Практическое занятие №3
Цель работы: Проверка прочности трубопроводов в период эксплуатации.
Механический расчет нефтепроводов.
К прочности магистральных нефтегазопроводов предъявляются повышенные требования. при этом необходимо учитывать высокую ценность транспортируемых жидкостей и газов, а также возможность возникновение бедствий при аварии трубопроводов. Перекачиваемые нефти, нефтепродукты и газы, будучи пожаро - взрывоопасными, при нарушении прочности трубопроводов загазовывают и загрязняют прилегающую территорию и водоемы, приводят к порче посевы, лесные насаждения и представляют большую опасность для окружающих промышленных и жилых строений.
Устойчивая безаварийная эксплуатация трубопроводов зависит от комплекса факторов: качества выполненных строительных и монтажных работ; соблюдения технических условий и технических правил их возведения; требований предъявляемых к трубопроводу в отношении прочности и устойчивости его элементов, узлов сопряжения и к качеству запорной и регулирующей арматуры. Требование к трубам, арматуре и изделиям для магистральных трубопроводов и газопроводов определяются строительными нормами и правилами.
Магистральные трубопроводы рассчитываются по методу предельных состояний. Под предельным понимается такое состояние конструкций, при котором ее дальнейшая нормальная эксплуатация не возможна.
Различают три предельных состояния
первое предельное состояние – по несущей способности (прочности и устойчивости конструкций, усталости материалов), при достижении которого конструкция теряет способность сопротивляться внешним воздействиям. или получает такие остаточные деформации которые не допускают ее дальнейшую эксплуатацию
второе предельное состояние – по развитию чрезмерных деформаций от статических и динамических нагрузок, при достижении которого в конструкции сохраняющей прочность и устойчивость, появляются деформации или колебания, исключающие возможность дальнейшей эксплуатации;
третье предельное состояние – по образованию или раскрытию трещин, при достижении которого трещины в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются и раскрываются до такой величины, при которой дальнейшая эксплуатация конструкции становится невозможной.
Стальные заглубленные трубопроводы рассчитывают по первому предельному состоянию. Предельным состоянием для магистральных трубопроводов является достижение в металле труб напряжений равных временному сопротивлению (пределу прочности).
Однако постоянная работа металла труб в области напряжений превышающих предел текучести, также не желательна, так как при этом происходит наклеп металла и трубы становятся хрупкими. Поэтому производится проверки на развитие чрезмерных пластических деформаций.
Задача: Выполнить механический расчет проверив прочность трубопровода при эксплуатации.
Решение:
1. Чтобы не нарушалась прочность трубопровода, толщина стенки труб должна удовлетворять неравенству:
, м.
де n - коэффициент перегрузки, зависящий от назначения трубопровода (нефтепровод или газопровод) и от температуры перекачиваемого продукта. Для нефтепровода 1,1, для газопровода 1,15 (табл. 3).
р – рабочее избыточное давление в трубопроводе, МПа; р = 4,8 МПа
D – наружный диаметр трубопровода, м; D = 1020 мм.
– расчетное сопротивление металла трубы и сварных соединений
, МПа
де 
– нормативное сопротивление растяжению материала труб и сварных соединений, определяемое из условий работы на разрыв, МПа,
, МПа
где 
– предел прочности материала труб, МПа. Для низколегированных стали 17Г1С 
=700 МПа.
– коэффициент однородности при разрыве, зависящий от марки стали (Коэффициент надежности по материалу). Для низколегированной нормализованной стали в сварных трубах 
(см. табл. 2),
– коэффициент условий работы материала при разрыве труб, 
=0,8
работы отдельных участков трубопровода, 
=0,9
Полученное значение 8,37 мм. округляется до ближайшего большего по ГОСТ 10704-70. 
2. Чтобы не было чрезмерных пластических деформаций, толщина стенки труб должна удовлетворять неравенству;
м
где 
– нормативное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу материала труб и сварных соединений, определяемое из условий достижения предела текучести, МПа.
, МПа
где 
- пределтекучести материала труб. МПа. Для низколегированной стали 17Г1С 
= 412 МПа.
МПа
м
Полученное значение 7,16 мм. округляется до ближайшего большего по ГОСТ 10704 – 70. 
В расчет принимается большее из значений 
. Таким образом, 