Расчёт трубопровода.

1. Исходные данные

• Наружный диаметр - D_н = 1020 мм

• Рабочее давление - p = 7,5 МПа

• Температура эксплуатации - t_э = 20 ºС

• Прокладка – подземная.

Подземная укладка является наиболее распространённым типом укладки трубопроводов. Трубы должны укладываться на глубину, превышающую диаметр самих труб.

Для строительства трубопроводов применяются различные стали, наиболее применяемыми являются сталь 10Г2ФБ и сталь 17Г1С. Они обе удовлетворяют группе прочности К60, но мы выберем из них наиболее прочную. Сталь 10Г2ФБ превосходит сталь 17Г1С по таким основным показателям как предел кратковременной прочности (590 МПа против 490 МПа) и предел текучести для остаточной деформации (440 МПа против 343 МПа). Следовательно, трубы будут из стали 10Г2ФБ.

2. Определение толщины стенки трубопровода

Расчетное сопротивление металла труб определяется по формуле:

где – предел прочности металла трубы;

m – коэффициент условий работы трубопровода;

k₁ – коэффициент надежности по материалу;

k_н – коэффициент надежности по назначению трубопровода.

Согласно СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы» подберем недостающие коэффициенты. Участок нефтепровода относится к III категории, а значит m = 0,99. По сортаменту выбираем трубы марки 10Г2ФБЮ с пределом прочности σ_В =R₁^н =590 МПа. Коэффициенты k₁ = 1,47; k_н = 1,1.

Для учета уровня ответственности, связанного с объёмом экономических, социальных и экологических последствий разрушения магистрального трубопровода с номинальным диаметром D_н 1000 мм и более толщина стенки для этих диаметров должна приниматься не менее 12 мм.

Толщина стенки трубопровода определятся с коэффициентом надежности по нагрузке от внутреннего давления n_p = 1,15 (СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы») по формуле:

где –коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления в трубопроводе; p – рабочее (нормативное) давление, МПа; Dн – наружный диаметр трубы, см; – расчетное сопpотивление pастяжению, МПа

Следовательно, с учётом всех условий, минимально допустимая типовая толщина стенки для данной стали будет δ_н = 0,012 м.

Тогда внутренний диаметр трубопровода D_вн составит:

По СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» находим данные температур для Находки, где будет проложена труба. Определяются по карте. Исключение Δ_VII – отклонение среднесуточных температур от средних месячных в июле всегда принимается равным 6 ̊C.

Многолетние средние месячные температуры воздуха в январе и июле:

t_I = - 10 ̊C; t_VII= +15 ̊C;

Отклонение среднесуточных температур от средних месячных:

Δ_I = 10 ̊C; Δ_VII = 6 ̊C;

Нормативные значения температуры воздуха в холодное и теплое время года:

;

ºС; + 15 + 6 = 21 ^ºС

Расчетные значения температуры воздуха в холодное и теплое время года:

⁰ С; ⁰ С

Температурный перепад при замыкании трубопровода в холодное и теплое время года:

⁰ С; ⁰ С

Следовательно, возьмем в качестве расчетного наибольшее значение

Δt = 45 ºC.

Величину продольных осевых сжимающих напряжений равна:

где - коэффициент температурного расширения, . – модуль упругости стали, равный МПа

Знак «минус» указывает на наличие осевых сжимающих напряжений, поэтому необходимо определить коэффициент ψ₁ для учета двухосного напряженного состояния металла труб:

Пересчитываем значение толщины стенки газопровода:

Большее ближайшее значение толщины стенки по сортаменту опять же равно 12 мм. Принимаем эту толщину трубы. Проверяем по условию:

Условие выполняется, значит, что δ_Н = 12 мм можно принять за окончательный результат.