Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte
.pdf
Из ряда полученных величин Рр выбирают максимальную и принимают ее за оптимальную величину начального давления в ресивере (Рр.опт).
Условный диаметр запорной арматуры или диаметр байпасной линии от ресивера к очищаемому участку равен:
d у = (0,15 − 0,20)Dвн . |
(3.190) |
При контрольном пропуске поршней-разделителей, перемещающихся по газопроводу под давлением воздуха, подаваемого в осушаемый участок непосредственно от передвижных компрессорных станций, используют те же компрессорные станции, что и при предварительном удалении воды после гидравлического испытания.
Необходимое количество передвижных компрессорных станций для контрольного пропуска поршней-разделителей вычисляют по формуле:
|
n(∆Ρ + |
Ρa )Fυопт |
|
|
|
K = |
|
Β |
, |
(3.191) |
|
QΡнор |
|||||
|
|
|
|||
где n = 1,1 – 1,2 – для газопроводов, проложенных по равнинной местности; n = 1,2 – 1,5 - для газопроводов, проложенных по пересеченной
местности; υопт – оптимальная скорость передвижения поршня-разделителя;
Q – производительность одного компрессора, м3/с.
При необходимости повторения контрольного пропуска коэффициент n принимают n = 1.
В формуле (3.191) величина В может принимать следующие значения:
• при |
L |
> 50000 |
В = |
1 − λυопт2 L |
; |
|
D |
R Т D |
|||||
|
вн |
|
|
|
вн |
|
|
• при |
L |
≤ 50000 В=1 . |
|
||
|
D |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вн |
|
|
|
В формуле (3.192) R – газовая постоянная: для воздуха R=287 м2/с2·град; для газа R=519 м2/с2·град.
Величину оптимальной скорости перемещения поршней-разделителей при контрольных пропусках рекомендуется принимать из соотношения:
2υmin≤ υопт≤ 0,7υmax, , |
(3.192) |
где значения υmin и υmax выбирают в соответствии с табл. 3.41 и 3.42.
269
Величину коэффициента гидравлического сопротивления λ принимают λ=0,015. Полученную по формуле (3.191) величину округляют до ближайшего целого числа.
При контрольном пропуске поршней-разделителей, перемещающихся по газопроводу под давлением воздуха (или газа), подаваемого в осушаемый участок от ресивера, используют следующие соотношения.
Таблица 3.41
Оптимальные границы изменения скорости перемещения очистных устройств
|
|
|
Оптимальные границы |
||
|
|
Очистные |
изменения скорости |
||
Этап |
Работы |
перемещения очистных |
|||
устройства |
|||||
|
|
|
устройств, м/с |
||
|
|
|
υmin |
υmax |
|
I |
Промывка с пропуском |
ДЗК-РЭМ |
1 |
2 |
|
|
поршней ДЗК-РЭМ или |
ОПР-М |
|
|
|
|
ОПР-М, совмещенная с |
|
|
|
|
|
удалением воздуха и |
|
|
|
|
|
наполнением газопровода |
|
|
|
|
|
водой |
|
|
|
|
II |
Гидравлическое испытание |
- |
- |
- |
|
III |
Предварительное удаление |
ОПР-М |
0,5 |
4 |
|
|
воды с пропуском поршней |
ДЗК-РЭМ |
0,5 |
3 |
|
|
ОПР-М или ДЗК-РЭМ |
|
|
|
|
V |
Окончательное удаление |
ОПР-М |
0,5 |
4 |
|
|
воды с пропуском поршней |
ДЗК-РЭМ |
0,5 |
3 |
|
|
ОПР-М или ДЗК-РЭМ |
|
|
|
|
|
(контрольный пропуск) |
|
|
|
|
Начальное давление воздуха или газа в ресивере определяют по формуле:
|
|
|
Dвн2 |
zTp |
|
|
Ρ |
|
|
|
|
|
|
|
Р |
р |
= n + |
|
|
|
∆Ρ + |
|
a |
B |
2 |
− Ρ |
a |
, |
(3.193) |
2 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
B1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
Dp LpT |
|
|
|
|
|
|
|
||||
где n = 1,5 – 2,0 – для газопроводов, проложенных по равнинной местности; n = 2,0 – 2,5 – для газопроводов, проложенных по пересеченной
местности.
При необходимости повторения контрольного пропуска значения коэффициента n принимают n = 1,2 – 1,5.
270
Таблица 3.42
Оптимальные границы изменения скорости перемещения очистных устройств
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оптимальные границы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Очистные |
|
изменения скорости |
||
Этап |
|
Работы |
|
|
|
|
устройства |
|
перемещения очистных |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
устройств, м/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
υmin |
υmax |
I |
Продувка с пропуском |
|
|
ОП |
|
10 |
20 |
|||||
|
|
поршней |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II |
Заполнение газопровода |
|
ОПР-М |
|
0,5 |
2 |
||||||
|
водой с пропуском поршня |
|
ДЗК-РЭМ |
|
0,2 |
2 |
||||||
|
ОПР-М или ДЗК-РЭМ и |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
гидравлическое испытание |
|
|
|
|
|
|
|||||
III |
Предварительное удаление |
|
ОПР-М |
|
0,5 |
4 |
||||||
|
воды с пропуском поршня |
|
ДЗК-РЭМ |
|
0,5 |
3 |
||||||
|
ОПР-М или ДЗК-РЭМ |
|
|
|
|
|
|
|
||||
IV |
Окончательное удаление |
|
ОПР-М |
|
0,5 |
4 |
||||||
|
воды с пропуском поршня |
|
ДЗК-РЭМ |
|
0,5 |
3 |
||||||
|
ОПР-М или ДЗК-РЭМ |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
(контрольный пропуск) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
В формуле (3.193) величины В1 и В2 принимают следующие значения: |
||||||||||||
|
• при |
L |
> 50000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λυ2 |
(L − z) |
|
|
||
|
|
|
B = |
1 − |
|
|
|
опт |
; |
(3.194) |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
1 |
|
|
R |
T Dвн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
B2 = 1 + |
λυопт2 z |
, |
|
(3.195) |
|||||
|
|
|
2R T |
Dвн |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
• при |
L |
≤ 50000 |
В1=В2=1. |
|
|
|
|
||||
|
D |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Величину оптимальной скорости перемещения поршней-разделителей принимают из соотношения (3.192), а коэффициент гидравлического сопротивления равным λ =0,015.
Расчет значений Рр по формуле (3.192) проводят для двух точек осушаемого участка начала z=0 и конца z=L. Из полученных величин выбирают
271
максимальную и принимают ее за оптимальную величину начального давления
в ресивере (Рр.опт).
Условный диаметр запорной арматуры или диаметр байпасной линии от ресивера к осушаемому участку принимают
dу=(0,10-0,12)Dвн . (3.196)
Продолжительность процесса удаления воды воздухом определяют по формуле (3.177).
3.9.6. Особенности гидроиспытаний трубопроводов при отрицательных температурах
Практика испытаний строящихся и действующих трубопроводов подтвердила возможность использования воды при минусовых температурах при соблюдении определенных условий. Прогнозирование поведения воды при конкретных условиях позволяет разработать методики планирования и организации испытаний трубопроводов зимой. Обязательным требованием является утепление насосов, приемных и нагнетательных линий, измерительных линий и приборов.
Для определения времени остывания воды, τо в неизолированном трубопроводе до 0 °С можно использовать формулу:
τо = |
mC(T1 |
−T2 ) |
, |
(3.197) |
|
aS∆Τm |
|||||
|
|
|
|||
где m– масса воды; C – удельная теплоемкость воды при постоянном давлении; T1– температура в трубопроводе; T2 –критическая температура воды; a– коэффициент теплопередачи для неизолированного трубопровода, a = 8,4 Вт/ (м2·°С) S– площадь поверхности трубопровода;
∆Τm = (T1 −T2 )(T2 −Tв) , ln T1 −T2
T2 −Tв
где Тв – температура наружного воздуха. Для изолированного трубопровода
τо = |
mC(T1 −T2 )ln(D2 |
/ D1) |
, |
2Kн∆Τm S |
|
||
|
|
|
(3.198)
(3.199)
272
где Кн – теплопроводность изоляции трубопровода; D2– внешний диаметр изоляции; D1 – внутренний диаметр изоляции.
Так, в соответствии с расчетами вода с начальной температурой 11 °С в неизолированном трубопроводе диаметром 1220 мм при температуре наружного воздуха -10 °С не замерзает в течение примерно 30 ч. При тех же условиях в изолированном трубопроводе с толщиной теплоизоляции 100 мм при Кн=0,95 Вт/ (м2·°С) вода с температурой 11 °С может оставаться в трубопроводе около 800 ч.
3.9.7. Определение изменения испытательного давления в зависимости от изменения температуры воды
Одной из причин изменения давления при выдержке под испытательной нагрузкой может быть изменение температуры испытательной среды (рис.3.39).
При длительной выдержке участка трубопровода под давлением начинает действовать температурный фактор: изменение объема закачанной воды, температурная деформация трубы. Сопоставлением расчетной поправки температурного влияния в испытываемом участке можно выявить причину изменения давления.
Dн
1220
1200
1120
1100
1020
1000
920
900
820
800
720
700
620
600
530
|
|
δ |
|
||
|
|
|
1 |
1 |
8 |
|
1 |
5 |
|
||
|
2 |
|
|||
1 |
1 |
|
|
||
1 |
0 |
|
|
|
|
9 8
7 6 5
p |
|
∆ |
20 |
15 14
13 |
|
|
12 |
|
∆ |
|
|
|
11 |
|
t |
10 |
|
10 |
9 |
|
|
|
9 |
|
8 |
|
8 |
|
7 |
|
7 |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
6 |
|
5 |
|
|
|
5 |
|
4 |
|
|
|
|
4 |
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
0 |
β 105
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Рис.3.39. Номограмма для определения изменения давления в трубопроводе при изменении температуры воды
273
Замером можно определить изменение температуры воды. Зависимость между изменением давления и температурой в трубопроводе выражается формулой:
∆р = |
∆t(βt − 2αt ) |
, |
(3.200) |
D / Е δ + с |
|||
|
н |
|
|
где ∆p – изменение давления; ∆t – изменение температуры; |
∆t=t2 – t1; t1 – |
||
температура воды в трубопроводе в конце опрессовки; t2 – температура воды в трубопроводе в начале опрессовки; βt – коэффициент температурного расширения воды; αt – коэффициент расширения стали; Dн – наружный диаметр трубопровода; с – коэффициент объемного сжатия воды; Е – модуль упругости металла; δ – толщина стенки трубы.
Коэффициенты αt, с, Е в области температур и давлений, при которых испытывают трубопровод, можно считать постоянными.
Коэффициентβt зависит от температуры. Его можно вычислить по
эмпирической формуле: |
|
βt·105 = 6,4286 + 1,70105t – 0,020369t2 + 0,00016048t3 . |
(3.201) |
Определить изменение давления во время испытаний в трубопроводе, вызванное падением температуры можно также по формуле:
|
|
|
V |
n |
πD2 |
L α |
(1 |
+ |
µ) |
|
|
|
|||||
|
Vвi β + |
|
ri |
− ∑ |
|
вн.i |
|
i 2t |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
∆р = |
|
|
1 |
|
i =1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆t , |
(3.202) |
|
|
|
|
n |
|
2 |
|
(1 − µ |
2 |
)Dвнi |
|
|||||||
Vвi k + |
Vri |
|
+ ∑ |
πDвн.i Li |
|
|
|
||||||||||
p2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
i =1 |
|
4 |
|
|
δi E |
|
|
|
||||||
где Vвi – объем воды в испытываемом секторе трубопровода в начале испытаний. м3, равный:
V |
= |
πD |
2 |
(3.203) |
вн L ; |
||||
вi |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
Vri– объем воздуха в испытываемом секторе трубопровода в начале испытаний, м3, при запуске скребка Vri =0; p2– давление в конце испытаний; Ti - абсолютная температура в начале; ∆t – температурные изменения за период испытаний; µ =0,1 – коэффициент Пуассона; Dвнi – внутренний диаметр трубы; Li= 12000 м – суммарная длина трубы; αt = 1,25 ·10-5К-1 – температурный коэффициент расширения стали трубы; β= 2,1· 10-4 K-1- температурный коэффициент расширения воды; δi– толщина стенки трубы; Е=2,1· 1011 Па – модуль упругости стали; k = 46563· 10-14 – индекс сжатия воды.
274
3.10. Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии
Под коррозией металлических трубопроводов понимается самопроизвольное разрушение их под действием различных факторов химического или электрохимического характера, определяемых окружающей трубопровод средой, которая может быть газообразной, жидкой или твердой.
В настоящее время применяют комплексный метод защиты трубопроводов от коррозии, включающий пассивную защиту изоляционными покрытиями и активную электрохимическую защиту: катодную, протекторную и дренажную.
3.10.1. Расчет основных параметров катодной защиты
Защита магистральных трубопроводов от почвенной коррозии осуществляется катодной поляризацией поверхности трубы установками катодной защиты (автоматическими и неавтоматическими).
Для расчета установок катодной защиты необходимо при проведении электрометрических работ получить данные об удельном электрическом сопротивлении грунта в поле токов катодной защиты, а также в месте установки анодного заземления, иметь данные по характеристике трубопровода, виду изоляционного покрытия и наличию источников электроснабжения.
Основными параметрами установки катодной защиты являются, сила тока и длина защитной зоны, в зависимости от которых принимаются мощность установки, тип и число анодных заземлителей, длина дренажных линий.
Принципиальная схема катодной защиты изображена на рис.3.40.
Рис.3.40. Схема катодной защиты:
1 – анодное заземление; 2 – активатор; 3 – соединительные кабели; 4 – сетевая катодная станция; 5 – медносульфатный электрод сравнения; 6 – трубопровод
275
При катодной защите трубопроводов различают три значения потенциала:
•естественный (стационарный) потенциал Еест, существующий до включения защиты;
•наложенный (расчетный) потенциал Еmin(max), дополнительно накладываемый на сооружение в результате действия защиты;
•защитный (общий) потенциал сооружения, установившийся после подключения защиты.
Таблица 3.43
Минимальные защитные потенциалы
|
Минимальный защитный потенциал |
|
Условия прокладки и эксплуатации |
относительно насыщенного медно- |
|
трубопроводов |
сульфатного электрода сравнения, В |
|
|
Поляризационный |
С омической |
|
|
составляющей |
Грунты с удельным электрическим |
-0,85 |
-0,90 |
сопротивлением не менее 10 Ом·м |
|
|
или содержанием водорастворимых |
|
|
солей не более 1 г на 1 кг грунта или |
|
|
при температуре транспортируемого |
|
|
продукта не более 293 К |
|
|
Грунты с удельным электрическим |
-0,95 |
-1,05 |
сопротивлением менее 10 Ом·м или |
|
|
содержанием водорастворимых солей |
|
|
более 1 г на 1 кг грунта, или опасном |
|
|
влиянии блуждающих токов |
|
|
промышленной частоты (50Гц) и |
|
|
постоянных токов, или при |
|
|
возможной микробиологической |
|
|
коррозии, или при температуре |
|
|
транспортируемого продукта более |
|
|
293 К |
|
|
Примечания
1.Для трубопроводов, температура транспортируемого продукта которых не более 278 К (5 °С), минимальный поляризационный защитный потенциал равен минус 0,80 В относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения.
2.Минимальный защитный потенциал с омической составляющей при температуре транспортируемого продукта от 323 К (50 °С) до 343 К (70 °С) –
минус 1,10В; от 343 К (70 °С) до 373 К (100 °С) – минус 1,15В.
276
3.Для грунтов с высоким удельным сопротивлением (более 100 ом·м) значения минимального потенциала с омической составляющей должны быть определены экспериментально.
Таблица 3.44
Максимальные защитные потенциалы
Условия прокладки и эксплуатации |
Минимальный защитный потенциал |
|
трубопровода |
относительно насыщенного медно- |
|
|
сульфатного электрода сравнения, В |
|
|
Поляризационный |
С омической |
|
|
составляющей |
При прокладке трубопровода с |
-1,10 |
-1,50 |
температурой транспортируемого |
|
|
продукта выше 333 К в грунтах с |
|
|
удельным электрическим |
|
|
сопротивлением менее 10 Ом·м или |
|
|
при подводной прокладке |
|
|
трубопровода с температурой |
|
|
транспортируемого продукта выше |
|
|
333 К |
|
|
При других условиях прокладки |
|
|
трубопроводов: |
|
|
с битумной изоляцией |
-1,15 |
-2,50 |
с полимерной изоляцией |
-1,15 |
-3,50 |
Примечания
1.Для трубопроводов из упрочненных сталей с пределом прочности 0,6 МПа (6 кгс/см2) и более не допускаются поляризационные потенциалы более отрицательные, чем минус 1,10 В.
2.В грунтах с высоким удельным электрическим сопротивлением (более 100 Ом·м) допускаются более отрицательные потенциалы с омической составляющей, установленные экспериментально.
Многочисленными измерениями установлено, что величина естественного потенциала подземных металлических сооружений колеблется в интервале от -0,23 до -0,72 В. Если не имеется точных данных о величине естественного потенциала стали в рассматриваемом грунте, то рекомендуется принимать Еест= -0,55 В по медно-сульфатному электроду сравнения (по МСЭ).
Сведения о величинах минимального и максимального защитных потенциалов (по ГОСТ Р51164-98 [53]) приведены в табл.3.43, 3.44.
На всех вновь построенных и реконструируемых трубопроводах должны быть обеспечены только поляризационные потенциалы (без омической составляющей).
277
Если трубопровод поврежден коррозией (более 10% толщины стенки), то минимальный защитный потенциал должен быть на 0,05 В отрицательнее значений, указанных в табл. 3.43.
Величина наложенного (минимального или максимального) потенциала находится как разница между соответствующим защитным потенциалом и естественным потенциалом.
Порядок расчета основных параметров катодной защиты следующий
[136].
Среднее значение удельного сопротивления грунтов
п |
|
l |
i |
|
|
|
ρГ.ср = ∑ |
|
|
|
, |
(3.204) |
|
ρГ |
|
|
|
|||
ш=1 |
lобщ |
|
|
|||
где ρГ – удельные сопротивления грунтов на отдельных участках, Ом·м; |
||||||
|
n |
|
|
|
|
|
li – протяженность участков; Lобщ = ∑li |
|
– |
общая |
протяженность |
||
i =1
проектируемого трубопровода.
При катодной защите магистральных трубопроводов величина наложенного потенциала изменяется от максимально возможного значения Еmax в точке подключения станции катодной защиты (СКЗ) до минимального допустимого значения Еmin на границе зон действий смежных СКЗ.
В случае использования однотипных СКЗ расстояние между ними равно:
|
2 |
|
Emax |
|
|
|
|
lскз = |
|
ln |
|
|
|
, |
(3.205) |
α |
|
|
|||||
|
Kв Еmin (1 |
+Θ) |
|
|
|||
где α – постоянная распределения потенциалов и токов вдоль защищаемого сооружения; Кв – коэффициент, учитывающий влияние смежной СКЗ; Θ – расчетный параметр, равный:
Θ = |
ρГ.ср |
, |
(3.206) |
2 π Ζ к у |
где ρГ.ср – среднее удельное электросопротивление грунта; Zк – входное сопротивление изолированного трубопровода на конец нормативного срока службы; у – удаление анодного заземления от трубопровода.
Соответственно необходимое число СКЗ составляет:
Ν СКЗ = |
L |
. |
(3.207) |
|
|||
|
lСКЗ |
|
|
278