«вписываемости» габаритов троллейной подвески в поперечный профиль траншеи и принимается равной h1 =2,75 м (рис.3.31). Технологический зазор c=0,3 м, высота лежек b = 0,2 м, диаметр авиашин троллейной подвески d=0,7 м. Высота подъема трубопровода h3 (h3=c+d) равна 1 м (рис.3.32).
Решение
По формулам (3.142) находим S =0,048 ≈0,05; Р=0,226 ≈ 0,225. Далее по диаграмме (см.рис.3.33) определяем координаты точек пересечения сплошной кривой 0,05 с пунктирной 0,225; λ=0,36; η =0,30 и λ=0,23; η =0,52. Расчет
выполняется по двум вариантам. Однако в обоих случаях l =91 м. Результаты дальнейших расчетов по формулам (3.144), (3.145) и (3.147) сведены в табл.3.34.
Изгибающие моменты (см.формулу (3.148) в обоих случаях одинаковы (М1=4820 кН·м), а напряжения изгиба из формулы (3.149) равны σ1 =156 МПа.
Для выбора из двух вариантов наиболее предпочтительно обратимся к анализу полученных нагрузок К1, К2 и К3. Заметим, что суммарная нагрузка ∑Кi на все
трубоукладчики в колонне в первом варианте составляет 1075 кН, а во втором – 1129 кН. По этому показателю можно было бы отдать предпочтение первому варианту – нагрузка на 5% меньше. Если же проанализировать условия работы каждой группы трубоукладчиков в отдельности, то потребуется сопоставить нагрузки, которые испытывают трубоукладчики задней группы К1. Действительно, они работают с наибольшим вылетом крюка, и здесь наиболее вероятно опрокидывание. Сопоставив результаты расчета нагрузки К1 по первому (469 кН) и по второму (429 кН) вариантам, заметим, что второй вариант предпочтительнее, так как нагрузка меньше на 8,5%.
Таблица 3.34
Расчетные параметры схем укладки изолированного трубопровода
Варианты |
|
|
|
|
Параметры |
|
|
|
|
|
λ |
η |
L1,м |
L2,м |
К1,кН |
К2,кН |
К3,кН |
h2,м |
l4,м |
I |
0,36 |
0,30 |
33 |
27 |
|
469 |
|
202 |
404 |
3,70 |
73 |
II |
0,23 |
0,52 |
21 |
47 |
|
429 |
|
229 |
471 |
3,45 |
73 |
Для определения числа трубоукладчиков в каждой группе необходимо дополнительно задать тип самих трубоукладчиков, в частности момент их устойчивости против опрокидывания. Примем, что для укладки используются отечественные трубоукладчики ТГ502, для которых Муст=1226 кН·м [141]. Кроме того, следует задать расчетные значения вылетов крюков арасч (по уровню 70%-ой обеспеченности) в каждой группе трубоукладчиков при их работе с изолированными трубами (по результатам статистического анализа,
выполненного для условий строительства магистрального газопровода Уренгой
– Помары - Ужгород):
Группа |
задняя |
средняя |
головная |
арасч, м |
4 |
3,5 |
2,5 |
Исходя из этих данных, можно с помощью условия (3.146) установить, что в задней группе необходимо иметь два трубоукладчика:
n |
= |
К1а1 |
расчk |
= |
429 4 |
1,4 |
=1,95 |
≈ 2. |
|
|
|
|
1 |
M уст |
|
1226 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В средней части колонны (в точке 2) по расчету должен быть один трубоукладчик:
n2 = |
|
К2 |
а2 расчk |
|
= |
229 3,5 1,4 |
= 0,92 |
≈1. |
|
|
|
M уст |
|
1226 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для головной группы число трубоукладчиков |
|
|
|
|
|
n |
= |
К3а3 расчk |
= |
471 |
2,5 |
1,4 |
=1,34, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
M уст |
|
|
|
1226 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т.е. в этой группе необходимо, |
|
|
как и |
в |
|
задней |
группе, иметь |
два |
трубоукладчика. Определенный запас устойчивости в головной группе способствует более эффективному прохождению колонной криволинейных участков трассы (выполненных упругим изгибом трубопровода), а также стабильной работе колонны на пересеченной местности. Технологическая схема, составленная на основании выполненных расчетов, изображена на рис.3.47. Указанные на ней расстояния приведены с учетом допустимых отклонений (в м).
При использовании других трубоукладчиков с аналогичными техническими характеристиками основные параметры схемы сохраняются. При укладке трубопровода на участках трассы со слабонесущими грунтами, где вылет крюков трубоукладчиков должен быть увеличен по сравнению с расчетным, в задней группе следует устанавливать не два (как показано на схеме), а три трубоукладчика. На участках трассы, где толщина стенки труб меньше принятой в расчетах (19,5 мм), нагрузки на трубоукладчики снижаются пропорционально уменьшению толщины стенки. Напряжения изгиба в трубопроводе при этом остаются на прежнем уровне. Приведенная на рис.3.47 схема укладки трубопровода из изолированных труб была широко использована на различных участках строительства линейной части газопровода Уренгой – Помары - Ужгород, Уренгой-Центр (1н и Пн).
Рис. 3.47. Технологическая схема укладки трубопровода из изолированных труб диаметром 1420 мм (размеры в м)
Пример 3.16. Определить время заполнения водой участка трубопровода
условным диаметром Dу = 1000 мм, протяженность участка l = 15 км, для заполнения участка водой используют один агрегат АН-1001 производительностью Q = 1000 м3/ч.
Решение
На оси абсцисс правой части номограммы (см.рис.3.35) находим точку,
соответствующую l=15 км и от нее проводим вертикальную линию до пересечения с наклонной линией, обозначающей Dу = 1000 мм. Из точки пересечения этих линий проводим горизонтальную линию в левую часть номограммы до пересечения с наклонной линией, обозначающей производительность Q = 1000 м3/ч. Из полученной точки опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим, что время заполнения τ = 15 ч.
Пример 3.17. Определить время заполнения воздухом участка
трубопровода Dу = 1200 мм, протяженность участка l = 25 км, для заполнения до давления p = 0,6 МПа используют компрессорную установку ДК-9 производительностью 600 м3/ч.
Решение
Выполнив действие согласно ключу номограммы, аналогичное приведенному в примере 3.16, найдем, что время заполнения участка трубопровода вместимостью 29000 м3 до избыточного давления 0,1 МПа составит τн = 40 ч.
По формуле (3.152) τн.р = 10· 0,6 ·40 = 240 ч.
321
Пример 3.18. Рассчитать параметры продувки трубопровода Dу = 1200 мм, (Dн=1220 мм, Dвн=1190 мм) не очищенного протягиванием очистных устройств. Трубопровод проложен в песке с ρгр = 1800 кг/м3; f = 0,5; η= 0,43; cгр
= 0,002 МПа.
Принимаем Р = 0,5 кг/м, коэффициент, зависящий от вида загрязнений k1=4,5.
Решение
1. Объем загрязнений по формуле (3.154)
V= 18000,5 = 2,778 10−4 м3/м .
2.Предельная длина участка, продуваемого в режиме механического перемещения загрязнений непосредственно перед поршнем, по формуле (3.153)
L = |
4,5 1,2 |
= 20000 м. |
|
max |
2,778 |
10−4 |
|
|
|
3. Распределение сопротивлений по длине участка трубопровода при его очистке при х = 5000 м находим по формуле (3.155)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
σ = |
|
1 |
|
1,2 1800 |
−10 |
4 |
0,002 |
|
× |
|
|
|
|
10 |
4 |
|
4 0,43 |
0,43 0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,09 0,43 0,5 2,778 10 |
−4 |
5000 |
|
|
|
ехр |
|
|
= 0,15 МПа. |
× |
1,2 |
3 |
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
Данные для остальных значений х приведены ниже:
х, м |
0 |
|
|
5000 |
|
10000 |
15000 |
20000 |
σ, МПа |
0 |
|
|
0,15 |
|
|
0,51 |
1,34 |
3,25 |
4. Сопротивление по длине участка находим по формуле (3.155) |
|
σ = 1 |
|
|
|
1,2 1800 |
−10 |
4 |
0,002 |
|
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
4 |
|
4 0,43 |
0,43 0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,09 0,43 0,5 2,778 10 |
−4 |
200000 |
|
|
|
ехр |
|
|
= 3,25 МПа. |
× |
1,2 |
3 |
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
5. Сопротивление воздушному потоку по формуле (3.161)
σ |
|
= 1 |
|
|
1,2 1800 |
−10 |
4 |
0,002 |
|
× |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
4 |
4 0,43 |
0,43 0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,09 0,43 0,5 2,778 10 |
−4 |
200000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
× |
|
1,2 |
3 |
|
|
|
|
|
+1 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,09 |
0,43 0,5 2,778 10 |
−4 |
200000 |
|
|
|
|
ехр |
|
|
=14,12 МПа. |
× |
|
1,2 |
3 |
|
|
|
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. По формулам (3.159) и (3.160) соответственно находим:
А1 = 0,07 + 3,25 + 0,1 = 3,42 МПа; А2 = 0,07 + 14,12 + 0,1 = 14,29 МПа.
7.Начальное давление в ресивере определяем по формуле (3.156)
рр= (2+1)· 3,42 = 10,26 МПа.
8.Площадь внутренней полости трубопровода по формуле (3.158)
S= π4 1,192 =1,112 м2 .
9.Для воздуха при Т=293°С по формуле (3.162) находим
κ3 = 0,69
287,04 293 0,6 =155.
10.Площадь проходного сечения крана обводной линии можно вычислить по формуле (3.157), приняв скорость движения поршня υ = 8,5 м/с;
Sк = |
|
1,112 |
8,5 |
|
= 0,013 м2 . |
|
10,26 |
|
3,42 |
|
|
155 |
|
−1 |
|
|
|
|
|
14,29 |
|
|
14,29 |
|
|
|
11. Диаметр обводной линии и условный диаметр арматуры найдем по формуле (3.164), приняв коэффициент с1=0,6:
d у =1,13 |
0,013 |
= 0,166 м. |
|
0,6 |
|
Окончательно принимаем диаметр dн=219 мм.
Пример 3.19. Определить время подъема давления до испытательного в данном участке магистрального трубопровода, диаметром Dн=1420 мм.
Исходные данные. Протяженность испытываемого участка L=20 км; внутренний диаметр трубопровода Dвн= 1,387 м; испытательное давление pисп=8,25 МПа; начальное давление pо=1 МПа; производительность одного опрессовочного агрегата Q1= 30 м3/ч; число опрессовочных агрегатов n=3; модуль Юнга Е= 206 ГПа; коэффициент Пуассона ν=0,3; толщина стенки трубы δ=16,5 мм; часть испытываемого трубопровода, занятая воздухом Ко=0,05; температура испытательной среды То=288 К; критическая температура воздуха Ткр=132,3 К; критическое давление воздуха pкр=3,77 МПа.
Решение
1. По формуле (3.166) коэффициент сжимаемости воздуха
|
Zо =1 + 0,07 |
1 |
106 |
132,3 |
|
|
132,3 |
2 |
|
= 0,998. |
|
|
|
|
|
1 |
− 6 |
|
|
|
|
|
288 |
3,77 106 |
288 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. По формуле (3.165) время повышения давления до испытательного при наличии в трубопроводе воздушной пробки
∆τ = π 1,3872 20000 (8,25 106 −1 106 )× 4(30 3)
|
|
(1−0,3 |
2 |
) 1,387 |
|
0,05 |
|
|
=15,7 ч. |
|
× |
|
+ |
|
|
|
206 109 0,0165 |
8,25 106 |
0,998 |
|
|
|
|
|
Таким образом, получаем время повышения давления до испытательного внутри данного участка магистрального трубопровода.
Пример 3.20. Определить изменение давления во время испытаний в трубопроводе, вызванное падением температуры.
Исходные данные: трубопровод Dн= 1066 мм, δн= 10,8 мм; L = 12 км;
Vг1=0; p2= 8,81 МПа; Т1= 288 °К; ∆t = 4 К; Dвн= 1,0444 м.
Решение
1. Объем воды в испытуемом трубопроводе в начале испытания по формуле (3.203)
Vв1 = π 1,04442 12000 =10275 м3 . 4
2. Изменение давления по формуле (3.202)
|
102752,1 10−4 + |
0 |
− π 1,04442 12000 1,25 10−5 (1+ 0,1) |
|
|
288 |
|
|
∆р = |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
4 = |
|
0 |
|
π 1,0444 |
2 |
12000 |
|
2 |
|
10275 46563 10−14 + |
+ |
|
|
(1−0,1 ) 1,0444 |
|
8,81 105 |
4 |
|
0,0108 2,1 1011 |
|
|
|
|
|
|
= 0,77 МПа.
Пример 3.21. Построить график изменения давления при гидравлическом испытании участка нефтепровода диаметром Dу= 1000 мм, протяженностью
l=80 км с пропуском поршня-разделителя, рабочее давление p = 6,4 МПа.
Решение
1.Возможные максимальные потери давления при заполнении участка трубопровода:
• на преодоление максимального перепада высот по трассе – 160 м;
• на перемещение поршня – 15 м;
• на преодоление сил трения и перемещение загрязнений (по табл.3.36
при Dу= 1000 мм; Q=2000 м3/ч и L=80 км – 0,3315·80=27 м.
Суммарный потребный напор Н= 160 + 15 + 27 = 202 м.
Выбираем оборудование – 4 параллельно включенных наполнительных агрегата ДН-501, каждый из которых имеет производительность 540 м3/ч и развивает напор 240 м.
2.Продолжительность процесса промывки с пропуском поршнейразделителей по формуле (3.168) при К1=0,75 и К2=1,15
|
τпрм = 33 |
1,002 |
80 1,15 |
=1,874 сут = 45 ч. |
|
540 |
4 0,75 |
|
|
|
Рис.3.48. График изменения давления в трубопроводе при гидравлическом испытании:
1 – заполнение трубопровода водой; 2 – подъем давления до Рисп (а-в нижней точке трубопровода Рисп=Рзав; б-в верхней точке трубопровода Рисп не менее 1,1Рраб); 3 – циклическое испытание на прочность ( время выдержки до первого цикла снижения
давления не менее 6 ч, между циклами – 3 ч [123] ); 4 – снижение давления до Ргерм=Рраб; 5 – проверка на герметичность
3. Продолжительность подъема давления в трубопроводе
|
|
|
наполнительными агрегатами τпд.нап = 0,4 |
|
0,5 τпрм, принимаем |
|
|
|
|
τпд.нап.=0,4τпрм=0,4·45,0 = 18,0 ч. |
|
|
4. Величина испытательного давления: |
|
|
•в верхней точке рисп=1,1рраб=1,1·6,4=7,04 МПа;
•в нижней точке рисп=рзав=7,7 МПа.
Для опрессовки используем агрегат ЦА-320 м с подачей (18,4-82,2) м3/ч и напором 182/40 м.
5.Продолжительность подъема давления опрессовочным агрегатом
τпд.о=(0,2–0,5)τпрм, принимаем τпд.о=0,2 τпрм= 0,2·46,8 = 9,36 ч.
6.Продолжительность снижения давления с испытательного до рабочего
τсд.вз= (1–0,3) сут, принимаем τсд.вз=0,3 сут = 7,2 ч.
7. Суммарная продолжительность процесса гидравлического испытания
τгидр.= τпрм + τпр.нап. + τпдо +τи.пч + τсд.вз + τи. гер = 45,0 + 18,0 + 9,36 + 24,0 + 6
+ 7,2 + 12,0 = 121,56 ч = 5,06 сут.
На рис. 3.48 приведен график изменения давления в трубопроводе при циклическом гидравлическом испытании для рассмотренного примера.
326
Пример 3.22. Определить число циклов безаварийной работы нефтепровода после гидравлических испытаний трубопровода из низколегированной стали диаметром 1020 мм с толщиной стенки 10 мм, рабочим давлением рраб= 55 кгс/см2 (5,5 МПа), пределом текучести стали σm = 40 кгс/мм2 (400 МПа).
Решение
1.Расчетное значение напряжения по формуле (3.183) R= 0,95· 40=
=38 кгс/мм2 = 380 МПа.
2.Давление при гидравлическом испытании по формуле (3.182)
|
рисп= |
2 38 10 |
= 0,76 кгс/мм2 = 76 кгс/см2 = 7,6 МПа. |
|
1020 − 2 10 |
|
|
|
3. Запас прочности по формуле (3.181) nи=76/55=1,38.
4.По СНиП 2.05.06-85* для участков III, IV категории принимаем k1=1,55; kн=1; m=0,9, тогда nв= 1,55/0,9 = 1,7.
5. Число циклов до первого отказа по формуле (3.164)
|
|
1,7 −1 |
1 / 0,215 |
|
Ν = 0,2 225 0,91 |
|
|
|
=1105. |
|
−1,38 |
|
1,7 |
|
|
По достижении числа циклов нагружения N= 1105 (для данного примера) необходимо проводить следующее испытание.
Пример 3.23. Определить оптимальные параметры катодной защиты магистрального трубопровода диаметром 820 мм, длиной 1200 км, имеющего толщину стенки, равную 9 мм. Трубопровод прокладывается по местности, участки которой имеют следующие значения удельного электросопротивления грунта:
|
Доля длины |
0,1 |
0,1 |
0,2 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
|
трубопровода, l/L |
|
|
|
|
|
|
|
|
Удельное |
170 |
180 |
70 |
40 |
20 |
10 |
|
электросопротивление, |
|
Ом·м |
|
|
|
|
|
|
Дренажная линия – воздушная с подвеской алюминиевого провода на деревянных столбах с железобетонными приставками. Начальное переходное сопротивление «трубопровод – грунт» равно 9000 Ом·м2. Средняя стоимость электроэнергии – 0,02 руб/кВт·ч (цены 1980г.), показатель скорости старения
покрытия – 0,125 1/год. Анодное заземление выполнено из электродов длиной 1,4 м, диаметром 0,03 м, массой 10 кг, устанавливаемых непосредственно в грунт. Стоимость одного электрода – 20 руб, электрохимический эквивалент материала электродов – 0,2 кг/(А·год).
Решение
1. Среднее значение удельного электросопротивления грунта вдоль трассы трубопровода по формуле (3.204)
ρГ.ср=170·0,1+180·0,1+70·0,2+40·0,1+20·0,2+10·0,3= 60 Ом·м .
2. Продольное сопротивление единицы длины трубопровода по формуле
(3.209)
R = |
0,245 10−6 |
=10,68 10 |
−6 |
Ом |
. |
π 0,009(0,82 |
− 0,009) |
|
м |
|
|
|
|
3. Сопротивление единицы длины изоляции к концу нормативного срока службы СКЗ по формуле (3.210)
Rиз(τнс) = π90000,82 е−0,125 9,5 =1066,0 Омм .
4. То же в среднем за нормативный срок службы CКЗ по формуле (3.211)
R |
= |
|
9000 |
(1 − е−0,125 9,5 ) = 2045,8 |
Ом |
. |
π 0,82 0,125 9,5 |
|
из.ср |
|
|
м |
5. Среднее значение входного сопротивления трубопровода за нормативный срок эксплуатации катодных установок по формуле (3.214)
Zср = 0,5
10,68 10−6 2045,8 = 73,9 10−3 Ом .
6. То же к концу нормативного срока эксплуатации по формуле (3.213)
Zк = 0,5
10,68 10−6 1066,0 = 53,9 10−3 Ом .
7. Постоянная распределения токов и потенциалов вдоль трубопровода к концу нормативного срока эксплуатации катодных установок по формуле
(3.208)
