книги / Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов

Общее число грузов, необходимых для участка трубопровода дли­ ной £ т , составляет

119

где Fj, —суммарная площадь проекций лопастей на горизонталь­ ную плоскость (табл. 4.10).

Таблица 4.10

Площадь лопастей раскрывающегося анкера

удельный вес грунтов, залегающих от дна траншеи до отметки зало­ жения лопастей анкера (табл. 4.3); ha - глубина заложения лопастей от дна траншеи.

Площадь лопастей винтового анкера вычисляется по формуле

120

Таблица 4.12

Величины коэффициентов Л и В в формуле (4.43)

§4.5. Примеры расчетов

Пример 4.1. Определить толщину стенки нефтепродуктопровода диаметром 530 мм и длиной 160 км без промежу­ точных насосных станций, рассчитанного на рабочее давление 6,4 МПа. Температура перекачиваемого нефтепродукта Т э=282 К. Нефтепродуктопровод предполагается изготовить из труб Челябинского трубопрокатного завода, изготовленных по ТУ 14-3P-03-94.

Решение

1.По табл. П.1.1 (Прил. 1) находим, что это прямошовные трубы

сконтролируемой прокаткой, изготовленные из стали 08ГБЮ

З.Так как нефтепродуктопровод не имеет промежуточных перека­ чивающих станций, то коэффициент надежности по нагрузке nt = 1,1.

121

По формуле (4.1) вычисляем расчетную толщину стенки трубо­ провода

1,1-6,4-0,530

0,0056 м.

2 - (1,1 - 6,4 ч- 327,9)

Полученное расчетное значение толщины стенки округляем до ближайшего большего по сортаменту равного 8Н = 0,007 м. Так как округление произведено до наименьшего стандартного значения с за­ пасом, то рассматривать применение стали 09ГБЮ нет необходимости.

4.Абсолютные значения максимального положительного и максимального отрицательного температурных перепадов по фор­ мулам (4.6)

(+)П - Ю ^ О б - Ю 5

Знак «минус» указывает на наличие осевых сжимающих напря­ жений. Поэтому по формуле (4.4) вычисляем коэффициент \|/,, учи­ тывающий двухосное напряженное состояние металла,

б.По формуле (4.3) пересчитываем толщину стенки нефтепродуктопровода

1,1-6,4-0,530

= 0,00634 м.

2 (1,1-6,4 + 0,877-327,9)

Таким образом, ранее принятая толщина стенки равная 5Н=0,007 м может быть принята как окончательный результат.

Пример 4.2. Выполнить расчет прочности и устойчивости нефтепродуктопровода, рассмотренного в примере 4.1. Минимальный радиус изгиба Rmin принять равным 1000 м. Трубопровод проложен в

122

глинистом грунте с уф = 15,3 кН /м 3. По нефтепродуктопроводу, по­ крытому пленочной изоляцией, перекачивается дизтопливо плотно­ стью рр=850 кг/м3.

Решение 1. Вычисляем кольцевые напряжения от расчетного внутреннего

давления

2-0,007

2.Так как нефтепродуктопровод испытывает сжимающие напря­ жения, по формуле (4.14) вычисляем коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб,

V - 1 _ 0 ,7 5 . ( ^ 4 1 - 0 , 5 - ^ 4 = 0,333.

327,9) 327,9

Следовательно,

у 2R, =0,333-327,9 = 109,2М Па.

Так как 169,71<109,2, то условие прочности трубопровода (4.13) выполняется.

3.Вычисляем комплекс

4.Рассчитываем коэффициент, учитывающий двухосное напря­ женное состояние металла, по формуле (4.8)

5.Вычисляем величины, входящие в неравенства (4.15) и (4.16)

=0,475-350 = 166,3 МПа;

Уз 0,9К к 2

259 5 а" = — 1- = 235,9 МПа.

кц 1,1

6. По формуле (4.17) находим максимальные суммарные продоль­ ные напряжения в трубопроводе

123

Так как | -104,31 < 166,3 и 235,9 < 350, т.е. неравенства (4.15) и (4.16) выполняются, то следовательно, недопустимые пластические деформации трубопровода отсутствуют.

Теперь выполним проверку общей устойчивости нефтепродуктопровода.

7.Для глинистого грунта по табл. 4.3 принимаем С ф=20 кПа,

<рФ=1б"

8. Находим внутренний диаметр, площадь поперечного сечения металла трубы и осевой момент инерции:

6 = 0,530 -2 -0,007 = 0,516 м2;

j = M f.(0 ,5 3 0 4 - 0,5164) = 39,3 1(r5 м4.

9. Нагрузка от собственного веса металла трубы по формуле (4.24)

qM=0,95-78500-0,0115 = 857,6 Н/м.

Нагрузку от собственного веса изоляции принимаем равной 10% от qM, т.е. q„=85,8 Н/м.

Нагрузка от веса нефтепродукта, находящегося в трубопроводе единичной длины, по формуле (4.27)

qnp =850-9,81-3 ,И ’^ 516 =1742,8 Н/м.

То есть нагрузка от собственного веса заизолированного трубо­ провода с перекачиваемым нефтепродуктом по формуле (4.23)

qTp =857,6 + 85,8 + 1742,8 = 2686,2 Н/м.

Ю.Среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом по формуле (4.22)

2-0,8-15300-0,53 0,8 + » 4 3 U 0;8+ 0,53 t g '1 4 5 - f + 2686,2

Р=

3,14-0,53

=13080 Па.

11.Сопротивление грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины по формуле (4.21)

Р0 = 3,14-0,530-(20000 +13080-tg 16) = 39526 Па.

12. Сопротивление вертикальным перемещениям отрезка трубо­ провода единичной длины по формуле (4.28)

124

13.Продольное критическое усилие для прямолинейных участ­ ков в случае пластической связи трубы с грунтом находим по фор­ муле (4.20)

N(” = 4,09 • ф95262 • 55594 • 0,01152 • (2,06 • 1011)5 • (39,3 ■10"5 )3 =

= 4,68 *106 Н.

Следовательно

то^ р = 0,9.4,68.10б=4,2М 06 Н =4,21 МН.

14.Продольное критическое усилие для прямолинейных участ­ ков в случае упругой связи с грунтом находим по формуле (4.29)

N(K2) = 2■ V25-0,530-2,06■ 105 -39,3• 10~5 =65,5 МН.

Следовательно

moN,cp =0,9-65,5 = 59,0 МН.

15. Фактическое же эквивалентное продольное усилие в сечении трубы согласно (4.19)

S = 0,0115 ■[(0,5 -0,3)• 259,5 +12 • Ю"6 ■2,06 • 105 ■44] = 1,85 МН

Так как 1,85<2,25 и 1,85< 18,64, то общая устойчивость прямоли­ нейных участков нефтепродуктопровода обеспечена.

16. Теперь проверим общую устойчивость криволинейных учас­ тков трубопроводов, выполненных с упругим изгибом.

По формулам (4.32) вычисляем

39526-0,0115

17.По графику, приведенному на рис. 4.2, находим, что PN=22. Подставляя это значение в (4.30), вычисляем критическое усилие для криволинейных участков трубопровода

125

= 22 • V55592 • 2,06• 1011 • 39,3 • 10"5 = 1,82 • 106 H.

П о второй формуле (4.31)

= 0,375 • 5559-1000 = 2,08 106 Н.

Из двух найденных значений выбираем меньшее. Для него

m0N Kp = 0,9-1,82-106 = 1,64-106 Н = 1,64 МН.

18.Так как 1,85> 1,64, то условие устойчивости криволинейных участков не выполняется. Поэтому необходимо либо лучше сплани­ ровать дно траншеи, увеличив радиус упругого изгиба трубопровода, либо увеличить толщину стенки трубопровода.

Первый путь трудноосуществим. Поэтому принимаем решение об увеличении толщины стенки нефтепродуктопровода до 8 мм и пересчитываем все величины:

d = 0,530 -2 -0,008 = 0,514 м;

F = i p ( o , 5 3 0 2 - 0,5142) = 0,0131 м*;

Р =

3,14-0,53

= 12971Н;

Р0 = 3,14 • 0,530-(20000 + 12971-tg 16) = 39474 Па;

126

28

=4,09 • ф 9 4 7 4 2 • 53774 • 0,01312 • (2,06 ■10" ) 5 • (44,7 • 10"5) 3 =

=4,9 -106 Н;

Так как 2,02<4,41 и 2,02<69,9, то условие устойчивости прямо­ линейных участков нефтепродуктопровода обеспечено.

J5377

п0 6 1 0 " -44,7-Ю "5

PN = 30;

= 30 ■д/53772 • 2,06 • 10й • 44,7 • Ю"5 = 2,5 • Юб Н;

= 0 ,9 -2 ,5 -Ю6 = 2 ,25-Ю6 Н = 2,25 МН;

NJJ* = 0 ,3 7 5 -53 77-1000 = 2,02-106 Н;

= 0,9-2,02-Ю 6 = 1,82-Ю6 Н = 1,82 МН.

Так как S > m0N (KJ) , то условие устойчивости при упругом изгибе снова не вы п о л н яется . Н о, учиты вая, что разн о сть S- m0N ^ = 1,85 -1,82 = 0,03 МН - невелика, то обеспечить устойчи-

127

вость можно увеличением радиуса упругого изгиба. Минимально необходимая его величина

Итак, достаточно увеличить радиус изгиба до 1113 м и устойчи­ вость нефтепродуктопровода при упругом изгибе будет обеспечена.

Пример 4.3. Используя данные примеров 4.1, 4.2, рассчитать ко­ личество бетонных пригрузов участка нефтепродуктопровода дли­ ной £т = 5000 м, прокладываемого через болото. Угол поворота оси трубопровода принять равным 10°, радиус кривизны рельефа дна траншеи R = 1000 м, толщину противокоррозионной битумной изо­

5.Нормативный вес балластировки в воде по формуле (4.33)

q L . = ^ (1 ,0 5 - 2 6 7 9 + 10,8-2504) = 355,3 Н/м.

6 .При использовании грузов типа УБО в соответствии с табл. 4.7 шг=1725 кг. Принимая рб=2300 кг/м3, по формуле (4.37) вычисляем расстояние между отдельными грузами

1725-9,81 ( 1150

23,8 м.

355,3 \ 2300

128