6. Прочностной расчет магистрального трубопровода

Задачами настоящего раздела являются: уточнение диаметра и определение толщины стенки трубопровода, а также расстояния между КС. определение указанных величин производится методами оптимизации, т.е. сравнением данных альтернативных вариантов расчетов.

Толщина стенки трубопровода определяется, прежде всего, давлением газа в трубопроводе, диаметром и материалом трубы, а также условиями прокладки и эксплуатации МГ. Расчетная зависимость для определения толщины стенки имеет вид

(6.1)

где р - рабочее (нормативное) давление газа в трубе, МПа;

К_з - коэффициент запаса (принимаем 1,1);

d_н - наружный диаметр трубы, мм;

R₁- расчетное сопротивление растяжения металла труб, МПа.

(6.2)

где m – коэффициент условий работы трубопровода, равный 0,6…0,9 в зависимости от категории трубопровода (принимаем 0,6);

R₁^н = [_вр] – нормативное сопротивление растяжения (сжатия) металла труб, равное минимальному временному сопротивлению согласно государственным стандартам и ТУ на трубы, МПа.

К₁ –коэффициент безопасности по материалу, зависящий от характеристики труб; К₁=1,34…1,55. Для расчетов принимаем К₁=1,4;

К_н – коэффициент надежности, зависящий от диаметра и внутреннего давления (принимаем 1,15) .

Ориентировочное значение наружного диаметра трубы, как это отмечалось в разделе 4, может быть принято по таблице 2.1 [1] или по Приложению К настоящих МУ. Для сравнительных расчетов принимаются еще два стандартных диаметра труб, один их которых меньше ориентировочного, а второй – больше. Марку стали для выбранных диаметров трубопроводов принимаем по рекомендациям приложения 5[1], основные прочностные характеристики сталей по таблице 2.1 [3].

Таблица 6.1.

Наружный диаметр трубы, мм	Марка стали	Предел прочности пр, МПа	Предел текучести т, МПа
1020	14ХГС	500	350
1220	17Г1С	520	360
1420	17Г1С	520	360

В качестве расчетного принимаем максимальное давление в трубопроводе (в начале участка МГ).

Тогда для d_н =1020 мм

= 500·0,8/1,4·1,15=248,4 МПа,

мм; принимаем 12 мм.

Для d_н =1220 мм и d_н =1420 мм соответственно:

R₁ = 520·0,8/1,4·1,15=258,4 МПа,

мм, принимаем 14 мм;

мм, принимаем 16 мм.

Точные расчеты толщин стенок трубопроводов различных диаметров выполняются по специальным зависимостям, учитывающим условия расположения трубопровода (в грунте или на поверхности), степень изогнутости криволинейных участков, отличия температур трубопровода для условий расчета и укладки его и др.

7. Расчет параметров газа заданного месторождения

Для проведения дальнейших расчетов необходимо знание параметров газа заданного месторождения. Сведения по составу газа различных месторождений, а также по характеристикам компонент природного газа приведены в приложениях 1, 2 [1], 1.1…1.4 [2] или в Приложении И настоящих МУ. Результаты расчета параметров газа заданного месторождения целесообразно представить в табличной форме (таблица 7.1).

При заполнении таблицы 7.1 мольный состав газовой смеси необходимо представлять НЕ В ПРОЦЕНТАХ, а В ДОЛЯХ ЕДИНИЦЫ. Значения величин для колонок с 4 по 8 представляют собой справочные данные, а с 9 по 13 – расчетные, которые получают последовательным умножением данных 3 колонки (мольный состав) на соответствующие данные колонок с 4 по 8 (для каждой компоненты). Параметры газовой смеси получаем суммированием данных колонок 9…13.

Т аблица 7.1. – Расчетные параметры газа Оренбургского газового месторождения

(при нормальных условиях)

Компонента	Хи- мич. форму-ла	Чистая компонента						Компонента смеси
		молярный состав, ri, доли ед.	моляр- ная масса, , кг/кмоль	крити- ческая температ., Ткр, К	крити- ческое давление, ркр, МПа	плот- ность, , кг/м3	дина- мич.вязк., 106, ПаС	моляр- ная масса, i, кг/кмоль	крити- ческая температ., Ткрi, K	крити- ческое давление, ркрi, МПа	плот- ность, i, кг/м3	дина- мич. вязкость, i106, ПаС
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Метан	СН4	0,927	16,043	190,5	4,49	0,72	10,2	14,872	176,59	4,16	0,667	9,455
Этан	С2Н6	0,022	30,070	306	4,77	1,36	8,8	0,651	6,73	0,10	0,030	0,194
Пропан	С3Н8	0,008	44,097	369,6	4,26	2,0	7,7	0,353	2,96	0,03	0,016	0,062
Бутан	С4Н10	0,0022	58,124	425	3,50	2,7	6,9	0,128	0,03	0,01	0,006	0,015
Пентан	С5Н12	0,0018	72,151	470,2	3,24	3,43	6,2	0,130	0,85	0,01	0,007	0,011
Двуокись углерод.	СО2	0,002	44,011	305	6,63	1,98	13,8	0,088	0,61	0,01	0,004	0,028
Азот	N2	0,011	28,016	126	3,39	1,25	16,6	0,308	1,39	0,04	0,014	0,183
Серово-дород	Н2S	0,026	34,082	373,5	7,33	1,54	12,6	0,886	9,71	0,19	0,040	0,328
Смесь								17,426	199,8	4,55	0,784	10,276