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

поворота трубопровода в вертикальной плоекости прн ограничениях по изгибным 11апряжеииям. Углы поворота трубопровода часто выполняются упругим изгибом трубопровода по действием собственного веса трубы. Исходя из этого, определяется профиль трубопровода. Для обеспечения устойчивости положения трубопровода в этом случае необхо.здмо, чтобы выполнялось следующее условие:

изг = Щтр, (Л

где £взг - интенсивность упругих сил; т - коэффициент условия работы! трубопровода; Qrp - расчетный вес единицы длины.

Интенсивность упругих сил может определяться в запнсимости от направления угла поворота по (9.28) или (9.37). Отметим, что Бвзг зависит не только от угла попорота, по и уровня максимальных напряжений, характеризуемых минимальным радиусом упругого изгиба. Исходя из последнего и ограничивается область применения упругого изгиба трубопровода i для оеущестплення поворота трубопровода. Профиль траншей определяется в зависимости от угла поворота и минимального радиуса упругого изгиба оси трубопровода и может назначаться в соответствии с уравнениями (9.34) или (9.43). Если в соответствии с принятым в проекте углом поворота и минимальным радиусом упругого изгиба оси трубы условие (9.44) не выполняется, то для изгиба трубопровода он может лрнгружаться балластом. В этом случае условие (9.44) запишется в виде

Ь изг <(-Утр + <1бял), 45) j

где дъал - расчетная интенсивность поперечной нагрузки от балласта с учетом коэффициента перегрузки. Если до начала эксп-пуатацни трубопровода возможно его обводнепне, то устойчивость положения для этого периода проверяют по условию

„зг %.т + 9». 6 "1 (9тр + 9б«л + пр. гр), (9-46)

где qt т-расчетная интенсивность выталкивающей силы, действующей на трубу с учетом коэффициента перегрузки; (7в. с - расчетная пыталкивающая сила, действующая на конструкцию балластировки с учетом коэффициента перегрузки; пр. гр - расчетное предельное сопротивление грунта поперечным вертикальным (вверх) перемещениям трубы, определяемое по (9,4- 9,6) с учетом коэффициента перегрузки, равного 0,8.

Левая часть условия (9.46) отражает интенсивность нагрузок, действующих в поперечном направлении оси трубопровода вверх, правая -вниз.

Отметим, что при расчете устойчивости положения на период последую-тцего (после укладки трубопровода в сухую траншею) обводнения траншеи в предэксплуатацнонный период в д. включается также при наличии анкеров их удерживающая способность, определяемая по (9.13).

При укладке трубопровода в обводненную траншею устойчивость его патожепня на нсрпод строительства проверяют по условию

(9.47)

В от.чичие от предыдущего случая, здесь пе учитывается удерживающая способность анкеров и грунта.

Прн ук.падке трубопровода в пеобводнеиную траншею н закреплении его анкерами повышенной несущей способности при последующем обвод-пении в трубопроводе могут возникнуть значительные изгибные напряжения. В связи с этим необходимо произвести проверку против развития чрезмерных деформаций. Особенно это относится к участкам трубопроводов, имеющих упругий изгиб выпуклостью вверх. Условия для ограничения деформаций

(9.48)

где Опр" - максимальные продольные напряжения от нормативных нагрузок; R;" -- нормативный предел текучести мета.пла труб.

При определении продольных напряжений для рассматриваемого периода считается, что пролет трубопровода равен расстоянию между анкерами, ?. п пролете действует соответствующая поперечная нагрузка, направленная вверх. Кроме того, учитываются и продольные напряжения, связанные с упругим изгибом трубы по заданному профилю.

В записанных формулах, определяющих устойчивость положения трубопровода в период строительства (до эксплуатации), не отражены нагрузки, связанные с воздействиями деформаций грунта, сопровождающихся изменением его структуры, например пучение и др. При их наличии необходим расчет, учитывающий действие дополиитсльных нагрузок. Отметим также, что здесь пе учитывается изменение температуры стенок трубы в течение времени от укладки трубопровода в траншею и засыпки его грунтом до начала эксп-пуатации трубопроводной системы. Обычнг) изменение темпера-т\ры в этот период меньше, чем изменение температуры стенок труб, спя-чанное с температурой транспортнруе.мого продукта. Однако в некоторых случаях, например, если температурные перепады для периода строительства II .эксплуатация отличаются по знаку, необходимо и для счучая строитель-етпа проверять продольную устойчивость трубопровода.

Проверку продольной устойчивости трубопровода на обводненных участках можно производить по зависн-мостям, приведенным в гл. 5, принимая за предельное сопротивление поперечным перемещениям трубы равнодействующую всех поперечных нагрузок.

Трубопроводы, прокладываемые иа обводненных участках, имеющие углы поворота в вертикальной п.чн горизонтальной плоскости, под действием продольных осевых усилий могут иметь бо.тьшие перемещения. Для оценки их напряженно-деформированного состояния можно испо.пьзовать программы для ЭВМ «Шаг - вода» и «Дога - вода».

§ е. Расчет трубопровода с произвольным очертанием оси в горизонтальной плоскости

Для расчета подземных трубопроводов с произвольным очертанием оси в горизонтальной плоскости, прокладываемых на обводненных участках, можно использовать разработанную ВНИИСТом и ЮжНИИГнпрогазом программу «Шаг -вода» (текст программы па машинных носителях хранится в организациях-разработчиках).

Программа «Шаг -вода» разработана в развитии программы «Шаг - .чснта». Остановимся только на особенностях алгоритма этой программы и отличиях его от ранее описанного. Области применения программ «Шаг - вода» и «Шаг - лента» идевтичны, за исключением того, что алгоритм данной программы учитывает особениости работы трубопровода на об воднегшых участках трассы. Уровень грунтовых вод может быть различным по длине рассчитываемой конструкции. Подготовка исходных данных для расчета па ЭВМ по программе «Шаг -пода» проводится аналогично программе «Шаг -лента». Узлы стыковки элементов (узловые точки) должны дополнительно назначаться в местах изменения уровня обводнения, а также в местах изменеиия вида балласта и его величины. Особенностью данной верски программы является более удобный для практических расчетов ввод исходных данных, что позволяет уменьшить описание входной информации. Исходные датшые для расчета по программе «Шаг -вода» заносятся на спецнальные двусторонние бланки, на которых указаны обозначения данных, их физический смысл и размерность Первая строка бланка содержит информацию общего плана - паименоваиие отдела (8 символов), заказа (4 символа), варианта (8 символов), даты (8 символов) н нанменопаиия объекта (пе более 52 символов). Во Вторую строку заносятся значения параметров, постоянных по длине рассчитываемого участка: k~ число внутренних узлов; о - коэффициент .«линейного расширения материала

труб; £ - модуль упругости материала трубы; ц - коэффициент Пуассог материала трубы; \-тр -объемный вес металла; fen - коэффициент надел кости, принимаемый по СНнП П-45-75 Следующие велттш в этой стрг. вводятся для расчета податливости трубопровода на левом и прапом к цах рассчитываемою участка в местах иодсоедияения к прямолинсйцс участку магистрали: Он -наружный диаметр трубы магистрали; б -тш щнна стенки трубы магистрали; А -высота засыпки под трубой магистрали а - расстояние от трубы магистрали до стенки траншеи; й/ - расчетиь температурный перепад для магистрали; р -рабочее давление продук для магистрали.

Если податливость заведомо известна иа том или другом конце рассч тыпаелгого трубопровода, то приведенные величины для магистрали задаю нулевыми. Третья н вес последзющие строки лицевой стороны бланка р биты иа вертикальные графы. Первая вертикальная графа указывает нумерацию участиов (атемснгов). Вторая графа служит для нумерации п. фокарт. Последующие графы предназначены для задания технологнческ! параметров (At, р), геометрических характеристик поперечного сечення фнзико-механических характеристик металла труб (De. 6, I. q>, р, с. h, ат\ Н-,"), типа гтнта и различных его физико-механических характеристи..

Данные для второго участка (третья строка бланка) заполняются полностью. Далее запо.пнеиие удобнее вести по графам. Во всех графах лицевой стороны бланка (кроме ], ф и типа грунта) исходные данные, в случае их повторения, пе заносятся до появления в них числа, отличного от предыдущего. Нуль в этих графах недопустим.

в первую строку оборотной стороны бланка заносится податливость упругих связей в начальной и конечной точках расчетной схемы (С\к, Сгл-, C3N, CiK, CiK, csk). в последующие строки оборотной стороны бланка заносятся данные по обводнению - уу. У»> в, Лв, 9сал, д*ч« и внешние обоб-. щенные усл-чия - Z,, 2 2з (изгибающие моменты, поперечпые н продольные силы), приложенные в соответствующих узлах. Причем в первой точке /вторая перфокарта) величины, характеризующие обводнение, заменяются нулями. Для второго элемента (третья перфокарта) дан1гые -заполияютсяС полностью. Начиная с третьего элемента, повторяющиеся величины и графах уу. Yb и f. НС эапо.тепюгся, а в графах Лб, ?оал, «/ачк заполняются все, кроме нулевых данных.

При заполнении бланков следует знать, что первая и вторая строки лицевой стороны и первая строка оборотной стороны заполняются только на первом листе

Перфорация исходных данных выполняется на перфокартах. Каждая строка бланка перфорируется на отдельной перфокарте. Первая строка содержит текстовую информацию, все последующие - цифровую. Порядок набивки листов: сначала все заполнсипые строки лиаевык сторон бланков, затем оборотных п порядке их нумерации. В случае, если информация по-мещается более чем иа одном бланке (от одного до пяти), то первые две строки лицевой стороны бланка набиваются только с первого листа, набивка последующих листков начипается с третьей строки. Третья строка набивается обязательно полностью с первой по 77-ю кстонку. в следующих строках набиваются только заполненные чнспа. Первая строка оборотной стороны пабнпастся только одик раз, и эта перфокарта ставится сразу посте всех карт с лицевых сторон бланков. Во второй строке первые шесть данных - обязательно нули, а Z,. Z2, Z3 могут быть и не нулевыми Третья строка пабипаатся полностью В остальных - то.чько заполненные числа.

Выходная информация, получаемая по программе «Шаг -вода», аналогична выходной информации программы «Шаг - лента». Она содержит данные о всех компонентах напряжений н перемещений по длине рассчитываемого участка, значение усилий, действующих на примыкающие конструкции, а также сравнение вычисленных напряжений с предельно допустимыми, устаповленными нормами.

§ 7. Расчет трубопровода с произвольным очертанием оси в вертикальной плоскости

Для расчета под:1емных трубопроводов с произвольным очертанием оси я вертикальной плоскости можно использовать ра:1работанную ВНИИСТом и ЮжНИИГигграгазол! программу «Дога--вода» (текст программы па машинных носителях хранится в организациях-разработчиках). Программа «Дога - вода» разработана в развитии программы «Дога». Остановимся только на особенностях алгоритма этой программы и отлячиях его от ранее описанного. Так как область применения програ,ммы распространяется на расчет трубопровода на обводнегтых участках, то алгоритм програм.мы более полно учитывает отличие жесткостей, характеризующихся модулем деформации, грунта засыпки и основания (под трубой). Направление поперечных пере-мсшений (вверх или вниз) является неизвестным, поэтому п процессе счета анализируется характер перемещеннй и, в зависимости от ггаправлення, на каждом этапе счета учитываются соответствующие характеристики грунта. Отметим также, что алгоритм программы учитывает различие между балластировкой Трубопровода грузами и закреплением его анкера.ми с точки зре-ная их влияния иа сопротивление продольным перемещениям.

Подготопка исходных данных для расчета на ЭВМ по программе «Дога -вода» проводится аиалогичцо программе «Дога». Узловые точки должны назначаться в местах изменения ровня обводнения, а также вида

балласта и его величины.

Исходные данные для расчета заносятся на специальные бланки. На первую перфокарту заносится информация об отделе, заказе и варианте (8 символов) и о наименованнн объекта (не более 56 символов). На вто~

?ую перфокарту заносится число разбиений (не более 100) и признаки JRZ1 и PRZ2, характеризующие условия по концам трубопровода. На третью перфокарту заносятся параметры, постоянные по длине рассчитываемого участка: Ро -рабочее (нормативное) давление; At - температурный перепад; Он -наружный диаметр трубопровода; а - коэффициент объемного расширения; Е - модуль упругости металла; р - коэффициент Пуассона металла; с - коэффициент, определяемый сосчасно СНнП 11-45-75; т -коэффициент условия работы трубопровода; ft, - коэффициент безопасности по материалу; feu - коэффициент надежности; Пр - коэффициент перегрузки рабочего давления; /Tirp, лггр - коэффициент перегрузки для грунта.

После разбивки рассчитываемого участка на элементы информации о геометрии заносится в псрпый и второй столбцы четвертой и последующих перфокарт. Длина U заносится по порядку, начиная с левого конца. Угол поворота у,- между элементами образуется вращением продолжения предыдущего элемента к последующе.му. При вращении по часовой стрелке угол считается положнтспьным, против - отрицательным. Знак минус записывается обязательно, знак плюс можно опускать. Углы залаются в градусах и десятых до.1Я,х от них.

На пос.1сдпеп перфокарте записывается \+1=0. На четвертой н последующих перфокартах заносятся; Ь-тмщина стенки трубы; Л - высота засынки над трубой; Щ-нормативные сопротивления материала трубы растяжению (сжатию), PRGR-l для песчаных грунтов и PRGR=Q для глинистых грунтов; у,р - объемный вес грунта; фгр - угол внутреннего трения грунта; Сгр - сцепление грунта; Егр. зас - модуль деформапии грунта засыпк1Г, Ерр осн

- модуль деформации грунта аснования; р,.р ~ коэффициент Пуассона грунта; г.г о - обобщенный коэффициент касательного сопротивления грунта; i?rp - несущая способность грунта; уу - удельный нес грунта; ут, ~ объемный вес воды с учетом растворенных солей и взвешен-ных веществ; е - коэффициент пористости; - расстояние от верха засыпкн до уровня воды, если уровень воды выше поверхности засыпкн, то следует принимать Ai, = 0; д-п-расчетный (с коэффипиептом безопасности по материалу) вес балласта под водой (задается со знаком плюс)

илн расчетное усилие анкерного устройства на единицу длины (задаете ео знаком минус).

Четвертая строка бланка заполняется полностью. В последующих стр ках все вспичины (за нсключеинем /, у, PRGR, А„, qnn) в случае их повт рения можно ке заполнять. Нулевые значения этих величин иедопустк*

Выходная информация, получаемая но программе «Дога - вода», логична выходной информации программы «Дога». Она содержит ные о всех компонентах перемещений и напряжений по длине рассчн веемого участка, результаты проверки прочности, деформативности и тойчивости трубопровода.

Алгоритм программы ие учитывает предварительных напряжений в • бопрободе, возникающих в процессе его укладки. Кроме того, при соста леиии данного алгоритма удерживающая способность анкеров или гру учитывается как интенсивность, равномерная но длине элемента, что совсем полно отражает иаиряженное состояние трубопровода при прими нении анкеров большой удерживающей способности, устанавливаемых значительным шагом. В этих случаях нужно дополнительно учесть папря ження от предварительного изгиба трубопровода и от нагрузок, действу» щих в пролете между анкерами.

§ 8. Примеры расчета

Пример 1. Определить величину пригрузки для выполнения угла повЗ рота 1°30 в вертикальной плоскости с помощью вогнутой упругой кривс мйии.ма.пьным радиусом р=3000 м. Трубопровод 1420X16,5 мм, /=1,79- 106 (-м*. £=2.1 W Н/см2.

Переводим угол в градусных единицах н.мсрения в радианы

w-lpO

л1.5

= 0,0262 рад.

Пригрузка по формуле (9.28)

32 2,1-107.1,79-10»

Тангенс по (9.32),

0,02622.(3-105)3

= 7.2 Н/см = 720 Н/м.

Т = ~ 0,0262-3000 = 58,95 м. 4

Биссектриса по (9.33)

£ = 0,141-0,02622.3000 = 0,29 м = 29 см.

Пример 2. Определить пригрузку для выполнения угла поворота 1°30- с помощью выпуклой упругой кривой мийкмалышм радиусом р=3000 м. Трубопровод сечением 1420x16,5 мм. Угол поворота в радианах

P = JLLb = 0,0262 рад.

Пригрузка по (9.37)

Бизг = Тангенс по (9.41)

2,110.1,79-10в

0,02622(3-10»)» Г= 1,5-0,0262-3000= 117,9 м.

1.8 Н/см= 180 Н/м.

Биссектрисы по (9.42)

£ = 0,188-0.02622-3000 = 0,39 а-Ш см.

Пример 3. Д.ЧЯ трубопровода 1420X16,5 мм (9тр=57 Н/см) определить предельный угол поворота, который .можно выпо-танть упругим изгибом трубопровода иод действием собственного веса, чтобы .минимальный раднус осч изгиба трубы составлял 3000 м.

Для вогнутой кривой по (9.29):

!1 Л!

двыпуклой кривой по (9.38) --

2 /гыомутэ;!»!. 4.66-io-« рая;

"Y 57-3-10Б

Пример 4. Проверить устойчивость подземного участка трубопровода 1420X16,5 мм, проложенного упругим изгибом р=2500 м в вертикальной плоскости с углом поворота 0=3,45" при рабочем (нормативном) давлении р=7,5 МПа и положительном температурном перепаце А<=58°С.

Глубина заложения до верха трубы /i==100 см, уровень грунтовых вод от верха засыпки Лв = 120 см. Трут - песок средней крупности, объемный вес угр=15,2 кН/м удельный вес Уу=25 кН/м, коэффициент пористости е=*0,5, угол внутреннего трення фгр=27°, сцепление Сгр=0,05 Н/см-.

Опрсде-чим предельное сопротивление поперечны,м перемещениям трубы

пвсрх.

Площадь сечения стенок трубы

Вес единицы длины трубы *

= £ттр = 727,5 7,85- IQ- = 57 Н/см.

Вес пролуктй (газа) в еднниие длины труби

9газ = 100пР2„ - 100-0,95-7,5-1,387 - 1370 Н/м = 13,7 Н/см.

Вес трубопровода I

.р = 57 + 13,7 70,7 Н/см.

По формуле (9.2)

a = 360--2arccos-AiIiB-.-.271.8.

= 1,45-10* см.

По формуле (9.1)

1422 / я271,8 „

Выталкивающая сила

Яв = f обвУв = 1.45-10*-1,05-10-2 = 152 Н/см.

Положительная плавучесть

Чн.т = Чтр - 9выт ==70,7--Ш -81,3 Н/см.