5 Расчет сварных соединений трубопроводов.
5.1 Цель работы: овладеть навыками проектирования и проверочного расчета сварных соединений магистральных трубопроводов.
5.2 Оборудование и принадлежности:
5.2.1 Микрокалькулятор.
5.2.2 Учебно-справочная литература.
5.3 Ход работи:
Магистральные трубопроводы рассчитываются на прочность от воздействия изменения температуры в системах без компенсации температурных деформаций в продольном направлении, на изгиб, растяжение, сжатие, от действия собственного веса, веса транспортирующего продукта, веса снега или обледенения трубы, воздушного воздействия, а также от сейсмических и других воздействий.
Сварные швы рассчитываются исходя из условий равномерности швов и трубопровода.
5.4.1 Расчет трубопровода от воздействия внутреннего давления в трубах.
Напряжения в кольцевом шве трубы определяются по формуле:
, МПа
где: δ – номинальная толщина стенки трубы, м;
Rвн1 – внутренний радиус трубы, м;
Р – рабочее (нормальное) давление в трубопроводе, МПа, Р = Р0 /n;
|
|
n – коэффициент перегрузки рабочего давления в трубопроводе:
• для газопроводов – 1,2,
• для нефтепроводов – 1,15.
[σ'] – допустимое напряжение на сварной шов, МПа.
5.4.2 Расчет трубопровода от воздействия веса транспортирующего продукта, снега, обледенения, воздушного воздействия.
Расчетный вес транспортирующего природного газа:
, Н
где: Р0 – расчетное давление газа, Н/см2:
Р0 = Р · n, Н/см2;
dвд – внутренний диаметр трубы, м;
Расчетный вес транспортировочной нефти:
, Н
где: γ – удельный вес транспортировочной нефти, принимаем 9 кН/м3;
dвд – внутренний диаметр трубопровода, м;
Расчетная нагрузка (с учетом коэффициента перегрузки n = 1,2) от обледенения трубы:
, Н
где: dз – внешний диаметр трубы, м;
клед – коэффициент, принятый в зависимости от района гололеда (таблица 5.2).
Расчетная снеговая нагрузка на 1 м2 горизонтальной проекции конструкции перехода (пешеходный мостик и т.д.):
qснег= 1,4× , Н
где: - вес снегового покрова на 1м, принятый по климатическим районам.
Расчетная нагрузка от воздействия воздуха в горизонтальной плоскости для одиночной трубы:
, Н
где: - скоростной напор, берем 200 Н/м.
Суммарная нагрузка на трубопровод:
q = q газ + q лед + q снег + q воз
5.4.3 Напряжение в продольном шве трубы от действия изгибающего момента.
, МПа
где: W- момент сопротивления сечения трубы, м3:
, м3
М- изгибающий момент, действующий на трубопровод, МНм:
, МНм
где: l – расстояние между опорами, м.
5.4.4 Расчет трубопровода от влияния изменения температуры.
При понижении внешней температуры в кольцевых стыках образуются напряжения:
|
|
, МПа
где: α – коэффициент линейного расширения металла, принимаем для стали 12×10-6;
ΔΤ – изменение температуры, берем 50оС для климатической зоны;
Ε – модуль упругости, берем 2×105 МПа.
5.4.5 Определение суммарного напряжения в кольцевых швах.
Расчетные данные приводим в виде таблицы 5.1.
Таблица 5.1- Расчетные данные
№ варианта | Транспортный продукт | Диаметр трубы, Dнар, мм | Толщина стенки, δ, мм | Климатическая зона | Давление, Р, МПа | Растояние между опорами l, м | Материал |
1 | нефть | 1020 | 9 | 1 | 5,5 | 8 | Ст3сп |
2 | газ | 1220 | 10 | 2 | 8 | 6 | 14ХГС |
3 | нефть | 1020 | 11 | 3 | 4,5 | 10 | 10Г2СД |
4 | газ | 1420 | 12 | 4 | 9 | 8 | Ст3сп |
5 | нефть | 1020 | 14 | 1 | 7,5 | 6 | 17ГС |
6 | газ | 820 | 13 | 2 | 6 | 10 | 10Г2СД |
7 | нефть | 1220 | 10 | 3 | 10 | 8 | Ст3сп |
8 | газ | 1420 | 12 | 4 | 8 | 6 | 17Г1С |
9 | нефть | 1020 | 14 | 1 | 6 | 7,5 | 10Г2СД |
10 | газ | 820 | 10 | 2 | 6 | 6 | Ст3сп |
Таблица 5.2 - Коэффициенты которые зависят от климатического района
Климатический район № | 1 | 2 | 3 | 4 |
К лед, Н/м2 | 250 | 350 | 500 | 650 |
Р0с, Н/м | 500 | 750 | 1000 | 1250 |
5.5 Выводы:Сделайте выводы выполняется или нет условие прочности.
5.6 Контрольные вопросы:
- Дайте определение трубопроводу.
- Назовите основные этапы проектирования сварных трубопроводов.