Механический расчет магистральных трубопроводов

Целью механического расчета трубопровода является расчет трубопровода на прочность, т.е. определение (или проверка ранее принятой) толщины стенки труб; напряжений, действующих в трубопроводе; проверка прочности трубопровода с учетом условий эксплуатации.

1 Определение толщины стенки труб

Магистральные трубопроводы рассчитывают по методу предельных состояний. Под предельным понимается такое состояние конструкции, при котором ее дальнейшая нормальная эксплуатация невозможна.

Различают три предельных состояния:

первое предельное состояние  по несущей способности (прочности и устойчивости конструкций, усталости материала), при достижении которого конструкция теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или получает такие остаточные деформации, которые не допускают ее дальнейшую эксплуатацию;

второе предельное состояние  по развитию чрезмерных деформаций от статических и динамических нагрузок, при достижении которого в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются деформации или колебания, исключающие возможность дальнейшей эксплуатации;

третье предельное состояние  по образованию или раскрытию трещин, при достижении которого трещины в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются и раскрываются до такой величины, при которой дальнейшая эксплуатация конструкции становится невозможной.

Стальные заглубленные трубопроводы рассчитывают по первому предельному состоянию. Предельным состоянием для магистральных трубопроводов является достижение в металле труб напряжений, равных временному сопротивлению (пределу прочности).

Однако постоянная работа металла труб в области напряжений, превышающих предел текучести, также нежелательна, так как при этом происходит наклеп металла и трубы становятся хрупкими. Поэтому производится проверка на развитие чрезмерных пластических деформаций.

1.1 Чтобы не нарушалась прочность трубопровода, толщина стенки труб должна удовлетворять неравенству

₁  n·p·D / [2·(n·p+ R₁)], м,

где n – коэффициент перегрузки, зависящий от назначения трубопровода (нефтепровод или газопровод) и от температуры вспышки перекачивающего продукта ([59], стр. 155);

p – рабочее избыточное давление в трубопроводе, МПа;

D – наружный диаметр трубопровода, м;

R₁ – расчетное сопротивление металла трубы и сварных соединений, МПа.

1 Вариант

R₁ = k₁·m₁· m₂·R₁^н, МПа,

где R₁^н – нормативное сопротивление растяжению материала труб и сварных соединений, определяемое из условий работы на разрыв, МПа

R₁^н = _в, МПа,

где _в– предел прочности материала труб, МПа ([59], стр. 152, табл. 12.1; [58], стр. 198, табл.11.1; [2], стр. 103, табл. 33; [21], стр. 145-148, табл. 20);

k₁ – коэффициент однородности при разрыве, зависящий от марки стали ([59], стр. 154);

m₁ – коэффициент условий работы материала при разрыве труб ( [59], стр. 154);

m₂ – коэффициент условий работы отдельных участков трубопровода, зависящий от

категории участка трубопровода, марки стали и типа труб ( [59], стр. 155, табл.12.2).