контрольная работа 1

УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ

Обосновать выбор материала при проектировании и строительстве трубопровода с точки зрения экономической эффективности при заданных рабочем давлении р, наружном диаметре D_н и пределе прочности материала σ_в.

№	, мм	, МПа	, МПа	, ГПа	, год	k1	Категория трубопровода
1	2	3	4	5	6	7	8
11	650	5	520	1.05	5	1.55	II

Таблица 1. Исходные данные для варианта 11.

Порядок расчёта

1. Расчётная толщина стенки стального трубопровода согласно СП 36.13330.2012 «Магистральные трубопроводы» определяется по формуле:

, (1)

где: n – коэффициент надежности по нагрузке – внутреннему рабочему давлению в трубопроводе, принимаемый по таблице СП (n=1.1);

p – внутреннее давление в трубопроводе, МПа;

D_Н – наружный диаметр трубопровода, мм;

R₁ – расчетное сопротивление растяжению, МПа, определяемое по формуле (2).

, (2)

где: m – коэффициент условий работы трубопровода, принимаемый

по таблице 2;

k₁ – коэффициент надежности по материалу;

k_Н – коэффициент надежности по назначению трубопровода, принимаемый по таблице 3.

МПа.

мм.

Таблица 2

Категория трубопровода	Коэффициент условий работы трубопровода, m
B	0.60
I	0.75
II	0.75
III	0.90
IV	0.90

Таблица 3

Диаметр трубопровода, мм	Значение коэффициента надежности, kН
	Для газопроводов в зависимости от внутреннего давления, p
	р≤5.4 МПа	5.4<р≤7.4 МПа	7.4<р≤10 МПа
500 и менее	1	1	1
500-1000	1	1	1.05
1020-1220	1.05	1.05	1.1
1400 и более	1.05	1.1	1.15

2. Толщина стенки стеклопластикового трубопровода определяется из условия прочности:

мм, (3) где n_КМ – коэффициент запаса прочности, принимаемый равным 1.35.

3. Масса трубопровода определяется следующим образом:

(4)

где: ρ_i – плотность материала (ρ_КМ=2100 кг/м³; ρ_МЕ=7850 кг/м³);

L – длина трубопровода (принимаем L=1000 м).

кг.

кг.

4. Стоимость трубопровода

, (5)

где: – цена 1 кг материала ( =150 руб.; =600 руб.).

руб.

руб.

5. Экономическая эффективность

, (6)

где: , – время монтажа трубопровода (принимаем =4);

, – срок службы трубопровода ( =30 лет, =20 лет);

, – затраты на производственные отходы

( =0.5 ; =0.15 );

– затраты на антикоррозионную защиту металлических

трубопроводов ( =0.5 ).

6. Выводы по эффективности и целесообразности использования тех или иных материалов:

Проведенный сравнительный расчёт позволяет сделать заключение об эффективности использования стеклопластиковых труб при проектировании и строительстве газонефтепроводов различного назначения.

На сегодняшний день сталь является основным материалом при строительстве трубопроводов различного назначения, несмотря на то, что 90% аварий происходит в результате коррозионных явлений. Не секрет, что большинство трубопроводов работает в сопряжении с агрессивными средами (особенно это касается трубопроводов малого диаметра, использующихся на нефтегазоперерабатывающих предприятиях).

Например, это достоверный факт, на предприятии ДАО «Комплексной подготовки нефти» (г. Усинск) трубы разрушаются уже через 1…2 года после запуска в эксплуатацию. В связи с этим, там используются трубы диаметром 320 мм при толщине стенки 14 мм (!).

При сложившихся обстоятельствах наиболее перспективным и многообещающим является замена металлических трубопроводов на неметаллические, в частности хорошо зарекомендовавшие себя в авиа-ракетно-космической технике композиционные материалы (КМ).

Основные преимущества всех КМ (стеклопластиков, углепластиков и боропластиков) перед металлами:

• использование КМ дает возможность создавать конструкции с заданными свойствами благодаря своей анизотропии;

• применение КМ ввиду их высоких физико-механических показателей позволяет значительно (в 5…10 раз по сравнению с металлами) снизить массу изделия;

• в отличие от металлов КМ не подвержены коррозионным разрушениям (срок службы стеклопластиковой трубы достигает 30…50 лет);

• применение КМ в различных изделиях позволяет довести коэффициент использования материала до значений 0.8…0.9, вместо 0.5 в металлических конструкциях;

• при взрывах изделий из КМ не происходит образования осколков;

• КМ обладают в отличие от металлических материалов меньшим модулем упругости, что свидетельствует о лучшей работе этих материалов в грунтах ввиду их большей гибкости;

• КМ не чувствительны к концентраторам напряжений (в отличие от высокопрочных сталей), виброустойчивы и обладают низкой теплопроводностью, что позволяет в ряде случаев избегать использования теплоизоляционных материалов.