книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов
..pdfПри производстве ремонтных работ технологические параметры подъема и укладки считаются выбранными правильно, если напряжения в поднимаемом нефтепроводе не превышают величины, установленной зависимостями (6.58). Кроме того, следует проверить обеспечение продольной устойчивости трубопровода, при этом необходимо учесть нагрев металла трубы днем солнечными лучами.
Таблица 6.15
Параметры подъема нефтепровода диаметром 530-820 мм четырьмя
_______________________ трубоукладчиками_________________________
Диаметр |
Высота подъема |
Расстоя |
Длина |
Усилие на крюках |
||
нефте |
нефтепровода, м |
ние между припод |
трубоукладчиков, |
|||
провода, |
1 |
|
трубо- |
нятого |
кН |
|
DH, мм |
-1! |
S' il |
укладчи |
участка £, |
|
Р2=Рз |
г |
|
|||||
530 |
0,5 |
0,78 |
ками £о, |
м м |
100,0 |
|
20,0 |
120 |
76,5 |
||||
630 |
0,5 |
0,78 |
21,0 |
130 |
161,8 |
122,6 |
720 |
0,5 |
0,78 |
23,0 |
138 |
199,0 |
151,0 |
820 |
0,5 |
0,78 |
17,0 |
115 |
182,7 |
117,0 |
Рис. 6.10. Расчетные схемы подъема трубопроводов при учете веса и расстановки ремонтных машин: а - тремя трубоукладчиками; б - четырьмя трубоукладчиками
Если эти требования соблюдаются, то по выбранным и расчетным значениям параметров составляют технологическую схему подъема и укладки нефтепровода.
Во избежание динамических нагрузок подъем нефтепровода должен производиться одновременно всеми участвующими в подъеме
При разработке проектной документации (рабочий проект, проект производства работ - ППР) расчет технологических параметров подъема и укладки нефтепроводов, количества трубоукладчиков, расстояний между ними и усилия на крюках трубоукладчиков необходимо производить с учетом технического состояния нефтепроводов, и положения и воздействия на них различных факторов.
Значения технологических параметров, приведенные в табл. 6.8 - 6.15 могут служить исходными максимальными параметрами для поверочного расчета и последующего подбора технологических параметров ремонтных колонн с учетом расстановки ремонтных машин.
Результаты расчетов уточненных параметров подъема трубопроводов тремя и четырьмя трубоукладчиками с учетом веса и расстановки ремонтных машин (рис. 6.8) приведены в табл. 6.16. Все расчетные коэффициенты и параметры подъема трубопровода приведены по результатам расчетов, выполненных в работе [54].
6.8. Расчет на прочность подземных трубопроводов при их демонтаже
При реализации различных вариантов капитального ремонта подземных газонефтепроводов методом параллельной прокладки и замены трубопровода приходится выполнять демонтаж заменяемого участка путем извлечения и укладки его на бровку разработанной траншеи трубоукладчиками.
Для предохранения стенок трубы от механических повреждений вокруг оболочки оставляется защитный слой грунта. Кроме того, правилами капитального ремонта газопроводов малых и средних диаметров для экономии ресурсов допускается извлекать подземные трубопроводы без разработки траншеи, с предварительным созданием узкой прорези над трубой малыми траншеекопателями или рыхлением грунта.
Во всех этих случаях необходимо оценивать напряженнодеформированное состояние с учетом веса и сопротивления грунта вертикальным перемещениям трубопровода.
6.8.1. Последовательность расчета напряженно-деформированного состояния труб при демонтаже с вскрытием траншеи
Целью расчета является подбор кранов-трубоукладчиков по грузоподъемности, проверка правильности их расстановки и предохранение стенки трубы от пластических деформаций [53].
Расчетная схема демонтируемого вскрытого участка трубопровода приведена на рис. 6.11.
Рис. 6.11. Расчетная схема демонтажа трубопровода
Из решения дифференциального уравнения изгиба оси трубопровода без учета продольных сил определяется изгибающий момент в характерных точках поднимаемого трубопровода по формуле:
К |
=q(x) L2 û)t , |
(6.71) |
где q(x) - вес трубопровода; L - |
длина поднимаемого участка для |
|
зафиксированной расчетной схемы; - безразмерный параметр, определяемый для каждого характерного расчетного сечения № L
Расчетными сечениями являются точки подвеса трубопровода на крюках
трубоукладчиков и места установки ремонтно-очистных машин: х = £\\ х = £2; X = £q\ X= £3.
Вес трубопровода q(x) определяется для характерных участков:
п р и О < х < ^ , q(x) = q + qmp; при £q< x < L 9 q(x) = qmp9
где q - вес грунта; qmp- вес трубы с изоляцией.
Значения безразмерного параметра со определяются по формулам: |
|
||||||
|
(о = Сх£{ + С2 |
|
|
прих = £), |
(6.72) |
||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
со= С\ £ 2 |
+ С2 - |
^1 |
(^ 2 |
—^1 ) при х = £2, |
(6.73) |
||
û) = C\£q + С2 |
а~£2 |
|
^1 ) + P iP ^q “ ^2 ) приX= £qy |
(6.74) |
|||
—"+ P\P*{tq - |
|||||||
*'=С & +С2 - ^ + Р М \ - ~ Ф Ш |
% - *2 ) |
- |
- Л) п р и х = £3. (6.75) |
||||
Вспомогательные безразмерные параметры, использованные в выше |
|||||||
приведенных зависимостях, определяются по формулам: |
|
|
|||||
|
6 |
~ |
|
\ |
|
|
|
|
в2 |
|
р3(1 V |
2 |
(6.76) |
||
с,= |
#1 ~ |
|
|
||||
|
Ь - Ъ 1 |
|
|
|
|
|
|
Ятр
|
2 |
/| |
3 3 |
3 А М з ) Vf |
|
|
|
|||||
|
Сг = Щ - - \ Р г |
6 |
|
|
|
l- М |
з ) 2 |
(6.78) |
||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
24 |
24 |
|
|
- Щ |
. г $ - sPJ&3 f f . - i j . Т & . |
|
|||||
|
|
h |
- |
Elhl |
■h |
- h4 |
• |
6 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
(6.80) |
||||||
|
|
|
|
Нъ~ ~ П * ' h* ~ T ' |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
4mpL |
|
"3 |
|
|
|
|
|
si=1..7<xllziî |
|
^ |
X4 |
ЛД |
-, |
F - |
|
- ^2 / + Л3 ; (6.81) |
||||
24 |
+ ^ l 4 ^ ^ 3 ' |
)4 — |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р г = - |
’ |
|
|
Щ ) |
3(3 - 2?3 ) f |
|
(6.82) |
||||
|
|
|
|
t l ) |
U |
- l 3f |
|
|||||
|
|
д(1-73)Ч |
|
|
||||||||
|
«3=f+^ |
( |
1 |
-\ f |
- ^ |
( 1 |
- À )2-^ |
( 1 ■-?2)2 |
(6-83) |
|||
Усилие P 3 определяется по формуле: |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
P3 =P3 qm p L. |
|
|
(6.84) |
При демонтажных работах толщину слоя грунта над трубопроводом следует выбрать из условия обеспечения прочности демонтируемого трубопровода, технических возможностей используемых для демонтажа техники. При необходимости грунт над трубопроводом снимается. Длина демонтируемого участка трубопровода, находящегося под слоем грунта, определяется решением уравнения
Г - V А (с1+ />+/>) -Т ч Jr(c2- W , - W 2)
(6.85)
) + P3{p tf + Р2Т2)+ 6hq = о,
где
(6.86)
Ятр^'
hq - толщина слоя грунта над демонтируемым трубопроводом.
Используя условие \ ’{х) = 0, где высота подъема (прогиба) трубопровода имеет наибольшее значение, находим
и |
~,г Г1тах» |
(6.87) |
птах |
||
|
EI |
|
где
* * « i g / o |
i ^ f o - ^ з ) . K n ( V Â f |
|
|
h„,nr —P\C]3 4 ‘ |
Z, |
- + / > l / 3 |
|
O |
O |
(6.88) |
|
|
|
|
■ а д ^ - £ - < Ц й * - У ' |
|
24 |
24 |
~ £ |
|
£0 = -j- ; £o~ расстояние от начала изогнутого участка (где h = 0) до сечения,
где высота подъема (прогиб) имеет максимальное значение.
Здесь £0 определяется решением уравнения |
|
|
|||
|
703 - 7 02[з р 3(с , + 1 + 3 |
+ ?2) - з 7 |
,( 1 - ? ) ] - |
|
|
|
- 7 0[бС2 - 6Я,(73 + />7, +P2l 2) |
- \ + q - з7 2(1 - q )]- |
(6.89) |
||
|
- зр3(732 + />7,2 + ?2722) - 7 ,( i - g ) ( i + 7 2)=o. |
|
|
||
Формулы |
(6.71) - (6.89) устанавливают |
зависимость |
между |
усилиями |
|
трубопровода, |
геометрическими |
характеристиками |
демонтируемого |
трубопровода, сопротивлением фунта, который находится над демонтируемым трубопроводом, высотой подъема, длиной изогнутого участка трубопровода, возникающими при подъеме напряжениями изгиба. На демонтируемом участке трубопровода действует также и продольное усилие.
При незначительной длине демонтируемого участка, особенно в начальном участке демонтажа эти продольные усилия незначительны, и ими можно пренебречь. Для расчета демонтируемого трубопровода в этом случае можно пользоваться формулами (6.71) - (6.89).
При демонтаже протяженного участка извлеченный трубопровод укладывается на грунт или на временные опоры. Протяженный трубопровод изза трения о грунт или об опоры не имеет возможности перемещаться свободно в продольном направлении. Вследствие этого при подъеме в трубопроводе на
изогнутом участке возникают продольные усилия N. |
||
Начальное продольное усилие определяется по формуле: |
||
TVQ —a tEFAt, |
(6.90) |
|
где At - разность между температурой металла труб при демонтаже и укладке |
||
(строительстве). |
|
|
Для суммарных продольных перемещений трубопровода на |
||
демонтируемом участке можно записать: |
|
|
N i |
N 2. |
N-L |
и —— £ - + ----- (6.91) |
EF |
|
2pEF |
2pàEF |
где Np - |
расчетное продольное усилие; L - длина изогнутого (демонтируемого) |
||
участка |
трубопровода; р - |
сопротивление продольному |
перемещению |
примыкающего подземного |
участка трубопровода; р д - |
сопротивление |
продольному перемещению трубопровода на демонтируемом участке (на поверхности земли), приходящееся на единицу длины трубопровода.
В зависимости от значений No и высоты подъема трубопровода возможны следующие случаи. В случае, когда At = 0 продольное усилие на демонтируемом участке трубопровода всегда будет растягивающим. Для этого случая в формуле (6.91 ) следует принять значение Np = N. Если At < 0 усилия N0 растягивающие, суммарные продольные усилия на демонтируемом участке также всегда будут растягивающими. В этом случае в формуле (6.91) значение Np = N - No, подставляется абсолютное значение N0. При At < 0 усилия No сжимающие, при подъеме трубопровода N0 уменьшается до N. При этом могут реализоваться два случая. Первый - усилия на изогнутом участке остаются сжимающими. Расчетное усилие Np = No - N. Данный вариант имеет место, когда
щ <- N i |
N i |
No L |
(6.92) |
2p EF |
2pdEF |
EF |
|
где U] - удлинение трубопровода в связи с его искривлением при подъеме (разность длин изогнутой оси трубопровода и прямого трубопровода на демонтируемом участке).
Второй - в ходе подъема трубопровода изменяется направление усилия. До подъема усилие N0 было сжимающим, а после подъема усилие становится растягивающим. Тогда расчетное усилие Np = N0 + N. Этот вариант реализуется при условии:
и{ > NQ |
N i |
NoL |
|
(6.93) |
|
2pEF 2pdEF |
EF |
В формулах (6.91), (6.92), (6.93): первое слагаемое - абсолютная величина продольной деформации примыкающего подземного участка трубопровода (левее начала координат точки О на рис. 6.11); второе слагаемое - абсолютная деформация участка трубопровода, извлеченного из траншеи, очишейного от остатков грунта и изоляции и уложенного на поверхность
строительной полосы - |
правее точки А. |
|
Для всех |
вариантов следует иметь ввиду, что должно соблюдаться |
|
условие N < |
Ldpd, |
Ld - протяженность лежащего на поверхности |
демонтируемого участка трубопровода. Если это условие не соблюдается, то для всех вариантов необходимо принять N = 1$>д.
Зависимость между продольными усилиями, действующими на изогнутом участке, и высотой подъема трубопровода устанавливается
следующей формулой: |
|
|
|
|
|
|
|
|
= _Lppà__ |
L |
n 2EF{pA + р) |
\ * L |
, |
|
-1 |
(6.94) |
|
Р (рд + р) |
V |
*&рр» |
О |
О |
1 |
|||
о |
|
Значения изгибающих моментов с учетом продольного растягивающего усилия определяется по формуле (6.71).
Безразмерные параметры изгибающих моментов при этом для характерных сечений определяются по следующим формулам:
Значения изгибающих моментов определяются по формуле (6.71). Безразмерные параметры изгибающих моментов для характерных сечений определяются по формулам:
|
|
|
|
|
|
|
|
COS ü j |
|
1 |
прих=£ь |
(6.109) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
cosa{ + |
~ 2 |
~~2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
a |
J |
|
|
|
|
со- |
C2^ |
. - C |
]Cosa2+ |
|
1 + ^ |
3£ M |
^ i ) |
при X = е2; |
(6.110) |
||||||
|
|
|
а |
|
|
а1 |
а1 |
|
а |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
cosan |
1 |
~~ sirÀpq - a j |
|
~ ~ |
siriaq - а 2) |
(6.111) |
||||
й ) = |
С 2 |
|
, Q COSQq + |
- |
- J + |
|
^ |
17 + |
Р2Р3 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
а" |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при X = £q; |
|
|
|
|
|
|
||
со= |
С2 |
- С] ca?fl3 + -Q^Q-3- — |
|
|
~ti^)-l]l |
прих = ^3; |
(6.112) |
||||||||
|
|
о |
|
|
|
ÛT |
дг |
дг |
|
|
|
J |
|
|
|
|
^ |
|
I |
Г |
|
Q |
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
Cx = ----------- ^ a 2A3A4 ----- -(<a - s in a ) — - [ a - a 3 - sin(a - a3)]~ |
|
|||||||||||||
|
|
c o s a - 1 |
|
|
a |
|
a |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
J 1 |
cosa |
П |
r i - 9^ 1 |
|
/ |
ч |
|
(a - |
a |
Y |
|
||
|
|
1 - c o s { a - a 4) - ^ ^ 3 — |
(6.113) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
— |
- a , |
- |
sm (a - a, )] - |
3 [a - a 2 - |
sin(a - a2)]}; |
|
|||||||
|
|
a |
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
J |
|
|
|
C2 = ------------- |д 3А3 - aC{(cosa3 —1)—Г1 -c o sa 3 |
|
- |
|
||||||||||
|
|
|
a3 -sin a 3 [ |
|
|
|
a ^ |
|
|
|
2 y |
|
|||
|
|
- - ( 1 - ^ ) |
1 - |
cos(a3 - a |
) - |
2 |
- |
|
|
|
|
|
(6.114) |
||
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- P |? 3[a3 - |
a, - Ц |
а 3 - |
a, )] - |
P2 Рг[a3 - a2 - sin(a3 - a2)]}; |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
* - £ |
|
|
|
|
|
(6.115) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B - aCxsina - C2(1 - cosa) - —(sina - a ) - -—^-[sin(a - a |
) - a + a ], |
(6.116) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
a |
|
|
|
4 |
4 |
|