Расчет магистральных трубопроводов на прочность.

Важнейший задачей расчета магистрального трубопровода является обеспечение его надежности. В строительных нормах (СНиП 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы») содержатся требования по оптимальным соотношениям предела текучести _т к пределу прочности , максимальной ударной вязкости оптимальному относительному удлинению при разрыве . Выполнение требований СНиП 2.05.06-85 позволяет предотвратить хрупкое разрушение магистрального трубопровода в процессе его эксплуатации. Повышенные требование при проектировании трубопроводов предъявляются к сварочным материалам и технологии сварки, они должны обеспечивать равнопрочность сварных стыков основному материалу.

Магистральный трубопровод рассчитывают по методу предельных состояний – рассматривается такое напряженное состояние, характеризуемое величиной , при котором его дальнейшая эксплуатация становится невозможной. Первое предельное состояние магистрального трубопровода наступает при его разрушении под действием внутреннего давления. Характеристикой несущей способности магистрального трубопровода в этом случае является расчетное сопротивление R ₁, которое назначается по пределу прочности металла трубы

. Второе предельное состояние наступает, когда в стенке трубопровода появляются пластические деформации. В этом случае расчетное сопротивление R ₂ назначается по пределу текучести материала _т

. Для обеспечения надежной работы магистрального трубопровода при определении расчетного сопротивления вводят ряд коэффициентов отражающих вероятностный характер различных факторов, влияющих на несущую способность магистрального трубопровода

, , где R ₁ ^н, R ₂ ^н - нормативные сопротивления растяжению (сжатию) металла трубы;

m – коэффициент условий работы МТ; k _1, k ₂ – коэффициент надежности по материалу; k _н – коэффициент надежности по назначению трубопровода.

Нормативные сопротивления металла трубы и сварных соединений R ₁ ^н и R ₂ ^н следует принимать равными соответственно минимальным значениям временного сопротивления и предела текучести, принимаемым по государственным стандартам и техническим условиям на трубы.

Коэффициент условий работы трубопровода m показывает возможное несоответствие принятой расчетной схемы реальной конструкции, а также отражает влияние последствий разрушения магистрального трубопровода на здоровье людей и стоимость выплаты ремонтно-восстановительных работ.

Коэффициент условий работы трубопровода при его расчете на прочность, устойчивость и деформативность принимается по таблице 1 СНиП 2.05.06-85 в зависимости от категории трубопровода и его участка. Категория участка магистрального трубопровода принимается по таблицам 2,3 в зависимости от назначения участка трубопровода.

В зависимости от указанных факторов установлены три значения коэффициента условий работы m:

· m=0,9 – для обычной линейной части магистрального трубопровода (категории участков III –IV);

· m=0,75 – для переходов магистрального трубопровода через водные преграды, железнодорожные и автомобильные дороги, трудно проходимые болота; для участков примыкающих к компрессорным станциям, узлам пуска и приема очистных устройств (категории участков I – II).

· m=0,6 – для наиболее ответственных участков: трубопроводов внутри зданий, в пределах территорий компрессорных, газораспределительных и нефтеперекачивающих станций, станций подземного хранения газа; для переходов нефтепроводов диаметром 1020 мм и более через водные преграды (категория участка В).

Коэффициент надежности по материалу k ₁ отражает: возможное уменьшение предела прочности металла по сравнению с нормативным значением; возможность уменьшения толщины стенки трубы по сравнению с номинальным значением; надежность конструкции трубы (зависит от технологии производства, т.е. способа изготовления, уровня контроля сварных соединений и основного металла); пластичность свойств трубных сталей. Таким образом, коэффициент k ₁ отражает, как качество металла трубы, так и уровень технологического обеспечения трубного производства. Коэффициент надежности по материалу принимается по таблицам 9, 10 СНиП 2.05.06-85.

Пример. Термическое упрочнение трубы из низколегированных сталей, прокатанной при автоматически регулируемому режиму, с допуском по толщине стенки не более 5%, с обеспеспеч. 100% контроля листа и сварных соединений; k₁=1,34. Спиральношовные тр., изготовленные из горячекатанной низколегированной стали, сваренные в три слоя и прямошовные экспондированные тр. из нормализованной листовой стали, сваренные двухсторонним швом имеют k₁=1,47.

Коэффициент надежности по назначению трубопровода k _н впервые был введен в 1975 г. в связи с увеличением диаметра сооружаемых магистральных трубопроводов и увеличением рабочего давления продукта. Коэффициент k _н принимается по таблице 11 СНиП 2.05.06-85.

Коэффициент надежности учитывает следующие эксплуатационные факторы:

· с увеличением диаметра трубы возрастает поверхность контакта с грунтом; поэтому при деформациях грунта магистральный трубопровод большого диаметра находятся в более тяжелых условиях;

· с увеличением диаметра трубы резко возрастает её изгибная жесткость, поэтому при укладке может не обеспечиваться опирание трубы на дно траншеи по всей длине. В связи с этим возможно возникновение дополнительных изгибных напряжений;

· с увеличением диаметра возрастает металлоемкость трубопровода, общая длина сварных стыков и объем наплавленного металла, поэтому вероятность возникновения технологических дефектов повышается;

· с увеличением внутреннего давления продукта Р и диаметра магистрального трубопровода возрастает пропускная способность системы, отказ которой может привести к большим экономическим потерям.