книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов
..pdfгде Л - увеличение длины нефтепровода при изгибе; £ - длина изогнутого (изгибаемого) участка; No - продольное усилие на прямом участке нефтепровода.
Воздействие предварительного напряжения нефтепровода (упругого изгиба и т.д.) определяется согласно исполнительным чертежам на строительство нефтепровода и равно
Е -А,
(0.42)
2Р '
где р - радиус упругого изгиба.
При подъеме и осадке основания нефтепровода происходит его удлинение. Возникающие при этом напряжения определяются по формуле:
8 - Г
(6.43)
зе2
где/ - максимальная осадка или подъем нефтепровода в средней части участка; £ - расчетная длина участка нефтепровода, равная расстоянию между сечениями нефтепровода, где его прогиб равен нулю.
Максимальные нормативные напряжения от изгиба определяются по формуле:
(6.44)
где Мтах - максимальное значение изгибающего момента в сечениях ремонтируемого участка нефтепровода, возникающее при подъеме трубопровода или при осадке опор; Мв - изгибающий момент в вертикальной плоскости от предварительного упругого изгиба нефтепровода (выполненного в процессе строительства); Мг - изгибающий момент в горизонтальной плоскости от предварительного упругого изгиба; W - осевой момент сопротивления поперечного сечения трубы.
В подкоренном выражении сумма в скобках является алгебраической. При определении продольных напряжений учитываются напряжения,
возникающие от внутреннего давления, изменения температуры в стенках труб, упругого изгиба трубопровода во время строительства, изгиба нефтепровода в процессе ремонта, а также вследствие неравномерной осадки (грунта) основания.
Нормативная масса ремонтных машин и механизмов устанавливается согласно паспортам и инструкциям по эксплуатации.
Нормативное давление транспортируемого продукта на ремонтируемом участке нефтепровода определяется гидравлическим расчетом (согласно проектной документации).
Суммарные продольные напряжения в стенке нефтепровода определяется по формуле:
° с у » п р = + С Г . + с г и +ас +а ост, |
(6.45) |
где |
а пр - |
продольные напряжения от внутреннего давления в нефтепроводе; |
|
сг, |
- напряжения от разности |
температур нефтепровода во время укладки |
|
(сварки в |
непрерывную нить) |
и металла труб в процессе ремонта; а и - |
|
продольные напряжения от изгиба нефтепровода, возникающего в процессе
ремонта и за счет предварительного упругого изгиба; &е напряжения от удлинения нефтепровода в процессе ремонта (появляющиеся при осадке основания нефтепровода, при его подъеме); о<хт - остаточные продольные
напряжения в стенке трубопровода, определяются экспериментально. Формула (6.45) представляет собой алгебраическую сумму:
растягивающие напряжения принимаются со знаком "плюс”, а сжимающие - со знаком "минус".
Основное сочетание расчетных и нормативных нагрузок и воздействий устанавливается, исходя из одновременного действия длительных и кратковременных нагрузок и воздействий.
6.4. Расчет напряжений, возникающих в нефтепроводе при ремонте его с подъемом в траншее
Решение задачи определения напряжений, возникающих при ремонте нефтепровода с его подъемом, выполнено с использованием дифференциального уравнения упругой линии балки.
На рис. 6.3 представлена расчетная схема подъема трубопровода. Ри Р2, Р3..., Рк - усилия подъема трубопровода; Gи G2y G3, ...Gj - вес ремонтных машин, установленных на трубопроводе; I - длина изогнутого участка; q - вес трубопровода с продуктом на единицу длины; х„ х*- расстояния от ремонтных машин и грузоподъемных механизмов до границы изогнутого участка.
В результате решения дифференциального уравнения найдено общее уравнение упругой линии для приподнятой части трубопровода, которое позволяет определить напряжения, возникающие в трубопроводе при любом виде и количестве действующих на него внешних сил.
Формулы устанавливают зависимость напряжений в опасных сечениях от числа поддерживающих трубопровод трубоукладчиков и высоты подъема трубопровода.
Расчеты позволяют подобрать необходимые параметры подъема и укладки ремонтируемого трубопровода, исходя из заранее заданных напряжений и наличия технических средств. Полученные формулы позволяют рационально использовать грузоподъемность трубоукладчиков и обоснованно размещать их по длине приподнятой части трубопровода.
Таблица 6.3 Формулы для определения высоты подъема в расчетных сечениях
_________________________ трубопровода_____________________________
Схема |
|
Высота подъема в сечениях № 1-5 |
|
||
подъема |
h, |
h2 |
h3 |
h4 |
h5 |
ачК
|
12EÎ |
|
|
|
|
|
б |
Я*о |
ч К |
|
|
|
|
4SEI |
4SEI |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
в |
4*1 |
2ч 4 |
|
|
|
|
4QE1 |
43El |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
г |
ч К |
я*о |
|
|
|
|
36EJ |
\6EI |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
Д |
5чК |
8чК |
n qi \ |
|
|
|
16SEI |
105El |
28QEJ |
|
|
||
|
|
|
||||
е |
Ч*о |
25q t\ |
чК |
|
|
|
32EI |
288El |
SEI |
|
|
||
|
|
|
||||
ж |
7ч£Ло |
2чК |
25q l\ |
32qt*0 |
|
|
216EI |
21El |
168E1 |
189£7 |
|
||
|
|
|||||
3 |
ч 4 |
49qe*o |
27qt% |
5чК |
|
|
|
3QEI |
480A7 |
160EJ |
24El |
|
|
и |
зчК |
2>2qi\ |
49qe4o |
sqt l |
625q i\ |
|
88El |
291El |
264EI |
33El |
2376EI |
||
|
||||||
к |
sqe\ |
9чК |
ч А |
49q£i |
5чК |
|
|
144El |
S0E1 |
5El |
Ш Е1 |
\6E1 |
Таблица 6.4 Формулы для определения изгибающего момента трубопровода при его
______________________________ подъеме_______________________________
Схема |
|
Изгибающие моменты в сечениях №1-5 |
|
||
подъема |
Л/, |
М2 |
М3 |
М4 |
М5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
a |
чА |
|
|
|
|
6 |
|
6 |
|
|
Я*\ |
в1 |
8 |
8 |
|
|
2Ч1\ |
||
|
зА |
||
|
|
10 |
15 |
Рис. 6.6 Схема расстановки ремонтных машин и механизмов при ремонте с использованием двух опор-крепей: а - нефтепровод поддерживается опоройкрепью 4; б - то же опорой-крепью 3; 1 - подкапывающая машина; 2 —очистная машина; 3,4 - опоры-крепи; 5 - изоляционная машина; 6 - нефтепровод
Рис. 6.7. Схема расстановки ремонтных машин и механизмов при ремонте с без использования грузоподъемных механизмов: 1 - подкапывающая машина; 2 - очистная машина; 3 - изоляционная машина; 4 - трубопровод
В последнее время в методиках и нормативных документах рекомендуется вычисление изгибающих моментов выполнять с применением метода конечных элементов и метода последовательного приближения. При этом нефтепровод вдоль оси представляется в виде отдельных элементов (узлов) определенной длины, на которые действуют обобщенные дискретные
нагрузки q„ приложенные в их центрах (рис. 6.8). При рассмотрении условия локального равновесия элементов нефтепровода предлагается общая зависимость для определения упругой линии нефтепровода:
Vi = ^ + k vi i + VM) - U v l_2 +VM ), |
(6.46) |
|
6E I 3 |
6 |
|
где V— смещение /-го элемента рассматриваемого участка нефтепровода; qt — суммарное значение нагрузок, действующих на / - й элемент нефтепровода (включая сосредоточенные силы — вес ремонтных машин, усилие грузоподдерживающих и подъемных устройств и распределенные силы — отпор грунта, вес нефтепровода, вес присыпанного на нефтепровод грунта).
Qi+l 4i+2
Рис. 6.8. Разбивка участка на конечные элементы.
Нагрузку следует определять в целом по следующей алгебраической зависимости:
4 i = Яп + Ян + Ягр + Я/ + P i, |
(6.47) |
где qn— вес трубы, изоляционного покрытия и перекачиваемого продукта; q?p - отпор грунта на нефтепровод снизу; Rt - усилие /рузоподъемных устройств (например, усилие на крюках трубоукладчиков); Р, — вес ремонтных машин; qH вес грунта, действующий на нефтепровод сверху (присыпанного, уплотненного).
Принимается следующее правило знаков: если нагрузка направлена вверх - «плюс», если вниз - «минус». При отрыве нефтепровода от грунта снизу отпор грунта принимается равным нулю.
Смещения Vh V V,+j, Vi+2являются искомыми величинами, зависящими
от q,.
На рис. 6.9 приведена наиболее характерная схема ремонтируемого участка нефтепровода. Ремонтная колонна движется справа налево.
Участок 1. Нефтепровод защемлен в уплотнившемся при эксплуатации грунте. Высота грунта над трубой равна h\. На трубу действуют: вес трубы, давление грунта сверху <7ы и отпор грунта снизу.
Отпор уплотненного 1рунта q^ практически можно определить исходя из условия, что грунт обладает свойством деформироваться по линейному закону.
Отпор грунта следует определять в зависимости от смещения небтепоовода по формуле: