчивости, а также количественной оценки результатов было проведено экспериментальное исследование поведения модели подземного трубопровода при действии продольного сжимающего усилия.

Трубопровод сечением 219X6 мм был уложен в траншею соответству-rouiero очертания и состоял из двух прямолинейных участков длиной 29,8м н 31,2 м с каждой стороны от расположенного в сре.аисй части сварного колена рк=40 Da с углом поворота 7°56 Высота засыпки (до -верхней образующей трубы) составляла /t=80 см, грунт песчаный с V4p=17,4 кН/м н <(;гр=33°. Концы трубопровода заглушены н усилены против смятия спе-((иальпыми ребрами. По концам трубопровода устроены бетонные упоры, рассчитанные на восприятие сдвигающего усилия" до 2000 кН. Усилие на заглушённые торцы трубопровода передавалось двумя гидравлическими домкратами ДГ 100, Иа каждом этапе иагружеиия после соответствующей выдержки нагрузки фиксировались вертикальные поперечные перемещения по д.щне трубопровода и продольные перемещения концов.

Экспериментальная зависимость продольного усилия от прогиба (рис. 34) совершенно четко фиксирует наличие максимума нагрузки, соответствующего конечному перемещению, т. е, полностью подтверждается то, что для подземного трубопровода, имегонхего искривление в вертикальной плоскости выпуклостью вверх, характерна потеря устойчивости второго рода.

На рис. 35 приведены упругие линии подземного участка трубопровода прн действии продольного усилия. Как следует из результатов опыта, форма донолиительных перемещении, принятая при анализе устойчивости но формуле (5.18) и показанная на рис. 35 пунктиром, согласуется с результатами эксперимента.

Перейдем к количественион оценке результатов эксперимента, определяя расчетные параметры грунта (предельные сопротивления, коэффициенты постели н разгрузки) по ранее приведенным формулам: 9пр= 104,8 Н/см, ср = 1,1 Н/см-, ft=4,6-21,9= 100 И/см=, <пр=30,6 Н/см."

Задаемся длиной волны выпучивания 1к1,=20,0 м, по (5.60) находим Р!)=60,6 м, по (5.47) определяем соответствующую Z„p=21,2 м. во втором приближеиии задаемся 1кр 20,9 м, по (5.60) ро=63,4 м, по (5.47) -кг=21 м, т. е. расчетная длина волны выпупшання 1кр=20,95 м. Полученная длниа волны выпучивания будет 16.0 м, т. о. расхождение составляет 30,8%- Экспсримеитальиая длина волны выпучивания определялась как расстояние между сечеииями, где наблюдались поперечные смещеиип. Так как точность измерения перемещений составляла 5 мм, то этим, по-вндимому, объясняется меньшее экспериментальное значение длины волны выпучивания МО сравие1П1Ю с теоретическим.

Критическое продольное усилие при 1кр=20,95 м ио формуле (5.46) ЛЛет JVkp=245 кИ. Фактическое значение критического продольиого усилия, равное разности между максимальным усилием, приложепным к торцу трубопровода, и сопротивлением грунта продольным перемещениям по длине трубопровода, составляло 349 кН," т. е. на 30 % выше расчетного. Ббль-Hiee экспериментальное значение по сравнепню с расчетным объясняется ие только тем, что в последнем для получения более простого решения не учитывается влияние упругих деформаций грунта, по и тем, что прс-Ле-эьные сопротивления грунта несколько меньше фактических. Отметим, то критическое усилие, определенное исходя из линейпон модели грунта

Рис. 34. Экспериментальная зависимость ирогиСа от продольного усилия

15 f. СП

Рис. 35. Упругая линия подземного трубопровода прн экспериментальном исследовании продольной

устойчивости: -~ полный прогиб:---дополнительный п

Расстояние ттВ(/отметками, см

по известной формуле Лкр - 2 Yik, превыпгает фактическое более в 12 раз.

Таким образом, на основании проведенных во ВНИИСТе эксперт тов, теоретических исследовапий продольной устоичивостп и анализа с чаев выпучивания отдельных участков магистральных трубонртводов из женную методику расчета продольной устойчивости подземных трубоп; водов можно рекомендоеать для испо.1ьзования при проектировании. Г этом следует иметь в виду, что данное решение дает некоторый запас продольной устойчивости трубопроводов. Так, с пелью получения peшe в за.мкиутом виде упрощена расчетная .модель грунта, не учитывается мепенне продольного усилия по длине участка выпучивания и нспользо приближенный энергетический метод. Более точные ре;1ультаты можно лучить с использованием разработанной программы расчета на ЭВМ, горитм которой изложен в 1Л. 6,

§ 4. Примеры расчета

Пример 1. Определить минимальную глубину заложения газопроводЗ проложенного с упругим изгибом выпук.чосгью вверх р=1250 м нз ус вия продольной устойчивости, трубопровод диаметром 1020x12 мм (ги Щадь f=380 см) проложен на участке II категории, рабочее (нормат* иое) давлеиие р-5,5 МПа, те.мпературпый перепад Д/-Б7°С, грунт - »

песь со сле.чующнми характеристиками: Сгр=0,001 МПа=0,1 Н/см, <ргр=б*, .. .j,= 14,3 кH/. вес единицы длины газопровода 9тр=29,80 Н/см.

7Для определения глубины заложения записываем предельное состояние ро устойчивости, установленное СНиП П-45-75; критическое усилие -по й)0пм\ле (5.48); предельное сопротивление грунта поперечным перемещением-по (3.25).

Исходя из этих зависимостеп, ггеооходгмую высоту засыпки от верхней образующей до оси трубы определим по формуле

В = VrpH -t-

0,7с

СС5 0,7фгр

л =Vrp tgo,7cprp;

; C = 0,39iVpDh-1-

<?п. тр

0,375трпгр Игр

Здесь

S {аШЛ-0.2f - (l2 10-"-57 2.1 10 + 0.2 -"f ) X X 380 = 7,366-104 МПа см= 7.366-10* Н; 9п. тр = 9гр + птрь - 2980 -Ь 0,95:100-5,5-0,9962 = = 3500 Н/м = 35 Нсм.

(где п - коэффициент перегрузки, равный 0,95).

Тогда

А = 14,3-10-3 tg (0,7-6°) 1,08-10-9 н/см; 0,70,1

В = 14,3-10-3 102-1 С - 0,39-14,3-10--1022-1-

cos (0,7-f 6=) 7,366-108

=1.5288 Н/см*; 35

О,375-0,751,25.10-0,8 0,8 1,53 ЬУ"(.53+4-1,08-137275

= 275 Н. см ;

2.1,08-10-3

=162 см.

Таким образом, необходимая глубина заложения от верха засыпки до нн.1а трубы из условия продольной устончпвости должна быть не менее 2)2 см, а высота засыпки над трубой -111 см. т. е. несколько больше, Чем минимальная высота, равная по нормам 100 см.

Пример 2. Проверить устойчивость подземного участка трубопровода лиа.метро.м 1420X16,5 мм, проложенного с отводом машинного гнутья (=60 Dh с углом поворота 5° при рабочем (нормативно.м) давлении на данном участке р=7,5 МПа и положительном температурном перепаде Д-40°С. Глубина заложения до верха трубы /г=120 см, групт - суглинок <о следующими характеристиками: \гр= 1.43 • 10- Н/см фгр=П, Сгр== = 1 Н/см«, с, 0=0,03 МПа/см=3 Н/см.

Определяем предельное сонротивлепие поперечным перемещениям трубы вверх.

Площадь сечения стенок трубы F-727,5 см, вес единицы длины трубопровода 9т р 70,7 Н/см, изгнбная жесткость трубы EI 3,75-10 Н-см.

Предельное сопрогивление грунта вертикальным (вверх) перемешо.тЛ трубы определим по формуле (3.25) •• f ) "1-ремеще11ИЯ .

-Упр. гр = 1,43- 10-г. 142 191 - . 142 + 1,0 [1,43- 10-г. 191» х

Xtg(0.7 11)-

0,71911,0

cos (0.7. И) J

Коэффициент разгрузки по (3.27)

= 480 Н/см.

.I,8H;cm2.

120 + 142

Предельное Сопротивление поперечному перемещению

?пр = «7трЧ-Ягр7пр.гр= 70,7-f 0,8-480 455 Н/см.

Длина хорды отвода = 2р sin - = 2-60.142-s.n - = 4,6 м.

Очевидно, что длина волны выпучивания L,tp будет больше длины хор кривой, т. е. в поперечных перемсщенпях при возможной потере устойч! вости будут принимать участие и примыкающие к отводу прямолинсйнь участки трубопровода. Поэтому расчетный радиус начального изгиба опр делим методом приближений. Задаемся возможной длиной волны выпуч! вания 1кр=50 £>п=70 м. Исходя из этого, определяем расчетный радид по (5.60)

2 70«cosl,5=

ро =--!-= 560 м.

я*[705;п 1.5--2-60-1.42(1 -cos 1,5 )J

При данном расчетном радиусе определяем критическую длину волны иучивапия но (5.47):

Ll =-tMt} 9.6.10 см-

5.6-10.455(1 -д/l-f•!lЬjl

V V (5,6 10»-455)2 /

Lkp = 9,810s см = 98 м-

Прииимаем длину волны, равную среднему арифметическому последующих приближений 2,кр= (70-98)/2=S4 м. Да.тсе, ра

2 •84». cos 1.5

значению дв> расчет повторяе

п«[84 sin 1,5 2-60-1,42(1 - cos 1,5)1 265-3,75-10"

6.68-10.455f 1 -Ь Л А + «03.75-10»з-1,8 Л V V (6.68-10*.455)2 J

= 668 м; = 9,04-10 см"

Принимаем: Ро =

1кр = 9.5.10з см = 95 м. W = (84-f 95)72 = 89,5 м, 2 89.52 cos 1,5

лЧ89,5 sin 1.5--2-б01,42(1 cos 1.5)]

- = 710 м.

265-3.75-10»

-8.33 10 см«;

Lkp = 9,410=> см =94 м. Принимаем £-кр=92,5 м:

2-92,5"cos 1,5

4р =

я*[92,5-51п 1,5 -2-60-1,42(1 -cos 1,5)] 265-3,75-ЮМ

/ / 80 3,75-101,8 \

•"Ч-У" (7.34.10.455)2 J Lkp = 9,33-10» cm-=93,3 м.

= 734 м;

= 8,71 10 см«;

Принимаем окончательно /.кр=93 м, рп=740 м

Так как расчетный радиус меньше 1000 D„, то при определении экпн-валентиого продольного усилия учитываем в.1ияние продольных связен и самокомпенсации системы.

Вычисляем сопротивление грунта продольным персмещспням трубы. Коэффициент, учитывающий образование свода естественного равновесия грунта, по (3.22) будет

Ch =-0,046 -iy+0.367-j-f 0.06=0,34.

Предельное Сопротивление грунта продольным перемещениям трубы по-/3.20) составит

= 0,8 (70.7 tg 11° + 2-1.43- 10-2-0.34-л X X 1424gll + О.бя 142-1)--311 Н/см.

Расчетная стрелка начального изгиба по (5.49)

9300»

п"-74000

118,4 см.

Стре-чка прогиба, характеризующая форму потери устойчивости:

0,3118,4

l + 3-fo 1

31,8

,24,2 см.

*„Р . 455

Вычисляем безразмерные параметры по (5.57) и (5.56);.

32-9300»!

- (24,2=> -I- 2-24,2 118.4) == 2,03• 10~«.