8. Расчет магистральных трубопроводов на прочность.

Важнейший задачей расчета магистрального трубопровода является обеспечение его надежности. В строительных нормах (СНиП 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы») содержатся требования по оптимальным соотношениям предела текучести _т к пределу прочности , максимальной ударной вязкости оптимальному относительному удлинению при разрыве .

Выполнение требований СНиП 2.05.06-85 позволяет предотвратить хрупкое разрушение магистрального трубопровода в процессе его эксплуатации.

Повышенные требование при проектировании трубопроводов предъявляются к сварочным материалам и технологии сварки, они должны обеспечивать равнопрочность сварных стыков основному материалу.

Магистральный трубопровод рассчитывают по методу предельных состояний – рассматривается такое напряженное состояние, характеризуемое величиной , при котором его дальнейшая эксплуатация становится невозможной. Первое предельное состояние магистрального трубопровода наступает при его разрушении под действием внутреннего давления. Характеристикой несущей способности магистрального трубопровода в этом случае является расчетное сопротивление , которое назначается по пределу прочности металла трубы

. (8.1)

Второе предельное состояние наступает, когда в стенке трубопровода появляются пластические деформации. В этом случае расчетное сопротивление назначается по пределу текучести материала _т

. (8.2)

Для обеспечения надежной работы магистрального трубопровода при определении расчетного сопротивления вводят ряд коэффициентов отражающих вероятностный характер различных факторов, влияющих на несущую способность магистрального трубопровода

(7.3)

, (7.4)

где - нормативные сопротивления растяжению (сжатию) металла трубы;

– коэффициент условий работы магистрального трубопровода;

– коэффициент надежности по материалу;

– коэффициент надежности по назначению трубопровода.

Нормативные сопротивления металла трубы и сварных соединений и следует принимать равными соответственно минимальным значениям временного сопротивления и предела текучести, принимаемым по государственным стандартам и техническим условиям на трубы.

Коэффициент условий работы трубопровода m показывает возможное несоответствие принятой расчетной схемы реальной конструкции, а также отражает влияние последствий разрушения магистрального трубопровода на здоровье людей и стоимость выплаты ремонтно-восстановительных работ.

Коэффициент условий работы трубопровода при его расчете на прочность, устойчивость и деформативность принимается по таблице 1 СНиП 2.05.06-85 в зависимости от категории трубопровода и его участка. Категория участка магистрального трубопровода принимается по таблицам 2,3 в зависимости от назначения участка трубопровода.

В зависимости от указанных факторов установлены три значения коэффициента условий работы m:

• =0,9 – для обычной линейной части магистрального трубопровода (категории участков III –IV);

• =0,75 – для переходов магистрального трубопровода через водные преграды, железнодорожные и автомобильные дороги, трудно проходимые болота; для участков примыкающих к компрессорным станциям, узлам пуска и приема очистных устройств (категории участков I – II).

• =0,6 – для наиболее ответственных участков: трубопроводов внутри зданий, в пределах территорий компрессорных, газораспределительных и нефтеперекачивающих станций, станций подземного хранения газа; для переходов нефтепроводов диаметром 1020 мм и более через водные преграды (категория участка В).

Коэффициент надежности по материалу отражает: возможное уменьшение предела прочности металла по сравнению с нормативным значением; возможность уменьшения толщины стенки трубы по сравнению с номинальным значением; надежность конструкции трубы (зависит от технологии производства, т.е. способа изготовления, уровня контроля сварных соединений и основного металла); пластичность свойств трубных сталей. Таким образом, коэффициент отражает, как качество металла трубы, так и уровень технологического обеспечения трубного производства. Коэффициент надежности по материалу принимается по таблицам 9, 10 СНиП 2.05.06-85.

Коэффициент надежности по назначению трубопровода впервые был введен в 1975 г. в связи с увеличением диаметра сооружаемых магистральных трубопроводов и увеличением рабочего давления продукта. Коэффициент принимается по таблице 11 СНиП 2.05.06-85.

Коэффициент надежности учитывает следующие эксплуатационные факторы:

• с увеличением диаметра трубы возрастает поверхность контакта с грунтом; поэтому при деформациях грунта магистральный трубопровод большого диаметра находятся в более тяжелых условиях;

• с увеличением диаметра трубы резко возрастает её изгибная жесткость, поэтому при укладке может не обеспечиваться опирание трубы на дно траншеи по всей длине. В связи с этим возможно возникновение дополнительных изгибных напряжений;

• с увеличением диаметра возрастает металлоемкость трубопровода, общая длина сварных стыков и объем наплавленного металла, поэтому вероятность возникновения технологических дефектов повышается;

• с увеличением внутреннего давления продукта и диаметра магистрального трубопровода возрастает пропускная способность системы, отказ которой может привести к большим экономическим потерям.