Нефть - главное богатство
России

Механический расчет трубопроводов


Механический расчет трубопроводов позволяет выявить необходимую толщину стенки труб и обеспечить прочность сварных стыков между трубами.

Расчетом определяется несущая способность трубопровода, за которой прекращается возможность его дальнейшей эксплуатации. Такое состояние называется предельным.

В большинстве случаев разрушение трубопроводов происходит от действия внутреннего давления Р. 

Толщина стенки трубопровода определяется по формуле

Δ=PnDH/2 (RHkm + Рn),

где Dн - наружный диаметр трубы;

RH- допускаемое нормативное сопротивление;

n - коэффициент перегрузки, учитывающий возможность повышения эксплуатационного давления; для жидкостей n = 1,1-1,15; для газов n = 1,2;

к - коэффициент однородности металла, учитывающий возможные отклонения качества металла труб и их основных размеров от стандартных; к = 0,9 для сталей марок от Ст.0 до Ст.4 и к = 0,85 во всех других случаях;

m - коэффициент условий работы трубопровода; при прокладке вне населенных пунктов m = 0,9, а при прокладке по территории населенных пунктов m = 0,75-0,8.

Нормативное сопротивление RH принимается следующее:

Марка стали

RH, кГ/см2

Ст.0

1900

Ст.2

2200

Ст.З и Ст.4

2400

Ст.5

2800

НЛ-1

3000

НЛ-2

3400

Расчет трубопроводов со стыками, обладающими меньшей прочностью по сравнению со стенками, особенно, если стыки выполнены электродуговой сваркой и не подвергались просвечиванию, следует производить по осевым напряжениям, которые не должны превышать

δа≤mkRH.

Осевые напряжения направлены вдоль оси трубопровода и составляются из трех величин: напряжений от изгиба трубы, термических и от внутреннего давления.

Напряжения от изгиба получаются на кривых участках, где труба подвергается холодному изгибу от провисания в пролете между опорами и т. д. Их величина равна

δ’а=Ed/2ƍ.

где ƍ - радиус изгиба трубы, см.

Термические напряжения равны

δ’’а=αE(ty-tp).

где tр - рабочая температура трубопровода.

Вторичные напряжения от внутреннего давления равны

δ’’’а=pαμ/2δ.

где μ - коэффициент поперечного сжатия; μ= 0,3 (для стали).

Суммарная величина осевых напряжений равна

δа = δ’а +δ’’а +δ’’’а.

Осевые напряжения при проектировании трубопроводов следует всемерно уменьшать путем увеличения радиусов холодного изгиба или применением поворотов, выполненных горячим способом и сваркой, а также за счет сокращения термических напряжений путем укладки трубопровода при температуре, приближающейся к рабочей.

При расчете подземных трубопроводов, используемых для перекачки подогретых нефтепродуктов, следует учитывать потерю устойчивости в результате действия продольной термической силы. При потере устойчивости трубопровод изгибается по волнообразной кривой, «вылезает» из грунта на поверхность и может подвергнуться разрушению вследствие значительных напряжений от изгиба.