Расчет нефтепровода на прочность и устойчивость. Практическое занятие 2

располагаться в воде на некотором расстоянии от дна и поверхности воды,
- на дне без заглубления,
- в подводной траншее.
В каждом из положений трубопровод подвергается воздействию различных комбинаций сил и нагрузок.

Рис. 1. Схема сил и нагрузок, действующих на трубу

сумма всех удерживающих от сдвига сил;
- сумма сдвигающих сил.
В приведенной на рис. 1 схеме сумму всех удерживающих сил представляет лишь одна сила — Т; величина ее определяется сопротивлением сил трения и сцепления по контактной поверхности труба — грунт (х = - D/2).

к смятию

1.1. Условие отсутствия осевых сжимающих напряжений
σпр N > 0, (7)
где σпр N - продольное осевое сжимающее напряжение, МПа,
Рассчитываются продольные осевые напряжения σпр N по формуле:
, (8)
где Dвн = Dн - 2*δ ,мм (9)

к смятию

Определяется абсолютное значение максимального положительного и максимального отрицательного температурных перепадов по формулам:
, град (10)
, град (11)
где μ – коэффициент поперечной деформации стали (коэффициент Пуассона);
α - коэффициент линейного расширения металла трубы,
град-1 ;
Е – модуль Юнга, МПа;
R1 - расчетное сопротивление металла трубы (5)

к смятию

Основные физические характеристики стали для труб следует принимать по таблице 12 СНиП 2.05.06-85.
Для дальнейшего расчета принимается большее из значений, Δt, град.

к смятию

Если при расчете получается отрицательное значение, то это указывает на наличие осевых сжимающих напряжений, поэтому необходимо вычислить коэффициент по формуле:
(12)
При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки следует определять по формуле:
, мм (13)

к смятию

Расчетная толщина стенки трубопровода должна отвечать требованию:
, (14)
где - толщина стенки трубопровода от действия внешнего гидростатического давления.
, (15)
где – средний радиус трубопровода,
, см; h - глубина моря, см;

к смятию

- удельный вес морской воды,
Е - модуль упругости стали, Е=2100000
Если условие не выполняется, необходимо увеличить толщину стенки трубопровода.

=278,57 МПа;
Р = 5,3 МПа;
нефтепровод работает в системе «из насоса в насос»;
h = 40 м.

1220-2*14 = 1192 мм
Определяем абсолютное значение максимального положительного и максимального отрицательного температурных перепадов:
Для дальнейшего расчета принимаем большее из значений, Δt=78,9град.

сжимающих напряжений, поэтому вычисляем коэффициент:

по формуле :
Полученное значение округляем в большую сторону до стандартного значения и принимаем за расчетную δ=18мм.
Проверяем расчетную толщину стенки трубопровода на соответствие требованию: .
Условие выполняется.

к смятию

1.2. Вычисляются кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления
σкц , МПа (16)
Для предотвращения недопустимых деформаций подводных трубопроводов проверку необходимо производить по условиям:
(17)
(18)

к смятию

где - нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, ;
- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; при растягивающих продольных напряжениях ( ), принимаемый равным единице; при сжимающих ( ) – определяемый по формуле:
(19)

к смятию

где - кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления;
- максимальные суммарные продольные напряжения.
(20)
(21)
где - минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода (в первом приближении можно принять
).

к смятию

Выполняется проверка по формулам (17), (18).
Если условия не выполняются, необходимо увеличить минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода.
Выполнив расчеты на прочность и устойчивость нефтепровода, результаты следует оформить в таблицу.

к смятию

Пример расчета.
Исходные данные:
- Р=5,3 МПа;
- Dн= 1220 мм;
- =1184 мм;
- = 18 мм;
- m=0,9;
- =1,05

к смятию

Вычисляем кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления по формуле (16):
σкц
Вычисляем кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления по формуле (20):
= МПа

к смятию

Вычисляем максимальные суммарные продольные напряжения от нормативных нагрузок и воздействий по формуле (21):
=

к смятию

Так как =361,7 МПа > 0, то =1, тогда, согласно формулам (17) и (18), имеем:
=361,7 МПа > 342 МПа
Так как условие не выполняется, принимаем . Тогда
= 341 МПа < 342 МПа
= 342
= 174,3 МПа < 342 МПа