5. Нагрузки и воздействия в трубопроводе

Внутренние усилия в трубопроводах появляются от внешних и внутренних нагрузок. Эти нагрузки изменяются в зависимости от характеристик окружающей среды, параметров перекачиваемого продукта и т. д. Для технологической части трубопроводов основными являются из нагрузок - внутреннее давление, давление грунта, собственный вес труб и продукта, а из воздействий - изменение температуры, просадка и пучение грунта, давление оползающих грунтов.

В соответствии с принятой методикой расчёта прочности по предельным состояниям различают расчётные и нормативные нагрузки. Под нормативными понимают нагрузки , устанавливаемые нормативными документами и определяемые на основании статистического анализа при нормальной эксплуатации сооружения. Расчётной называют нагрузку, учитывающую возможное отклонение от нормативной: , где n - коэффициент надёжности по нагрузке. Коэффициенты надёжности n для различных видов нагрузки и воздействий регламентируются СНиП 2.05.06-85.

Все нагрузки и воздействия на магистральный нефтепровод подразделяются на постоянные и временные, которые, в свою очередь, подразделяются на длительные, кратковременные и особые.

6. Постоянные нагрузки

К постоянным нагрузкам и воздействиям относят те, которые действуют в течение всего срока строительства и эксплуатации трубопровода:

1. Собственный вес трубопровода, учитываемый в расчетах как вес единицы длины трубопровода

где n - коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,1); Dср - средний диаметр трубопровода, м; - толщина стенки труб, м; ст - удельный вес стали, Н/м3.

2. Вес изоляционного покрытия и различных устройств, которые могут быть на трубопроводе. Для надземных трубопроводов ориентировочно можно принимать равным, примерно, 10% от собственного веса трубы. Точнее вес изоляционного покрытия определяют по формуле

где n - коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,1); из - удельный вес материала изоляции, Н/м3; Dиз и Dн - соответственно диаметр изолированного трубопровода и его наружный диаметр, м.

3. Давление грунта на единицу длины трубопровода. Для практических расчётов можно определять по формуле

где n - коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,2); гр - удельный вес грунта, Н/м3; hср - средняя глубина заложения оси трубопровода, м; Dиз - диаметр изолированного трубопровода, м.

4. Гидростатическое давление воды на единицу длины трубопровода, определяемое весом столба жидкости над подводным трубопроводом

где n - коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,0); в - удельный вес воды с учётом засоленности и наличия взвешенных частиц, Н/м3; h - высота столба воды над рассматриваемой точкой, м; Dф - диаметр изолированного и футерованного трубопровода, м.

5. Выталкивающая сила воды, приходящаяся на единицу длины полностью погруженного в воду трубопровода

где Dф - наружный диаметр трубы с учётом изоляционного покрытия и футеровки, м; в - удельный вес воды с учётом засоленности и наличия взвешенных частиц, Н/м3.

6. Воздействие предварительного напряжения, создаваемое за счёт упругого изгиба при поворотах оси трубопровода

где - максимальное продольное напряжение в стенках трубы, обусловленное изгибом трубопровода, МПа; Е - модуль упругости (Е = 206000 МПа); Dн - наружный диаметр трубопровода, м; - радиус изгиба оси трубопровода, м.