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 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

Рис. 5.2. Расчетная схема трубопровода при длине хорды кривой меньше расчетной д.тцны во.тны выпучивания

Рис. 5.3. Расчетная схема трубопровода при наличии иа длине волны выпучивания двух кривых с примоли-иейиой вставкой между ними.

Рис. 5.4. Расчетная схема трубопровода при одном угле поворота, вынолиениом с помощью сварного колена.

Рис. 5.5. Расчетная схема трубопровода с двумя углами поворота, выполненными из сварных К0.ТСН с npflMO-iH-ис1гаой вставкой между ними.

Рис. 5.6. Расчетная схема трубопровода нри замене кривой на ломаную линию с рав-ньган углами и прямолинейными вставками между ними.

нри проектировании поворота с применением сварных 3-6° колен по ломаной линии с равными углами и расстояниями между ними, указанными па схеме рис. 5.6,

Ро =

-Lnp (n - l) sintti

(5.73)

где рк - радиус кривой машинного гнутья, см; L„~ длина прямолинейной вставки, см; а, и аз - углы поворота трубопровода, градусы, образованные прямолпнейной вставкой; п - число углов поворота на расчетно/i длнно волны выпучивания; Lq - длина хорды кривой, см.

Расчетный радиус ро следует определять в зависимости от cxe.vibi прокладки методом последовательного нрпближенвя, задаваясь первоначальным воз.можным значением длины волны выпучивания. Для расчетов в первом приближении рекомендуется принимать/кр = (50 - 70) /)„; затем поформуле (5.65) и вычисленному ро определять ЬрИ по нему повоо значение р„; далее расчет с.тедует повторить. Для онроделения действительного значеппя расчетной длины волпы выпучивания и радиуса обычно достаточно трех-четырех приближений. Определив р, по формуле (5.66) определяют Nrh по формуле (5.32) - 5экв. "

Расчетный температурный перепад из условия продольной устойчивости трубопровода

At = {So-0,2au.F)/{aEF). (5.74)

По результатам расчета на продольную усто11чивость вертикальные выпуклые углы поворота трубопровода, выполняемые с по.мощью сварных колен или колен машинного гнутья, обычно требуют донолнптельного заглубления в грунт или закрепления против поперечных перемещений. Грузы или анкера рекомендуется устанавливать сосредоточеино вблизи вершины вертикального угла. Длина, на которой необходимо устанавливать анкера или грузы,

(5.75)

а -пЬ

где п определяется из условия

sin -7Г" =

?пр -?1 .

92-?1

(0.76)

?пр определяется по формуле (5.54); - удерживающая способность иа при-мыкаюпщх к вершине угла участках, кгс/см; - удерживающая способность в окрестности вершины угла, кгс/см.

?i = nrp?fip. гр-Ь?тр;

12 = п гр?пр. Гр -\- ?тр -\- ?доп.

(5.77) (5.78)

Пример. Определить толпщну стенки газопровода из труб диаметром 1420 мм, имеюин1Х i?i„ = 6000J кгс/см; Д,, = = 4200 кгс/см; Ki = 1.4, для участков III категории (т = 0,9) при рабочем (нормативном) давлении 75 кгс/см, при расчетном температурном перепаде At = 70° С.

Решение. По табл. 5.5 принимаем fc„ = 1,1. Поформуле (5.1) Ri = 6000-0,9/(1,4-1,1) = 3500 кгс/см. По формуле (5.17) б = = 1,1-75-142/[2 (3500 -f 1,1-75)] = 16,3 мм. Принимаем бли- . жайший размер в соответствии с ТУ на трубы, равный 16,5 мм; Dbh = 1420 - 2-16,5 = 1387 мм.

По формулам (5. 20) и (5.21) проверяем на испытательное давление: 1,1- 75 < 90 кгс/см" (90 кгс/см - испытательное заводское давление в соответствии с ТУ на трубы). По формуле

(5.33) определяем продольные осевые напряжения а = = 0,25-1,1 X 75-138,7/1,65 - 25,2-70 = -30 кгс/см.

По формуле (5.19) = fl - 0,75 (ЗО/ЗбОО) -

- 0,5-30/3500 <=« 1. Тогда по формуле (5.18) б = 1,1-75 X X 142/[2 (1-3500 + 1,1-75)] = 16,3 мм.

Пример. Определить из условия прочности максимальные расчетные температурные перепады для подзе.мпого трубопровода из условия предыдуп1;его примера.

Решение. По формуле (5.27) 0кц= 1,1-75 (142 - 2-1,65)/(2Х X 1,65) = 3460 кгс/см. Условие прочности в продольном направлении обеспечивается прп выполнепии условия (5.25), где ajp определяется по формуле (5.33): а) при О l-j = 1;

б) при (т„р < О по формуле (5.26) = /1 -0,75 (3460/3500) -

- 0,5-3460/3500 = 0,015. По формуле (5.35) абсолютное значение максимальпого отрицательного температурного перепада At = (3500 - 0,25-1,1-75-138,7/1,65)/(12-10-6- 2,1-106) = 70° С. По формуле (5.36) максимальное значение положительного температурного перепада At = (0.015 -3500 + 0,25 -1,1 • 75 X X 138,7/1,65)/(12-10-6-2,1-106) = 70,5° С.

Пример. Определить из условия прочности минимальный радиус упругого изгиба трубопровода для условпй предыдущих примеров при нормативном положительпои температурном перепаде Дг = 60° С, с = 1 и fc„ = 1,1. 7

Решение. По формуле (5.30) кольцевые напряжения от рабочего (нормативпого) давления без коэффициента перегрузки Окц. н = 75-138,7/(2-1,65) = 3150кгс/см2. По формуле (5.31) коэффициент снижения расчетного сопротивления при расчете по сжато11 зоне сечения % = /1-0,75 (3150.1,1/4200)2-

- 0,5- 3150-1,1 /4200 = 0,29. Из условия (5.28) с учетом формулы

(5.34) по формуле (5.37)

2,1-106.142

=2 (0,29 - 4200/1,1 +0,15 • 75 • 138,7/1.65 - 12 -10-6 .2,1 - IQ-e -60) =

= 2,7.105 см = 2700 м.

Пример. Определить минимальный радиус упругого изгиба трубопровода 1420 X 16,5 мм Из условие! жесткости (деформации) при укладке трубопровода совмещенным способом (непрерывной ниткой по трассе трубопровода) на углах поворота в вертикальной плоскости, равных 3°.

Решение. На вогнутой кривой по формуле (5.38)

,У384 • 2,1 -106 -1 791 601 [1 -cos (3°/2)] К 3-5,711 (52,3-10-»)4

& 157000 см 1570 м,

где / = 1 791 601 см*, ?тр = 6,711 кгс. На выпуклой кривой по формуле (5.41)

f8 - 2,1 -106 .1 791 601 5,711-(52,3 10-»)2 & 124 ООО см 1240 м.

Пример. Проверить выполнение условия продольной устойчивости подземного газопровода диаметром 1420 X 16,5 мм, протрассированного по радиусу упругого изгиба р = 3000 м

в вертикальной плоскости выпуклостью вверх с углом поворота а = 6°. Рабочее (нор.мативпое) давление р = 75 кгс/Ы; нормативный положительш.п! температурный перепад At = 70° С; глубина заложения до верха трубы А = 80 см. По данныдг инженерных пзыскапш"! трубопровод прокладывается в груптах со следующими характеристиками: расчетный объемный вес угр= 1,5-10-кгс/см; расчетпы!! угол внутроппего трения пгр= 24°; расчетное удельное сцепление с = 0,01 кгс/см-; коэф-ппциент условий работы трубопровода т = 0,9. Гео.метрические и статические характеристики трубы: F = 727,5 см; / = = 1 791 601 см*; ?тр = 5,711 кгс/см; ,0в„= 138,7 см.

, Решение. По формуле (5.27) кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления Окц = 1,1-138,7-75/(2-1,65) = = 3470 кгс/см. По фор.муле (5.45) эквивалентное продольное сжи.мающее усилие ,?экп= = (0,2 - .3470 12 -10-6 . 2,1 X X 106-70)-727,5 = 1,79-106 кгс. По формуле (5.55) ?„. т = ?тр = = 5,711 кгс/см. По формуле (5.56) предельная удерживающая сиособпость грунта qnr, гр = 1-5- Ю"-142 (151 - 0,39-142) + -I- 1,5 -10--151 tg (0,7 -21°) +0,7 -0,01 -151/cos(0,7 -24°) = = 31,8 кгс/см, где feo = 80 + 142/2 = 151 см.

По форму.тс (5.54) предельное сопротивление грунта поперечным перемещениям дпр = 5,711 + 0,8-31,8 = 31,15 кгс/см. Проверяем выполнение условия (5.67). По формуле (5.61) коэффициент разгрузки Ср = 31,8/222 = 0,143 кгс/см, где j = = 80 + 142 = 222 см. По формуле (5.65) расчетная длина волны выпучивания, принимая pQ = р,

Р = 265 - 2,1 -106 -1 791 601

3-105-31,15

80-2.1-106-1 791 601-0,143 (3.105)2.31,152

= 4,8-10 СМ2; £кр = /4,8-10 = 6930 см = 69,3м.

Длина хорды кривой Lf, = 2р sin (а/2) = 2- 3-10 sin 3° = = 31 500 см. Таким образом, Z,„ = 31 500 > Up= 6930, т. е. условие (5.67) выполнено, и тогда критическое продольпое усилие определяется по фор.муле (5.66)./Укр = 0,375-300 000-81,15 = = 3,51-106 кгс. Из условия продольной устойчивости (5.32) 1,79-106 < 0,9- 3,51-106 = 3,15-106 кгс, т. е. продольная устойчивость газопровода обеспечивается.

Пример. Проверить устойчивость газопровода, прокла-дывае-мого наземпо (в насыпи), по условиям предыдущего примера. Раз-меры насыпи а = 2,2 м, Ь = 12,2 м. Заложение откосов 1 : 2,25.

Решение. По формуле (5.27) Окц = 3470 кгс/см; по формуле (5.45) ,Уэкв = 1,79-106 кгс; по формуле (5.57) ?п.т = 5,711 tg24° = = 2,543 кгс/см; по формулам (5.58) и (5.59) определяем „р. гр и за расчетное принимаем меньщое значение: пр. гр = 142-222 , (220 + 1220)-222 -

о "Г л 1422

= 1,5-10-3 tg24°

4- "-"1(1220 142), ктссм; 9„р. гр= 1,5.10"» 151-142 X X tg2 (45° +24°/2) = 76,22 KrcjfcM.

По формуле (5.54) дщ, = 2,543+ 0,8-55,77 = 47,16 кгс/см; Hi = 1220/2 = 610 см. По формуле (5.61) ср = 55,77/610 = = 0,091 кгс/см2. По формуле (5.65)

1,2 =

265 2,1.106 .1 791 601

3-105.47,16

1+1/1+

80-2,1-10*-1 791 601-0,091

(3-105)2.47,162 3,4.10 cm2;

Lkp = V3,A-107 = 5850 см. Длина хорды кривой Lo = 31 500> > 5850 см, тогда Лкр= 0,375-3-10*-47,16 = 5,3-106 кгс и по формуле (5.32) 1,79-106 кгс < 0,9- 5,3- 10б кгс, т. е. устойчивость газопровода обеспечивается.

Пример. Проверить выполнение условий продольно11 устойчивости подземного трубопровода диаметром 1420 х 16,5мм, протрассированного по радиусу 3000 м в вертикальной плоскости выпуклостью вверх на обводненном участке со следующими инженерно-геологическими характеристиками, определенными инженерными изысканиями; удельный вес грунта уу = 2,8 х X 10-3 кгс/смЗ; расчетный угол внутреннего трения фгр= 15°; расчетное удельное сцепление с ~ 0,1 кгс/см; объемный вес воды Yb = 1,0 .10-8 кгс/смЗ; коэффициент пористости грунта 8= 1,1; Зггол поворота трубопровода а = 6°; рабочее нормативное давление р - 75 кгс/см; нормативный положительный температурный перепад Д« = 70° С. Глубина заложения трубопровода до верха трубы Л = 80 см. Характеристики трубы 1420 X 16,5 мм: F = = 727,5 см2; 1=1 791 601 см; Deh = 138,7 см; 7тр = 5,711 кгс/см;

Решение. По формуле (5.27) Окц = 3470 кгс/см; по формуле (5.45) iSsKB = 1,79-106 кгс; до формуле (5.146) дп. т = Qh = = 0,79/)2в - ?тр-?доп- При ддоп= О дп. т= 0,79-142-1 • 10-» -- 5,711 = -10,2 кгс/см.

По формуле (5.149) увз.« = (2,8 - 1,0)-10-з/(1 + 1,1) = 0,855-10-3 кгс/смЗ; по формуле (5.147) qn„. гр= 0,855-10-3 х X (142-80 + 0,11-1422) -f 1 [0,855 -10-3 (§0 + 142/2)2 х X tg (0,7-15°)4-0,7-0,1 (80-Ll42/2)/cos (0,7-15°)] = 25,97 кгс/см. По формуле (5.54) дпр = -10,2 + 0,8-25,97 = 10,5 кгс/см.

Проверяем выполнение условия (5.67). По формуле (5.61) Ср = 25,97/222 = 0,117 кгс/см. По формуле (5.65)

265.2.1.10*-1 791601

3 • 105 -10,5

80 - 2.1-106-1 791 601.0.117 + (3 • 105)2 -10,52

= 1,1 • 108 см2;

Lkp = /1,1-108 = 1,05-10« см. Длина хорды кривой 1,» = 2р X X sin (а/2) = 2- 3-10» sin 3° = 31 500 см > 10 500 см. Следовательно, условие (5.67) выполнено и Nn определится по формуле (5.66): Жкр = 0,375- 3-10»-10,5 = 1,18- 10б кгс. ,

Из условия продольной устойчивости (5.32) 1,79-106 кгс > 0,9-1,18-106 кгс, т. е. условие устойчивости не выполняется. Для обеспечения продольной устойчивости значение iVxp должно быть не менее определяемого по формуле (5.32): Np Зькв/т=

= 1,79-106/0,9 = 2,00-10б кгс. Следовательно, дпр должно быть увеличено за счет заглубления газопровода в грунт на большую величину или дополнительной пригрузки газонровода балластными грузами или анкерами. По форму.де (5.66) дпр = = Лкр/(0,375ро) = 2,00-106/(0,375- 3-10») = 18,0 кгс/см. Из формул (5.54) и (5.55) ?доп= 18,0 - 10,5 = 7,5 кгс/см.

" Принимая для закрепления газопровода анкера с диаметром лопасти 400 мм я несущей способностью в данных грунтах jVaHK = 5300 кгс, но формуле (5.144) определяем шаг анкеров: I 1= 5300/7,5 = 710 см. Длина кривой волны выпучивания, на KOTOjJoft следует установить анкера, по формуле (5.65)

265-2,1 .106-1,7916-106

3 .105 .18,0

1+1 +

80-2,1-106-1,7916-106-0,117

(3 • 105)2 .18.0

= 7,5-107 см2;

ip = Ут,Ъ-10 = 8,65-103 см. Общее число анкеров 8650/710 яа 12 пар.

Пример. Определить радиус упругого изгиба, при которо.м обеспечивается продольная устойчивость газопровода при условиях предыдущего примера и при дпр = 10,5 кгс/см; Мкр= = 2,0-106 кгс.

Решение. По формуле (5.68) р = 2,0-108/(0,375-10,5) = = 5,1-105 см = 5100 м.

П р и м е р. Определить продольную устойчивость газонровода диаметром 1420 X 16,5 мм при укладке на пря.молинейно.м участке в г.линистых .мокрых грунтах со следующими характеристиками: модуль деформации Егр = 70 кгс/см; коэффициент Пуассона р,.р - 0,4; коэффициент снижения модуля деформацип грунта г\гр = 0,3; р = 75 кгс/см; At = 70° С; h = 80 см; = = 151 cм;Sэкв = 1,79- 10в кгс; m = 0,9.

Решение. По формуле (5.64) коэффициент нормальном

сонротивления грунта су. о = 0,12-70-0,3/[(1 -0,4)/100-142 7Х X (1 - й-г-151/142)0 022 кгс/смз. По формуле (5.63) Np = = 2 0,022-142-2,1-10б-1 791 601 = 6,66-106 кгс. По формуле (5.32) 1,79-106 кгс <: 0,9- 6,66-106 кгс, т. е. условие устойчивости выполняется.

П р и м е р. Определить из условий продольной устойчивости максимальный температурный перепад для подземного участка газопровода диаметром 1420 X 16,5 мм, проектируемого с одним углом поворота 3° с помощью колена (в соответствии с рис. 5.4). Глубина заложения газонровода h = 150 см. Кроме того, газопровод закрепляется анкерны.\1и устройствами с диаметром лопасти 400 мм с несуп1,ей способностью Ланк = 10,6 тс с шагом 390 см, т = 0,9. Рабочее (нормативное) давление р ~ 75 кгс/см2. Физико-механические характеристики грунта: Yrp= 1,5-10-3 кгс/смЗ; q, = 24°; с = 0,01 кгс/см; Егр = = 250 кгс/см2; цр = 0,2; сх. о = 0,2 кгс/смз. Геометрические и статические характеристики трубы: F = 727,5 см; / = = 1 791 601 см*; дур = 5,711 кгс/см; /)н„= 138,7 см.

Решение. По формуле (5.56) предельная удерживающая способность грунта Опр гр = 1,5-10-3-142 (221 - 0,39-142) + + 1,5-10-з.22Г-tg (0;7-24°) + 0,7-0,01-221/cos (0,7-24°) = = 59,0 кгс/см. По формуле (5.55) т = 5,7 -f 10,6- Юз/ЗЭО = = 32,9 кгс/см. По формуле (5.54) предельное сопротивление