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

Величина этого превышения изменяется по времени года, интенсивности солнечной радиации, виду изоляции. В запас по устойчивости принимается во всех случаях температура трубопровода при укладке, равная температуре воздуха.

В тех случаях, когда рабочая температура трубопровода определяется температурой воздуха (при укладке

60 55 SO «

I 30 20

По/1день ч

Пап ночь, ч

Рис. 41. Изменение температуры пустого лежащего на земле трубопровода по времени суток.

/ - температура труб; 2-температура воздуха.

трубопровода по поверхности или при ремонте трубопровода),

р-о + йш„- (5.22)

где - температура воздуха в ° С; б<„, - максимальная разница между температурой труб и температурой воздуха.

Согласно рис. 40, 41, принимается б<,„„ =- 22° С.

6. Влияние внутреннего давления

Внутреннее давление в трубопроводе на участках трассы, не имеюш,их линейной арматуры и поворотов малого радиуса, вызывает в стенке трубы в продольном направлении растягивающие напряжения, равные

aj, = v-

(Г).23)

где V - коэффициент Пуассона; р„ - внутреннее давление в кТкм\ D - диаметр трубопровода в см; /г-толщина стенки трубы в см.

Помимо этого при изгибе трубопровода, находящегося под действием внутреннего давления, возникает поперечное распределенное усилие, равное

(5.24)

где /"j - площадь сечения трубы в свету в см\ р - радиус кривизны изгибаемого трубопровода.

Таким образом, влияние внутреннего давления на из гиб, согласно (5.23), (5.24), эквивалентно сжатию в осевом направлении усилием, равным

i> = (l-2v)p,/„- (5-25)

Действие этого фиктивного усилия с ростом прогиба уменьшается за счет растягивающих усилий, возникающих вследствие сопротивления грунта продольным перемещением трубопровода (совершенно аналогично с изменением продольного усилия при температурном С/Ка-тин).

Следовательно, изгиб действующего трубопровода производится фиктивным усилием

Р aEFbt + (1 -2v) рЛ,. (5.20)

7. Расчет трубопровода ка устойчивость

Условием устойчивости трубопровода является неравенство

iAPP., (5.27)

где Р - фиктивное сжимающее усилие в сечении трубопровода, определяемое согласно (5.26); 1,1 - коэффициент перегрузки на температурный перепад и внутреннее давление.

Для трубопроводов на прямолинейных участках и поворотах, оформленных радиусами свободного изгиба, может быть допущено

iJP>l\ (5.28)

в случае, если в послеКритическом состояний максимальная амплитуда прогиба меньше, а минимальны!! радиус кривизны больше предельных

P,uin>tP].

(5.29) (5.30)

где [vJ - предельно допускаемое по эксплуатационным и технологическим условиям поперечное перемещение трубопровода; [р] - предельно допустимый радиус свободного изгиба трубопровода, согласно СНиП И-Д.10-62 равный

(5.31)

где Е - модуль упругости в кГ/см; Z)„ - наружный диаметр трубопровода в см; Щ - нормативное сопротивление металла труб в кГ/см, принимаемое равным наименьшему значению предела текучести; - коэффициент, равный 0,4 для участков трубопроводов I и II категорий, и 0,5- для участков трубопроводов III и IV категорий.

Если

Р>Р (5.32)

и условия (5.30), (5.31) удовлетворены, в качестве критического усилия рассматривается сжимающее усилие, найденное из условия достижения в послекритическом состоянии:

Р = 1,1[р] (5.33)

по формуле

P=r.f>Y¥EI, (5.34)

Р==2,16ра-/.-3,0б()1-/. +

+ 2,28zixUaU )/l 1,8(Z)V/.a-v.; (5.35)

(5.36)

и+ 5,669

6,82

El

(5.38) (5.39) (5.40)

Для трубопровода на прямолинейном участке трассы к предыдущих формулах 9 = О и [.i = 1.

8. Примеры расчета

1. Трубопровод диаметром 529 мм, толщиной стенки 9 мм находится в открытой траншее. Момент инерции трубопровода / = 5-10* см, площадь сечения трубы F - = 149 см, вес незаполненного трубопровода = = 1,17 кг1см, грунт - супесь с расчетным углом внутреннего трения 23*, согласно табл. 7.

Сопротивление грунта продольным перемещениям трубопровода равно

P = qi4Фо =- 0,425• 1,17 = 0,500кГ/см.

Сопротивление поперечным перемещениям трубопровода будет

q = 0,91 = 0,9.1,17 = 1,06 кПсм. Нижнее критическое усилие равно (по табл. 3)

P,,.„ = 4,091jWM =

= 4,09 f 0.5002.1,06* • 1492 (2,1 • 10«)в • (5 • 10«)3 = 130 ООО кГ. Соответствующий температурный перепад равен

mm gro

"кр. н aEF 12-10-е-2,1-108.149

Максимальный прогиб и минимальный радиус кривизны в послекритическом состоянии по формулам табл. 3

будут

, q 11/g3Z?/8 1,06. 2,1-106 (5.104) „40 Уша.--=2,19 - j = 2,19]/ -0,5004-1494--24исж.

Рш1п = 0,47бу - =

-.0,476-j;-5"9(;y<-"") = 14 100 см. Соответствующие напряжения равны

52,9

2-141 • 102

• 2,1-10" = 3950 кГ1см\

Соответствующий данному примеру случай выбрасывания трубопровода из открытой траншей показан па рис. 1.

Вследствие сильной коррозии продукт из участка трубопровода, вскрытого для ремонта, вытек; при пагреве на солнце трубопровод потерял устойчивость, температура воздуха составляла 32-33° С.

Значения критических параметров б, г;,„„ и о,, подтверждаются данными аварии.

2. Трубопровод диаметром 325 мм, толщиной стенки 9 мм уложен на глубине 1 jn от верхней образующей; грунт - глинисто-песчаный, сухой. Момент инерции сечения 1,11 • 10* сл*, площадь сечения трубы 89 cлt вес трубопровода с продуктом 1,30кг/сл1; трубопровод находится под давлением 60 am. Температурный перепад, действующий на трубопровод, равен 80° С.

Расчетные значения плотности, угла внутреннего трения и сцепления грунта, согласно табл. 5, 7,равны соответственно = 1,55-10"* кг/cлt ф„ = 21° С, с = 0. Нормативное значение угла внутреннего трения засыпки по табл. 7 - ф" = 23°.

По формулам (5.1) и (5.9) определяем защемление трубопровода грунтом от продольных перемещений

p = 0,8tgф„(0,8.2Y„ЯZ)-f 0,9?i) =

=0,8 tg 21° (0,8 • 2 • 1,55 • lO" • 100 • 32;5Н 0,9 • 1,30) = = 2,82 кГ/см.

Сопротивление поперечным перемещениям трубопро вода по формуле (5.15) будет

q = 0,91 -1- 0,8у„Л2 tg2 (45° -) tg ф„ -f 0,8у„ЯД

= 0,9-1,30 -Ь 0,8 • 1,55 • 10-" • 1,162.. tg2 (45° х

X tg 2Г + 0,8.1,55 • 10-3.100 • 32,5 = 7,77 кГ/см.

По формулам табл. 3 находим нижнее критическо(

усилие

„ = 4,09 V2,822. 7,774.892 (2,1. iQf (1Д1.104)з = = 216 000 кГ.

В трубопроводе действует фиктивное сжимающее усилие, равное по (5.26)

Р {\-2v) p,F +aEFbt = 0,5 • 60 740 +-12 10-" • 2,1 • 10» • 89 80 = 209 ООО кГ. Имеем

т. е. продольная устойчивость трубопровода пе обеспечена.

При этом в послекритическом состоянии для максимального прогиба по табл. 3 находим

V - 9 4Q V/7,773 (2,1 - 108) (1,11 - 104)5 ,„„ шах - , 1У у -2 824 • 894- = i29 см.

Данный пример соответствует условиям, в которых произошло выпучивание трубопровода Ильская - Краснодар при его пуске [23].

3. Рассмотрим тот же трубопровод, проложенный с радиусом изгиба в вертикальной плоскости 400 м. Для параметров 0 и z имеем

=0,036;

iV--\-i l/IZ - /1/282-89-\

\у ц ii-\v El)-[у -Tjf-1,11.104;

{V 7.77 Л ,о

W 2,1 • 108-1,11-104/~