2. Расчетная часть

2.1 Расчет трубопровода на прочность

Проверить на прочность и деформацию стенки трубопровода, по которому перекачивается нефть по давлением 6,3 МПа. Трубопровод имеет наружный диаметр 1020 мм, толщина стенки 12 мм, выполнен из стали марки 17Г1С. Условие прокладки: переход через железную дорогу.

Расчет толщины стенки трубопровода

В качестве основных прочностных характеристик металла труб и сварных соединений в расчетах трубопроводов, согласно СНиП 2.05.06-85^*, используется нормативные и расчетные сопротивления растяжению (сжатию). Нормативные сопротивления R^н ₁ и R^н ₂ принимается равными минимальным значениям временного сопротивления труб σ_в и придела текучести σ_т соответственно, по государственным стандартам и техническим требованиям заказчика на трубы. Их значения приведены в приложении наряду с другими характеристиками труб.

1. Расчетное сопротивления R₁ и R₂ определяться по формулам:

R₁ =, (1)

R₂ рассчитывается аналогично R₁

где m- коэффициент условий работы трубопровода, равный 0,9 для участков категории III и IV;

k₁ – коэффициенты надежности по материалу;

k_н- коэффициент надежности по назначению трубопровода.

R₁ == 298 МПа;

R₂ = = 212МПа.

2. При расчете толщины стенки трубопровода в нормах СНиП 2.05.06-85^* используется теория наибольших нормальных напряжений. При продольных напряжениях σ_пр ≥ 0 расчетную толщину стенки трубопровода следует определять по формуле:

, (2)

где n- коэффициент надежности по нагрузке- внутреннему рабочему давлению в трубопроводе, учитывающий возможное увеличение внутреннего давления в переходных процессах принимаем по таблице 2.6

D_н- наружный диаметр;

R₁- расчетное сопротивление трубной стали;

р- рабочее давление.

δ==11мм

3. Полученное расчетное значение толщины стенки округляем ближайшего большего по сортаменту δ=12мм.

4. Продольные напряжения по формуле:

, (3)

где коэффициент линейного расширения металла трубы, ,град-1;

- расчетный температурный перепад;

Е- переменный параметр упругости (модуль Юнга).

σ_ПР=-1,2*10^-52,0610⁵60 + 0,3= 59,9 МПа.

5. Знак «минус» указывает на наличие осевых сжимающих напряжений, поэтому необходимо определить коэффициент , учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб:

, (4)

Ψ₁=-0,5 = 0,98.

6. Пересчитаем толщину стенки нефтепровода по формуле:

, (5)

δ==11,8 мм.

Полученное расчетное значение толщины стенки округляем ближайшего большего по сортаменту δ=12 мм.

Проверка трубопровода на прочность и деформацию

7. Кольцевые напряжения рассчитываются о формуле:

, (6)

σ_кц==287,5 МПа.

8. Коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла трубы рассчитывается по формуле:

Ψ₂=-0,5, (7)

Ψ₂=-0,5=0,04.

9. Проверяем прочность трубопровода в продольном направление по условию:

59,9≤119,2

Условие выполняется.

10. Пересчитаем кольцевые напряжения:

(8)

σ_кц==287,5МПа

11. Для проверки по деформациям находим сначала кольцевые напряжения от действия нормативной нагрузки- внутреннего давления по формуле:

(9)

==261,4МПа

2.2.6 Проверим условие:

(10)

261,4 ≤330МПа

Условие выполняется.

12. Коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, при растягивающих продольных напряжениях 3 принимают равным единице, а при сжимающих определяют по формуле:

(11)

Ψ₃=-0,5=0,39

13. Определяем значение продольных напряжение по формуле:

, (12)

ρ – минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода, определяемый по СНиП III-42-80*.

Δt₊= 0.329810⁶ =36.2⁰; (13)

2.110⁵0.0012

Δt_-= (1-0.3) 29810⁶ =8,4⁰C; (14)

2.110⁵0.0012

=0,3 261,4 - 1,210^-52,06*10⁵36,2-= -11,101;

=0,3 261,4 - 1,210^-52,0610⁵8,4 + = 68,126.

14. Проверим выполнение условия:

; (15)

11,101≤0,39363=128,7МПа;

68,126≤0,39363=128,7МПа.

Условия выполняются.

Вывод: произвел расчет на прочность и деформацию стенки трубопровода, выяснил, что заданные параметры удовлетворяют все условия прочности и деформации трубопровода.

2. Расчет футляра (кожуха) на прочность.

Рассчитать на прочность защитный футляр на переходе трубопровода диаметром D_н=1020 мм через железную дорогу.

Исходные данные: Н=2,5 м; грунт – плотный глинистый грунт; γ_гр.ср = 18 кН/м³; φ_гр.=60; f_кр=1,0; k₀=110 кН/м³; полотно дороги – щебень, h_пк=0,15 м; Е_n=410⁷, µ=0,17; давление от подвижного состава создается четырехосным вагоном; расчетное сопротивление материала футляра R₂= 363 МПа.

1. Ориентировочное значение диаметра защитного футляра по формуле:

D_к = , (1)

D_к==1249 мм.

Принимаем D_к = 1220 мм; r_к = 610 мм.

2. Ширина свода обрушения по формуле:

B=D_к, (2)

B=1,22 1,75 м.

3. Высота свода обрушения по формуле:

h_св = , (3)

где - коэф. Крепости породы

h_св = = 0,875 м.

4. Как видно, h_св< Н, следовательно, над футляром образуется свод естественного обрушения, и значения q_гр.в и q_гр.б определяют по формулам:

q_гр.в=n_грγ_гр.срh_cв, (4)

где n_гр=1,2, γ_гр.ср – средний удельный вес грунта, h_cв – высота свода обрушения.

q_гр.в=1,2180,875 = 18,9 кПа;

q_гр.б = n_грγ_гр(h_св + )tg²(45 - ), (5)

q_гр.в=1,218(0,875 + )tg²(45 - ) = 23,5 кПа.

5. Момент инерции полотна железной дороги по формуле:

I_п = , (6)

Где h_пк – толщина покрытия.

I_п = = 0,000281 м⁴.

6. Цилиндрическая жестокость полотна железной дороги по формуле:

D_п = , (7)

где Е_п – модуль упругости полотна железной дороги; µ_п – коэф. Пуассона материала полотна железной дороги.

D_п = = 11,610³ кНм².

7. Коэф. Жесткости полотна железной дороги по формуле:

_ж = , (8)

где к₀ – коэф. постели грунта при сжатии; D_п – цилиндрическая жесткость полотна железной дороги.

_ж = = 1,211 .

8. Параметр а^” по формуле:

а^” = , (9)

a^” = = 1,94 м.

Таким образом, зону распространения суммарной эпюры реакции основания можно определить как сумму:

2а= 1,94 + 1,6 + 1,94 = 5,48 м.

9. Максимальное значение реакции основания φ_{x max} имеет место в точках x₂ и x₃, равных нулю, когда η = 1,0

φ_i(x) = η, (10)

где η=1,0; P_i=156.

φ_i(x) = 1,0 = 94,5 кПа.

10. Тогда нагрузка q= φ_{x max}=94,5 кПа.

11. Находим σ_{z max} при х = 0 и z = Н = 2,5 м

σ_z = (arctg + arctg) – (11)

σ_z = (arctg + arctg) – = 59,4 кПа.

12. Находим σ_{z max}: = = 0,883 → = 0.850 = 77 кПа. (12)

13. Расчетное давление от подвижного транспорта находим по формуле:

q_п = n_п σ_{z max}, (13)

где n_п – коэф. надежности по нагрузке от подвижного транспорта, принимается равным 1,4 для вариантов от колонны железнодорожных вагонов.

q_п = 1,477,5 = 108,5 кПа.

14. Расчетное сжимающее усилие находим по формуле:

N = r_k(q_гр.в + q_п), (14)

где r_k – радиус кожуха (футляра), r_k = 0,5D_к.

N = 0,61(18,9 + 108,5) = 77,7 кН/м.

15. Расчетный изгибающий момент находим по формуле:

М = c(q_гр.в + q_п – q_гр.б), (15)

где с – коэф., учитывающий всестороннее сжатие футляра, с = 0,25.

М = 0,250,61² (18,9 + 108,5 – 23,5) = 9,665 кН м/м.

16. Толщина стенки футляра (кожуха) находим по формуле:

δ_к = + )² +, (16)

где R₂ – расчетное сопротивление материала футляра по пределу текучести.

δ_к = + )² + = 11,7 10^-3 м = 11,7 мм.

Вывод: определил диаметр и толщину стенки футляра для нефтепровода заданного по проекту.

Список использованной литературы:

1. Галеев В.Б., Харламенко В.И.,Сощенко Е.М.,Мацкин Л.А. «Эксплуатация магистральных нефтепродуктопроводов» Москва: Недра, 1973

2. Ф.М. Мустафин, А.И. Быков, Г.Г. Васильев «Технология сооружения нефтегазопроводов» Уфа: Нефтегазовое дело, 2007

3. Л.И Быков, Ф.М. Мустафин, С.К. Рафиков, А.М. Нечваль, И.Ш. Гамбург «Типовые расчеты при проектировании, строительстве и ремонте газонефтепроводов» Санкт-Петербург: НЕДРА, 2011

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Горизонтальное_бурение

5. http://www.stroitelstvo-new.ru/1/prokladka_truboprovodov_prokol.shtml

УТЭК.21.02.03.КП.02.28.000.ПЗ.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Разраб.

Хабиров

Сооружение участка нефтепровода «Сургут-Полоцк» через железные дороги

Лит.

Лист

Листов

Провер.

Староверова

2

26

Реценз.

4ЭНН-1

Н. Контр.

Утверд.