ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ НАДЗЕМНЫХ ПЕРЕХОДОВ
.pdf
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ НАДЗЕМНЫХ ПЕРЕХОДОВ
ТРУБОПРОВОДОВ
Надземная прокладка трубопроводов или их отдельных участков допускается в пустынных и горных районах, болотистых местностях, районах горных выработок, оползней и районах распространения многолетнемерзлых грунтов, на неустойчивых грунтах, а также на переходах через искусственные и естественные препятствия.
В каждом конкретном случае надземная прокладка трубопроводов должна быть обоснована технико-экономическими расчетами, подтверждающими экономическую эффективность, техническую целесообразность и надежность трубопровода.
При надземной прокладке следует предусматривать проектные решения по компенсации продольных перемещений. При любых способах компенсации продольных перемещений следует применять отводы, допускающие проход поршня для очистки полости трубопровода и его диагностики.
Надземные переходы подразделяются на:
подвесные (вантовые);
арочные;
балочные.
Надземный мостовой переход:
1 — компенсатор; 2 — анкеры; 3 — оттяжки; 4 — пилон; 5 — вантовая конструкция; 6 — трубопровод.
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
Экв. напряжения в кожухе, МПа
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Без вант |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
250 |
|
С вантами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
9 |
17 |
25 |
34 |
42 |
50 |
58 |
66 |
75 |
83 |
91 |
100 |
|
|
|
|
Расстояние по длине трубы, м |
|
|
|
|
||||
Распределение напряжений в однопролетном переходе
Прогибы кожуха, см
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-60 |
|
|
|
|
Без вант |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С вантами |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
-80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-160 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-180 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
9 |
17 |
25 |
34 |
42 |
50 |
58 |
66 |
75 |
83 |
91 |
100 |
|
|
|
|
Расстояние по длине трубы, м |
|
|
|
|
||||
Распределение прогибов трубопровода в однопролетном переходе
Надземные балочные переходы могут быть выполнены одноили многопролетными, с компенсаторными устройствами и без них.
Наиболее экономичными конструктивными схемами являются одно- и многопролетные (число пролетов не более четырех) балочные переходы без компенсации продольных усилий.
Самокомпенсация продольных деформаций от изменения температуры, внутреннего давления, просадок опор в таких системах обеспечивается за счет дополнительных прогибов трубопровода в вертикальной плоскости и сжатия металла труб.
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
При проектировании необходимо рассчитывать основные параметры перехода и проводить проверки на продольную устойчивость, прочность и недопустимость пластических деформаций в соответствии со СниП 2.05.06-85* . При эксплуатации необходимость ремонта таких участков также обосновывается расчетами.
Расчетная схема однопролетного балочного перехода без компенсации продольных деформаций.
1. Определение допускаемого пролета между опорами
Допускаемый пролет определяем по формуле, м
где
q |
т п |
|
|
|
|
|
|
|
σ |
|
|
|
|
|
|
12 R |
|
|
кц |
W |
||
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
||
доп |
|
|
q |
|
|
|
, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
тп |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
суммарный вес трубы и продукта,
q |
|
q |
|
q |
|
n q |
н |
n q |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
тп |
|
тр |
|
пр |
|
тр |
|
пр |
Н/м
,
(1)
(2)
суммарный вес трубы и продукта, н/м |
|
|||||
W - осевой момент сопротивления поперечного сечения трубы, м3 |
||||||
W |
π D |
3 |
D |
3 |
|
|
|
|
|
|
|||
н |
в н |
|
|
|||
|
|
|
||||
|
32 |
|
, |
(3) |
||
|
|
|
|
|||
R2 - расчетное сопротивление материала трубы,
R2 |
|
mRн |
|
2 |
|||
|
|
k2kн (Па)
kн , k2 – коэффициенты надежности, соответственно, по материалу и по назначению трубопровода, принимаемые по прил. 3, 4.
Надземные трубопроводы следует проверять на продольную устойчивость, на прочность, пластические деформации и выносливость (колебания в ветровом потоке).
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
2. Проверка на продольную устойчивость
Условие выполнения продольной устойчивости
S m N |
кр , |
|
(1)
где S - сжимающее продольное |
||
S 0,5 |
кц |
|
|
|
|
усилие в трубопроводе, Н [1] |
|
E t F |
(2) |
, |
|
F – площадь поперечного сечения трубы, м2 |
||||||
F |
π D |
2 |
D |
2 |
|
|
|
|
|
||||
н |
в н |
, |
||||
|
||||||
|
|
|
4 |
|
||
|
|
|
|
|
||
(3)
Nкр - критическая продольная сила, при которой наступает потеря продольной устойчивости трубопровода, Н
N |
|
|
π2 |
E J |
|
|
кр |
|
2 |
, |
(4) |
||
|
|
|
||||
|
|
|
|
l0 |
|
|
l0 - приведенная длина балочного перехода, м
|
0,6 l |
доп |
|||
l0 |
|
|
|
||
0,7 |
l |
|
|||
|
|
доп |
|||
|
|
|
|
||
для однопролетных переходов для двух и более пролетов
,
(5)
J - осевой момент
J
инерции поперечного сечения трубы, м4 |
; |
|||||
|
π D |
4 |
D |
4 |
|
|
|
|
|
|
|||
н |
в н |
. |
|
|||
|
|
|||||
|
64 |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
3. Проверка на прочность
Проверку на прочность многопролетных балочных переходов (число пролетов не более четырех) при отсутствии резонансных колебаний трубопровода в ветровом потоке, а также однопролетных прямолинейных переходов без компенсации продольных деформаций следует производить из условия
| |
пр.N |
| |
3 |
R |
, |
(6) |
|
|
2 |
|
где σпр.N - продольное осевое напряжение от расчетных нагрузок и воздействий, МПа, определяемое для принятой толщины стенки; ψ3 - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях (σпр.N ≥ 0), принимаемый равным единице, при сжимающих (σпр.N < 0) определяемый по формуле
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
σ |
н |
|
|
σ |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ψ |
|
|
кц |
0,5 |
кц |
. |
||||
|
|
|
||||||||
|
1 0,75 |
m |
|
|
m |
|
||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
н |
|
|
|
0,9k |
R2 |
|
0,9k |
|
R2 |
||
|
|
|
|
н |
|
|
н |
|
(7)
σкц - кольцевые напряжения от нормативного внутреннего давления, МПа, определяемые по формуле
|
н |
|
pD |
, |
|
в н |
|||||
|
|
|
|||
|
кц |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
δ – принятая толщина стенки трубы, мм.
σпр.N - суммарные продольные напряжения, МПа
пр.N E t n p Dв н
2
(8)
(9)
где α, Е, μ – физические характеристики стали, принимаемые по прил. 6; t – температурный перепад, 0С, t= tэ – tф; Dвн – диаметр внутренний, мм, с принятой толщиной стенки δн, Dвн = Dн –2 δ.
4. Проверка на недопустимость пластических деформаций
Для предотвращения недопустимых пластических деформаций
надземных трубопроводов проверку необходимо производить по условиям
где
R |
н |
|
|
2 |
|
а)
= т
| σ |
н |
| ψ |
|
m |
R |
н |
. |
|
|
|
|||||||
пр |
3 |
0,9k |
2 |
|||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
н |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
(предел |
текучести стали), |
|||||||
МПа;
σ |
н |
|
пр |
||
|
(10)
- максимальные
(фибровые) суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, определяемые по формуле
|
н |
|
M |
изг |
|
S |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|||
|
пр |
|
|
|
W |
|
|
F |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Мизг - максимальный изгибающий момент в |
|||||||||||||
определяется по формуле |
l |
|
|
|
S |
f |
|||||||
M |
|
|
|
q |
|
|
2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
т п |
|
доп |
|
, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
изг |
|
|
|
12 |
|
|
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
F - площадь поперечного сечения трубы, м2
f - суммарный прогиб трубопровода между опорами, м
f |
f э |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
S |
, |
|||
|
1 |
|
||||
|
|
|
|
|||
|
|
N кр |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
(11)
пролете, Н м,
(12)
(13)
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
fэ - прогиб от действия поперечных нагрузок, м, определяется по формуле
б)
|
|
f э |
|
q |
|
|
l 4 |
|
|
|
|
тп |
доп |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
384 E J |
|||
| |
прМ |
| 0,635 R |
2 |
(1 |
3 |
) SIN |
||
|
|
|
|
|
|
|||
. |
|
|
|
|
|
|
(14) |
|
прN |
|
|
R |
2 |
|
|
|
3 |
|
. |
||||
|
1 |
R |
|
||||
|
2 |
|
|||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
M |
изг |
|
|
||||
|
|
|
|
||
|
прМ |
|
W |
||
|
|
|
|
||
момента.
- продольные напряжения от изгибающего
При скоростях ветра, вызывающих колебание трубопровода с частотой, равной частоте собственных колебаний, необходимо производить проверочный расчет трубопровода на резонанс.