(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Газопровод напряжение в трубах


Определение напряжений в трубопроводе.

Поиск Лекций

Трубопровод, уложенный в грунт, находится под воздействием внешних сил. Эти силы вызывают сложные напряжения в теле трубы и стыковых соединениях.

В результате действия внутреннего давления в теле трубы возникают следующие главные нормальные напряжения; продольные, кольцевое, радиальное. (см. рис. 1).

2.1. Определяется радиальное напряжение, обусловленное внутренним давлением, равное ему по величине и противоположное по направлению

Рис.1. Напряжение в теле трубы

2.2. Определяется по формуле Мариотта кольцевое напряжение, возникающее в трубе под действием внутреннего и внешнего давлений.

Где d – внутренний диаметр трубы, м

= 240,0

2.3. Определяется продольное напряжение, возникающее от внутреннего давления

где μ – коэффициент Пуассона (коэффициент поперечного сужения при продольном растяжении). Для стали μ = 0,3

= 72,0 МПа

2.4. Определяется по формуле Гука продольное напряжение, возникающее вследствие изменения температуры трубопровода

Где α – коэффициент линейного расширения металла, град-1. Для стали α = 000012 град-1 =

E – модуль упругости стали при растяжении, сжатии и изгибе трубы (модуль Юнга), МПа.

T1 – наименьшая температура грунта на глубине укладки трубы, К;

T1 = +279 К.

T2 – температура воздуха во время укладки трубопровода в траншею, К;

T2 = +288 К.

2.5. Определяются продольные напряжения, появляющиеся в трубе при ее холодном упругом изгибе, который является следствием неровностей рельефа

Где ρи - радиус изгиба трубы, м. В соответствии со СНиП III – 42-80* радиус изгиба трубы равен не менее 1000 Dy – условный диаметр трубопровода. У проектируемого газопровода ρи = 1000 м.

Проверка прочности трубопровода при эксплуатации

При эксплуатации трубопровода совместное действие внутреннего давления и изгибающих условий может вызвать гораздо большие суммарные напряжения в продольном направлении трубы, чем в момент испытаний. Уязвимым местом трубопровода в этом случае могут оказаться поперечные сварные швы. Прочность поперечных сварных швов в наиболее тяжелый период эксплуатации проверяют из условия, что суммарная продольная нагрузка должна быть меньше расчетного сопротивления трубы (так называемой несущей способности трубы).

Где np, nt, npи – коэффициенты перегрузки, которые при учете совместного действия могут быть приняты равными единице.

Тогда

Вывод:

Прочность трубопровода при эксплуатации обеспечена.

Таблица вариантов

Вариант
Диаметр трубопровода D, м 0,377 0,82 0,53 1,02 0,63 0,72 0,72 0,53 0,426 0,63
p, МПа 5,5 7,6 5,8 5,6 5,2 5,6 6,0 5,6 5,5 7,6
t1 4,5 3,5
t2 15,5
pи, м
Категория участка I II III IV I II III IV I II
Вариант
Диаметр трубопровода D, м 1,02 0,426 0,63 1,22 1,22 1,42 0,53 1,22 0,426 0,325
p, МПа 5,8 5,6 5,0 7,6 5,4 7,6 5,2 7,6 5,4 5,6
t1 3,8 4,2
t2 11,5
pи, м
Категория участка III IV I II III IV I II III IV
Вариант
Диаметр трубопровода D, м 0,82 0,377 1,22 0,72 0,377 1,22 0,63 0,82 1,22 1,42
p, МПа 5,5 7,6 5,2 7,6 5,4 5,6 4,8 5,6 5,0 7,6
t1
t2
t2
Категория участка I II III IV I II III IV I II

Рекомендуемые страницы:

poisk-ru.ru

Определение напряжений в стенке трубопровода

При определении напряженного состояния стенки магистрального трубопровода учитываются только те напряжения, которые влияют на разрушение. Экспериментально установлено, что к ним относятся кольцевые напряжения от внутреннего давления и продольные напряжения (рисунок 26).

Рисунок 26. Напряженное состояние в стенке трубы магистрального трубопровода.

В качестве расчетной схемы трубопровода принимается тонкостенная цилиндрическая оболочка. Для тонкостенных конструкций полагается, что напряжения равны по толщине стенки, рассматриваемого сечения.

Кольцевые напряжения определяются из условия равновесия части трубы, отсеченной плоскостью, проходящей через ось трубы (рисунок 27).

Рисунок 27. Расчетная схема для определения кольцевых напряжений.

Условие равновесия отсеченной части в проекциях сил на горизонтальную ось х будет формулироваться, как равенство сил от внутреннего давления в трубе p внутренним силам в сечении Nкц

, (8.32)

где Nкц – нормальная сила в осевом сечении, приходящаяся на единицу продольной длины цилиндрической оболочки, Н/м;

p – внутреннее давление в трубопроводе, Па;

Dвн – внутренний диаметр трубы,м.

Нормальная сила при равномерном распределении напряжений по толщине стенки определяется выражением

, (8.33)

где - толщина стенки трубопровода, м;

- кольцевые напряжения, Па.

Подставляя выражение (8.33) в (8.32) получаем формулу для вычисления нормативных кольцевых напряжений

(8.34)

Расчетные кольцевые напряжения будут вычисляться с учетом коэффициента надежности по внутреннему давлению в трубопроводе n

(8.35)

Продольные напряжения возникают в поперечных сечениях трубы, т.е. распределены по кольцу, ограниченному наружной и внутренней окружностью, и, в частности, от внутреннего давления р будут вычисляться в зависимость от заданной расчетной схемы. На рисунке 28 показана расчетная схема для случая, когда давление в трубе р действует на поперечное сечение трубы, как на заглушку.

Рисунок 28. Расчетная схема для определения продольных напряжений.

В этом случае для определения продольных напряжений рассматривают условие равновесия элемента трубы от сил направленных вдоль его оси. Проекция сил от внутреннего давления р на заглушку равна продольной силе Nпр в поперечном сечении трубы

(8.36)

Продольная сила при равномерном распределении напряжений по толщине стенки определяется выражением

(8.37)

Подставляя (8.35) в (8.36) получаем выражение для продольных напряжений

(8.38)

или с учетом того, что внутренний диаметр трубы намного больше её толщины

(8.39)

Таким образом, кольцевые напряжения от внутреннего давления в трубе (8.34) практически в два раза больше продольных напряжений (8.39)

(8.40)

В частном случае, на участке подземного прямолинейного трубопровода, который можно считать защемленным, т.е. когда отсутствуют продольные перемещения поперечных сечений трубопровода, продольные напряжения будут возникать от температурных воздействий и от внутреннего давления, которое, действуя на внутреннюю стенку, стремится увеличить трубу в радиальном направлении и уменьшить её длину в осевом направлении.

В СНиП 2.05.06-85 приведена формула для определения для такого частного случая с учетом упругопластического характера деформаций трубопровода

(8.41)

где - температурный коэффициент линейного расширения;

- температурный перепад в стенке трубы.

В этой формуле, с учетом упругопластичности материала необходимо использовать пластический модуль деформаций Епл и коэффициент поперечных деформаций , которые определяются, с учетом двухосного напряженного состояния в стенке трубы, по интенсивности напряжений и деформаций

, (8.42)

, (8.43)

E0 и μ0 – модуль упругости и коэффициент Пуассона материала.

Интенсивность напряжений вычисляется по формуле

. (8.44)

Интенсивность деформаций – определяется по диаграмме напряжений материала (рисунок 29)

(8.45)

Рисунок 29. Схема определения интенсивности деформаций

по диаграмме напряжений материала

studopedia.su

Расчет усилий и напряжений, действующих в трубопроводах тепловой сетей.

Введем следующие условные обозначения:

р - внутреннее давление в трубопроводе, Па;

Р - осевая сила, Н;

М— изгибающий момент, Н * м;

Мк — крутящий момент, Н * м;

dн — наружный диаметр трубы, м;

dв — внутренний диаметр трубы, м;

δ — толщина стенки трубы, м;

— площадь торцевого сечения трубы, м2;

Е — модуль продольной упругости, для стали Е = 19,6 * 1010 Па;

G — модуль сдвига, для стали G = 7,85 * 1010 Па;

J = 0,05(dн4 —dв4) — экваториальный момент инерции трубы, м4;

—экваториальный момент сопротивления трубы, м3;

—полярный момент инерции трубы, м4;

- полярный момент сопротивления трубы, м3;

σ— напряжение, Па.

При одновременном действии всех видов деформации - при растяжении, изгибе и кручении — приведенное максимальное напряжение

где σ р— суммарное напряжение растяжения от внутреннего давления; σн — суммарное напряжение от изгиба.

Приведенное напряжение не должно превосходить допускаемое для наиболее опасного сечения трубопровода, которым является сварной стык.

Следовательно,

где — допускаемое напряжение; φ —коэффициент прочности сварного стыка.

Напряжение растяжения в трубопроводе под действием внутреннего давления определяется следующим образом. Осевая сила внутреннего давления, действующая в торцевой плоскости, нормальной к оси трубы

Напряжение растяжения в торцевой плоскости с вектором, направленным по образующей цилиндра,

Значение в тепловых сетях изменяется от 0,05 для трубопроводов малого диаметра (dв = 50 мм) до 0,01 для трубопроводов большого диаметра (dв= 1400 мм). Пренебрегая вследствие его малости, можно расчетное выражение для определения σ1 записать в следующем виде:

Следует иметь в виду, что сила Р1 действует не при всех схемах трубопроводов. На участках, где сила Р1 = 0, напряжение σ1 =0. Такие условия имеют, например, места на участках прямолинейных трубопроводов при установке на них сальниковых компенсаторов.

Напряжение растяжения в осевой плоскости с вектором, направленным по дуге окружности, может быть определено по следующей формуле, составленной для участка трубы длиной l:

где Р2 = p*dв*l — сила внутреннего давления, действующая в осевой плоскости; f0 - площадь сечения стенок трубы в осевой плоскости:

Напряжение сжатия σ3 = р значительно меньше напряжений σ1 и σ2. Поэтому при расчете трубопроводов тепловых сетей величиной σ3 обычно пренебрегают.

Трубопроводы

Водяные тепловые сети, по которым транспортируется вода с температурой выше 115 °С, монтируются, испытываются и эксплуатируются в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды» ПБ 10-573.

Расчет стальных и чугунных трубопроводов на прочность следует выполнять по нормам расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей РД 10-400 и РД 10-249.

Этими правилами, а также требованиями СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» регламентируются материалы для трубопроводов и арматуры тепловых сетей.

Для трубопроводов тепловых сетей следует предусматривать стальные электросварные трубы или бесшовные стальные трубы.

Трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) допускается применять для тепловых сетей при температуре воды до 150°С и давлении до 1,6 МПа включительно.

Для трубопроводов тепловых сетей при рабочем давлении пара 0,07 МПа и ниже и температуре воды 115°С и ниже при давлении до 1,6 МПа включительно допускается применять неметаллические трубы, если качество и характеристики этих труб удовлетворяют санитарным требованиям и соответствуют параметрам теплоносителей в тепловых сетях.

Определение категории трубопроводов, выбор труб, арматуры, оборудования и деталей трубопроводов, а также расчет трубопроводов на прочность и определение нагрузок на опоры труб и строительные конструкции должны производиться по рабочим параметрам (давлению и температуре) теплоносителя. Рабочее давление и температуру для подающего и обратного трубопроводов водяных следует принимать:

а) для паровых сетей:

при получении пара непосредственно от котлов — по номинальным значениям давления и температуры пара на выходе из котлов;

при получении пара из регулируемых отборов или противодавления турбин по давлению и температуре пара, принятым на выводах от ТЭЦ для данной системы паропроводов;

при получении пара после редукционно-охладительных, редукционных или охладительных установок (РОУ, РУ, ОУ) по давлению и температуре пара после установки;

б) для подающего и обратного трубопроводов водяных тепловых сетей:

давление по наибольшему давленнию в подающем трубопроводе за выходными задвижками на источнике теплоты при работе сетевых насосов с учетом рельефа местности (без учета потерь давления в сетях), но не менее 1,0 МПа;

температуру — по температуре в подающем трубопроводе при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления;

в) для конденсатных сетей:

давление — по наибольшему давлению в сети при работе насосов с учетом рельефа местности;

температуру после конденсатоотводчиков — по температуре насыщения при максимально возможном давлении пара непосредственно перед конденсатоотводчиком, после конденсатных насосов — по температуре конденсата в сборном баке;

г) для подающего и циркуляционного трубопроводов сетей горячего водоснабжения:

давление — по наибольшему давлению в подающем трубопроводе при работе насосов с учетом рельефа местности; температуру до 75 °С.

Рабочее давление и температура теплоносителя должны приниматься едиными для всего трубопровода, независимо от его протяженности от источника теплоты до теплового пункта каждого потребителя или до установок в тепловой сети, изменяющих параметры теплоносителя (водоподогреватели, регуляторы давления и температуры, редукционно - охладительные установки, насосные). После указанных установок должны приниматься параметры теплоносителя, предусмотренные для этих установок.

Параметры теплоносителя реконструируемых водяных тепловых сетей принимаются по параметрам в существующих сетях.

Условное давление (ру) — наибольшее давление при температур среды 20С, при котором допустима длительная работа арматуры и деталей трубопроводов.

Пробное давление (рпр) – давление, при котором должно проводиться гидравлическое испытание арматуры и деталей трубопроводов на прочность и плотность водой при температуре не менее 5С и не более 70С, если в нормативно-технической документации не указано конкретное значение этой температуры. Предельное отклонение пробного давления от заданного значения не должно превышать 5%.

Рабочее давление (рр) - наибольшее давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации арматуры и деталей трубопроводов при данной рабочей температуре.

Рабочее давление равно условному при температуре теплоносителя до 200С для стальной арматуры и деталей трубопроводов и при температуре теплоносителя до 120С для бронзовой, лагунной и чугунной арматуры.

Для тепловых сетей преимущественно применяют стальные прямошовные или спиральношовные электросварные трубы, при этом спиральношовные трубы допускается применять только для прямых участков трубопроводов. Бесшовные трубы допускается применять для трубопроводов с параметрами теплоносителей, для которых применение сварных труб не разрешается, а также при отсутствии электросварных труб необходимого качества.

Для трубопроводов тепловых сетей, сооружаемых в районах строительства с расчетной температурой наружного воздуха до - 40С, должны применяться трубы из углеродистых сталей, а для районов с расчетной температурой ниже —40 С — из низколегированных сталей.

Применение труб из низколегированных сталей для районов строительства с расчетной температурой наружного воздуха до — 40 С допускается при отсутствии выпуска промышленностью труб с необходимыми качествами из углеродистой стали.

Основные требования, предъявляемые к сварным трубам D>500мм. Трубы должны быть подвергнуты 100% - ному контролю качества сварных соединений неразрушающими методами. Трубы должны иметь двухсторонний сварной шов. Спиральношовные трубы должны иметь смещение кромок сварных швов не более 15%. Трубы должны быть термообработанными. Должны иметь нормированные механические свойства и химический состав металла. Предел текучести основного металла труб должен составлять не более 70% предела прочности. Трубы должны выдержать испытание гидравлическим давлением. Трубы с толщиной стенки 6 мм и более должны иметь гарантированную ударную вязкость:

для расчетной температуры наружного воздуха в районе строительства до —20 С при температуре испытания —20 С — не менее 29,4 Дж/см2;

для расчетной температуры от —20 С до —40 С — при температуре испытания —40 С и после механического старения — не менее 29,4 Дж/см2:

для расчетной температуры наружного воздуха ниже - 40 С при температуре испытания —40 С и после механического старения — не менее 39 Дж/см2 или при температуре испытания - 60 С — не менее 29,4 Дж/см2.

Ударная вязкость сварного шва должна бьпь не ниже ударной вязкости основного металла. Трубы при толщине стенки З мм и более должны поставляться со скошенными кромками.

Бесшовные трубы должны изготавливаться из катаной, кованой или центробежнолитой заготовок.

По мере освоения промышленностью могут также применяться трубы стальные электросварные спиральношовные диаметрами 530, 630, 720 и 820 мм.

Для тепловых сетей горячего водоснабжения после ГТП в закрытых системах теплоснабжения должны применяться оцинкованные водогазопроводные по ГОСТ 3262 или эмалированные стальные трубы. В открытых системах теплоснабжения после ГТП для сетей горячего водоснабжения применяются неоцинкованные трубы.

Для бесканальной прокладки водяных тепловых сетей с температурой воды до 115°С и рабочим давлением до 1,2 МПа в сельской местности допускается применение асбестоцементных труб условным проходом 100, 150, 200, 250 и 300 мм.

Асбестоцементные трубы, применяемые для строительства трубопроводов, должны соответствовать ГОСТ 539-73 «Трубы и муфты асбестоцеметные напорные».

Толщины стенок труб для тепловых сетей определяются расчетом на прочносгь в зависимости от принятых параметров теплоносителя, типа труб и марок стали. Следует принимать ближайшую большую толщину стенки трубы по сравнению с полученной по расчету.

studfiles.net

Откуда берется электрический потенциал на газовых трубах и в чем его опасность. Мнение специалиста

В Севастополе 13 ноября 2012 года в квартире №11 дома №8 по улице Генерала Петрова во время проведения планового технического обслуживания произошел пожар. По информации, полученной в «Госпромнадзоре», причина ЧП - возгорания газо-воздушной смеси из-за искры, «образовавшейся от наличия электрического потенциала на газопроводе». Как сказано в официальном заключении, в том момент, когда слесарь вынимал вставку из пробкового крана, он предварительно не перекрыл подачу газа.

Мы решили взять интервью у начальника сервисного центра ПО «Севпласт» Костылева Александра Михайловича. 

- Как Вы можете прокомментировать утверждение о том, что искра образовалась из-за наличия электрического потенциала на газовой трубе, и откуда этот потенциал мог там взяться?

- Действительно, часто так бывает, что на внутреннем газопроводе образуется электрический потенциал. При подключении газового оборудования: колонок и котлов, к газопроводу при помощи металлорукава иногда видно, как искра проходит между газовым шлангом и трубопроводом. Это явление нередкое.

- Ну, хорошо, если даже на трубе есть потенциал, то чтобы прошел электрический разряд, необходимо, чтобы второй контакт был заземлен. В случае с настенными газовыми котлами, которые должны заземляться по инструкции для монтажа, понятно, что вторым контактом служит заземляющий контур. А в случае с колонками, которые подключены пластиковыми трубами к водопроводу, что служит контуром заземления?

- Тяжело ответить однозначно, но из практики известно, что даже в случае, если оборудование не электронного типа, т.е. электрокабель не подсоединяется, трубы не металлические, все равно происходит утечка через корпус котла или колонки, монтажные крепления к стене или дымоотводящий патрубок.

- Это встречается часто в Вашей практике?

- Да, достаточно часто. Между газопроводом и «нулем»/«заземлением» в розетке всегда есть 1-2 В, но это значение не критично, так как скорее всего это внешняя наводка. Но если значение электрического потенциала 3 В и выше, то сила тока может составлять уже 0,3 А и выше, были случаи, когда замеры показывали 3-5А.

- Это может стать причиной ЧП?

- В общем-то да, в этом случае выгорают заземляющие контакты внутри настенных газовых котлов и электронные платы. Газовые металлорукава разогреваются до такой температуры, что невозможно дотронуться рукой. При этом происходит электрокоррозия и в дальнейшем разгерметизация шланга. Визуально на нем появляются мельчайшие сквозные отверстия, что приводит к утечке газа.

- Из-за чего появляется электрический потенциал?

- Как правило, или кто-то, когда ворует электроэнергию и отматывает электросчетчик механического типа, использует газопровод в качестве «земли». Или у кого-то в квартире неисправное бытовое электрооборудование плюс отсутствует заземление. В этом случае через корпус неисправного прибора, «заземляющую» жилу электропровода, корпус, например, газового котла «утечка» происходит на газопровод. Или, как это бывает в частном секторе, потенциал «приходит» от соседей по газопроводу, которые занимаются электросварочными работами.

- Что в этом случае делать?

- Во-первых, необходимо наличие заземление и, во-вторых, эта проблема решается установкой диэлектрической вставки или использованием диэлектрических шлангов.

- Эти вставки и шланги сертифицированы?

- Есть сертифицированные диэлектрические шланги, а вот сертифицированных вставок я еще не встречал. Это связано с тем, что между отключающим клапаном и газовым оборудованием предусмотрено определенное количество резьбовых соединений и поэтому получить сертификат на вставки практически невозможно.

- Недавно по адресу:  улица Генерала Петрова, дом 8 произошел несчастный случай при проведении ПТО. Слесарь горгаза якобы устранял утечку. В момент, когда он извлек пробку из крана, прошла искра от электрического разряда, так как на газопроводе был электрический потенциал. Произошло возгорание газо-воздушной смеси, в результате - выгоревшая кухня и ожоги на лице и руках слесаря, который героически бросился тушить пожар. Что Вы думаете по этому поводу, могла искра стать причиной пожара?

- Если даже на газопроводе и был потенциал, то при извлечении пробки из крана искра не возникнет, т.к. корпус крана остается на месте и электрическая цепь не размыкается. Если только не предположить, что слесарь каким-то образом предварительно заземлил эту пробку.

- Так что по Вашему мнению там могло произойти на самом деле?

- Если все-таки искра была, то причиной возгорания она могла стать только в случае отсоединения газового металлорукава от газопровода. Но предположить, что кто-то решил это сделать, не перекрыв подачу газа, маловероятно. Поэтому я склоняюсь к мысли о том, что искра от электрического разряда не могла быть причиной пожара. Скорее, истинная причина кроется в чем-то другом.

- Как сейчас уже стало известно, слесарь Ащаулов Е.С., при проведении работ которого по ПТО и возник пожар, проработал в «Севастопольгазе» только полгода. Может быть, то, что у него не было достаточно опыта, как-то сказалось на последствиях его работы?

- Все может быть, но мне такие факты не известны, поэтому я предпочитаю не гадать на кофейной гуще. Мое мнение, что если на газопроводе и был потенциал, то при разборке пробкового крана искры быть не должно. 

- Спасибо.

Интервью записал Александр СМИРНОВ

Интернет-магазин Севпласт

sevplast.com.ua

Температурные напряжения в трубопроводах и их компенсация

16 ноября 2015 г.

Наземные трубопроводы нефтебаз подвержены деформациям, связанным с изменениями температуры перекачиваемого нефтепродукта и атмосферного воздуха.

Длина l трубопровода, свободно лежащего на опорах, при изменении его температуры на ΔТ изменяется на величину Δl, равную

Δl=αL·l·ΔТ

где αL— коэффициент линейного расширения металла, для стали αL= 1,2х10-5 1/К.

При температурных деформациях в нем возникают термические напряжения растяжения или сжатия, определяемые по формуле

σT=E·αL·ΔТ

где Е — модуль упругости материала трубы, для стали Е = 2,1х105 МПа

В результате возникновения термических напряжений участок трубы, защемленный между неподвижными опорами, действует на них с силой

FL=σT ·S

где S — площадь поперечного сечения металла трубы.

Выполним оценку величины FL. Пусть имеется трубопровод диаметром 325 мм с толщиной стенки 9 мм. Разность между температурой замыкания его стыков при строительстве и температурой трубы в процессе эксплуатации составляет 5 градусов.

Для указанных условий:

σT=2.1·105·1.2·10-5·5=12.6 МПа

FL=12.6·106·9.89·10-4=12460 H

Поскольку резервуар, например, также является неподвижной опорой трубопровода, то под действием силы FL он может быть поврежден (особенно, если ΔТ составляет, например, 20 градусов).

При подземной прокладке трубопроводов сила трения трубы о грунт частично или полностью компенсирует усилие, возникающее вследствие температурных деформаций. Величина данной силы равна

где μтр — коэффициент трения трубы о грунт, = 0,4-0,5; Ргр — давление грунта на трубопровод, Ргр =nгр · γгр·hср;nгр — коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, пгр = 1,2; γгр — удельный вес грунта; hср — средняя глубина заложения трубопровода.

Приравняв величины FL и Fтр , легко найти минимальную длину трубопровода lmin, обеспечивающую полную компенсацию температурных напряжений

Пример. Пусть рассмотренный выше трубопровод проложен подземно в суглинке (γгр =19 000 Н/м3) на глубине — 1 м. В этом случае

Pгр=1,2·19000·1=22800 Н

Соответственно, находим (полагая μтр =0,5) 

lmin=12460/(0.5·22800·3.14·0.325)=1.11м.

Таким образом, при подземной прокладке технологических трубопроводов температурные деформации практически полностью компенсируются их трением о грунт.

Для уменьшения усилий, с которыми наземный трубопровод при температурных деформациях воздействует на объекты нефтебаз (неподвижные опоры, резервуары, насосы и др.), применяют самокомпенсирующую прокладку труб, либо специальные устройства — компенсаторы.

При самокомпенсирующей прокладке конфигурация технологических трубопроводов такова, что позволяет им изгибаться при температурных деформациях, снижая тем самым величину продольной силы.

Схема самокомпенсирующей прокладки технологических трубопроводов: а — угловой участок; б — ^-образный участок; 1 — резервуар; 2 — трубопровод после укладки; 3 — трубопровод, подвергшийся температурным деформациям; 4 — насос

Компенсаторы, применяемые на нефтебазах, бывают линзовые, сальниковые и гнутые.

Линзовые компенсаторы используют на трубопроводах с условным диаметром от 100 до 1200 мм, рассчитанных на давление до 0,6 МПа. Компенсаторы выпускают одно-, двух-, трехи четырехлинзовыми.

Линзовый компенсатор: а — однолинзовый; б — четырехлинзовый. 1 — патрубок; 2 — полулинза; 3 — стакан; 4 фланец; 5 — дренажная трубка

Компенсирующая способность одной линзы составляет от 7 до 16 мм. Достоинствами линзовых компенсаторов являются герметичность и относительно небольшие размеры. Однако применяются они ограниченно ввиду малой компенсирующей способности и низкого допускаемого давления.

Сальниковые компенсаторы  состоят из стального или чугунного корпуса и перемещающегося в нем стакана.

Сальниковый компенсатор

Уплотнение между корпусом и стаканом обеспечивается сальником. Для его набивки используют асбестовый прографиченный шнур или термостойкую резину. Сальниковые компенсаторы бывают односторонними и двухсторонними. Их используют на трубопроводах с условным диаметром от 100 до 1000 мм, рассчитанных на давление до 1,6 МПа. Достоинством сальниковых компенсаторов является их относительно большая компенсирующая способность (от 150 до 500 мм). Однако они недостаточно герметичны и требуют постоянного надзора за состоянием уплотнения сальников.

Гнутые П-образные компенсаторы  получили наибольшее распространение на нефтебазах.

П-образный компенсатор

Их наружный диаметр, толщину стенки и марку стали принимают такими же, как и у самого технологического трубопровода. Размеры П-образного компенсатора характеризуются вылетом плеча LK, шириной плеча вк, радиусом гнутья RK, а также длинами прямых вставок соответственно вылета L'к и плеча в'к. Расчет длины плеча П-образного компенсатора выполняется по формуле

где [σ] — допустимое напряжение материала труб; т2 — соотношение длины вылета и ширины плеча компенсатора

ros-pipe.ru

Определение напряжений в стенке трубопровода.

При определении напряженного состояния стенки магистрального трубопровода учитываются только те напряжения, которые влияют на разрушение. Экспериментально установлено, что к ним относятся кольцевые напряжения от внутреннего давления и продольные напряжения (рисунок 26).

Рисунок 26. Напряженное состояние в стенке трубы магистрального трубопровода.

В качестве расчетной схемы трубопровода принимается тонкостенная цилиндрическая оболочка. Для тонкостенных конструкций полагается, что напряжения равны по толщине стенки, рассматриваемого сечения.

Кольцевые напряжения определяются из условия равновесия части трубы, отсеченной плоскостью, проходящей через ось трубы (рисунок 27).

Рисунок 27. Расчетная схема для определения кольцевых напряжений.

Условие равновесия отсеченной части в проекциях сил на горизонтальную ось будет формулироваться, как равенство сил от внутреннего давления в трубе внутренним силам в сечении

, (8.32)

где – нормальная сила в осевом сечении, приходящаяся на единицу продольной длины цилиндрической оболочки, Н/м;

– внутреннее давление в трубопроводе, Па;

– внутренний диаметр трубы, м.

Нормальная сила при равномерном распределении напряжений по толщине стенки определяется выражением

, (8.33)

где - толщина стенки трубопровода, м;

- кольцевые напряжения, Па.

Подставляя выражение (8.33) в (8.32) получаем формулу для вычисления нормативных кольцевых напряжений

(8.34)

Расчетные кольцевые напряжения будут вычисляться с учетом коэффициента надежности по внутреннему давлению в трубопроводе

(8.35)

Продольные напряжения возникают в поперечных сечениях трубы, т.е. распределены по кольцу, ограниченному наружной и внутренней окружностью, и, в частности, от внутреннего давления будут вычисляться в зависимость от заданной расчетной схемы. На рисунке 28 показана расчетная схема для случая, когда давление в трубе действует на поперечное сечение трубы, как на заглушку.

Рисунок 28. Расчетная схема для определения продольных напряжений.

В этом случае для определения продольных напряжений рассматривают условие равновесия элемента трубы от сил направленных вдоль его оси. Проекция сил от внутреннего давления на заглушку равна продольной силе в поперечном сечении трубы

(8.36)

Продольная сила при равномерном распределении напряжений по толщине стенки определяется выражением

(8.37)

Подставляя (8.35) в (8.36) получаем выражение для продольных напряжений

(8.38)

или с учетом того, что внутренний диаметр трубы намного больше её толщины

(8.39)

Таким образом, кольцевые напряжения от внутреннего давления в трубе (8.34) практически в два раза больше продольных напряжений (8.39)

(8.40)

В частном случае, на участке подземного прямолинейного трубопровода, который можно считать защемленным, т.е. когда отсутствуют продольные перемещения поперечных сечений трубопровода, продольные напряжения будут возникать от температурных воздействий и от внутреннего давления, которое, действуя на внутреннюю стенку, стремится увеличить трубу в радиальном направлении и уменьшить её длину в осевом направлении.

В СНиП 2.05.06-85 приведена формула для определения для такого частного случая с учетом упругопластического характера деформаций трубопровода

(8.41)

где - температурный коэффициент линейного расширения;

- температурный перепад в стенке трубы.

В этой формуле, с учетом упругопластичности материала необходимо использовать пластический модуль деформаций и коэффициент поперечных деформаций , которые определяются, с учетом двухосного напряженного состояния в стенке трубы, по интенсивности напряжений и деформаций

, (8.42)

, (8.43)

и – модуль упругости и коэффициент Пуассона материала.

Рисунок 29. Схема определения интенсивности деформаций

по диаграмме напряжений материала

Интенсивность напряжений вычисляется по формуле

. (8.44)

Интенсивность деформаций – определяется по диаграмме напряжений материала (рисунок 29)

(8.45)

Предыдущая891011121314151617181920212223Следующая

Дата добавления: 2016-04-22; просмотров: 2480; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

helpiks.org

Виды труб для газопроводов

В России, где наблюдается наибольшее количество природного газа, строительство и прокладка новых газопроводов ведется практически в течение всего года, что дает ей право быть одним из лидеров в данной сфере мировой экономики. Но наличие самого ресурса вовсе не является единственной составляющей этого процесса, ведь необходимы еще и определенные технические условия, чтобы этот газ донести до потребителя.

Для этого нужны трубы для газопроводов, по которым и происходит поставка сжиженного газа для различных предприятий и жилых объектов. Это так называемые «отводы», которые подают газ от подземных, надземных и наземных магистральных или базовых газопроводов в города и населенные пункты.

Газификация представляет собой довольно сложный процесс, представляющий собой целый ряд работ различного характера, среди которых проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб, нахождения новых месторождений газа, проведение подземных работ, установки магистральных линий и многое другое.

Если говорить о трубах ПНД, то проектирование и строительство газопроводов постепенно приходит на смену стальным трубам, ведь они ничуть не уступают им по надежности, ведь у них схожая прочность и толщина конструкции. Трубы из полиэтилена для газопровода – это идеальные конструкции, которые отличаются высокими техническими показателями, а также отменными эксплуатационными свойствами (лучше чем медные, стальные и пр.)

Категории газопроводов

Газопроводы-отводы могут отличаться между собой не только тем, какие материалы были использованы при строительстве газопроводных труб, какой у них срок службы, но и тем давлением газа, которое подается по этим трубам.

Исходя из этого, различают несколько категорий газопроводов:

  1. Первая категория — газопроводы высокого давления. Давление газа в трубах будет наивысшим, составляя порядка 0,6 — 1,2 МПа.
  2. Вторая категория — газопроводы высокого давления. Давление в данной категории будет колебаться от 0,3 до 0,6 МПа.
  3. Газопроводы среднего давления. Показатели здесь будут порядка 0,005 — 0,3 МПа.
  4. Газопроводы низкого давления. Значения этого низкого давления будут не более 0,005 МПа.

Если говорить о том, из какого именно материала должны изготавливаться газопроводы-отводы, то тут однозначного ответа нет. Это обусловлено тем, что при выборе того или иного материала, должны учитываться многочисленные факторы, влияющие на этот выбор. Речь идет о состоянии почвы в том месте, где будет производиться прокладка труб, подземных магистральных линий, особенности местности, наличие блуждающих токов и вероятного возникновения коррозии, толщина и прочность конструкции, а также много других нюансов.

Это целый ряд подготовительных работ и анализа, а также расчет, который должны произвести специалисты в строгом соответствии с ГОСТом и установленными нормами газификации.

Материалы газопроводных труб

В советские времена производились и выпускались исключительно стальные трубы для этих нужд, толщина и прочность которых были различного значения, от низкого и выше, что естественно влияло на их срок службы. Однако с течением времени и развитием технологий, стал возможен выпуск труб из ПНД — полиэтилена низкого давления.

Сегодня появилась возможность использовать медные трубы и фитинги, что было раньше нецелесообразно, в виду того, что их толщина и прочность не отвечали всем требованиям, они были достаточно низкого качества, а их срок службы был не достаточен.

Материалы, из которых изготовлены те или иные газопроводы, напрямую влияют на область применения данных труб. К примеру, стальные трубы могут быть использованы в подземных и надземных видах наружной прокладки магистральных трубопроводов, а также в условиях внутридомовой установки газопровода. Трубы из ПНД подходят лишь для прокладки подземных магистральных линий, тогда как другие варианты прокладки строго запрещены.

Медные трубы и фитинги прекрасно подходят для установки их внутри помещений и квартир, а вот на улице их установка нежелательна, ведь на медной поверхности труб под воздействием влаги будет образовываться коррозия. Пресс фитинги, в данном случае, выполняют соединяющую роль во всей конструкции. Как мы видим, требования эксплуатации у них разные, но это не единственные их различия, поэтому стоит поподробнее остановиться на каждом материале изготовления.

Газовые трубы из стали

Трубы, изготовленные из стали, являются самыми распространенными на сегодняшний момент. Это обусловлено тем, что область их применения достаточно широка, а качество и надежность таких конструкций остается на стабильно высоком уровне. Требования к эксплуатации предполагают защиту поверхности этих труб от пагубного воздействия коррозии металла.

Расчет показывает, что это представляет собой довольно затратные работы в плане ресурсов и финансирования. Кроме того, стальные трубы различаются между собой, что обусловлено тем, что для определенных областей применения, есть разные требования к эксплуатации, разная толщина и прочность стенок конструкции.

Виды газопроводных труб из стали:

  • сварные (спиральный или прямой шов);
  • бесшовные, получаемые в результате горячей, либо холодной деформации.

Кроме того, есть определенные требования согласно ГОСТу к качеству стали и различных химических добавок в нем. Был произведен расчет, в соответствии с ГОСТом, который показал, что изготовление труб из стали предполагает добавление следующих веществ:

  • сера — 0,056%;
  • углерод — 0,25%;
  • фосфор — 0,046%.

В зависимости от того, какие именно требования к эксплуатации применяются для труб из стали, а также от вероятного расхода газа, будет производиться расчет параметров, среди которых толщина и диаметр труб.

Однако какой бы расчет не был произведен, данные показатели должны соответствовать требованиям ГОСТа, согласно которым:

  1. При подземных прокладках, когда осуществляется укладка газопровода глубоко в земле, толщина стенок должна быть не менее 3 мм. Укладка, осуществляемая на поверхности, предполагает, что толщина стенок должна быть не менее 2 мм.
  2. Диаметр должен быть равен 50 мм и более, если производится укладка распределительных сетей. Укладка внутри здания предполагает наличие труб диаметром 25 мм и более.
Изготовление труб из стали

В зависимости от того, где предполагается укладка газопровода, производится расчет параметров, отвечающих основным требованиям. Расчет показал, что наружная прокладка должна производиться трубами, со следующими показателями: диаметр не более 8,2 см (при использовании полуспокойной стали), для кипящей стали оправдано применение более низкого значения — 5,5 см, а толщина — не более 8 мм.

Согласно ГОСТу и нормам эксплуатации, газопроводные трубы из стали должны иметь следующие сведения:

  • название производителя;
  • подтверждение нормам качества ГОСТ;
  • сведения о группе стали и категории;
  • порядковый номер партии товара;
  • сведения о прохождении необходимых испытания продукции;
  • сведения о качестве элементов, выдаваемые отделом технического контроля.

Срок службы газопроводов, сделанных из стали, будет зависеть от места их расположения, но, в целом, расчет говорит о том, что этот срок составляет порядка 40 лет (безусловно, есть различные варианты более низкого качества, срок службы которых будет чуть меньше).

Полимерные трубы

Развитие технологий позволило использовать не только стальные трубы, но и другие материалы для изготовления подземных и других видов газопровода. Полиэтилен низкого давления (полимерные трубы), безусловно, относится к новым разработкам в данной области.

Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб во многом заменило использование стальных конструкций на аналоги из ПНД. Этому есть ряд причин, которые можно отнести к достоинствам данного материала.

Полиэтиленовые газопроводы имеют следующие преимущества:

  1. Относительно небольшая масса конструкции, а также довольно простая прокладка подземных магистральных линий.
  2. Материалы, применяемые при изготовлении аналогов из ПНД, высокого качества и очень хорошо выдерживают различные агрессивные среды, в период службы, а также позволяют не бояться появлению коррозии на поверхности.
  3. Трубы ПНД выпускаются довольно большой длины, что позволяет не делать многочисленные отводы и стыки между конструкциями.
  4. ПНД позволяет применять их при прокладке газопровода, имеющего разное давление, от низких и более высоких показателей.
  5. Произведенный расчет показал, что срок службы аналогов из ПНД довольно высок и может достигать не менее 50 лет, при условии, что были соблюдены все требования к эксплуатации.

Несмотря на целый перечень преимуществ данного материала, стоит заметить, что полимерные трубы далеко не идеальны и имеют ряд недостатков:

  1. ПНД можно применять только при подземных прокладках магистральных линий.
  2. Рабочая температура имеет достаточно ограниченные значения.
  3. Согласно ГОСТу и нормам эксплуатации, укладка полиэтиленовых труб, при пересечении различных магистральных автодорог и коммуникаций, должна осуществляться в специальном футляре из металла.
  4. Укладка полиэтиленовых аналогов должна производиться на глубине не менее одного метра от поверхности. Если температура воздуха на улице опускается ниже 40°C, то прокладка должна производиться на глубине порядка 1,5 м. Однако, срок службы конструкции, установленной в таких условиях, может быть существенно ниже, чем это заявлено производителем.

Стоит отметить, что трубы из полиэтилена, изготовленные для газопроводов, выпускаются нескольких видов: ПЭ 80 и ПЭ 100, различающихся разным давлением газа, проходящего по ним.

Для пэ 80 данные показатели будут находиться в диапазоне до 3 и 6 атмосфер, а для ПЭ 100 — 3, 6, 10 и до 12 атмосфер. Разная будет и маркировка на упаковке: желтая полоска на ПЭ 80 и оранжевая на ПЭ 100.

Кроме того, есть еще и другой показатель, который говорит о способности ПНД выдерживать нагрузку на них — расчет значения MRS (иными словами — это прочность материала). Для пэ 80 это 8 МПа, для пэ 100 — 10 МПа. Показатель SDR (соотношение диаметр — толщина) у пэ 80 и пэ 100 также могут различаться.

Медные трубопроводы и фитинги

Согласно новым изменениям, внесенным в ГОСТ, медные трубы стали полностью пригодны для внутридомовой укладки газопровода. В виду особенностей материала, предусмотрена прокладка линий трубопровода низкого значения по давлению, а соединять их между собой должны пресс фитинги.

Данный материал имеет целый ряд преимуществ:

  1. Относительно небольшой промежуток времени, в течение которого можно установить медные трубы на объекте. Непосредственно сама укладка трубопровода производится очень оперативно.
  2. Медные аналоги имеют достаточно высокую устойчивость к проявлениям коррозии и агрессивной среды. Так же, их отличает хорошая прочность материала.
  3. Большой срок службы данной конструкции, при условии соблюдений норм эксплуатации. Кроме того, медные аналоги обладают довольно приятным внешним видом.
  4. Фитинги, используемые в прокладке этих конструкций, позволяют достичь достаточно сложных форм и конфигураций.

Стоит отметить, что прокладка медных труб должна быть произведена в строгом соответствии с нормами, которые описаны в ГОСТ Р 50838-95, где описаны все требования к эксплуатации и другие данные. Несмотря на очевидные достоинства новых материалов, используемых для изготовления трубопроводов, не стоит забывать о традиционном производстве труб из стали. Высокая прочность и относительно большой срок службы, если соблюдаются все требования к эксплуатации, прописанные в ГОСТе, оставляют данный материал востребованным и по сей день. А в некоторых случаях, использование стали и вовсе является единственным решением, например, прокладка газового ввода в здание осуществляется только с помощью данных конструкций из стали.

Полимерные трубы и аналоги из меди, различные фитинги и прочие конструкции только лишь расширяют спектр применения газовых сетей, являясь своеобразной нишей в данной индустрии. Выбор в пользу того или иного материала не должен быть произведен самостоятельно, ведь оценить целесообразность и возможные риски способен только квалифицированный специалист, разбирающийся во всех тонкостях и нюансах, на основе которых осуществляется прокладка газопровода.

energomir.biz


Смотрите также