Нагрузки и воздействия на МТ

1. Постоянные нагрузки

- Масса собственно металла трубы

q = n ^. g_ст ^. F_сеч

n – коэффициент перегрузки = 1.1; g_ст – плотность стали F_сеч – площадь сечения трубы

- воздействие предварительного напряжения (упругий изгиб)

s_изг=±(Е ^. D)/(2 R)

Е – модуль Юнга = 2.1 ^. 10⁵ МПа; D – наружний диаметр; R – радиус упругого изгиба (не менее 900 диаметров)

- давление грунта сверху

q_гр = n ^. q_гр^н= n ^. g_гр ^. h_ср

n = 1.2; h_ср – средняя глубина заложения трубопровода

- гидростатическое давление воды

q_гр = n ^. q_в^н=^. g_в ^. h_в

n = 1; h_в – толщина слоя воды над трубой

2. Временные длительные нагрузки

- внутреннее давление

вызывает кольцевые и продольные напряжения

s_кц = n ^. (Р ^. D_вн)/(2d)

n = 1.1 для газа или 1.15 для нефти; d - толщина стенки

s_{прод N} = n ^. s_пр^н = n ^. m ^. s_кц^н

m = 0.3 – коэффициент перераспределения

- масса продукта

q_газа=100 ^. Р ^. D_вн²

Р – давление газа, МПа; D_вн – диаметр [м]

q_нефти = r_н ^. g ^. (pD_вн²)/4

- температурное воздействие

s_{пр t} = - a ^. E ^. Dt

a - коэффициент линейного расширения = 1.2 ^. 10^{-5 0}С^-1; Dt – разность между температурой эксплуатации и температурой фиксации трубы.

- воздействие неравномерных деформаций грунта без нарушения его структуры

3. Кратковременные нагрузки

- снеговая

q_сн = Р_сн ^. С_сн

Р_сн – вес снегового покрова на 1 м² грутна; С_сн – коэффициент снеговой нагрузки = 0.4 для одной нитки (для нескольких ниток – по СниП)

- ветровая

q_ветр = D_н ^. (q_стат + q_дин)

q_стат и q_дин – статическая и динамическая нагрузки на трубу

- гололедная

q_лед = 17 ^. b ^. D_н

b – толщина слоя гололеда, мм;

- нагрузка от морозного растрескивания грунта

- нагрузка от пропуска очистных устройств

- оползневые нагрузки

4. Особые нагрузки

- воздействие деформации земной поверхности в районах горных выработок

- воздействие деформации грунта, сопровождающееся изменением его структуры

- термокарстовые процессы

Расчет на прочность, деформации и устойчивость.

МТ рассчитываются на прочность по методике предельных состояний. Сущность – рассматривается такое состояние, при котором его эксплуатация невозможна. Характеристика разрушающего воздействия - s_вр = s_пр = R₁^н МПа

Расчетное сопротивление трубы:

R₁=(m ^. R₁^н)/(k₁ ^. k_н)

m – коэффициент условий работы (В – 0.6, I и II – 0.75, III и IV – 0.9)

k₁ – условия технологии производства

k_н – коэффициент надежности по материалу

1. Расчет на прочность (I предельное состояние)

/s_{пр N}/ £ Y₂ ^. R₁

s_{пр N} – расчетное продольное напряжение от всех нагрузок

s_{пр N} = -a ^. E^. Dt + m ^. n ^. P ^. D_вн /(2d)

Y₂ – коэффициент, учитывающий двухосное напряжение трубы

2. Расчет на предельно допустимые деформации

А) /s_пр^н/ £ Y₃ ^. R₂^{н .} m / (0.9 k_н)

s_пр^н – нормативное продольное напряжение

s_пр^н = -a ^. E^. Dt + m ^. P ^. D_вн /(2d) ±(Е ^. D)/(2 R)

последнее слагаемое для упруго искривленных участков

R₂^н – нормативное сопротивление сжатию, равно пределу текучести стали.

Y₃ – коэффициент, учитывающий двухосное напряжение трубы

Б) s_кц^н £ R₂^{н .} m / (0.9 k_н)

s_кц^н – нормативные кольцевые напряжения

3. Проверка продольной устойчивости

S £ m ^. N_кр

S = 100 ^. F ^. [ (0.5 - m) ^. s_кц + a ^. Е ^. Dt]

F – площадь сечения металла трубы;

N_кр = 4 ^. (q_пр.п^2. q_в.п.^4. F^2. E^{5 .} I³)^1/11

q_пр.п – сопротивление грунта продольным перемещениям

q_в.п. – сопротивление грунта перемещениям в вертикальной плоскости

I – осевой момент инерции

Испытание и приемка

1. Очистка

2. Испытание на прочность

3. Проверка на герметичность

Работы по 1, 2 и 3 проводятся по специальной инструкции, которая отражает местные условия.

Работу принимает комиссия, состоящая из представителей подрядчика, субподрядчика и заказчика.

Очистка необходима для надежной работы трубы с заданной производительностью без изменения физико-химических свойств продукта.

А) промывка водой с пропуском очистных поршней

Б) продувка воздухом с пропуском очистных поршней

Очистка проводится после укладки, закрепления и засыпки трубопровода.

Очистка воздухом: скорость 60 км/ч, Р=1.2 - 2 МПа (только газопроводы)

Очистка водой: скорость 1.5 км/ч, Р=0.4 – 1.2 МПа (нефте, газопроводы)

Для подводных трубопроводов очистка производится протаскиванием очистного устройства внутри трубы

Испытание на прочность и герметичность проводят после завершения всех предшествующих работ. Испытания на прочность проводятся при следующих давлениях: В, I, II – 1.25 Р_раб; III и IV – 1.1 Р_раб; для подводных В – 1.5 Р_раб.

Время испытания не менее 24 часов. Испытание на герметичность проводится при рабочем давлении сразу после испытания на прочность, время не менее 12 часов. МТ выдержал испытания на прочность и герметичность если во время испытания давление не изменилось и утечек не обнаружено. Дежурные обходчики должны находиться не менее, чем в 20 м при очистке и не менее 5 м при испытании от трубы.