Расчет толщины стенки трубопровода

Исходные данные:

Наружный диаметр трубопровода

820 мм

Рабочее давление в трубопроводе

6,3 МПа

Продукт

Газ

Район строительства

Томск

Категория трубопровода

III

Категория участка

III

Вид грунта

глина

- угол внутреннего трения грунта

𝜑гр=18°

- сцепление грунта

𝑐гр=40 кПа

- удельный вес грунта

𝛾гр=18 кНм3

1 Определение толщины стенки трубопровода

Для строительства газопровода выбираем трубы стальные электросварные прямошовные Ижорского трубного завода класса прочности К56 с пределом прочности в = 550 МПа и пределом текучести т = 421 МПа.

1) Определяем расчетные сопротивления растяжению (сжатию) R1 и R2: 𝑅1=𝑅1 н∙ 𝑚𝑘1 ∙ 𝑘н=550 ∙ 0,991,34∙ 1,1=370,0 МПа;(1) 𝑅2=𝑅2н ∙ 𝑚𝑘2∙𝑘н=421∙0,991,15∙1,1=329,5 МПа;(2)

где 𝑅1н – нормативное сопротивление растяжению металла труб, равное значению предела прочности;

𝑅2н – нормативное сопротивление сжатию металла труб, равное пределу текучести.

Согласно СП 36.13330.2012:

m = 0,99 – коэффициент условий работы для участков трубопровода категории III;

k1 = 1,34 – коэффициент надежности по материалу;

k2 = 1,15 – коэффициент надежности по материалу для прямошевных труб;

kН = 1,1 – коэффициент надежности по ответственности трубопровода.

2) Толщина стенки продуктопровода определяется следующим образом: 𝛿=𝑛𝑝 ∙ 𝑝 ∙ 𝐷н2 ∙ (𝑅1 + 𝑛𝑝 ∙ 𝑝),(3)

где nP = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления. 𝛿=1,1 ∙ 6,3 ∙8202 ∙ (370 + 1,1∙ 6,3 )=8,0 мм,

В соответствии с СП 36.13330.2012 расчитанная толщина стенки для труб, диаметром от 200 до 1000 мм должна быть не менее 4 мм и не менее 1/100 𝐷н .

8 мм ≥ 4 мм, условие выполняется;

8 мм ≥ 8 мм, условие выполняется.

С учетом припуска на коррозию 2 мм и на неравномерность проката 1 мм

толщина стенки примем равной 11 мм.

3) Определим величину расчетного температурного перепада, приняв температуру эксплуатации tэ = +20оС.

Используя карты районирования территории России по температурному режиму находим для нашего района согласно СП 20.13330.2016 нормативные значения минимальной и максимальной температуры воздуха: tmin = -45 оС и tmax = 32 оС;

Расчетные значения температуры: 𝑡𝑥=𝑡𝑚𝑖𝑛−6=−45−6=−51 ℃; (4) 𝑡т=𝑡𝑚𝑎𝑥+3=32+3=35 ℃.(5)

Расчетные температурные перепады: Δ𝑡𝑥=𝑡Э−𝑡𝑥=20−(−51)=71 ℃; (6) Δ𝑡т=𝑡Э−𝑡т=20−35=−15 ℃.(7)

2 Проверка прочности и деформаций подземного трубопровода

1) Для предотвращения недопустимых пластических деформаций подземных трубопроводов необходимо производить проверку по условиям: |𝜎прн| ≤ 𝜓1 ∙ 𝑚0,9 ∙ 𝑘н ∙ 𝑅2н; (8) 𝜎кцн ≤ 𝑚0,9 ∙ 𝑘н ∙ 𝑅2н; (9)

где 𝜎прн – максимальные (фибровые) суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормальных нагрузок и воздействий, МПа;

𝜎кц н– кольцевое напряжение от нормативного (рабочего) давления, МПа;

ψ1 – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб.

2) Значение нормативных кольцевых напряжений: 𝜎кцн = 𝑝 ∙ 𝐷вн2 ∙ 𝛿н; (10)

где Dвн=Dн− 2 ∙ δн=820−2 ∙ 11=798 мм - внутренний диаметр трубопровода; 𝜎кцн = 6,3 ∙7982 ∙ 11 =228,6 МПа.

3) Проверим условие по формуле (9): 228,6 МПа ≤ 0,99 0,9 ∙ 1,1 ∙ 421 МПа.

228,6 МПа ≤ 421 МПа – условие выполняется, следовательно, недопустимые пластические деформации образовываться не будут.

4) Коэффициент двухосного