4.4 Расчет устойчивости трубопровода против всплытия на болотах при различных способах балластировки

_{Балластировка одиночными железобетонными грузами. Марка груза подбирается по таблице 4.6 : УБО-2; Qг =4.238 т; γб = 2.3*104Н/м3;}

_{Выталкивающая сила воды по формуле(4.34 уч.Тугунов)}

_{рв - плотность воды с учетом содержания солей и мех.примесей, рв=1100…1150 кг/м3}

_{Интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода по формуле (4.63)}

_{β - угол поворота оси трубопровода в вертикальной плоскости на выпуклом и вогнутом рельефе ( в радианах); ρ - радиус кривизны рельефа дна траншеи, который должен быть больше или равным минимальному радиусу упругого изгиба оси трубопровода из условия прочности.}

_{Расчетная нагрузка от собственного веса трубопровода}

_{qтр = qм=3676,4 Н/м;}

_{Принимаемая в условиях монтажа qдоп = 0, по формуле (4.60) рассчитываем величину балластировки в воде}

_{- коэффициент надежности по нагрузке (0,9 – для железобетонных грузов); - коэффициент надежности устойчивости положения трубопровода против всплытия, принимаемый равным для участков перехода через болота, поймы, водоемы при отсутствии течения, обводненные и заливаемые участки в пределах ГВВ 1%-й обеспеченности – 1,05.}

_{Расстояние между центрами одиночных грузов, используемых для балансировки (4,37 уч.Тугунов)}

_{Где mг – масса одного груза = 4238 (табл.4.8 уч.Тугунов); рб – плотность материала балластировки: для бетонных грузов =2300 кг/м3.}

_{Число пригрузов по формуле (4.68)}

L – из условия для длины проложения в торфяном болоте L = 15 км.

4.5 Расчет основных параметров катодной защиты трубопровода

_{Среднее значение удельного электросопротивления грунта вдоль трассы трубопровода по формуле (3.204)}

_{ρГ - удельные сопротивления грунтов на отдельных участках, Ом*м; li - протяженность участков;}

_{1 участок (песок увлажненный) l1 = 40 км.}

2 участок (торфяное болото)l₂ = 15 км

3 участок (песок увлажненный)l₃ =25.04км

4 участок (суглинки) l₄ = 36.66км

5 участок (песок умеренно влажный)l₅ = 35.1км

6 участок (суглинки) l₆ = 25.2км

_{Продольное сопротивление единицы длины трубопровода по формуле (3.209)}

_{ρт - удельное электросопротивление трубной стали, в среднем ρт =0,245*10 -6Ом*мм2/м.}

_{Сопротивление единицы длины изоляции к концу нормативного срока службы СКЗ по формуле (3.210)}

_{Rпн - переходное сопротивление «трубопровод-грунт» в начале эксплуатации, Ом*м2 =10000(см. прил. 10 [136]); β - показатель скорости старения изоляционного покрытия, 1/год; τнс =9,5 лет – нормативный срок службы СКЗ.}

_{То же в среднем за нормативный срок службы СКЗ по формуле (3.211)}

_{Среднее значение входного сопротивления трубопровода за нормативный срок эксплуатации катодных установок по формуле (3.214)}

_{То же к концу нормативного срока эксплуатации по формуле (3.213)}

_{Постоянная распределения токов и потенциалов вдоль трубопровода к концу нормативного срока эксплуатации катодных установок по формуле (3.208)}

_{Задаем удаление анодного заземления от трубопровода У=350 м и определяем параметр θ по формуле (3.206)}

_{у – удаление анодного заземления от трубопровода.}

_{Коэффициент взаимного влияния СКЗ по формуле (3.212)}

где , - соответственно максимальный и минимальный защитный потенциал, измеренный по отношению к медно-сульфатному электроду сравнения, расчетные значения для изолированных стальных труб принимаются

= 0,3 В

= 0,6 В

_{Протяженность зоны защиты трубопровода одной СКЗ к концу нормативного срока эксплуатации по формуле (3.205)}

_{Среднее значение силы тока нагрузки СКЗ по формуле (3.215)}

_{Примем, что глубина заложения середины электродов анодного заземления h = 2.2 м, а расстояние между ними равно 7 м.}

_{Тогда сопротивление растеканию с одиночного электрода по формуле (3.225)}

_{Примем число электродов анодного заземления n=5 и по формулам (3.229) вычислим коэффициенты Аiи Бi . Расчет коэффициентов представим таблицей:}

i	1	2	3	4
Ai	0,63	0,31	0,21	0,16
Бi	0,1	0,053	0,035	0,027

_{а – расстояние между серединами электродов; n – число электродов в анодном заземлении (назначается нечетным).}

_{Сопротивление растеканию с центрального электрода заземления по формуле (3.227)}

_{Fi – функция равная :}

_{Сопротивление растеканию с крайнего электрода анодного заземления по формуле (3.227)}

_{Коэффициент экранирования электродов анодного заземления по формуле (3.226)}

_{Оптимальное число электродов анодного заземления по формуле (3.232)}

_{σэ - средняя стоимость электроэнергии, руб/кВт*ч; σа - стоимость одного электрода, руб.; η=0,7 – КПД катодной установки;ε=0,12 1/год – нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений; ξ =0,148 1/год - норматив амортизационных отчислений для установок электрохимической защиты.}

_{Сопротивление растеканию тока с анодного заземления по формуле (3.219)}

_{Оптимальное сечение дренажного провода по формуле (3.233)}

_{ρnp - удельное электросопротивление материала провода.}

Принимаем большее сечение серийно выпускаемых проводов А – 50Snp = 50 мм2по табл.3.52

_{С1 – коэффициент зависимости стоимости устройства 1 п.м дренажной линии σnpот сечения проводов}

_{Сопротивление дренажной линии по формуле (3.218)}

_{Среднее значение напряжения на выходных контактах СКЗ по формуле (3.217)}

_{Средняя величина мощности, потребляемой СКЗ по формуле (3.216)}

_{В соответствии с найденными значениями Iдр.ср, ΔЕср и Рскзпо табл.3.49 выбираем тип катодной станции –КСГ с параметрами: мощность =0,5 кВт; напряжение на контактах 1-50 В, ток – 10 А. Стоимость 122 руб.}

_{Выполняем расчет экономических показателей катодной защиты при принятом удалении анодного заземления от трубопровода:}

_{Стоимость одного заземления по формуле (3.236)}

_{Стоимость опор воздушной линии по формуле (3.237)}

_{σкои σno – стоимость конечной и промежуточной опор воздушной линии, ориентированно σко = 85 руб, σno = 25 руб.}

_{Стоимость провода воздушной линии по формуле (3.238)}

_{Капитальные затраты на одну СКЗ по формуле (3.239)}

_{Стоимость электроэнергии, потребляемой одной СКЗ}

_{τскз– число часов работы катодной станции в году, часы}

_{Удельные приведенные затраты на катодную защиту}

_{Задавая другие значения удаления анодного заземления от трубопровода, аналогично вычисляем удельные приведенные затраты на катодную защиту и для них. Результаты расчетов представим таблицей.}

Показатели	Их размерность	Величина показателей при удалении, м
		200	250	300	350	400	450
Кв	-	0,681216	0,636839	0,613768	0,599429	0,589603	0,582433
lскз	м	-1242,09	3028,357	5983,208	8204,861	9955,331	11378,61
Iдр	А	3,190483	4,116142	4,890247	5,556108	6,137471	6,650406
ΔЕср	В	14,70822	19,00787	22,66799	25,87476	28,72877	31,29754
Рскз	Вт	46,92634	78,23908	110,8521	143,763	176,322	208,1413
Кon	руб	245	270	295	320	345	370
Кnp	руб	360	450	540	630	720	810
Кз	руб	18227	18342	18457	18572	18687	18802
Эл	Руб/год	2055,374	3426,872	4855,321	6296,818	7722,902	9116,591
п/lскз	Руб/(год*км)	-5,58751	2,754803	1,638218	1,374077	1,278814	1,244047

_{По результатам расчета строим график в координатах «П/lскз – у». Откуда видно, что оптимальным удалением анодного заземления является У=250 м.}

_{Необходимое число СКЗ}

_{Определяем срок службы анодного заземления}

где G – общий вес электродов заземления, - коэффициент использования электродов, 0,95, q – электрохимический эквивалент.

Поскольку срок службы анодного заземления превышает 10 лет, то, следовательно, катодная защита трубопровода обеспечена. В противном случае необходимо было увеличить число электродов анодного заземления.