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

Таким образом, согласно приведенной табл. 16. 1 и графикам рис. 16. 2, еслп предельным состоянием считать состояние металла при пределе текучести, получается, что трубопроводы по типу провисающей нити можно строить лишь из труб относительно небольшого диаметра.

Для нефтепроводов и продуктопроводов напряжения в трубах будут выше, чем в газопроводах, и, следовательно, возможности применения системы типа «висячая труба» будут еще более ограниченными. В действительности в трубопроводах, подвешенных в виде провисающей нити, с достижением металлом труб пластических деформаций еще не наступает предельное состояние, поскольку при дальнейшем увеличении продольной растягивающей силы произойдет выравнивание напряжений по поперечным сечениям, влияние изгиба труб почти не будет сказываться и разрушение трубопровода произойдет от действия лишь осевого усилия. Чрезмерного развития пластических деформаций допускать нельзя, так как в трубопроводе имеется высокое внутреннее давление и с появлением пластических деформаций в одном направлении они неизбежно появятся и в другом. Кроме того, трубопроводы в виде провисающей нити подвержены вибрациям. При расчете трубопроводов в виде провисающей нити за предельное состояние следует принимать разрыв трубопровода, т. е. расчет вести по пределу прочности труб. Кроме того, нужно делать проверку по пределу текучести металла для предотвращения развития чрезмерных пластических деформаций.

От расчетных эксплуатационных нагрузок (с учетом коэффициентов перегрузки) величина суммарных максимальных растягивающих напряжений в металле труб от осевого растяжения и изгиба должна быть

(16. 47)

Во время монтажа и при испытании трубопровода суммарные напряжения от фактических нагрузок

исп 1. ри

(16.48)

Осевые продольные растягивающие напряжения от расчетных нагрузок без учета напряжений изгиба должны быть

(16.49)

где /с. - коэффициент однородности металла труб при расчете по пределу текучести (для труб, изготовленных из углеродистой стали, к., = 0,9 и для труб из низколегированной стали = 0,85); - коэффициент, учитывающий динамическое воздействие ветра, наличие напряжений изгиба и кольцевых напряжений (сложно-напряженного состояния), принимаемый равным 0,8; Bi - расчетное сопротивление, определяемое из условий работы труб на разрыв Hi = кутпт., (согласно СНиП П-Д. 10-62); Л" = От - нормативное

сопротивление, равное нормативному значению предела текучести.

Еслп расчет вести по этим формула.м (что, конечно, более правильно), то границы применения переходов в виде провисающей нити расширяются. В этом случае для бесшовных труб из стали марки Ст.З:

<N+M) шах < 0.9 • 0.9 • 2300 = 1860 пГ1см\

лг шах < 0.8-0,48-3800= 1460 кГ/сж;

и для сварных труб из низколегированной стали марки 14ХГС:

С+м) шах < 0.9 • 0,85 • 3400 = 2600 кГ/см;

шах < 0,8 • 0,48 • 5000 = 1760 кГ/смК

Расчеты показывают, что газопроводы в виде провисающей нити можно строить из существующих труб без их усиления диаметром до 720 мм, а нефтепроводы и продуктопроводы - до 529 мм включительно.

Во время монтажа трубопроводов в виде провисающей нити в местах подвески устанавливают шарниры, и поэтому от собственного веса опорные моменты в трубах равны нулю.

Однако при изменении длины провисающего трубопровода от веса продукта и дополнительных нагрузок, внутреннего давления и изменения температуры стенок труб в местах подвески трубопровода возникают изгибающие моменты, которые можно находить по приближенной формуле

Моп 0,75-]/жг;;н

и напряжения в стенках труб от изгиба

0,38

(16. 50)

(16.51)

где AS - максимальное увеличение или уменьшение длины оси провисающего участка трубопровода после приварки колен и присоединения перехода к общей нитке. При определении AS учиты вают вес продукта и обледенение [ио формулам (16. 27) и (16. 28) ], увеличение длины от внутреннего давления [по формуле (16. 11)] и изменение длины от колебаний температуры [по формуле (16. 12)]; / - величина стрелы провисания, соответствующая данному расчетному состоянию трубопровода; Da - наружный диаметр трубопровода; /тр - момент инерции поперечного сечения трубопровода (-/тр = 0,3927 Dip б, где Dcp Da - б); б - толщина стенки труб. Е - модуль упругости металла труб; для стали Е ~ 2,1 х X 10 кГ/см-; Н - горизонтальная составляющая растягивающего

усилия в кГ (распор) от всех расчетных нагрузок (с коэффициентами перегрузки) при данной величине стрелы провисания /.

Суммарные напряжения от осевого растяжения и изгиба должны удовлетворять требованию, выраженному формулой (16. 47).

В системах в виде провисающей нити с защемленными концами, лежащими на одной оси, например в однопролетных переходах трубопроводов с непосредственным защемлением концов в грунте (без вварки колен на опорах), под воздействием вертикальной нагрузки возникают:

изгибающие моменты на опорах

EJ Н

И напряжения в опорных сечениях труб

Моп 2W V и А У

изгибающие моменты посередине пролета

И напряжения в трубах

г/2 HW

(16.52) (16.53)

(16. 54) (16.55)

где L - расчетный пролет провисающего участка трубопровода; Н - горизонтальная составляющая растягивающего усилия в кГ при принятой стрелке /; W - момент сопротивления поперечного сечения трубопровода;

И= -<0,78Z)cp6;

q - полная расчетная нагрузка на трубопровод (с учетом коэффициентов перегрузки).

Строительство переходов в впде провисающей нити без вварки колен на опорах возможно лишь при очень малых отношениях

и допустимо лишь на трубопроводах диаметром 529 мм и меньше.

При проектировании переходов в виде провисающей нити с защемлением концов открытого участка трубопровода непосредственно в грунте необходимо учитывать продольное смещение примыкающих подземных участков трубопровода в сторону перехода. Суммарные напряжения в трубак определяются от продольного осевого растяжения под действием усилия Н и изгиба с учетом изменения длины оси под воздействием внутреннего давления, колебаний температуры стенок труб и от смещения опорных сечений. При расчете нужно также учитывать частичное заполнение трубопровода водой во время испытания и жидким продуктом во время залива и опорожнения.

Для уменьшения напряжений изгиба, возникающих в трубах в местах подвески во время эксплуатации и при испытании трубопровода, трубы следует крепить к опорам шарнирно. После окончания монтажа трубы соседних пролетов и концевых участков перехода рекомендуется соединять с помощью гибких криволинейных или прямолинейных вставок, выполняющих роль компенсаторов.

§ 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ НА МОДЕЛЯХ ТРУБОПРОВОДОВ, ПОДВЕШЕННЫХ В ВИДЕ ПРОВИСАЮЩЕЙ НИТИ, ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ

Переходы трубопроводов типа «висячая труба» подвешиваютсн

с относительно малыми стрелками провеса - порядка /2o-

/4.0

величины пролета. В изогнутых трубопроводах при свободе перемещений возникают от внутреннего давления: продольные растягивающие напряжения

И продольные, относительные удлинения:

?пр. р = -4- (спр. р - рсг„ц) = -i- (0,5-0,3) а„ц =

-u,z -и,1

(16.56)

При малых стрелках провисания трубопровода возможно некоторое уменьшение продольных деформаций, а следовательно, и продольных растягивающих напряжений от внутреннего давления.

Это обстоятельство необходимо учитывать, так как в литературе встречается и иное толкование. Так, в книге Г. А. Тартаковского «Новая система сооружения трубопроводов в виде провисающих нитей» (изд. Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1961 г.) указывается, что провисающий трубопровод под влиянием внутреннего давления не удлиняется, а укорачивается и что продольное растяжение труб от собственного их веса и веса продукта уменьшает кольцевые напряжения (напряжения в продольных сечениях), возникающие в стенках труб от внутреннего давления.

Изучение деформаций, возникающих в трубопроводе; подвешенном в виде провисающей нити, проводилось на моделях, сваренных из тонкостенных труб с Da = 19 мм, с толщиной стенки 1,2 мм, изготовленных из стали с пределом пропорциональности около 3500 кПсм, пределом текучести свыше 4000 кПсм и временным сопротивлением около 5000 кПсм.

Расстояние между пилонами было 10 (с оттяжками из труб) и 12 м (с шарнирным закреплением на вершинах пилонов). Величины стрел провисания моделей / были приняты Ub-Uo величины пролета I, т. е. близкие к фактически применяемым на практике. Для

увеличения натяжения трубопровода равномерно по его длине были подвешены И, 12 или 23 груза весом 5-10 кГ.

Подвешенные трубы были заглушены с концов и заполнены водой. Давление в них поднималось ступенями по 50 кГ/см (соответствует Окц = 346 кГ/см) с помощью масляного насоса. Между насосом и трубой был установлен ресивер. Во время испытания моделей измеряли изменения стрелы-провисания посередине в четвертях пролета между пилонами и посередине оттяжек из труб, а также горизонтальные смещения вершин пилонов. Деформации измеряли с помощью мессур с ценой деления Vioo мм.

Испытание модели с качающимися пилонами, в которой оттяжками служит трубопровод (рнс. 16. 3)

Труба перекрывает пролет между пилонами, равный 10 м, огибает вершины пилонов и дальше спускается к анкерным опорам, установленным на расстоянии2,6 м от оси пилонов. У анкерных опор труба заканчивается заглушками. Анкерные опоры закреплены в мощной испытательной плите пола, на которой установлены и пилоны. Вершины пилонов очерчены по кривой радиусом 8,5 см, внизу пилонов устроены шарниры. На концах труб имеются отверстия: с одной стороны для подачи воды из насоса, с другой - для выпуска воздуха при наполнении трубы водой. Между трубой и верхней опорной частью пилона была проложена свинцовая прокладка. На вершинах пилонов был устроен

желобок, соответствующий диаметру трубы (с учетом свинцовой прокладки).

На модели с качающимися пилонами и оттяжками из труб было проведено четыре серии опытов, отличавшихся одна от другой величиной нагрузки q на участке трубопровода, расположенного между пилонами. В каждой из серий, за исключением первой, измерения производили при нескольких значениях стрелы провисания /. Значения нагрузок и первоначальных стрел провисания при всех опытах приведены в табл. 16. 2.

Каждый из опытов повторяли три раза; результаты измерений принимали как среднеарифметическое из полученных данных. Перед каждым опытом нивелиром определяли ординаты кривых провисания труб в Vs, /4, Vs, /2, Vs, /4 и /s пролета. При испытании давление в трубах поднимали ступенями по 50 кГ/см до 400 кГ/см, а затем сбрасывали также ступенями по 50 кГ/см. После каждой ступени давали выдержку в течение 5 мин, после чего записывали показания приборов.

Результаты измерения очертаний кривых провисания труб показали, что они весьма близки к параболе и цепной линии, причем в отдельных случаях парэ[бола оказывалась даже ближе. При всех значениях первоначальных стрелок провисания труб по мере поднятия внутреннего давления стрелки несколько возрастали. Приращение стрелы провисания, точнее увеличение длины провисающего участка, находилось почти в прямой зависимости от величины внутреннего давления. Изменение длины провисающего участка под влиянием внутреннего давления при разной величине стрелок и нагрузки было не одинаковым. С увеличением стрелы провисания

отношения величины удлинений провисающего участка трубы

все более приближались к теоретически вычисленным значениям исходя из предположения, что провисающий трубопровод длиной S под влиянием внутреннего давления удлиняется, как и труба с заглушёнными концами, на величину Д5 = ?i?-3J-. Это наглядно видно на графиках рис. .16. 5, на которых показано изменение отношения J- в зависимости от ~ посередине (рис. 16. 5, а) и в четвертях пролета (рис. 16. 5, б, в), а также на графике рис. 16. 5, г, где показано изменение отношения фактического удлинения труб между пилонами к теоретическому при давлении 400 кПсм в зависимости

от отношения для трех серий опытов.

Из графиков (рис. 16. 5) видно, что если при отношении

около 0,01 (Vioo) измеренные приращения ординат кривой провисания Посередине и в четвертях пролета составляют немногим более 40% псличины, вычисленной для трубопровода с заглушками, при -j-