Механічний розрахунок нафтопродуктопроводу

Механічний розрахунок нафтопродуктопроводу для послідовного перекачування нафтопродуктів виконується у відповідності з нормативним документом СНиП 2.05.06-85 “Магистральние трубопроводы”.

Метою даного розрахунку є визначення необхідної товщини стінки труб нафтопродуктопроводу. Для вибраного зовнішнього діаметра труби використаємо стальні безшовні гарячекатані труби із легованої сталі 10 Г2, межі міцності і текучості для якої відповідно становлять

Необхідну товщину стінки труб визначають із умови міцності труби

(1.16)

де n – коефіцієнт перевантаження робочого тиску;

p – робочий (нормативний) тиск в трубопроводі;

d – внутрішній діаметр труби;

R₁ – розрахунковий опір;

d – товщина стінки труби.

Коефіцієнт перевантаження робочого тиску приймається залежно від характеру навантаження. При тимчасових тривалих навантаженнях від внутрішнього тиску для трубопроводів діаметром 700–1200 мм з проміжними насосними станціями n =1,15, а для трубопроводів діаметром менше 700 мм – n =1,1.

Так як труби для магістральних трубопроводів стандартизуються за зовнішнім діаметром D_З, то формулу для визначення товщини стінки виражають через цей діаметр.

Враховуючи, що

(1.17)

Отримаємо формулу для визначення товщини стінки труб без врахування осьових стискаючих напружень

(1.18)

Розрахунковий опір визначаємо за формулою

(1.19)

де R₁^Н = s_ВР – нормативний опір матеріалу труб, що приймається рівним тимчасовому опору матеріалу труб (залежно від марки сталі);

m – коефіцієнт умов роботи, для нафтопроводів ІІІ і IV категорії m = 0,90; для трубопроводів I і ІІ категорії m = 0,75. Розрахунковий трубопровід відноситься до ІV-ої категорії;

К_Н – коефіцієнт надійності за призначенням трубопроводу при діаметрі 1000 мм і менше К_Н = 1,00, при діаметрі 1200 мм – К_Н = 1,05.

К₁ – коефіцієнт надійності по матеріалах, К₁ =1,55.

За формулою (1.19) знайдемо розрахунковий опір

Визначимо товщину стінки труби без врахування осьових стискаючих напружень

Одержану товщину стінки заокруглюємо до стандартного більшого значення δ = 5 мм і визначаємо внутрішній діаметр трубопроводу за формулою (1.17)

Далі знаходимо величину повздовжніх осьових напружень (коефіцієнт лінійного розширення матеріалу труб)

(1.20)

де a – коефіцієнт температурного розширення матеріалу труб, a = 12·10^-6 1/°С;

Е – модуль пружності, Е = 0,206·10⁶ МПа;

Dt – температурний перепад, для трубопроводів, що прокладаються територією України Dt = 40°С;

m – коефіцієнт Пуассона (середнє значення для сталі m = 0,3).

Отже, коефіцієнт лінійного розширення становить

Визначаємо коефіцієнт, що враховує двоосний напружений стан труб j₁.

Якщо s_ПN > 0, то j₁ = 1 і дальший механічний розрахунок припиняється. Якщо s_ПN < 0, то j₁ визначається за формулою

(1.21)

де ½s_ПN½ – абсолютна величина повздовжніх осьових стискаючих напружень.

Оскільки s_ПN < 0, то визначаємо коефіцієнт, що враховує двоосний напружений стан труб j₁

Товщина стінки трубопроводу із врахуванням осьових стискуючих напружень уточнюється за формулою

(1.22)

Товщина стінки труб приймається не менше D_З/140, але не менше 3 мм для труб умовним діаметром 200 мм і менше, і не менше 4 мм – для труб умовним діаметром більше 200 мм.

За формулою (1.22) розрахуємо остаточне значення товщини стінки трубопроводу

Остаточно приймаємо δ = 5 мм, d = 367 мм.