Определение толщины стенки трубопровода

Подземные трубопроводы следует проверять на прочность, деформативность и общую устойчивость в продольном направлении и против всплытия.

Толщину стенки трубы находят исходя из нормативного значения временного сопротивления на разрыв, диаметра трубы и рабочего давления с использованием предусмотренных нормами коэффициентов.

Расчетную толщину стенки труб δ, см следует определять по формуле:

 

 

 

где  n - коэффициент перегрузки;

Р - внутреннее давление в трубопроводе, МПа;  

D_н - наружный диаметр трубопровода, см;

R₁ - расчетное сопротивление металла труб растяжению, МПа.

Расчетные сопротивления материала труб растяжению и сжатию

R₁ и R₂, МПа определяются по формулам:

 

;

,

 

где  m  - коэффициент условий работы трубопровода;

k₁, k₂-коэффициенты надежности по материалу;

k_н  - коэффициент надежности по назначению трубопровода.

Коэффициент условий работы трубопровода принимаем равным m=0,75.

Коэффициенты надежности по материалу принимаем k₁=1,34; k₂=1,15.

Коэффициент надежности по назначению трубопровода выбираем равным k_н=1,0

Вычисляем сопротивления материала труб растяжению и сжатию соответственно по формулам (2) и (3)

;

Определяем толщину стенки по формуле (1)

Принимаем предварительное значение толщины стенки δ=12 мм.

Внутренний диаметр трубопровода D_вн вычисляется по зависимости

 

 

Продольное осевое напряжение от расчётных нагрузок и воздействий

σ_пр.N, МПа определяем по формуле

 

где α – коэффициент линейного расширения, град^-1,α=0,000012 град^-1;

Е – модуль упругости материала трубы, МПа, Е=206000 МПа;

∆t – расчётный температурный перепад, ˚С, ∆t =55˚С;

μ_пл –коэффициент поперечной деформации Пуассона пластической стадии

работы металла, μ_пл=0,3.

Коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб Ψ₁, определяется по формуле

 

.

 

Подставляем значения в формулу (6) и вычисляем коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб

Расчётная толщина стенки с учётом влияния осевых сжимающих напряжений определяется по зависимости

 

Принимаем значение толщины стенки δ=12 мм.

Проверка трубопровода на прочность производится по условию

 

,

 

где Ψ₂ – коэффициент, учитывающий двухосное напряжённое состояние металла труб.

Коэффициент Ψ₂ определяем по формуле

 

 

где σ_кц – кольцевые напряжения от расчётного внутреннего давления, МПа.

Кольцевые напряжения σ_кц, МПа определяем по формуле

 

Подставляем полученный результат в формулу (9) и находим коэффициент

Определяем максимальное значение отрицательного температурного перепада ∆t_{_},˚С по формуле

 

Определяем максимальное значение положительного температурного перепада ∆t₊, ˚С по формуле

Рассчитываем условие прочности (8)

69,4<0,38·285,5

69,4<108,49

Условие прочности  выполняется.

Произведём проверку трубопровода на недопустимые пластические деформации.

Определяем кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления σ^н_кц, МПа по формуле

Коэффициент Ψ₃, учитывающий двухосное напряжённое состояние металла труб определяем по формуле

 

 

 

Минимальный радиус изгиба оси трубопровода ρ, см определяем по зависимости

где μ_упр – коэффициент упругости металла трубы, равный μ_упр=0,3.

Подставляем значения в формулу (15) и рассчитываем минимальный радиус изгиба оси трубопровода

 

Минимально допустимый радиус упругого изгиба должен быть не менее ρ≥1200D_н. Принимаем для дальнейших расчётов минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода ρ=1500 м. [6]

Положительное значение продольного напряжения от нормативных нагрузок и воздействий σ^н_пр(+), МПа определяем по формуле

Отрицательное значение продольного напряжения от нормативных нагрузок и воздействий σ^н_пр(-), МПа определяем по формуле

Принимаем в расчёте большее по модулю значение из σ^н_пр(+) и σ^н_пр(-), т.е. σ = -133,6 МПа. Так как принятое значение напряжения меньше ноля, то уточнённое значение коэффициента Ψ₃=0,485.

Проводим проверку трубопровода на недопустимые пластические деформации по условиям

Подставив значения, получаем следующие зависимости на недопустимые пластические деформации

 

133,6<142,7

195,7<294,2

Условие проверки трубопровода на недопустимые пластические деформации выполняется.