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

Значения коэффициента динамичности можно определять по графику рис. 3, где по оси абсцисс от.:1ожен период собственных горизонтальных колебаний. Если период колебаний 7<0,2о с, то динамическую составляющую ветровой нагрузки не учитывают, т. е. принимают Vh. д = 0.

Логарифмический декремент колебаний трубопровода зависит от конструктивной схемы надземного перехода и определяется по записям виброграмм свободных зату.хающих колебаний

а- -1п(л.-м+„).

(2.10)

где и -число циклов на участке виброграммы; Л,- и Л(+„-амплитуды колебаний в начале и в конце рассматриваемого участка виброграммы.

Соглас1ГО [34] для предварительных расчетов логарифмический декремент рекомендуется принимать для горизонтальных колебаний - 0,05, для вертикальных колебаний (если нет устройства для гашения колебаний) - 0,03-0,05.

Для определения периода собственных колебаний надземных переходов трубопроводов Т находят частоту изгибных колебаний v {Т 1/v).

Собственную частоту изгибных кодебаннй (в Гц) определяют по формуле

(2.11)

где / - расстояние между опорами, м; £/~изгибпая жесткость трубопровода, Н-м; g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с; <j - расчетная вертикальная нагрузка на трубопровод, Н/м; ffl=S/JV„p - безразмерный параметр эквивалентного продольного усилия (здесь S эквивалентное продольное усилие, Н; Лкр - критическое продольное усилие, Н); для переходов с компенсацией продольных перемещений =0, для бескомпенсаторных пере ходов определяется в соответствии с методикой, изложенной в гл. 9 и 12.

Значения параметра fee зависят от числа пролетов, условий закрепления концов трубопровода и формы собственных колебаний.

Для балки с защемленными концами значения кс приведены в табл. 2. Здесь индекс 1 соответствует первой (одна полуволна в пролете), а индекс 2 - второй зонам сгущеяня частот, индексы (п) и (в) - нижней и верхней границам зон сг>щения частот.

При определении fee по табл. 2 для многопролетных надземных переходов без крайних опор условно принимается число пролетов па два больше.

Например, для трехпролетиого надземного перехода с компенсатором на одном кгавде условно принимается число пролетов равным пяти, по табл. 2 находим значение Ас. ib=1,74.

Учесть действительные граничные условия для реальных схем надземных переходов трубопроводов представляется достаточно сложным. Для одно-

Табянца 2

Значение коэффициента kc

Постоянные

Временные

длительные

Кратковременные

Собственный вес трубопровода и обустройств

Воздействие предварительного напряжения трубопровода (упругий изгиб и др.) Давление (вес грунта) Гидростатическое давление воды

Внутреннее давление для газопроводов

Внутреннее давление для нефтепроводов диаметром 700-1420 мм с промежуточными насосными станциями,- работающими без подключения емкостей

Внутреннее давление для нефтепроводов диаметром 700-1420 мм без промежуточных насосных станций или с промежуточными станциями, работающими постоянно только с подключенной емкостью, а также для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов диаметром менее 720 мм

Вес продукта или воды

Температурное воздействие

Воздействие неравномерных деформаций грунта, ие сопровождающихся изменением его структуры (присадки, пучеиие и др.)

Снеговая нагрузка

Ветровая нагрузка

Гололедная нагрузка

Нагрузка и воздействие, возникающие при пропуске очистных устройств

Нагрузки и воздействие, возни кающие при испытании трубопроводов

+ + +

+ + +

1.1(1) 1

1.2 (0,6) 1

1.15

1,1 1 (0,9.5) 1

1.4 1,2

Продолжение

П р я и е ч а ii н е. Со знаком (-(-) даны нагрузки н воздействия, учитываемые при расчете в аавясииостя от способа прокладки, а со знаком (-) - неучитываемые нагрузки, Значевкя каэффкадгснтов перегруани. указанные в скобках, должиы приниматься при расчете трубопроводов иа продольную устойчивость и устойчивость положения (например, при расчете на всплытие), а также а других случаях, когда уменьшение • нагрузки ухудшает условия работы трубопровода.

пролетного надземного перехода без компенсаторов с примыкающими подземными участками влияние упругого защемления опор можно учесть с помощью коэффициента \ на который умножается параметр kc для балки с защемленными концами. Коэффициент Л вычисляется по формуле

Д/ 6v4-12y3 + 10у2 + 5у + 1

CyoDn

[(2.12)

(2.13)

Здесь / - пролет перехода в свету; Су о-обобщенный коэффициент нормального сопротивления грунта.

Нагрузки и воздействия, учитываемые при расчете трубопроводов, под разделяются на постоянные, временные длительные, кратковременные н особые. В табл. 3 приведена классификация нагрузок и воздействий и даны коэффициенты перегрузки, характеризующие возможность увеличения или уменьшения соответствующих нормативных tiarpysoK н воздействий.

Если по условиям испытаний или эксплуатации газопроводы могут полностью или частично заполняться водой, а нефтепроводы или нефтепродукто-проводы - воздухом или при эксплуатации возможно опорожнение последних, необходимо учитывать изменение нагрузки по длине трубопровода от массы продукта. , ♦

§ 3. Определение толщины стенок труб

Методика определения то.ащнны стенки труб магистрального трубопровода основана иа принципе предельных состояний. За предельное состояние, при котором трубопровод перестает удовлетворять предъявляемым к нему

тоебовапиям, принимается состояние разрушения. Поэтому расчетное сопротивление определяется, исходя из временного сопротивления материала труб (предела прочности).

Расчетное сопротивление материала труб определяют по формуле:

(2.14)

нормативное значение временного сопротивления металла труб, устанавливаемое стандартом и техническими условиями на трубы; т - коэффициент условий работы участка трубопровода; ki-коэффициент безопасности по материалу при расчете по временному сопротивлению; *н - коэффициент надежности.

Коэффициент безопасности по материалу устанавливается нормами на проектирование. Он характеризует изменение свойств металла труб в зависимости от технологии их изготовления, уменьшение толщины стенок труб по сравнению с ее номинальным значением, (допуски по толщине), конструкцию труб, способ их изготовления, степень контроля сварных соединений и основного металла, а также пластические свойства трубных сталей. Таким образом, определение толщины стенок труб тесно связано с их качеством. Так, термически упрочненные трубы, изготовленные из низколегированной стали, прокатанной по регулируемому режиму, и имеющие допуск по толщине стенки не более 5% с обеспечением 100%-ного контроля листа и сварных соединений, рассчитываются с коэффициентом безопасности ft, = 1,34. Спиральношовные трубы, изготовленные из горячекатаной низколегированной стали, сваренные в три слоя, и прямощовиые экспандированпыс трубы из нормализованной листовой стали, сваренные двухсторонним швом, рассчитываются с коэффициентом безопасности A;i=l,47.

Коэффициент условий работы также устанавливается нор.мами на проектирование. Он отражает особенности эксплуатации отдельных участков трубопроводов, последствия возможного разрушения, трудности ремонта и восстановления, требования безопасности и защиты окружающей среды и т. д. В зависимости от указанных факторов установлены три значения коэффициента условия работы: 0,9; 0,75 и 0,6. Так, для обычной линейной части трубопровода т=0,9. Для переходов магистральных трубопроводов через водные преграды, железные и автомобильные дороги, трудно проходимые болота, а также для участков, примыкающих к компрессорным и нефтеперекачивающим станциям, узлам пуска и приема очистных устройств, т=0,75. Л.1Я наиболее ответственных участков, к которым относятся трубопроводы, расположенные внутри зданий и в пределах территорий компрессорных, газораспределительных и нефтеперекачивающих станций, станций подземного хранения газа, а также для переходов мощных нефтепроводов диаметром 1020 мм и более через водные преграды /rt=0,G.

Коэффициент надежности учитывает народнохозяйственную значимость трубопровода, внутреннее давление и диаметр трубопровода.

Значения коэффициента безопасности, классификация участков трубопроводов по категориям и соответствующий коэффициент условий работы, а также значения коэффициента надежности приведены в СНиП П-45-75 «Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования».

Предельное состояние магистрального трубопровода характеризуется неравенством 0max/?min. где Отах-наибольшие возможные напряжения п трубопроводе от расчетных нагрузок н воздействий; 7?min - расчетное сопротивление металла труб.

Для подземных трубопроводов в качестве предельного состояния принято условие разрушения, характеризуемое расчетным сопротивлением Ri, определяемым по формуле (2.14). При определении эквивалентных напряжений, влияющих па несущую способность подземных трубопроводов, принимаются по пиимапие только кольцевые и продольные осевые напряжения. Условие Д-тя определения эквивалентных напряжений базируется на энергетической

теории прочности, и продельное состояние трубопроводов записывается в вид(

При отсутствии продольных осевых напряжений или при однозначном на пряжеииом состоянии (продольное и кольцевое растяжение) предельное со-стояиие записывается для компонентов эквивалентных напряжеикй:

"кц-

(2.16

где о„ц, опр я - соответственно кольцевые и продольные оссзые напряжения При отсутствии продольных осевых сжимающих напряжений или при наличии продольных осевых растягивающих напряжений (ОпрдгО) толщина стенок труб определяется по формуле

-Е, - (2.17

2{R,-\np)

S = -

а при наличии продольных осевых сжимающих напряжецпй толщина стеиок труб определяется по формуле

-, (2.181

где и - коэффициент перегрузки рабочего дав.аеиия; р - рабочее (нормативное) давление в трубопроводе; наружный диаметр трубы; ijii-коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб и опреде.чяемый по формуле

(2.19)

Так как в правой части выражения (2.15) предельное состояние принято Ri, то продольные осевые напряжения определяются, исходя из расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической работы металла труб, г. е. уч-игываегся физическая нелккейиость материала. Это также относится к кольцевым напряжениям, однако в этом слзчае расчетные формулы при упругой и упругопластической работе совпадают.

Продольные осевые напряжения Опр должны определяться в зависимости от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической работы металла труб, а также от конструктивной схемы трубопровода, продольных и поперечных перемещений трубы.

В СНиП 11-45-75 приведена формула определения продсчькых осевых напряжепнй для частного случая прокладки подземного защемленного прямолинейного и упругоизогнутого трубопровода от воздействия температурного перепада и внутреннего давления

прр (2.20)

где U - коэффициент линейного расширения металла труб; Л< -температурный перепад (положительный при нагревании); Е - модуль упругости; Цпл - коэффициент Пуассона при пластических деформациях металла; Dsn - внутреииим диаметр трубопровода.

Из формулы (2.18) следует, что при наличии продольных осевых сжимающих напряжений, определяемых по (2.20), толщина стенки трубы зависит от положительного температурного перепада. Уменьшение температурного перепада может быть достигнуто охлаждением транспортируемого продукта

Толщина стенок труб магистральных трубопроводов определяется методом послеловате.иьных приб.иижеиия. Вначэ.че задаются орненгировочиым

шачсинем Т0.1ЩИНЫ степки, затем определяют по (2.20) Опр к, далее, по (2 \Щ "1 " п" (2-в) толщину стенки труб. Если эта толщина не совпадает с ладанным значением, то расчет повторяют в той же последовательности, принимая новое значение толщины стенки, близкое к определенному по фор-VVviaM.

Для частного случая прокладки подземного прямоликсйпОго и упруго-изогнутого участка трубопровода, когда продольные осевые напряжсипя определяются по выражспик) (2.20), можно получить решение в замкнутом виде.

Решив совместно уравнения (2.18), (2.19) и (2.20), получим формулу для пспосрслстпениого определения толщины стенки трубы при наличии про-.даи.пых осевых сжимающих напряжений

npDu

=2(/?;+пр)

Величина Л,* вычисляется в зависимости от соотношений аШ и Rr. при atEO,ЬRi R\-=Ry

(2.21)

при 0,5/?,<a&<iS</?,

/ R,[aMEf lV 0,75

Проверка прочности трубопроводов осуществляется, по формуле

Здесь

(2.22)

(2.23) (2.24) (2.25)

При продольных осевых растягивающих напряжениях ("р 0)

;i 1н огоаничсния максимальных (с учетом изгиба) напряжении и дефор маний iWDMatTnpocK установлено дополнительное условие (второе

npfZ,!e"mel при котором деформации труб ограничиваются соответствующим нормативным пределом текучести:

(2.26)

где Опр"-максимальные продо.чьные суммарные напряжения от нормативных нагрузок и воздействий;

1 0,75

cR",/k„ J

- 0.5

(2.27)

с - коэффициент, отражающий категорию участков трубопроводов, уста-пав СашыйСНнП 11-45 75; нормативное значение предела текучести S"a труб, устанавливаемое стандартом и техническими условиями