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

на трубы; сг„ц« - кольцевые напряжения от (нормативного) рабочего дав-лення

(2.28)

Выполнение условия (2.26) обеспечивает местную устойчивость стенок труб и не допускает накоплслия н.яастических деформаций, а следонаге.чьно, и долговечность конструкции. Отметим, что при проверке по второму предельному состоянию (2.26) расчет выполняют на нормативные нагрузки и ноздействия, а продольные напряжения определяют для крайних волокон сечения трубы, исходя из упругой работы металла последней, с учетом по Неречных и продольных перемещений трубопровода (с учетом гсометриче ской ие.чннейности) в соогвегств1Ш с правшгами строительной мсхаинкн.

В СПиП 11-45 -75 приведена формула определения максимальных (суммарных) продольных напряжений для частного случая прокладки подземного защсмлскного упру1оизогнуг010 трубопровода от воздействия внутреннего давления и температурного перепада.

Максимальные продольные напряжения определяют по формуле

"пр - t«<u + + "о = 0.15 - аД/£ ±

(2.29)

где р - минимальный радиус изгиба оси трубопровода

Используя выражение (2.29), связывающее радиус изгиба трубопровода толщину стенки и температурный перепад, из условия (2.26) очоелеляют мннимальпыи радиус оси изгиба:

Р = ---: (2.30)

ED„

(2.31)

Из условия (2.23) можно определить предельно допускаемый темнера-турныи перепад, певызывающий увеличегтия толщины стенки трубы Предельно допускаемый температурный перепад определяется по формулам-

положительный -г f j

+ 0,25

отрицательный

0,25

(2.32)

(2.33)

В табл. 4 приведены значения толщин стенок труб, применяемых для сооружения магистра.пьных трубопроводов, рассчитанных по нормам СССР США и ФРГ. Как видно из таблицы, только при высоком значении предела текучести, т.е. при отнощенин толщина стенок труб по нормам

CLLP больщс по сравнению с зарубежными нормами.

Техническая характеристика труб

Метод предельных состояний, иа котором основаны нормы проектпро-вапия СССР, практически всегда дает более экономичные решения, чем метод допускаемых напряжений, используемый в нормах США и ФРГ.

§ 4. Примеры расчета

Пример I. Определить толщину стеиок труб участка газопровода III категории (/»-0,9, -l) диаметром Йы=1420 мм при рабочем давлении р= -7,5 МПа.

Для сооружения газопровода будут использованы горячеправлсные, тер-.«нческп упрочненные трубы, изготовленные из пормалнзоваино-улучщепной нп.!колегированной стали, прокатанной по регулируемому режиму. Согласно СНиП 1145 -75, коэффициент безопасности для этих труб ki~l,4, временное сопротивлеиие Obp=Ri=600 МПа, предел текучести От=/?2"=470 МПа, моду.чь упругости £=2,1-105 дпа.

Для определения минимальной (номинальной) толщины стспки опрсде-•тн.м расчетное сопрогивление по формуле (2.14)

1.4-1.1

Расчетнпо номинальн}то толщину стенки подучим но формуле (2.17) 1,1-7,5-142

2(350-f 1,1-7.5)

= 1,64 см.

Проведем проверку кольцевых деформаций по формуле (2.26) и (2.28):

,н 7.5(142 - 2.1.64)

-iTi-=317 МПа;

-470 = 427 МПа.

Следовательно, условие (2.26) соб.тодено

nepo5T~"(S\-r"""-™ "°-™-и--нь,й температурный веье™оиГК5л1м12.5),(Г24).21 « .voot-

о . >.Ь7.5(142~2.;.64)

V USO ; 350

%N = 00096.3503,5 МПа;

3,5-f-iEiMiiiiiiiiziiL

1,64

= 0,0096;

12-10-8.2,1.10*

= 70,6 "С.

Определим максимально допускаемый отрицательный температурный перепад по формуле (2.33)

,Ь1:7.5(И2-2.М1) Ы =-~-= -69,9 °С.

Таким образом, если температура транспортируемого газа 60 "С, то работы, при которых фиксируется д.иияа газопровода, должны проводиться при температуре не ниже -10 "С.

Определим минимальный радиус упругого изгиба при полученных температурных перепадах, для чего найдем по формуле (2.27)

Ьл/~0.75(-1L Y 0.5--= 0,395,

V \imn,i J 1-470/1,1

а по формулам (2.30) и (2.31):

прн положительном температурном перепаде Д<=70,6 "С

Pi -

0,395-1

2,1 105.142

470-1-

0.15-7.5(142 - 2-1,64

Г 1

1,64

= 1,733-10» см 1733 м; 2, МОД. 142

- 12-10-в.2,1.105.70,6

-470 -

0.15-7,5(142-2-Гб4) :

~~[М- 12-10-«.2,1.10а-70,6

= 4,3-10* см = 430 м:

при отрицательном температурном перепаде Д=-70 "С

2,1-106-142

b??E-L470 +

0,15-7,5(142 - 2.1,64)

1,64

= 3,38-10* CJ« = 338 м: 2, МО»-142

12-10-8-2,1

105-70 j

Р2 =

470-

0,15-7,5(142 - 2-1,64)

1,64

= 9,56-10* см = 956 м.

-f 12-10-»-2,1-J0»70

Принимается большее значение искомого радиуса.

Таким образом, радиус упругого изгиба трубопровода при Af=70,6 "С должен быть не менее 1733 м, а при Д=-70 "С -не менее 956 м.

Пример 2- Определить толщину стенки трубопровода при положительном температурном перепаде Д<=85 "С. Техническая характеристика труб та жс, что и в первом примере.

Так как данный температурный перепад превышает максимально допускаемый, полученный в предыдущем примере, то толщину стеики трубопро-вода следует определять по фор-муле (2.18). Продольные осевые напряжения зависят от толщины стсики, поэтому решение выполняется методом по-с.1едоватсльных приближений. Принимаем вначале толщину стенки 6=2 см.

Продольные осевые напряжения опредсляел! по формуле (2.20)

ор= -12-10-e-2.1.10e.85-f 0.25-М-7,5(1422-2) 2МПа.

По формуле (2.19) определяем коэффициент ijii, учитывающий двухосное разнозначное напряженное состояние;

f.yi0,75(J-0,5-

Толщину Стенки трубы определяем по формуле (2.18)

1,1-7,5-142

0,882.

= 1,84 см.

2(0,882-350-f 1,1-7,5)

Принимаем новое значение толщины степки 6=1,84 см и повторяем расчет:

%N = -12-l0*-2,l-10»-85-f

0,25 1,1-7,5(142 - 2-1,84) 1,84

= - 59 МПа;

д/1 0.75 f-Y - 0,5 -= 0,905; V V 350 ; 350

1,1-7,5-142

2(0,905-350-f 1,1-7,5)

= 1,80 см.

Принимаем новое значение толщины Стенки 6=1,78 см и выполняем расчет:

= - 12-10-в.2,1.106-85-f

0,25-1,1-7,5(142 - 2-1,78) 1,78

= - 58 МПа;

я],- /l 0,75f-Y-0,5-= 0,914: V V 350 J 350

l,l-7,5-142

г-= 1.78 с«.

2(0,914.350+ 1.1-7,5) Таким образом, расчетная толщина стенки будет 6 "1,78 см. Как видно из расчетов, повышение температурного перепада по сравп нпю с предельно допускаемым значением вызывает необходимость увелич ния толщины стеикн трубы.

Пример 3. Определить толщину стенок труб для исходных данных npi мера 2. Используем решение (2.21).

Определим напряжение от температурного перепада.

ад, = аЛ<£= 12.10-*-85-2,1-10* = 214 МПа. Величина R\ как следует из примера 2. равна 350 МПа. Так как 214; >175, аД<£>0,5 Ri- Следовательно, сог.тасно (2.22)

р> Г350* -

-2142

По формуле (2.21) толщина стенкн будет

1,1-7,5-142

320 МПа.

---= 1,78 см.

2(320+ 1,1-7,5)

Пример 4. Определить ветровую нагрузку для двухпролетиого переход, с одним компенсатором при длине пр счета /=33 м. Переход сооружаете: в 1П ветровом районе. Диаметр трубопровода 1420 мм, то.чщнна стены 20 мм. - ,

Скоростной напор ветра для III ветрового района , 1

Скорость ветра, соответствующую данному скоростному напору, опредс ляем по формуле (2.7), принимая а=1:

v = Vi,go=-V1,6-450 = 26,8 м/с. I

Число Рейнольдса определяем по формуле (2.8)

0,146-10-« • *

По графику рис. 2 находн.м коэффициент лобового сопротивления, который равен Cjc=0,62.

Статическую составляющую ветровой нагрузки получим по формуле (2.6) (7и, с = 450 0.62 = 278 Н/м».

Для определения динамической составляющей ветровой нагрузки по формуле (2-11) находим собственную частоту горизонтальных колебаний (для второй формы). Величину ftcin получаем по таб.з. 2, принимая условное число пролетов, равное четырем. Она составляет 6,82. Тогда

6,82 /2,)-10"-2,156-10-«-9,81 .

v,r ~- Л I ~---- = 13,5 Гц.

332 у 9,6.103

Период собственных юрнзонтальных колебаний

vr 13,5

= 0,07 с.

п"~/а ie 1™ваГ?ГПЛТ" скоростного на-

грузку o.W-.hm по JopS:,e (25) ~ "" Нормативную ветровую нарвет, н = 278. J ,42 = 395 Н/м.

ГЛАВА 3

РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ ГРУНТА, ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩЕГО С ТРУБОПРОВОДОМ

Расчетные моде.пи грунта, взаимодействующего с трубопроводом, обычно предсгав-чяют в виде зависимости сопротивления грунта от продольных и поперечных перемещений трубы. Эти зависимости в основном устанавливаются на основании экспериментальных исследований.

§ 1. Физико-механические характеристики грунта

Подземные трубопроводы рассчитывают в зависимости от характеристик среды, в которой они будут находиться при эксплуатации. Эти характеристики определяются на основании инженерных изысканий трассы и прогнозирования изменения грунтовых условий, связанных со строительством и да.1ьнсишен эксплуатацией трубопровода.

Под инженерными изысканиями следует понн.мать комплексный производственный процесс, обеспечивающий строительное проектирование исход-пы-мп данными о природных и инженерно-геологических условиях трассы будущего трубопровода.

При изысканиях следует руководствоваться ие только нормативными документами, относящимися нспосредствеиио к изысканиям, но и документами, рег.таменгирующимн нормы проектирования магистральных трубопроводов, конструкций, заглубленных в грунт, а также правилами производства и приемки земляных работ.

На основании инженерных изысканий в соответствии с номенклатурой грунтов устанавливаются типы, виды и разновидности грунтов по их различным показателям, например по гранулометрическому составу, степени влажности, плотности, коэффициенту пористости, числу пластичности и т. п.

Основными параметрами физико-меланнческнх свойств jpyHTOB, определяющих напряженно-деформированное состояние подземных трубопроводов, являются угол внутреннего трения <ргр, удельное сцеп.тепне Сгр, модуль деформации нескальных грунтов £гр, объемный вес грунта "Vrp, удельный вес грунта Vy. гр. пористость ё.

Методы определения основных показателей грунта изложены в соответ-ств>ющих стандартах, перечень которых приведен в СНнП 11-9-78 Инженерные изыскания для сгроигсэьсгва. Основные положения.

Физико-механические характеристики грунта при изысканиях определяют для каждого выделенного по трассе трубопровода ннжеиерно-геологйческого элем ента.

За нор-матнвное значение всех характеристик грунта (за исключением удельного сцепления и угла внутреннего трения) принимают среднее арифметическое значение результатов частных определений

Нормативное значение характеристики грунта по результатам иепо-средственных определений, выполняемых в лабораторных или полевых условиях, вычисляется по формуле

(3.1)

где п -число определений характеристики; А,-частное зпаченне характеристик.

За нормативное значение удельного сцепления и угла внутреннего трения принимают параметры линейной зависимости сопротивления груига