Сооружение участка магистрального газопровода с разработкой очистки полости и испытания
.pdfСПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Обоснование выбранного метода очистки полости и испытания
участка газопровода.
В связи с тем, что в районе сооружаемого участка магистрального газопровода зимний период, с понижением температуры до отметки – 45-50ºС,
длится большую часть года, а также на всём протяжении сооружаемого участка газопровода почва представляет собой вечномёрзлые грунты – считаю целесообразным очистку полости газопровода произвести методом продувки газом с пропуском трёх очистных поршней типа ОП и пневматическое испытание природным газом на прочность и проверку на герметичность.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1Механический расчет магистрального газопровода
Цель расчета: Определить номинальную толщину стенки газопровода и подобрать трубу.
Исходные данные:
Диаметр газопровода, Dм, мм – 1420
Рабочее проектное давление Р, МПа – 7,5
Категория участка газопровода – ΙΙΙ
Температурный перепад t, ºC – 45
1)Задаем ориентировочно характерными для данного диаметра труб
(марок стали), выпускаемых промышленностью значений предела, прочности
δвр =588 МПа и определяем нормативные сопротивления растяжению
(сжатию) металла труб и сварных соединений R1, Мпа:
|
н |
m |
|
R |
R |
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
K K |
|
|
|
н |
||
|
1 |
|
|
(2.1)
R |
588 0,9 |
343,41 |
|||
|
|
|
|||
1 |
|
1,34 1,15 |
|
||
|
|
|
|||
Где |
R |
н |
- δвр = 588 МПа; |
||
|
|||||
|
1 |
||||
m – коэффициент условий работы, принимается в зависимости от категории участка газопровода, m= 0,9;
К1 – коэффициент надежности по материалу, зависит от способа изготовления трубы, К1 = 1,34;
Кн – коэффициент надежности по назначению газопровода, зависит от давления, Кн = 1,15.
2)Определяем толщину стенки газопровода δ, см.
СПБГУАП группа
4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
|
пр D |
|
|
|
|
|
|
|
н |
н |
|
|
(2.2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2(R пр |
|
) |
|
|
|
|||
н |
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,1 7,5 142 |
|
1155,88 |
1,67см |
||||
(313,04 |
1,1 7,5) |
|
||||||
2 |
|
642,36 |
|
|||||
Где n – коэффициент надежности по нагрузке - внутреннему рабочему
давлению в трубопроводе – принимается n=1,1;
p |
n - проектное рабочее давление |
p |
n =7,5 МПа |
|
|
Dн - наружный диаметр газопровода, Dн = 142 см.
По полученному результату выбираем толщину стенки трубы по сортаменту и проверяем выбранную трубу на наличие продольных осевых сжимающих напряжений, МПа, определяемых от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругости работы металла труб. Ориентировочно выбираем трубу Харцизского трубного завода ТУ 14-3-1938-2000 1420 х 18,7мм.
3) Определяем внутренний диаметр трубы Dвн, мм:
Dв н
Где
δн –
(D |
2 |
н |
) |
(2.3) |
н |
|
|
Dн - наружный диаметр трубы;
выбранная по сортаменту толщина стенки трубы;
Dвн = (1420 -2· 18,7) = 1382,6мм.
4) Проверяем выбранную трубу на наличие продольных осевых напряжений, МПа:
прN E t npн Dв н (2.4)
2 н
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
|
|
Где α – коэффициент линейного расширения металла трубы, α |
|||
10 |
5 |
град |
1 |
; |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
E – переменный параметр упругости (модуль Юнга), E= |
2,06 10 |
||
|
|
|
|||
t – расчетный температурный перепад, ºC ;
μ- коэффициент поперечной упругой деформации: Пуассона, в
работы металла, μ= 0,3;
δн – толщина стенки выбранной трубы, см;
Dвн - внутренний диаметр трубы, см.
= 1,2 ·
5 |
МПа |
|
стадии
прN 1,2 10 5 2,06 105 4,5 0,3 1,1 7,5 138,26 21,904МПа 2 1,87
5) Поскольку результат отрицателен, то толщину стенки необходимо скорректировать. Для этого рассчитываем значение поправочного
коэффициента ψ:
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
пр N |
|
|
прN |
||||
|
|
|
|
|
0,5 |
|
||
1 0,75 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
R |
|
|
R |
||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
(2.5)
Где |
|
прN - продольное осевое сжимающее напряжение берется по |
|
модулю из предыдущего расчета; МПа;
R1 - нормативные сопротивления растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, МПа.
|
|
|
21,904 |
|
|
2 |
|
|
21,904 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
0,97 |
|||
1 0,75 |
343,41 |
|
|
|
343,41 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
6) Подставив полученные значения поправочного коэффициента,
определим стенку трубы с учетом продольных осевых напряжений, см:
|
пр D |
|
|
н |
н |
|
|
|
|
||
|
2( R пр |
) |
|
|
1 |
н |
|
(2.6)
|
1,1 7,5 142 |
1,72см |
||
2(0,97 343,41 |
1,1 7,5) |
|||
|
|
|||
6) В заключении |
проверяем выбранную трубу с точки зрения |
|||
технологии сварочно-монтажных работ.
D |
0,4 |
|
н |
||
|
||
140 |
|
(2.7)
1,01<1,87>0,4
Вывод: По результатам расчета возникающие в трубе продольные напряжения не опасны и выбранная нами труба полностью соответствует заданным параметрам.
2.2 Расчет необходимого количества материалов для сооружения
участка газопровода
Цель расчета: Подобрать электроды и рассчитать необходимое их количество для сварки участка магистрального газопровода.
Исходные данные:
Труба Харцизского трубного завода с пределом прочности 588 МПа (60 кгс/мм²)
Труба диаметром – 1420 мм Толщина стенки – 18,7 мм
Электроды с основным видом покрытия.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
1) Корневой слой шва выполняется электродами 3мм, а заполняющие слои шва - облицовочный и подварочный – электродами 4 мм. Исходя из толщины стенки трубы (18мм), количество заполняющих слоев будет равно 4.
Корневой слой шва выполняем электродами Шварц 3К диаметром 3мм, а
заполнение, облицовку и подварку электродами Кессель 5520 диаметром 4мм. 2) По диаметру электрода и допустимой плотности тока рассчитываем
сварочный ток для сварки корневого и других слоев шва:
Для корневого слоя электродами диаметром 3 мм:
|
|
|
d 2 |
j |
|
Ik |
э |
(2.8) |
|
||
4 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
3,14 32 15 |
106 А |
|
k |
|
4 |
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Где dэ - диаметр электрода, мм;
j – допустимая плотность тока для электрода Д=3 мм, А/мм, j=15А/мм² Для заполняющих, подварочного и облицовочного слоев шва
электродами Д=4мм:
|
|
|
d 2 |
j |
|
|
|
I з |
э |
(2.9) |
|
||||
4 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,14 4 |
2 |
12 |
|
|
I |
|
|
|
151А |
|||
з |
|
4 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Где dэ - диаметр электрода, мм;
j – допустимая плотность тока для электрода Д=4 мм, А/мм², j=12А/мм² Принимаем:
Величина зазора между кромками труб - а = 3мм.
Высота притупления - hк = 3мм
Ширина подварочного шва - Cпод = 10мм
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Высота подварочного слоя шва - hпод = 2мм Высота облицовочного слоя шва - hо = 2мм.
Отсюда площадь подварочного слоя шва:
S |
под |
С |
h |
|
под |
под |
(2.10)
S |
|
1 0,2 0,2см |
2 |
под |
|
||
|
|
|
Где Спод – ширина подварочного слоя шва, см; hпод – высота подварочного слоя шва, см.
3)Определяем толщину каждого из заполняющих слоев шва:
h |
|
h |
|
k |
|||
|
|
||
1 4 |
|
n |
|
|
|
(2.11)
h |
|
18,7 3 |
3,9 м 0,39см |
|
|||
1 4 |
|
4 |
|
|
|
|
Где |
|
- толщина стенки трубы, мм; |
|
hквысота притупления, мм;
n- количество заполняющих слоев шва.
4) Толщина всех заполняющих слоев шва будет:
h |
n h |
n |
1 4 |
(2.12)
h |
4 0,39 1,56см |
n |
|
Где n – количество заполняющих слоев шва:
h1 4 - толщина одного заполняющего слоя шва, см.
5)Площадь корневого слоя шва находим по формуле:
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
S |
k |
a a |
|
|
(2.13)
S |
|
0,3 0,3 0,09см |
2 |
k |
|
||
|
|
|
Где a- величина зазора между кромками труб, см.
6) Так как угол разделки кромок составляет 30º, ширина внешнего заполняющего слоя будет:
C |
1,334h |
n |
n |
(2.14)
C |
n |
0,3 (1,334 0,9) 1,38см |
|
|
7)Рассчитаем площадь заполняющих слоев шва:
S |
C |
n |
h |
|
|||
|
|
|
|
n |
2 |
|
n |
|
|
|
(2.15)
S |
|
|
0,3 1,38 |
1,56 1,54см |
2 |
|
|
||||
n |
2 |
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
8)Ширина облицовочного шва будет:
Со Сп 0,6 (2.16)
Со 1,38 0,6 1,98см
9)Площадь облицовочного шва будет:
Sо Со ho (2.17)
Sо 1,98 0,2 0,396см2
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Где ho – высота облицовочного слоя шва.
10) Определяем скорость сварки корневого слоя шва:
|
|
|
н |
I |
|
|
|
||||
|
|
|
|
||
св.к |
|
S |
|
p |
|
|
|
k |
|||
|
|
|
|
|
|
(2.18)
|
|
9 106 |
1350,3см / час |
|
|
|
|||
св.к |
|
0,09 |
7,85 |
|
|
|
|
||
Где αн – коэффициент наплавки, характеризующий удельную производительность процесса наплавки, г/(Ач), αн =9;
I – сварочный ток, А;
S – площадь поперечного сечения шва, см²;
P – плотность наплавленного металла, г/см³. Для трубной стали принимается 7,85 г/см³.
11)Аналогично определяем скорость сварки заполняющих,
облицовочного и подварочного швов:
|
|
|
н |
I |
|
|
|||
|
|
|
|
|
св.п |
|
S |
|
|
|
|
|||
|
|
|
п |
|
(2.19)
|
|
|
9 151 |
112,4см / час |
|||
|
|
|
|
||||
св.п |
|
1,54 7,85 |
|
|
|||
|
|
|
|
||||
св.о |
|
|
н |
I |
(2.20) |
|
|
Sо |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
9 151 |
|
437,2см / час |
||
|
|
|
|
|
|||
св.о |
|
0,396 7,85 |
|
||||
|
|
|
|||||
|
|
|
н |
I |
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
св.под |
|
S |
|
|
|
|
|
|
под |
||||
|
|
|
|
|||
(2.21)
св.под |
|
9 151 |
865,6см / час |
||
|
|
||||
0,2 |
7,85 |
||||
|
|
|
|||
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
По диаметру трубы рассчитываем длину сварочного шва:
L = 2πR (2.22)
L = 2 · 3,14 · (142: 2) = 445,88 см
Разделив стык на 4 зоны, получим:
Нижнее положение – 111,47 см Вертикальное положение – 222,94см Потолочное положение – 111,47см
Далее расчет ведем для наиболее удобного положения нижнего
12) Определяем время горения электрода:
t |
|
|
L |
|
н |
||
|
|
|
|
|
к.н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
св.к |
(2.23)
t |
|
|
111,47 |
0,082час |
|
к.н |
1350,3 |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
t |
|
|
L |
|
н |
||
|
|
|
|
|
к.п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
св.п |
(2.24)
t |
|
|
111,47 |
0,9917час |
|
к.п |
112,4 |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
t |
|
|
L |
|
н |
||
|
|
|
|
|
к.о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
св.о |
(2.25)
111,47 tк.о 437,2
t |
|
|
L |
|
н |
||
|
|
|
|
|
к.под |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
св.под |
0,254час
(2.26)
t |
|
|
111,47 |
0,128час |
|
к.под |
865,6 |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|