Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет и проектирование трубопроводов при реконструкции. Учебно-методическое пособие
.pdf
31
Таким образом, процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (27,508 – 27,34)100 / 27,508 = 0,61 %.
С учетом начальных и полученных в результате расчета величин
давления на одном поле строятся два пьезометрических профиля для
всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке
(аналогично рис. 1 и 2).
2. Железобетонный трубопровод.
Конструкция «железобетон + ПР»
Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления железобетонного трубопровода АЖБ, коэффициент
удельного сопротивления полимерного рукава АПР, потери напора Δh на
всем железобетонном трубопроводе диаметром 0,6 м, длиной L = 700 м,
начальном давлении 37 м, при расходе q = 0,35 м3/с и на ремонтном
участке соответствующей длины 0,5L = 350 м:
А
ЖБ
= 0,0017d
–
5,1901
= 0,0017 × 0,6
–5,1901
= 0,024091626;
А
ПР
= 0,0007d
–
5,2791
= 0,0007 × 0,576
–5,2791
= 0,012878097
(при ненарушении несущей способности);
А
ПР
= 0,0007d
–5,2791
= 0,0007 × 0,542
–5,2791
= 0,017755888
(при нарушении несущей способности);
Δh = АЖБLq
2
= 0,024091626 × 700 × 0,352 = 2,066 м
(т. е. давление в конце трубопровода снизится до 37 – 2,066 = 34,934 м).
Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до
проведения санации:
Δh
жб
= А
ЖБ
0,5Lq
2
= 0,0,024091626 × 350 × 0,352 = 1,033 м
и после проведения санации полимерным рукавом:
Δh
пр
= А
ПР
0,5Lq2 = 0,012878097 × 350 × 0,352 = 0,552 м
(при ненарушении несущей способности);
Δh
пр
= А
ПР
0,5Lq
2
= 0,017755888 × 350 × 0,352 = 0,761 м
(при нарушении несущей способности).
32
Таким образом, разница в потерях напора составит:
Δh
жб
– Δh
пр
= 1,033 – 0,552 = 0,481 м
(при ненарушении несущей способности);
Δh
жб
– Δh
пр
= 1,033 – 0,761 = 0,272 м
(при нарушении несущей способности).
Выводы:
при ненарушении несущей способности гидравлический дисба-
ланс положительный (практически не существует); давление в конечной
точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастает на 0,481 м вод. столба и станет равным 34,934 + 0,481 =
35,415 м, т. е. практически не изменится;
при нарушении несущей способности гидравлический дисбаланс
также положительный (практически незначительный); давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным
рукавом возрастем лишь на 0,272 м вод. столба и станет равным 34,934 +
0,272 = 35,206 м, т. е. также практически не изменится;
учитывая незначительные расхождения в полученных результатах
принимается решение проводить санацию полимерным рукавом для
наиболее сложного режима работы, т. е. при нарушении несущей способности трубопровода: толщина слоя полимерного рукава 29 мм (0,029 м), а
модуль упругости — 500 000 т/м2.
С учетом начальных и полученных в результате расчета величин
давления на одном поле строятся два пьезометрических профиля для
всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке
(аналогично рис. 1 и 2).
Конструкция «железобетон + ПЭ»
Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления железобетонного трубопровода АЖБ, коэффициент
удельного сопротивления полиэтиленового трубопровода АПЭ, потери
напора Δh на всем железобетонном трубопроводе диаметром 0,6 м, длиной L = 700 м, начальном давлении 37 м, при расходе q = 0,35 м3/с и на
ремонтном участке соответствующей длины 0,5L = 350 м:
А
ЖБ
= 0,0017d
–
5,1901
= 0,0017 × 0,6
–5,1901
= 0,024091626;
А
ПЭ
= 0,001d
–5,316
= 0,001 × 0,5168
–5,316
= 0,0334177778;
33
Δh = АЖБLq
2
= 0,024091626 × 700 × 0,352 = 2,066 м
(т. е. давление в конце трубопровода снизится до 37 – 2,066 = 34,934 м).
Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до
проведения санации:
Δh
жб
= АЖБ0,5Lq
2
= 0,024091626 × 350 × 0,352 = 1,033 м
и после проведения санации полиэтиленовой трубой:
Δh
пэ
= А
ПЭ
0,5Lq
2
= 0,0334177778 × 350 × 0,352 = 1,433 м.
Таким образом, разница в потерях напора составит:
Δh
жб
– Δh
пэ
= 1,033 – 1,433 = –0,4 м.
Вывод: гидравлический дисбаланс отрицательный, т. е. давление в ко-
нечной точке трубопровода после ремонта начального участка полиэтиленовой трубой снизится на 0,4 м вод. столба и станет равным 34,934 – 0,4 =
34,534 м.
Таким образом, процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (34,934 – 34,534)100 / 34,934 = 1,145 %.
С учетом начальных и полученных в результате расчета величин
давления на одном поле строятся два пьезометрических профиля для
всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке
(аналогично рис. 1 и 2).
3. Чугунный трубопровод.
Конструкция «чугун + ПР»
Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления чугунного трубопровода АЧ, коэффициент удельного сопротивления полимерного рукава АПР, потери напора Δh на всем
чугунном трубопроводе диаметром 0,6 м, длиной L = 720 м, начальном
давлении 100 м, при расходе q = 0,4 м3/с и на ремонтном участке соответствующей длины 0,5L = 360 м:
А
Ч
= 0,0017d
–5,2558
= 0,0017 × 0,6
–5,2558
= 0,024913892;
А
ПР
= 0,0007d
–5,2791
= 0,0007 × 0,598
–5,2791
= 0,010566103
(при ненарушении несущей способности);
34
А
ПР
= 0,0007d
–5,2791
= 0,0007 × 0,516
–5,2791
= 0,023017015
(при нарушении несущей способности);
Δh = АЧLq2 = 0,024913892 × 720 × 0,42 = 2,87 м
(т. е. давление в конце трубопровода снизится до 100 – 2,87 = 97,13 м).
Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до
проведения санации:
Δhч = АЧ0,5Lq
2
= 0,024913892 × 360 × 0,42 = 1,435 м
и после проведения санации полимерным рукавом:
Δh
пр
= А
ПР
0,5Lq
2
= 0,010566103 × 360 × 0,42 = 0,61 м
(при ненарушении несущей способности);
Δh
пр
= А
ПР
0,5Lq
2
= 0,023017015 × 360 × 0,42 = 1,326 м
(при нарушении несущей способности).
Таким образом, разница в потерях напора составит:
Δhч – Δh
пр
= 1,435 – 0,609 = 0,826 м
(при ненарушении несущей способности);
Δhч – Δh
пр
= 1,435–1,326 = 0,109 м
(при нарушении несущей способности).
Выводы:
при ненарушении несущей способности гидравлический дисба-
ланс положительный (практически не существует); давление в конечной
точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастает на 0,61 м вод. столба и станет равным 97,13 + 0,61 =
97,74 м;
при нарушении несущей способности гидравлический дисбаланс
также положительный (практически незначительный); давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным
35
рукавом увеличится на 0,109 м вод. столба и станет равным 97,13 +
0,109 = 97,239 м, т. е. практически не изменится;
учитывая незначительные расхождения в полученных результа-
тах принимается решение проводить санацию полимерным рукавом для
наиболее сложного режима работы, т. е. при нарушении несущей способности трубопровода: толщина слоя полимерного рукава 42 мм (0,042 м), а
модуль упругости — 500 000 т/м2.
С учетом начальных и полученных в результате расчета величин
давления на одном поле строятся два пьезометрических профиля для
всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке
(аналогично рис. 1 и 2).
Конструкция «чугун + ПЭ»
Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления чугунного трубопровода АЧ, коэффициент удельного сопротивления полиэтиленового трубопровода АПЭ, потери напора
Δh на всем чугунном трубопроводе диаметром 0,6 м, длиной L = 720 м,
начальном давлении 100 м, при расходе q = 0,4 м3/с и на ремонтном
участке соответствующей длины 0,5L = 360 м:
А
Ч
= 0,0017d
–5,2558
= 0,0017 × 0,6
–5,2558
= 0,024913892;
А
ПЭ
= 0,001d
–5,316
= 0,001 × 0,5168
–5,316
= 0,033417778;
Δh = АЧLq
2
= 0,024913892 × 720 × 0,42 = 2,87 м
(т. е. давление в конце трубопровода снизится до 100 – 2,87 = 97,13 м).
Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до
проведения санации:
Δhч = АЧ0,5Lq
2
= 0,024913892 × 360 × 0,42 = 1,435 м
и после проведения санации полиэтиленовой трубой:
Δh
пэ
= А
ПЭ
0,5Lq2 = 0,033417778 × 360 × 0,42 = 1,92 м.
Таким образом, разница в потерях напора составит:
Δhч – Δh
пэ
= 1,435 – 1,92 = –0,485 м.
36
Вывод: гидравлический дисбаланс отрицательный, т. е. давление в
конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полиэтиленовой трубой снизится на 0,485 м вод. столба и станет равным
97,13 – 0,485 = 96,645 м.
Таким образом, процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (97,13 – 96,645)100 / 97,13 = 0,499 %.
С учетом начальных и полученных в результате расчета величин
давления на одном поле строятся два пьезометрических профиля для
всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке
(аналогично рис. 1 и 2).
Конструкция «чугун + ЦПП»
Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления чугунного трубопровода АЧ, коэффициент удельного сопротивления после нанесения ЦЦЦ А
ЦПП
, потери напора Δh на
всем чугунном трубопроводе диаметром 0,6 м, длиной L = 720 м, начальном давлении 100 м, при расходе q = 0,4 м3/с и на ремонтном участке
соответствующей длины 0,5L = 360 м:
А
Ч
= 0,0017d
–5,2558
= 0,0017 × 0,6
–5,2558
= 0,024913892;
А
ЦПП
= 0,0009d
–5,2279
= 0,0009 × 0,586
–5,2279
= 0,014711283;
Δh = АЧLq
2
= 0,024913892 × 720 × 0,42 = 2,97 м
(т. е. давление в конце трубопровода снизится до 100 – 2,87 = 97,13 м).
Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до
проведения санации:
Δhч = АЧ0,5Lq
2
= 0,024913892 × 360 × 0,42 = 1,435 м
и после проведения санации ЦПП:
Δh
цпп
= А
ЦПП
0,5Lq
2
= 0,014711283 × 360 × 0,42 = 0,847 м.
Таким образом, разница в потерях напора составит:
Δhч – Δh
цпп
= 1,435 – 0,847 = 0,588 м.
37
Выводы: гидравлический дисбаланс положительный, т. е. давление
в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полиэтиленовой трубой увеличится на 0,588 м вод. столба и станет равным
97,13 + 0,588 = 97,718 м.
С учетом начальных и полученных в результате расчета величин
давления на одном поле строятся два пьезометрических профиля для
всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке
(аналогично рис. 1 и 2).
Общие выводы по санации трубопроводов
из различных материалов
Сравнению подлежат варианты с отрицательным гидравлическим
дисбалансом:
1) для стального трубопровода наихудшим вариантом санации является протаскивание внутрь ремонтного участка полиэтиленовой трубы —
максимальный отрицательный дисбаланс 2,03 %;
2) для асбестоцементного трубопровода наихудшим вариантом санации является нанесение на ремонтный участок полимерного рукава —
максимальный отрицательный дисбаланс 1,14 %;
3) для железобетонного трубопровода наихудшим вариантом санации является протаскивание внутрь ремонтного участка полиэтиленовой
трубы — максимальный отрицательный дисбаланс 1,145 %;
4) для чугунного трубопровода наихудшим вариантом санации является протаскивание внутрь ремонтного участка полиэтиленовой трубы —
максимальный отрицательный дисбаланс 0,499 %.
38
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ТЕМАТИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Согласно рабочей программе дисциплины на практических занятиях рассматриваются примеры расчетов частей курсового проекта, где
затрагиваются вопросы гидравлического и прочностного расчета трубопроводов из различных материалов, подвергаемых восстановлению защитными покрытиями в виде набрызгиваемых цементно-песчаных покрытий, полимерных рукавов и полимерных труб. Отсюда перечень
практических работ, раскрывающих отмеченные выше тематики, представляется в следующем виде:
1. Расчет ресурса стального трубопровода по остаточной толщине
его стенки.
2. Определение минимальной толщины стенки участка проектируе-
мого стального трубопровода.
3. Оценка энергосбережения при реновации стального трубопро-
вода бестраншейными технологиями.
4. Методика прочностного расчета для определения толщины
стенки многослойной трубы («сталь + полимерный рукав») как самостоятельной несущей конструкции.
5. Методика прочностного расчета многослойной трубы («сталь +
полимерный рукав») по предельным состояниям на растяжение лотковой части трубопровода (воздействие веса трубы, грунтовых вод, горного давления и внутреннего давления).
6. Методика прочностного расчета многослойной трубы («сталь +
полимерный рукав») по предельным деформациям (прогибам) свода трубопровода от собственного веса трубы, внутреннего давления вод, давления грунтовых вод, горного давления при наличии колесной нагрузки,
деформации земной поверхности.
7. Методика прочностного расчета многослойной трубы «асбестоцемент + полимерный рукав».
8. Методика прочностного расчета многослойной трубы «железобетон + полимерный рукав».
39
Кроме перечисленных выше тематик, на практических занятиях рассматривается ряд вопросов, связанных с реконструкцией водозаборных
и очистных сооружений, насосных станций систем водоснабжения, в состав которых входят трубопроводные коммуникации.
2.2. ПЕРЕЧЕНЬ ЗАДАЧ, РЕШАЕМЫХ НА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЯХ,
И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИХ РЕШЕНИЯ
Занятие 1. Расчет ресурса стального трубопровода
по остаточной толщине его стенки
Актуальность задач не подлежит сомнению, так как в системах
наружного водоснабжения традиционно применяются стальные трубопроводы. Например, при протяженности трубопроводов городской водопроводной сети Москвы более 11 тыс. км (около 72 %) трубопроводов
представлены стальными трубами, 26 % чугунными и лишь 2 % — железобетонными, полиэтиленовыми и поливинилхлоридными трубами.
При нормативном сроке службы стальных трубопроводов 20 лет средний
возраст трубопроводов Московского водопровода составляет 24 года, чугунных — 41 год. Сложившаяся ситуация приводит к росту отказов трубопроводной сети. Анализ причин отказов трубопроводов показывает,
что наиболее часто встречающимися повреждениями на стальных трубах являются свищи, которые вызваны воздействием внешней и внутренней коррозии труб. Наибольшее количество аварий (примерно 90 %)
приходится на трубопроводы водопроводной сети малых диаметров
(100…300 мм) по причине относительно малой толщины стенки труб.
В качестве мероприятий, содействующих продлению срока службы
старых стальных трубопроводов, прежде всего необходимо рассматривать их бестраншейный ремонт различными методами. Однако прежде
чем осуществлять ремонтно-восстановительные работы и выбрать наиболее эффективный вариант реновации трубопроводов, проектировщики
должны выявить их остаточный ресурс, во многом зависящий от физического состояния участка сети на момент принятия решения о реновации.
Под остаточным ресурсом (или остаточным сроком службы) понимается наработка трубопровода от момента его диагностирования до достижения предельного состояния. Остаточный ресурс следует отличать
от времени последующей диагностики технического состояния. Остаточный ресурс как случайная величина характеризуется численными параметром наработки и вероятности того, что в течение этой наработки
предельное состояние не будет достигнуто.
40
Для определения остаточного ресурса необходимо знать:
1) определяющие техническое состояние объекта параметры, изме-
нение которых может привести к предельному состоянию (например,
остаточную толщину стенки трубопровода);
2) величину параметров на момент диагностирования: внутренней
коррозии, происходящей за счет изменения качественных показателей
транспортируемой воды, негативно воздействующей на внутренние
стенки трубопровода; наружной почвенной коррозии, в том числе в местах нарушения сплошности антикоррозионного покрытия; коррозионной активности грунтов, окружающих трубопровод);
3) скорость изменения перечисленных выше параметров в течение
последующей диагностирования и эксплуатации трубопроводной сети.
Математически техническое состояние объекта, для которого производится расчет остаточного ресурса, может быть описано с помощью
линейных, степенных, логарифмических или экспоненциальных зависимостей. Для определения остаточного ресурса объекта при воздействии
общей коррозии наиболее приемлема экспоненциальная модель.
Для стальных городских водопроводных и напорных водоотводящих сетей наиболее приемлемой оценкой состояния является уменьшение толщины (утонение) стенки в результате общей (фронтальной) и язвенной (питинговой) коррозии, а также эрозионного износа стенок трубопровода транспортируемой жидкостью до величины, ниже которой не
обеспечивается запас прочности.
Сущность проблемы оценки остаточного ресурса трубопровода во
времени в зависимости от толщины стенки состоит в комплексном анализе изменения толщины стенки и влияния на участок трубопровода
внешних обстоятельств, нагрузок и воздействий, связанных, в частности, с местом расположения трубопровода по отношению к транспортной инфраструктуре, глубиной его залегания, наличием подземных вод
по трассе, характеристикой грунта, сроках эксплуатации отдельных
участков сети и т. д., а также сопоставления величин:
расчетной требуемой толщины стенки трубопровода d
расч. тр.
;
проектной толщины стенки d
проек.
, т. е. согласно ГОСТ на соот-
ветствующий диаметр трубы и марку стали;
остаточной толщины стенки d
ост.
(как результата проявления кор-
розионных процессов на внутренней и внешней поверхностях трубопровода во времени).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]