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 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101

=а. +ah., (5.30)

- кольцевые напряжения от действия внутреннего давления; - кольцевые напряжения от гидростатического давления воды на глубине h;

апр =а!:р +ap+ahp + +аРрм, (5.31)

- продольные напряжения от действия внутреннего давления; ар - напряжения от упругого изгиба в исходном состоянии трубопровода (по проекту); аПрм - изгибные напряжения, учитывающие различные нагрузки (ремонтные механизмы, грунт, крепления всевозможные, опоры и т.д.); условно эти напряжения можно назвать ремонтными.

Основную трудность в расчетах представляет определение напряжений аПрм. В данной работе определению этих напряжений уделено наибольшее внимание.

П о методам расчетов напряжения подразделяются на два к ласса:

напряжения, которые удается определить с помощью аналитических выражений по известным нагрузкам и воздействиям (напряжения от внутреннего давления, от упругого изгиба, термонапряжения);

напряжения от внешних нагрузок, которые сами зависят от деформаций ремонтируемого участка трубопровода (от реакции грунта, машин, ремонтных механизмов и приспособлений). Эти напряжения, которые условно будем называть ремонтными напряжениями, требуют использования более сложных численных расчетных методов с применением компьютеров. Определение именно этих напряжений представляет наибольшую проблему.

Расчет ные напряжения

Точное определение механических напряжений в стенке трубопровода невозможно по следующим причинам.

Во-первых, всегда остаются неизвестными остаточные напряжения после строительства трубопровода и длительной эксплуатации. Они зависят от очень большого количества факторов, так что их детально учитывать нет никакой возможности. В число этих факторов входят особенности технологии монтажа и укладки трубопровода, свойства и состояние грунтов и др. Даже технология изготовления труб сказывается на остаточном напряженном состоянии в стенке трубопровода.

Во-вторых, в течение длительной эксплуатации трубопровода в грунте происходят изменения, которые особенно за-

метны на переходах через водные преграды. Некоторые горные породы также склонны к деформациям, и это напрямую сказывается на напряженном состоянии трубопровода. Эти особенности практически невозможно учитывать при оценке напряженного состояния трубопровода.

Те силовые факторы, которые поддаются оценке, могут быть заданы не абсолютно точно, а только с некоторой погрешностью. Эта погрешность для различных силовых факторов неодинакова.

Из вышеуказанного следует, что расчеты механических напряжений трубопровода в процессе ремонта не могут быть точными. Поэтому одной из актуальнейших задач в данной области является разработка совершенных методов и приборов для непосредственного измерения фактических механических напряжений в стенке трубопровода, хотя бы в некоторых отдельных точках.

Учитывая, что погрешность расчета на прочность может быть только в одну сторону - в запас, исходные нагрузки и силовые факторы должны задаваться с учетом коэффициентов перегрузки (коэффициентов надежности по нагрузке) п. Для каждой нагрузки и воздействия рекомендуемые значения коэффициентов п приведены в табл. 5.1.

Коэффициенты перегрузки следует использовать при суммировании напряженного состояния от воздействия различных силовых факторов. При суммировании отдельные слагаемые умножают на указанные коэффициенты.

Для трубопровода представляют опасность механические напряжения как сжатия (может произойти потеря устойчивости), так и растяжения (может произойти разрыв). Причем в

одном и том же сечении трубопровода могут быть напряжения как растяжения, так и сжатия (например, в случае изгиба). Поэтому при суммировании напряжений необходимо перебрать различные сочетания коэффициентов перегрузки (коэффициентов надежности по нагрузке) для разных составляющих. Затем для рассматриваемого участка трубопровода определить следующие три расчетных напряжения S1, S2, S3:

51 = max акц - наибольшее кольцевое напряжение;

52 = min апр - наименьшее продольное напряжение с учетом знака (наибольшее сжимающее продольное напряжение);

53 = max апр - наибольшее продольное напряжение с учетом знака (наибольшее растягивающее продольное напряжение).

Н а рассматриваемом участке трубопровода продольные напряжения апр находятся в диапазоне S2 < апр < S3 .

В процессе нормальной эксплуатации нефтепровода и при ремонтных работах все три расчетных напряжения по абсолютному значению должны быть не более допустимых напряжений адоп = [а], определенных с учетом параметров фактического технического состояния трубопровода, включая механические свойства стали, срок эксплуатации, уровень дефектности, категорию безопасности, коэффициенты надежности:

IS1I < [а]; IS2I < [а]; IS3I < [а]. (5.32)

5.3. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ О НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДА ПРИ НЕОПРЕДЕЛЕННЫХ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЯХ И ВОЗДЕЙСТВИЯХ

В исходном состоянии прямолинейного участка подземного трубопровода ремонтные напряжения отсутствуют. При ремонте трубопровода приходится проводить земляные работы, устанавливать на трубу ремонтные машины, поднимать или поддерживать трубоукладчиками. После выполнения ремонта траншею засыпают рыхлым грунтом, который в дальнейшем уплотняется и оседает. Это приводит к изменению взаимодействия трубы с грунтом, что, в свою очередь, сказывается на напряжениях в стенке трубопровода как в процессе