Расчет толщины стенки магистрального трубопровода, проверка прочности трубопровода

Расчет трубопровода на прочность.

Сталь 17Г1СУ.

Определение толщины стенки трубы.

По выбранному диаметру определяем расчетную толщину стенки по следующей формуле.

(1).

где n — коэффициент надежности по нагрузке (внутреннему рабочему давлению в трубопроводе);

р — рабочее давление, МПа;

D_н — наружный диаметр трубы, мм;

R₁ — расчетные сопротивления растяжению, МПа.

Коэффициент надежности по нагрузке выбирается в соответствии с [1] по таблице 13:

— внутреннее давление для газопроводов Расчётное сопротивление металла трубы и сварных соединений R₁ определяем по формуле:

(2).

где R₁^н — нормативное сопротивление растяжению металла труб и сварных соединений, определяемое из условия работы на разрыв, равное минимальному пределу прочности и определяемое по [3]. Принимаем R₁^н =530 МПа;

m — коэффициент условий работы трубопровода по табл. 1, [2]. Принимаем m=0,75;

k₁ — коэффициент безопасности по материалу, принимаемый по табл. 9, [1]. Принимаем k₁ =1,34;

k_н — коэффициент надёжности по назначению, принимаем по табл. 11, [1]. Принимаем k_н =1,0;

Полученное расчетное значение толщины стенки трубы округляется до ближайшего большего значения, предусмотренного государственными стандартами или техническими условиями. При этом минусовой допуск на толщину стенки труб не учитывается.

Принимаем стандартную толщину стенки трубы:

В соответствии с [1] толщину стенки труб следует принимать не менее 1/140 D_н, но не менее 3 мм для труб условным диаметром 200 мм и менее, и не менее 4 мм — для труб условным диаметром свыше 200 мм.

Расчет напряжений действующих на газопровод.

Магистральные трубопроводы рассчитывают по методу предельных состояний. Предельным состоянием называют такое, при достижении которого нормальная эксплуатация рассчитываемой конструкции становится невозможной. Различают первое, второе и третье предельные состояния. Первым предельным состоянием называется такое, при достижении которого рассматриваемая конструкция теряет несущую способность, или, что-то же самое, способность сопротивляться приложенным к ней усилиям, т. е. разрушается. Второе предельное состояние характеризуется чрезмерными, недопустимыми при эксплуатации остаточными деформациями или колебаниями. Третье предельное состояние определяется чрезмерными, недопустимыми при эксплуатации трещинами. Ни при достижении третьего, ни при достижении второго конструкции не грозит разрушение, ее прочность и устойчивость сохраняются.

Уложенные в грунт магистральные трубопроводы рассчитываются по первому предельному состоянию, т. е. принимают, что наибольшее усилие, испытываемое трубопроводом, не должно превышать его несущей способности.

Для уложенного в грунт трубопровода достижение предела текучести не означает потерю работоспособности. Трубопровод может успешно эксплуатироваться до тех пор, пока напряжения в нем не достигнут предела прочности. При расчете на прочность считают, что он идеально круглый. Учитывают лишь внутреннее давление (основное воздействие).

Делаем проверку прочности подземного магистрального трубопровода на осевые сжимающие напряжения. Продольные осевые напряжения _пр.N МПа, определяются от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической работы металла. В частности, для прямолинейных и упруго-изогнутых участков подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта продольные осевые напряжения определяются по формуле:

(3).

где б — коэффициент линейного расширения металла трубы (для стали б=12?10^-6 1/?С);

Е — модуль упругости металла (для стали Е=2,06?10⁵МПа);

D_вн — внутренний диаметр трубопровода, мм;

µ - коэффициент Пуассона, для углеродистой стали 0,25−0,3. Принимаем µ=0,25.

— расчётный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании, °С. Определяется согласно формуле:

єС (4).

єС.

Так как у_пр.N=-13,66 0, то необходимо произвести утолщение стенки трубопровода, т.к. присутствуют осевые сжимающие напряжения на прямолинейных участках трубопровода.

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки следует определять из условия.

(5).

где ш₁ — коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб, определяемый по формуле:

(6).

Проверка прочности трубопровода Определив значение продольных напряжений по формуле (3), необходимо провести проверку прочности проектируемого участка трубопровода по условию формулы:

(7).

В случае если, то в трубопроводе возникают растягивающие осевые продольные напряжения и коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, принимается равным 1. При выполнении данного условия, завершается расчет на прочность участка трубопровода, и принимается рассчитанная по формуле (1) толщина стенки.

Если, то в трубопроводе возникают сжимающие осевые продольные напряжения. Следовательно, возникает необходимость в пересчете толщины стенки трубопровода по формуле (5) и (6). Далее рассчитать значения напряжений по формуле (3) и провести проверку прочности с учетом коэффициента, который определяем по формуле:

(8).

(9).

Условие прочности выполняется, т.к.