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

в коррозионных грунтах предусматриваются допуски: на внутреннюю коррозию-1,9 мм, на наружную коррозию-1,27 мм.

Особое вни.мание в нормах США уделено контролю при строительстве трубопроводов. Должна производиться обязательная проверка поверхности трубы - выявление вмятин, рисок, царапин, выбоин, дефектов сварных швов, прожоги и их устранение перед началом изоляционных работ, а в процессе укладки трубопровода в траншею проверяется поверхность изолированной трубы. Перечисленные дефекты устраняются шлифовкой при условии, что толщина стенки уменьшается не более чем до 90 % номинальной толщины стенки.

Вставки (заплаты) в месте повреждения запрещаются, поэтому при серьезном дефекте удаляется отрезок трубы в виде цилиндра или целико.м труба.

Таким образом, анализ норм США позволяет сделать следующие выводы:

расчет трубопроводов на прочность производится на основе минимального предела текучести;

толщина стенки трубы определяется без учета продольных напряжений;

требования, предъявляемые к надежности газопроводов, выше, чем предъявляемые к надежности нефтепроводов;

испытание трубопроводов производится на уровне предела текучести;

максимально допустимое рабочее давление после испытания зависит от испытательного давления.

В Канаде расчет на прочность магистральных трубопроводов производится согласно нормам CSA Standard Z184-1973, которые составлены на основе американских норм, и поэтому номинальная толщина стенки трубы для газопроводов определяется по фор.муле (6.23).

В нормах Великобритании (BS CP 2010: part 2:1970) толщина стенки стальной трубы определяется также на основе минимального предела текучести по формуле

б = Р£ +Ci + C,, (6.24)

где а - конструктивный коэффициент; CiH Сг-добавки соответственно на отрицательный заводской допуск при изготовлении труб и на коррозию.

Конструктивный коэффициент принимается а=0,72 для открытых мест и а0,6 для населенных пунктов.

В нормах Великобритании есть указание о том, что внутреннее давление ие является единственным критерием при определении толщины стенки трубы. Проектировщик должен учитывать и такие факторы, как повреждения при строительстве трубопровода, способность выдержать нагрузки в грунте и возникающие деформации, когда отсутствует внутреннее давление.

Коэффициент прочности продольного сварного шва е в зависимости от вида трубы имеет следующие значения:

Бесшовные ........... ................ j.O

Сваренные дуговои сваркой под флюсом............. .и

Сваренные электросваркой плавлением ............. 0,9-1,0

Сварная зона (при индукционной сварке) нормализована .... 1,0

Сварная зона (при индукционной сварке) не нормализована . . . 0,85

Сваренные встык печной сваркой................ 0,85

Расчет магистральных трубопроводов на прочность в ФРГ производится по допускаемым напряжениям на внутреннее давление.

Сначала определяют теоретическую толщину стенки труо по формуле

6. =-Мг-, (6.25)

где У-коэффициент прочности сварного шва; S -коэффициент запаса.

Исполнительная толщина стенки трубы б вычисляется с учетом добавлений на отрицательный допуск при обработке и на коррозию по формуле

6 = 6, + Ci-i-C,. (6.26)

Добавка с целью компенсации допустимого отрицательного допуска С] согласно техническим условиям поставки в зависимости от толщины, ширины прокатываемого листа и метода прокатки колеблется в интервале 0,08-0,7 мм; добавка на коррозию и износ Сг принимается равной 1 мм; если опасность коррозии предотвращена и износа не предвидится, то С2 = 0.

Коэффициент прочности продольного сварного шва V назначается в зависимости от вида сварки:

Односторонняя сварка...........0,7

Двусторонняя сварка............0,8

Двусторонняя сварка и термообработка . . . 0,9

Учитываемый при расчете толщины стенки коэффициент S диффере1щируется по районам местности, по которым проходят трассы трубопроводов, следующим образом:

Район S район S

"•PbiH...........16 Третий...........1.87

Второй...........1,7 Четвертый .........1,87

Особое внимание уделяется выявлению дефектов, а также качеству металла и стабильности его механических свойств.

Таблица 6.5

Таблица 6.6

Коэффициенты запаса

Во Франции номинальная толщина стенки трубы магистраль-ны.х трубопроводов определяется по формулам

(6.27)

б = -

2K,at-\-p

2KrOr + р

(6.28)

Принимается большая из полученных величин.

Здесь Kt и/(г -коэффициенты запаса, соответственно ио пределу текучести и пределу прочности; at и Ог- минимальные пределы соответственно текучести и прочностп на разрыв стали трубопровода.

коэффициенты запаса выбираются в зависимости от условий местности прохождения трассы, а также от плотности населения в зонах, пересекаемых трубопроводом. Предусматривается разделение территории на три зоны.

В табл. 6.5 приведены значения коэффициентов Kt и Кг для трубопроводов, транспортирующих газы и жидкости при температуре эксплуатации, не превышающей 120 °С.

В качестве примера нами определены толщины стенок трубопроводов диаметром 1220 мм и 1420 мм из стали 17Г1С для рабочего давления /7 = 7,5 МПа по различным зарубежным и отечественным нормам. Механические свойства стали 17Г1С: авр = = 52-103 Н/см2, ат = 36-103 Н/см. Так как нормы установлены для соответствующих материалов и соответствующей технологии изготовления труб и монтажа трубопровода, принятых в данной стране, толщины стенок имеют некоторый разброс значений.

Кроме того, из приведенных в табл. 6.6 результатов видно, что при проектировании трубопроводов прочностные свойства металла труб не используются достаточно полно всеми нормами.

Если бы расчетная несущая способность трубопровода более полно охватывала зону неиспользованной несущей способности труб, то разброс данных для одной и той же стали был бы значительно меньше. Это обстоятельство говорет о том, что ни одни нормы проектировочного расчета на прочность не дают возмож-

Толщина стеики трубы 6 (в мм) для различных диаметров D„ и категорий (типов) участков строительства трубопроводов

ности гарантировать неразрушимость трубопровода, а также установить фактический запас несущей способности при задан-но.м рабочем давлении.

§ 64. ОПТИМИЗАЦИОННЫЙ ПОДХОД к ПРОБЛЕМЕ ПРОЧНОСТИ

Рассчитать прочность трубопровода, используя детерминистские характеристики, входящие в расчетную формулу, например, в любую из приведенных в § 6.3, очень просто. При этом получим вполне определенную толщину стенки труб. Однако это не гарантирует надежность трубопровода (в смысле его неразрушимости в течение всего времени эксплуатации). Опыт показывает, что на любом построенном трубопроводе в период испытаний или эксплуатации произойдет разрушение (не имеет значения по какой причине). По видимому, невозможно для реального трубопровода, имеющего протяжепность в тысячи километров, обеспечить такие условия, при которых вероятность его разрушения была бы равна нулю и соответственно мера надежности, равная вероятности неразрушимости трубопровода, численно была бы равна единице. Если же говорить об идеальном трубопроводе, имеющем меру надежности, равную единице, то затраты на его сооружение и время строительства могут оказаться столь значительными, что возможные убытки, допустим. От уменьшения меры надежности до 0,999 или 0,99, будут ничтожными.

Имея это в виду, задачу прочности линейной части трубопровода можно сформулировать следующим образом: необходимо определить условия, при которых вероятность неразрущимости трубопровода была бы максимальной, а затраты, обусловленные остановкой в работе трубопровода и его восстановлением (с учетом охраны природы), а также убытки от возможных аварий, связанные со снижением меры надежности трубопровода, были бы минимальными.

Аналитически это условие может быть представлено в виде функционала оптимальной прочности

Ф = min {Wc + w.

Я(Г)тах

у1>

(6.29)

где Ше -затраты на строительство трубопровода; Wy - убытки, которые могут быть в результате уменьщення меры надежности; Я (Г)-вероятность неразрушимости трубопровода.

Зависимость (6.29) можно представить в виде графика (рис. 6.10).

Так, при Я(Г) = 1 Ф=а;сгаах, а при тшР(Г) 0 = minac +

Ч-таХШу, при промежуточном Pi{T) Ф; = Шсг + Шуг.

Что касается определений Wc и Wy, то они имеют самостоятельную методику расчета.

Поиск оптимального решения задачи (6.29) представляет многошаговый процесс и может быть осуществлен с помощью динамического программирования. На каждом шаге для соответствующей величины Р{Т) определяются Wc и Wy и значение Ф. Процесс поиска продолжается до тех пор, пока в рассмотрение не попадает т1пФ, которому сооответствует определенное значение Р{Т). Именно для этого Р{Т) и рассчитываются все характеристики прочности трубопровода.

Отметим далее, что предложенный метод определения функции оптимальной прочности Ф лает возможность установить требования к прочностным характеристикам трубопровода на различных участках и классифицировать их по категориям. Прн этом классификация будет обос1Юваиа в отношении как надежности, так и экономичности. При определении меры надежности можно учитывать все многообразие у,., факторов, влияющих на несу-

„ - ,„ - л, ЩУЮ способность трубопрово-

рат на его сооружение и эксплуата- данпои главе рассматрнвп-дню ются главным образом фак-

торы, определяющие неразрушимость трубопровода от внутреннего давления, температуры и некоторых внешних нагрузок, мы ограничим поиск функции экономической прочности учетом именно этих факторов.

Главным в этой проблеме является установление вероятности неразрушимости конструкций трубопровода при соответствующих математических ожиданиях всех величии, входящих в расчетные формулы, а также установление требований к величине и времени пспытательного давления, объективно подтверждающих правильность принятых решений.

§ 6.S. ОЦЕНКА НЕРАЗРУШИМОСТИ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ ТРУБОПРОВОДА

Если бы все трубы, соединенные в непрерывный трубопровод сварными стыками, имели абсолютно одинаковые характеристики прочности, конструктивные размеры, и т. п., то проблема обеспечения прочности трубопроводов была бы достаточно простой задачей. В действительности же характеристики несущей способности материала труб, их соединений, внешние нагрузки, внутренние усилия в стенке труб, т. е. любой из факторов, так или иначе влияющий на несущую способность трубопровода, являются величинами, имеющими случайный характер.

В качестве примера назовем три весьма характерные величины: внутреннее давление в трубопроводе, прочностные характеристики металла и конструктивные размеры труб. Именно эти величины входят в общеизвестную «котельную формулу» для определения толщины стенки трубы. Внутреннее давление изменяется по длине трубопровода и во времени. Причем установить закон изменения этой величины можно только проведя необходимые статистические исследования; то же можно сказать и о прочностных характеристиках металла (предела текучести (Тт н предела прочности авр). Известно, что конструктивные размеры труб не являются стабильными, а колеблются в довольно широких пределах. Покажем влияние случайных отклонений расчетных характеристик на вероятность разрушения трубопровода.

Аналогично методике, рассмотренной в работе [4], принимаем функцию неразрушимости трубопровода в виде

(6.30)

где S -несущая способность труб; - действующее усилие в трубопроводе.

Допустим, что он сохраняет работоспособность при т]>0. Если принять в качестве нагрузки внутреннее давление, то

= /пр -Рраб.