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

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ

§ 1. ВЛИЯНИЕ ЭКСПАНДИРОВАНИЯ ТРУБ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА НАДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Для улучшения геометрической формы труб большого диаметра на заводах применяют их экспандирование. Экспандирование труб осуществляется гидравлическим способом путем повышения давления в трубе, заложенной в обойму. В результате этого происходит вытяжка металла (увеличение длины окружности) и некоторое повышение предела текучести по окружности трубы.

Иногда экспандированием пользуются не только для получения хорошей геометрической формы труб, но и для повышения расчетного иредела текучести стали. Повышение предела текучести не увеличивает несущей способности труб, поскольку разрушение их наступает при достижении предела прочности, который практически остается неизменным. Поэтому при определении толщины стенки трубопровода по методике предельных состояний, когда за нормативное сопротивление принимается предел текучести металла, с повышением последнего фактически снижается коэффициент запаса.

При экспандировании труб металл подвергается вытяжке лишь в кольцевом направлении, и поэтому характеристики металла вдоль и перпендикулярно оси трубопровода получаются различными.

На некоторых трубопрокатных заводах в процессе экспандиро-вания вследствие разностенности труб металл на отдельных участках вытягивается до 4-6%, что значительно снижает его пластические свойства. Столь большая вытяжка металла может привести к развитию имевшихся в трубах дефектов и образованию трещин. Полному разрушению труб в этих местах при экспандировании будет препятствовать обойма. В результате дефектные трубы могут оказаться на трассе строящихся трубопроводов.

При проектировании трубопроводов, и в частности надземных переходов, нужно знать влияние экспандирования на изменение физико-механических характеристик металла труб. С этой целью были проведены экспериментальные исследования образцов металла,

ж °

« Я

х1 3 й я

1§

а -f. к

а U о

ч X 2

2§ - сз

=5S 5 &

ее м -

Л Ч >, п

вырезанных из листа, неэкспанднровапных и экспандированных труб в двух направлениях.

В табл. 3. 1 приведены средние значения относительных удлинений при разрыве бп, относительных поперечных сужений при разрыве ij), условного предела текучести при остаточных удлинениях 0,2% Оо,, и предела прочности металла Ств-

Различное значение физико-механических характеристик стали - а в, Оо,2, Оп и в неэкспандированных трубах в продольном и поперечном направлениях получается в результате технологических процессов прокатки листов стали и изготовления труб, которые изменяют свойства металла и придают им направленный характер.

Сравнение физико-механических характеристик образцов показывает большую разницу в величине и разброс отношений условных пределов текучести в продольном и поперечном направлениях в экспандированных трубах. Это означает, что в результате экспандировании не создается стабильность условного предела текучести металла труб. По-видимому, это является следствием неравномерной вытяжки металла по периметру трубы из-за отклонений толщины стенки и неоднородности свойств металла.

Сравнение физико-механических характеристик металла экспандированных и неэкспандированных труб = 720 мм, 6=8 мм из стали 19Г приведено в табл. 3. 2.

Анализ результатов испытания образцов позволяет сделать следующие выводы.

1. Физико-механические характеристики металла экспандированных труб правильнее находить на основании испытания плоских образцов, вырезанных иэ труб в продольном и поперечном направлениях. Круглые образцы можно применять для определения предела прочности металла труб.

2. Экспандирование металла труб из-за неодинаковой толщины стенки происходит неравномерно по периметру трубы, и поэтому условный предел текучести в поперечном направлении получается неодинаковым для разных участков трубы и для различных труб.

3. Экспандирование снижает пластические свойства металла труб и создает концентрацию напряжений и чрезмерную вытяжку металла в ослабленных местах трубы (меньшая толщина стенки, местные дефекты металла в виде закатов, царапин, неметаллических включений и т. п.).

4. Прочностные характеристики металла экспандированных труб в продольном направлении почти такие же, как и у неэкспандированных.

5. Экспандирование труб очень мало влияет на величину предела прочности металла труб и повышает условный предел текучести в поперечном направлении.

При расчете величины пролетов надземных переходов за нормативное сопротивление металла экспандированных труб можно принимать условный предел текучести металла образцов продольного направления, т. е. условный предел текучести принимается таким

же, как для неэкспандированного металла. Если при этом и толщина стенки трубы перехода рассчитана пз того же условия, то расчет переходов из экспандированных труб ничем не отличается от расчета переходов из неэкспандированных труб.

Если толщина стенки экспандированной трубы перехода подобрана из условия, что нормативным сопротивлением металла является условный предел. текучести в поперечном направлении, то при определении пролета перехода (т. е. при расчете в продольном направлении) нормативное сопротивление должно приниматься без учета экспандировании металла. В этом случае величины расчетных пролетов для соответствующих марок сталей будут меньшими, чем пролеты переходов из неэкспандированных труб.

Надземные переходы при компенсации температурных деформаций рассчитывают из условия

0,5 СТкц + <а < Rt

(3. 1)

где окц - расчетные кольцевые напряжения в трубах от внутреннего давления; Ои - расчетные продольные напряжения (изгиба) от вертикальных нагрузок; /?2 - расчетное сопротивление металла труб в продольном направлении.

В неэкспандированных трубах при расчете принимают равенство значений предела текучести в продольном и поперечном направлениях. Если толщина стенки трубы подобрана так, что Онц = R, то можно написать

0,5 i?2 Ч- а„ < i?2, или а„ < 0,5

В экспандированных трубах при расчете можно принять расчетное сопротивление металла в поперечном направлении Rn эко равное 1,2 его значения в продольном, т. е. Лгэнс = 1,2 R. Как правило, это отношение не бывает большим.

В случае, когда толщина стенки трубы подобрана из условия Окц = -йзэкс, уравнение примет вид

0,5-l,2i?2-faH<i?2,

(3.2)

откуда Ои < 0,4 Д,-

В этом случае расчетный пролет переходов из экспандированных труб определяют по формуле

W 0,4iy/?2

(3.3)

где W - момент сопротивления трубы; ц - грузовой коэффициент.

Так как расчетный пролет из неэкспандированных труб определяют по формуле

(3.4)

о a.

Я X о

« СЯ Я «

О о о. а

и: м

S о 3 к

л 5 я S

в о н = о ч в

§ =

2 с о

o = = -

g о 3

- ce и = S

5 &

5«

с; о сз О О С5

О ,о г.;

00 о

о in

eg с" сз vi< о О!

г-Гсо сз оз

то о о

IT) 2? in in m

in о "-i о

m CM о

оз са см in

со со -чч со

СМ 00 (- "4* 00

-гн сз со со со см сгэ" см см 00 см

in о ш

сз - I

04 S I

in in 2

го со

о со

VI* сз in

смсо c-i см см 00

>

• ts

5 5 =

cd CJ о го

сз в сс

л са са 1С ю сз >>> а

с d, м -

е* «

ts а

as о

с: С1.

I «

« со

сз о

-с? о in сз см 1- сз о сз

<=>.

со о 00 о см г-

-с1< см

о CM

сз со

1ПО о

сз -с1< .гн

-О" см о со

ш in in

от о

сз о о о

сз о со со

со со со

in vj* со о

см оз" г-

VJ* VJ* 00

со in in сз

.1 с in

CM CM с- CM

in in о

CO in - ;

-cf CO Й

in in g

SI о

CO in

C3 t- CO

in in о

vj* in

in CM

2 I

>

к 3 a 2 S = 5 л "*

i§

a. -r я s 5я S я я = в я

я CJ) сз

с и о

о го с.

и о =

со в сс

я я я юю в

а. а. w

i I as

- CD

«Я О

о о in о

о о о о о ш

со со

in о см см

«

то отсюда следует, что уменьшение пролета в случае применения экспапдпровапных труб будет

V 0,0

«0,9/.

(3.5)

При отсутствии компенсации температурных деформаций расчет пролетов переходов из экспандированных труб по тем же соображениям должен производиться из условия

0( - ог„ - О/сж < 0,68 Ri,

(3.6)

где - расчетные продольные напряжения от изменения температуры трубы; Of cm - расчетные продольные напряжения от изгиба трубы под действием продольной сжимающей силы.

Прямой пересчет длины пролета в этом случае сделать нельзя, однако вычисления показывают, что уменьшение длины расчетнога пролета при применении экспандированных труб и в этом случае также составит около 10%, т. е. /акс«0,9 /.

Таким образом, особенности расчета пролетов в надземных переходах при сооружении их из экспандированных труб сводятся к следующему.

1. Если толщина стенки труб перехода подобрана из условия, что нормативным сопротивлением является предел текучести неэкс-пандированного металла, то величина расчетного пролета перехода и все расчетные формулы остаются такими же, как и при применении неэкспандированных труб.

2. Если толщина стенки труб перехода подобрана из условия, что нормативным сопротивлением является предел текучести экспап-дированного металла (в поперечном от оси трубы направлении), то величина расчетного пролета перехода составляет примерно 09 высчитанного пролета перехода для неэкспандированных труб. Соответственно и во все расчетные формулы для определения пролетов вводится коэффициент 0,9. При вычислении пролетов за нормативное сопротивление принимают предел текучести неэкспандиро-ванного металла из той же стали; в случае, если он неизвестен, то условно его можно принять равным i?2 0i84 i?2 экс-

3. Следуя указаниям пунктов 1 и 2, можно определять пролеты и прогибы переходов из экспандированных труб, используя все таблицы и графики, рассчитанные для неэкспандированных труб.

Так как искусственное повышение условного предела текучести путем экспандирования труб ухудшает пластические свойства металла и в то же время не повышает его предела прочности, то расчет труб исходя из нового, более высокого предела текучести фактически ухудшает условия работы трубопровода и снижает его общий коэффициент запаса. Из этого следует, что экспандирование труб должно применяться лишь как средство для улучшения их геометрической формы, но не как средство повышения предела текучести, принимаемого для расчета.