2.2.2. Нагрузки и воздействия на магистральном газопроводе

Длительные нагрузки трубопровода появляются от внешних и внутренних сил. Эти нагрузки изменяются в зависимости от характеристик окружающей среды, параметров перекачиваемого продукта и т. д. Для линейной 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.

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

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

1. Внутреннее давление, которое устанавливается проектом. Внутреннее давление создаёт в стенках трубопровода кольцевые и продольные напряжения. Кольцевые напряжения определяют по формуле

, (6.16)

где: n – коэффициент перегрузки по внутреннему давлению (n = 1,1; 1,15); Р – нормативное значение внутреннего давления, мпа; D_вн – внутренний диаметр трубы, м;  – толщина стенки трубы, м.

2. Продольные напряжения в стенке трубы от внутреннего давления определяются по формуле

, (6.17)

где:  – коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона). Для сталей , т.е. Среднее значение .

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

, (6.15)

где – максимальное продольное напряжение в стенках трубы, обусловленное изгибом трубопровода, мпа; Е – модуль упругости (Е = 206000 мпа); D_н – наружный диаметр трубопровода, м;  – радиус изгиба оси трубопровода, м.

4. Температурные воздействия, которые при невозможности деформаций вызывают в стенках трубопровода продольные напряжения

,

5. Вес перекачиваемого продукта на единицу длины трубопровода определяют по формуле

, (6.18)

где: n – коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1); D_вн – внутренний диаметр трубы, м.

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

, (6.10)

Где n – коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,1); D_ср – средний диаметр трубопровода, м;  – толщина стенки труб, м; _ст – удельный вес стали, Н/м³.

7. 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

, (6.11)

где n – коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,1); _из – удельный вес материала изоляции, Н/м³; D_из и D_н – соответственно диаметр изолированного трубопровода и его наружный диаметр, м.

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

, (6.12)

где: n – коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,2); _гр – удельный вес грунта, Н/м³; h_ср – средняя глубина заложения оси трубопровода, м; D_из – диаметр изолированного трубопровода, м.

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

, (6.13)

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; D_ф – диаметр изолированного и футерованного трубопровода, м.

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

, (6.14)

где: D_ф – наружный диаметр трубы с учётом изоляционного покрытия и футеровки, м; _в – удельный вес воды с учётом засоленности и наличия взвешенных частиц, Н/м³.

К кратковременным нагрузкам и воздействиям на трубопровод относят следующие:

1. Снеговая нагрузка, приходящаяся на единицу длины трубопровода

, (6.20)

где: n – коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,4);  – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на трубопровод ( = 0,4); S₀ – нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли; D_из – диаметр изолированного трубопровода, м.

2. Нагрузка от обледенения наземного трубопровода, приходящаяся на единицу длины трубопровода

, (6.21)

где: n = 1,3; в – толщина слоя гололеда, принимаемая в соответствии со снип 2.01.07-85, мм; D_из – диаметр изолированного трубопровода, см.

3. Ветровая нагрузка на единицу длины трубопровода, перпендикулярная его осевой вертикальной плоскости

, (6.22)

где: n = 1,2; ₀ – нормативное значение ветрового давления, определяемое в соответствии со снип 2.01.07-85, Н/м²; k – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте и тип местности, определяется в соответствии со СНИП 2.01.07-85; с – аэродинамический коэффициент (с = 0,5).

Особыми нагрузками и воздействиями на магистральные трубопроводы принято называть те, которые возникают в результате селевых потоков, деформаций земной поверхности в карстовых районах и районах подземных выработок, а также деформаций грунта, сопровождающихся изменением его структуры. Эти нагрузки должны определяться на основании данных анализа грунтовых условий и их возможного изменения в процессе строительства и эксплуатации трубопровода.