Механический расчет магистральных трубопроводов

          Механический расчет магистральных  трубопроводов

 

   Целью механического  расчета трубопровода является  расчет трубопровода на прочность  ,т.е. определение (или проверка  ранее принятой )толщины стенки  труб :напряжений ,действующих в  трубопроводе ;проверка прочности трубопровода с учетом условий эксплуатации.

 

 

                           1.Определение толщины стенки  труб

   Магистральные  трубопроводы рассчитывают по  методу предельных состояний.  Под предельным понимается такое  состояние конструкции, при котором ее дальнейшая нормальная эксплуатация невозможна.

    Различают  три предельных состояния:

  первое предельное  состояние – по несущей способности (прочности и устойчивости конструкций, усталости материала ),при достижении которого конструкция теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или получает такие остаточные деформации, которые не допускают ее дальнейшую эксплуатацию;

  второе предельное  состояние –по развитию чрезмерных  деформаций от статических и  динамических нагрузок, при достижении которого в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются деформации или колебания, исключающие возможность дальнейшей эксплуатации;

  третье предельное  состояние – по образованию  или раскрытию трещин, при достижении  которого трещины в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются и раскрываются до такой величины, при которой дальнейшая эксплуатация конструкции становится невозможной.

   Стальные заглубленные  трубопроводы рассчитывают по  первому предельному состоянию.  Предельным состоянием для магистральных трубопроводов является достижение в металле труб напряжений, равных временному сопротивлению (пределу прочности).

 

Однако постоянная работа металла труб в области напряжений, превышающих предел текучести, также  нежелательна, так как при этом происходит наклеп металла, и трубы становится хрупкими. Поэтому производится проверка на развитие чрезмерных пластических деформаций.

 

1.1 Чтобы не нарушалась  прочность трубопровода, толщина  стенки труб должна удовлетворять  неравенству

 

 

 

Где n – коэффициент перегрузки, зависящий от назначения трубопровода (нефтепровод или газопровод) и от температуры вспышки перекачивающего продукта

  –избыточное рабочее давление в трубопроводе,MПа;

  - наружный диаметр трубопровода,м;

  - расчетное сопротивление металла трубы и сварных соединений, МПа.

 

 

1.2 Чтобы не было чрезмерных пластических деформаций, толщина стенки труб должна удовлетворять неравенству

                   

 

 

 

Где     - нормативное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу материала труб и сварных соединений, определяемое из условий достижения предела текучести, МПа

 

                       2.Определение напряжений в трубопроводе 

Трубопровод, уложенный  в грунт, находится под воздействием внешних сил. Эти силы вызывают сложные напряжения в теле трубы и стыковых соединениях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В результате действия внутреннего  давления в теле трубы возникают  следующие главные нормальные напряжения:   - продольное ,  - кольцевое,  - радиальное

2.1 Определяется радиальное  напряжение, обусловленное внутренним  давлением, равное ему по величине  и противоположное по направлению 

 

 

2.2 Определяется по  формуле Мариотта кольцевое напряжение, возникающее в трубе под действием  внутреннего и внешнего давлений.

 

Где   - внутренний диаметр  труб , м

 

 

2.3 Определяется продольное  напряжение, возникающее от внутреннего  давления 

 

 

Где   - коэффициент  Пуассона (коэффициент поперечного  сужения при продольном растяжении)

 

 

2.4 Определяется по  формуле Гука продольное напряжение, возникающее вследствие изменения температуры трубопровода

 

 

Где   - коэффициент  линейного расширения металла , град

 

- модуль упругости  стали при растяжении, сжатии  и изгибе трубы( модуль Юнга), МПа 

  - наименьшая температура грунта на глубине укладки трубы, К;

  - температура воздуха  во время укладки трубопровода  в траншею,К;

 

2.5 Определяются продольные  напряжения, появляющиеся в трубе  при ее холодном упругом изгибе, который является следствием  неровностей рельефа

 

 

Где    - радиус изгиба трубы,м . В соответствии со         - 42.80 радиус изгиба трубы равен не менее 1000   , где    - условный диаметр трубопровода.

 

 

               3.Проверка прочности трубопровода  при эксплуатации 

При эксплуатации трубопровода совместное действие внутреннего давления и изгибающих усилий может вызвать гораздо большие суммарные напряжения в продольном направлении трубы, чем в момент испытаний. Уязвимым местом трубопровода в этом случае могут оказать поперечные сварные швы. Прочность поперечных сварных швов в наиболее тяжелый период эксплуатации проверяют из условия , что суммарная продольная нагрузка должна быть меньше расчетного сопротивления трубы   (так называемой несущей способности трубы ).

 

 

 

Где              - коэффициенты перегрузки , которые при учете совместного действия могут быть приняты равными единице.

 

 

 

Тогда

 

Если это неравенство  соблюдается, значит, прочность трубопровода при эксплуатации обеспечена.