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

OnpN- абсолютное значение продольных осевых сжимающих напряжений от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упру-гонластичной работы металла труб.

Такой учет сжимающих напряжений приводит к увеличению толщины стенки трубы. При этом отмечается, что увеличение стенки трубы должно быть обосновано, кроме того, технико-экономическим расчетом.

Минимальная толщина стенки труб магистральных трубопроводов, как и ранее, должна быть не менее 4 мм и не менее 1/140 величины наружного диаметра труб.

Проверка на прочность подземных трубопроводов производится по условию.

где ij32

(6.12)

коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, который при ОпрлгО равен единице, а при сГпрл?<0 определяется по формуле

,= / , 0.75(-Л)-0,5

(6.13)

Продольные напряжения для прямолинейных участков трубопроводов от воздействий температуры и внутреннего давления при отсутствии других расчетных нагрузок по СНиП П-45-75 предлагается определить по формуле

cfnpjv = -a,£A/-f 0,25

(6.14)

где oi-коэффициент линейного расширения металла трубы; Е-модуль упругости материала трубы; Д/ - расчетный перепад температур, принимаемый положительным при нагревании.

Деформации подземных трубопроводов проверяются по условиям

(6.15)

srRl

(6.16)

где a%-кольцевые напряжения от рабочего давления, определяемые по формуле

а" --

(6.17)

с-коэффициент, принимаемый согласно требованиям СНиП; 0пр- максимальные суммарные продольные напряжения, определяемые от всех (с учетом их сочетания) нормативных на-

грузок и воздействий. От внутренних давлений, температурного перепада и упругого изгиба они определяются по формуле

апр = 0,15

-аЕМ±

(6.18)

(р-минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода); гзз-коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб при

(6.19)

сгпр>о 1)з = 1;

при 0«пр<О фз определяется по формуле

1 - 0,75

-0,5

(6.20)

Следует отметить, что в формулах (6.15) и (6.16) в явном виде деформации не учитываются.

Продольные определяемые по СНиП 11-45-75 напряжения являются функцией толщины стенки, и, следовательно, пока не определена толщина стенки трубы, нельзя получить коэффициент который входит в формулу для определения толщины стенки трубы (6.10). Поэтому при расчете толщины стенки трубы необходимо применять итерационный процесс, при котором в перво.м приближении толщина стенки трубы определяется при tfi = l. Далее находят продольные напряжения OnpN по формуле (6.14). Если 0np.v оказываются больше или равны нулю, то за номинальную толщину стенки трубы принимается толщина, полученная в первом приближении.

Прн апрл?<0 находят второе приближение ijji по формуле (6. 11). Подставив его в формулу 6.10), получают второе приближение для толщины стенки, по которому определяют второе значение продольных усилий и т. д. Вычисления прекращают, когда предыдущее значение б от вновь вычисленного будет отличаться очень незначительно.

Отметим, что этот итерационный процесс используется для решения обыкновенного квадратного уравнения

2 2 2

Окц-f СГпр л? - <7кц<пр JV =-RI.

(6.21)

в котором продольные напряжения OnpN определяются по формуле (6.14).

Решение такого уравнения имеет следующий вид:

- (1 - 2ц) ЕаМ -f (1 - ц -f t) ? - 3 (EaAtf

Номинальную толщину стенки трубы можно определить теперь по зависимости (6.10), подставив в нее вместо yp\Ri кольцевые напряжения из (6.22).

Расчетное сопротивление Ri, определяемое по формуле (6.10) согласно требованиям СНиП П-45-75, всегда меньще предела текучести материала, и, следовательно, работа материала трубопровода происходит в упругой области. Поэтому применение коэффициента Пуассона р, = 0,5 в формуле (6.14) для определения продольных напряжений необоснованно. Как следует из формулы (6.14), применение ц = 0,5 идет не в satiac прочности, а наоборот - уменьшает расчетные сжимающие усилия.

В табл. 6.4 приведены результаты расчетов толщин стенок труб по СНиП П-Д 10-62 и СНиП П-45-75 ири наличии температурного перепада. Расчет по СНиП П-45-75 выполнялся описанным выше итерационным методом, поэтому в таблице указано число выполненных итераций.

Проанализируем данные табл. 6.5. Как следует из таблицы, расчет по Овр иа основе методики СНиП П-Д. 10-62 существенно увеличил толщину стенки труб по сравнению с толщиной, полученной при расчете по 0т. Для трубы Dh=1220 мм из стали 17Г1С по СНиП П-Д.Ю-62 толщина стенки для П1 и IV категорий участков равна 16,2 мм, по СНиП П-45-75 для тех же категорий участков она может изменяться в пределах от 15,4 до 20,3 мм в зависимости от температурного перепада. Необходимо принять во внимание также то, что в СНиП П-45-75 ц = 0,5, что уменьшает толщину стенки трубы.

Таким образом, можно сказать, что рассчитанные по СНиП П-45-75 толщины стенок труб мало отличаются от толниш стенок, рассчитанных по СНиП П-Д.Ю-62, при условии, что в трубе действуют положительные продольные напряжения. Попытка учесть температурные усилия приводит к резкому увеличению толщины стенки. Особенно это наглядно видно для трубы Z)„=1420 мм, где для участков I и П категорий при А= 100 °С толщина стенки должна быть увеличена почти в три раза по сравнению с толщиной стенки трубы по СНиП П-Д.Ю-62. Это происходит за счет введения коэффициентов т, Ki, Кн, которые уменьшают рабочее напряжение почти в два раза по сравиенню с пределом прочности.

На рис. 6.9 показаны уровни рабочих кольцевых напряжсипй для различных категорий участков трубопроводов в зависимости от коэффициента безопасности по материалу Ki. В этом случае толщина стенки определялась без учета продольных усилий. При сравнении этой диаграммы рабочих напряжений с диаграммой, приведенной на рис. 6.8 (заштрихованные столбцы соответствуют аналогичны.м сталям), видно, что без учета продольных усилий расчет по новой методике дает снижение толщины стенок трубопровода на 4-5 %.

со со

Е F-

5 S.

оо"

оо"

°1 t

05 сч

оо"

00 cd

о сч сч

сч 1г5

со со

со 10

со"

9-

« о

Ш,Ш T,II в

Рис. 6.9. Диаграмма кольцевых напряжений но СНиП 11-45-75

Однако учет продольных напряжений в таком виде, как он предлагается в СНиП П-45-75, приводит к увеличению толщины стенки трубы. Кроме того, введена еще новая категория участков трубопроводов «В», для которой, как видно из рис. 6.9, рабочее напряжение составляет всего 0,3б8авр и 0,389авр-

Во всех зарубежных странах, проектирующих и строящих трубопроводы, расчет проводится по допустимым напряжениям, регламентируе.мым соответствующими нормами. В основу расчета положена одна и та же теория прочности - теория наибольшего нормального напряжения. За наибольшие нормальные напряжения принимаются кольцевые нанряжения, определяемые по «котельной формуле». Кольцевые напряжения сравниваются с допусти.мыми, которые определяются на основе минимального предела текучести или минимального предела прочности.

Для определения допустимых напряжений вводятся системы коэффициентов, учитывающие такие факторы, как характер местности, по которой проходит трубопровод, технологию строительства, свойства сварных соединений, температуру и коррозию.

В США расчет на прочность магистральных нефте-н газопроводов проводится согласно нормам ANSI В31.4-71 (нефтепроводы) и ANSI В31.8-73 (газопроводы).

Номинальная толщина стенки стального трубопровода б для расчетного давления определяется на основе предела текучести по формуле

6.= -, (6.23)

где /7 -расчетное давление, ат-минимальный предел текучести по техническим условиям, оговоренный в спецификации на трубы; F - расчетный коэффициент запаса, зависянщй от тина строительства; е-коэффициент прочности продольного соединения (коэффициент сварки); Г - коэффициент температурных изменений.

формула (6.23) принимается для расчета нефте- и газопроводов, однако коэффициент запаса для нефтепроводов ниже, чем для газопроводов. Так, для одного и того же типа строительства линейной части для нефтепроводов f = 0,85, а для газопроводов F=0,72.

3 нормах США предусматриваются четыре класса местности которые определяются в общих чертах как географическая тер-рлторня, имеющая определенные характеристики, и служат основой для рекомендации типов строительства и методов испытаний. Прн установлении расчетного коэффициента F принимаются соответствующие допуски на толщину стенки. Значения F в зависимости от тина строительства следуюнще:

Тип строительства................ А В С D

Расчетный коэффициент F............ 0,72 0,6 0,5 0,4

В формулу для определения толщины стенки трубы вводится коэффициент е. В зависимости от вида трубы он имеет следу-юи1ие значения.

Бесшовные........................... 1,0

Сваренные дуговой сваркой под флюсом............. 1,0

Сваренные электросваркой плавлением .............0,8-1,0

Сваренные электрической контактной сваркой .......... 1,0

Сваренные встык печной сваркой................ 0,6

Спиралыюшовные........................ 0,8

Влияние температуры транспортируемой среды учитывается коэффициентом температурных изменений Г:

Температура, X.............. 120 150 180 200 230

Коэффициент Г.............. 1,0 0,967 0,933 0,9 0.867

Расчетное давление р зависит от испытательного давления; оно не должно превышать 85 % максимального испытательного давления, которое создает в трубе напряжение на уровне минимального предела текучести.

При транспортировке продуктов, обладающих повышенными коррозионными свойствами, и при прокладке трубопровода