1.6 Механический расчет трубопровода

1.6.1 Толщина стенки трубопровода

Исходные данные для расчета:

• наружный диаметр трубопровода D_н= 1420 мм;

• давление в трубопроводе Р= 7,36 МПа;

• тип прокладки – подземная;

• длина заболоченного участка газопровода 150 м, болото I типа, находится на участке 1466 км газопровода от ПК384+47 до ПК386+00.

Для производства ремонта выбираем трубы импортной поставки из стали марки Х70 по ТУ-75-86 со следующими характеристиками: временное сопротивление разрыву _в=589 МПа; предел текучести _т= 461 МПа; коэффициент надежности по металлу трубы к₁=1,34 [5].

В общем случае толщину стенки трубопровода  согласно [5] определяем по формуле

( 1 )

где: ₁ – коэффициент двухосного напряженного состояния металла труб;

n_р – коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления, n_р=1,1 по [4];

р – внутреннее давление в трубопроводе;

D_н – наружный диаметр трубопровода.

R₁ – расчетное сопротивление материала, которое можно рассчитать по формуле

( 2 )

где:  нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали и в расчетах принимается =_в=589 МПа;

m – коэффициент условий работы трубопровода, для третьей категории трубопроводов m=0,9 [4];

к₁ – коэффициент надежности по металлу, для данной марки стали к₁=1,34 [4];

к_н – коэффициент надежности по назначению, для трубопровода с условным диаметром 1420 мм и внутренним давлением 7,36 МПа к_н=1,1 [4].

МПа.

Коэффициент ₁=1 при растягивающих продольных осевых напряжениях _{пр N}≥0.

При наличии сжимающих напряжений _прN<0 коэффициент ₁ определяется по формуле

. ( 3 )

Первоначально принимаем ₁=1.

Рассчитаем предварительную толщину стенки по формуле (1)

Уточняем значение по [5] и принимаем δ=15,7 мм.

Продольные осевые напряжения рассчитаем по формуле

( 4 )

где: t – расчетный перепад температур;

 - коэффициент Пуассона, =0,3 [5];

_t – коэффициент линейного расширения металла, _t=1,210^-5 1/⁰С [5];

Е – модуль Юнга, Е=2,0610⁵ МПа [5];

n_t – коэффициент надежности по температуре, n_t=1 [5];

D_вн – внутренний диаметр трубопровода рассчитывается по формуле

мм. ( 5 )

Расчетный перепад температур t:

0 С; ( 6 )

0 С. ( 7 )

Рассчитаем продольные напряжения _{пр N} по формуле (4):

Так как для _{пр N(-)}>0 ₁=1 и данный случай уже рассчитан, то рассчитаем значение коэффициента двуосного напряженного состояния для _{пр N(+)}<0 по формуле (3)

.

Для данного значения коэффициента ₁ рассчитаем толщину стенки по формуле (1)

Окончательно принимаем трубу диаметром 1420 мм и толщиной стенки 15,7 мм, импортной поставки из стали марки Х70 по ТУ-75-86.

1.6.2 Проверка прочности и деформации подземного газопровода

Проверяем прочность газопровода в продольном направлении по условию

 R . ( 8 )

При растягивающих осевых продольных напряжениях (≥0)=1,0 , при сжимающих (<0)- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, определяем по формуле

= . ( 9 )

Значение кольцевых напряжений определяем по формуле

=. (10)

Находим по формуле (9)

= .

Проверяем прочность газопровода в продольном направлении по условию (8) при значениях:

а) -0,470МПа,

-0,4700,0096×359,63 , 0,470<3,452 -условие выполняется;

б) 359,15МПа,

‌‌ 359,151×359,63 , 359,15<359,63 -условие выполняется.

Для проверки по деформациям находим сначала кольцевые напряжения от действия нормативной нагрузки – внутреннего давления по формуле

=. (11)

Проверяем условие

≤, (12)

325,48≤, 325,48<419 МПа – условие выполняется.

Находим -коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла трубы

(13) .

Определяем значение продольных напряжений по формуле

(14)

и проверяем выполнение условия по формуле

 . (15)

Минимальный радиус упругого изгиба оси газопровода принимаем из условия прочности поперечных сварных швов и упругой работы металла труб по формуле 2.49 [5]

≥(16)

и из условия ≥1400м [6].

При =1 и=-101,84°С по формуле (16)

≥

принимаем =2150м.

Для отрицательного температурного перепада при =-101,84 °С

по формуле (14):

а);

б).

Проверяем выполнение условия по формуле (15):

, 417,42<419 – условие выполняется;

, 281,364<419 – условие выполняется.

Для положительного температурного перепада при =43,64 °С по формуле (14):

а);

б).

Проверяем выполнение условия по (15):

, 57,794<419 – условие выполняется;

, 78,262<147,394 – условие выполняется.

Таким образом, с учетом всех проверок принимаем трубу диаметром 1420 мм и толщиной стенки 15,7 мм, импортной поставки из стали марки Х70 по ТУ-75-86.