4.3 Определение диаметра и толщины стенки трубопровода

4.3.1 Внутренний диаметр нефтепровода вычисляется по формуле(3.3.1), подставляя рекомендуемую ориентировочную скорость перекачки w₀ =1,85 м/с (рис.3.3.1):

По вычисленному значению внутреннего диаметра, принимается ближайший стандартный наружный диаметр нефтепровода - 820 мм. Значение наружного диаметра также можно определить по табл. З.З.1, в зависимости от производительности нефтепровода- D_H= 820 мм.

По прил.1. выбираем, что для сооружения нефтепровода применяются трубы Челябинского трубного завода по ЧТЗ ТУ 14-3-14-25-86 из стали марки 13 Г2АФ ( временное сопротивление стали на разрыв σ_вр=530 МПа, σ_т=363 МПа коэффициент надежности по материалу к₁=1,47). Перекачку предполагаем вести по системе «из насоса в насос», то п_р=1,15; так как

D_H=820 <1000 мм, то k_н=1.

4.3.2. Определяем расчетное сопротивление металла трубы по формуле (3.4.2):

4.3.3. Определяем расчетное значение толщины стенки трубопровода по формуле (3.4.1):

= 8,24мм

Полученное значение округляем в большую сторону до стандартного значения и принимаем толщину стенки равной 9 мм.

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки следует определять из формулы (3.4.3).

4.3.4 Определяем абсолютное значение максимального положительного и максимального отрицательного температурных перепадов по формулам (3.4.7) и (3.4.8):

.

Для дальнейшего расчета принимаем большее из значений, ΔТ=91,9 град.

4.3.5 Рассчитаем продольные осевые напряжения σпр n по формуле (3.4.5):

Знак «минус» указывает на наличие осевых сжимающих напряжений, поэтому вычисляем коэффициент ψ₁ по формуле (3.4.4).

4.3.6 Пересчитываем толщину стенки из условия (3.4.3):

Таким образом, принимаем толщину стенки 12 мм.

4.4 Расчет прочности и устойчивости нефтепровода

4.4.1 Проверку на прочность подземных трубопроводов в продольном направлении производят по условию (3.5.1). Вычисляем кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления по формуле (3.5.3):

4.4.2 Коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб определяется по формуле (3.5.2), так как нефтепровод испытывает сжимающие напряжения:

Следовательно,

= 0,468x324,5=151,87 МПа,

Так как |-126,80 | <151,87 МПа, то условие прочности (3.5.1) трубопровода выполняется.

4.4.3 Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопроводов проверку производят по условиям (3.5.4) и (3.5.5). Вычисляем комплекс:

где

4.4.4 Для проверки по деформациям находим кольцевые напряжения от

действия нормативной нагрузки - внутреннего давления по формуле (3.5.7):

4.4.5 Вычисляем коэффициент по формуле(3.5.8):

4.4.6 Находим максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе по формуле (3.5.6), принимая минимальный радиус изгиба 800 м:

192 МПа<363 МПа - условие (3.5.5) выполняется.

0,625x363 =226,9МПа > /-269,8/МПа - условие (3.5.4) не выполняется

, (3.5.4)

, (3.5.5)

Так как проверка на недопустимые пластичные деформации не соблюдается, то для обеспечения надежности трубопровода при деформациях необходимо увеличить минимальный радиус упругого изгиба, решая уравнение (3.5.9):

4.4.7 Определяем эквивалентное осевое усилие в сечении трубопровода и

площадь сечения металла трубы по формулам (3.5.11)и (3.5.12):

S = 0,03[(0,5-0,3)220,8 + l,2l0^-52,06xl0⁵91,9] = 0,03(44,16 + 227,18) = 8,14МH,

F = (0,82² - 0,796²)= (0,6724 - 0,633б)= 0,03м²

Определяем нагрузку от собственного веса металла трубы по формуле (3.5.17):

q_м = 0,95785000,03 = 2237,3 Н/м

Определяем нагрузку от собственного веса изоляции по формуле (3.5.18):

q_u= 0,1x2237,3 = 223,7 Н/м

Определяем нагрузку от веса нефти, находящегося в трубопроводе единичной длины по формуле (3.5.19):

q_пр= 859,89,81х= 4195,3Н/м

Определяем нагрузку от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачивающей нефтью по формуле (3.5.16):

q_mp = 2237,3 + 223,7 + 4195,3 = 6656,3 Н/м

Определяем среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом по формуле (3.5.15):

Определяем сопротивление грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины по формуле (3.5.14):

Р₀ = 3,140,82х(20000 + 8220,9tgl5°)= 33377 Па

Определяем сопротивление вертикальным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины и осевой момент инерции по формулам (3.5.20), (3.5.21) :

J = (о,82⁴ -0,796⁴)= 0,00248 м⁴

Определяем критическое усилие для прямолинейных участков в случае пластической связи трубы с грунтом по формуле (3.5.13)

Следовательно

= 0,913,2610⁶ = 11,9 МН

Определяем продольное критическое усилие для прямолинейных участков подземных трубопроводов в случае упругой связи с грунтом по формуле (3.5.22):

Следовательно

= 0,991,5=82,4 МН

Проверка общей устойчивости трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы производят по неравенству (3.5.10) обеспечена:

8,14 МН<13,26 МН; 8,14 МН<82, МН.