§ 4. Расчет трубопроводов нефтебаз на прочность

Стальные трубопроводы нефтебаз рассчитывают на прочность по предельным состояниям. Предельным состоянием трубопровода называется, такое состояние, при котором дальнейшая его эксплуатация приведет к разрушению. Для трубопроводов предельными состояниями являются:

1) несущая способность (прочность и устойчивость);

2) предельные деформации.

При расчете трубопроводов по первому предельному состоянию прочность материала труб (сварные соединения принимаются равнопрочными основному материалу труб) характеризуется величиной нормативного сопротивления В". Различают два предельных нормативных сопротивления: R^н — нормативное сопротивление, равное наименьшему значению временного сопротивления разрыву материала труб; R — нормативное сопротивление, равное наименьшему значению предела текучести при растяжении, сжатии и изгибе материала труб и сварных соединений. Значения R и R для некоторых сталей приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Значения нормативных сопротивлений некоторых сталей для труб

Нормативное сопротивление	Марки стали
	Ст. 3	Ст. 10	Сталь 20	10Г2А	15ГС	10Г2СД	14хГС	12МХ	20ХГ
R, МПа……………… R, МПа………………	400 240	360 220	40 260	430 250	480 340	500 350	500 350	420 270	900 750

Расчетное сопротивление материала труб принимается:

Значения коэффициентов k₁, k₂, m₁, т₂, т₃ приведены ниже.

Коэффициент однородности при разрыве стали k₁………………….....0,8—0,85

Коэффициент однородности труб, изготовленных из сталей k₁:

низколегированных ………………………….. 0,85

углеродистых……………………………………………………… ……………0,9

Коэффициент условий работы при разрыве труб m_{1………………………………..…} 0,8

Коэффициент условий работы трубопроводов т₂, транспортирующих:

токсические, горючие, взрывоопасные и сжиженные газы ……………0,6

инертные газы или токсические, взрывоопасные и горючие

жидкости …………………….......…0,75

инертные жидкости …………………….............0,9

Коэффициент условий работы материала труб т₃ при повышенных температурах:

до 100 ^oС………………………………………………………………………….1,0

250 ^oС………………………………………………………………...............0,85

Выбор расчетного сопротивления материала труб производится в зависимости от отношения R к R:

при ≥ 0,75 толщина стенки трубы определяется по формуле

(4.8)

при < 0,75 — по формуле

(4.8а)

где δ — расчетная толщина стенки трубы; d_н — наружный диаметр трубы; р — рабочее давление в трубопроводе; п — коэффициент перегрузки рабочего давления в трубопроводе (п = 1,2).

Толщины стенок усиленного штуцера тройникового соединения, конических переходов, гладких и сварных отводов и выпуклых заглушек определяются по формулам (4.8) и (4.8 а), в которые вводится множитель а — коэффициент несущей способности соответствующей детали трубопровода (α = 1÷1,3).

Толщину стенок наземных безнапорных трубопроводов надо рассчитывать по величине максимального изгибающего момента по формуле (3.54). Для подземных трубопроводов при подсчете суммарного изгибающего момента добавляется максимальный момент от веса грунта по формуле (3.58). Толщина стенки безнапорного подземного трубопровода должна удовлетворять условию устойчивости формы под действием внешней нагрузки по формуле (3.59).

Величина внешней нагрузки складывается из давления грунта, рассчитанного по (3.57), и давления от веса сосредоточенного груза (Р_с._н), которая может быть вычислена по формуле Буссинеска:

(4.9)

где z — глубина заложения оси трубы; R — радиус трубы; G — вес сосредоточенного груза.

Суммарная внешняя нагрузка на трубу составит

(4.9а)

Толщину стенки порожнего безнапорного трубопровода вычисляют пo формулам (3.52) и (3.59) без учета момента от веса жидкости (ΣM = М₂ + М₃). Подземные безнапорные трубопроводы большого диаметра надо проверять на устойчивость первоначальной формы поперечного сечения под действием внешней нагрузки Р по формуле

где Р_кр = kP; k — запас прочности, равный 1,5.