logo
Оператор товарный - пособие

5.1. Компенсация тепловых удлинений трубопроводов

В процессе эксплуатации трубопроводы изменяют свою температуру в связи с изменением температуры окружающей среды и перекачиваемых жидкостей. Колебание температуры стенки трубопровода приводит к изменению его длины.

Закон изменения длины трубопровода выражается уравнением

Δ=α ·l(ty-to),

где Δ — удлинение или укорочение трубопровода; а — коэффициент линейного расширения металла труб (для стальных труб α = 0,000012 1/°С); l — длина трубопровода; ty— температура укладки трубопровода; t0- температура окружающей среды.

Если концы трубопровода жестко закреплены, то от температурных воздействий в нем возникают термические напряжения растяжения или сжатия, величина которых определяется по закону Гука

,

где Е - модуль упругости материала трубы (для стали) E = 2,1·106 кг/см2 =2,1·105 МПа).

Эти напряжения вызывают в точках закрепления трубопровода усилия, направленные вдоль оси трубопровода, не зависящие от длины, и равные

N = σ · F,

где σ — напряжение сжатия и растяжения, возникшее в трубе от изменения температуры; F — площадь живого сечения материа­ла трубы.

Величина N может быть очень большой и привести к раз­рушению трубопровода, арматуры, опор, а также нанести повре­ждения оборудованию (насосам, фильтрам и т.п.) и резервуарам.

Изменения длины подземных трубопроводов зависят не только от колебаний температуры, но и от силы трения трубы о грунт, которая препятствует изменениям длины.

Если усилия от термических напряжений не зависят от длины трубопровода, то сила трения трубы о грунт прямо про­порциональна длине трубопровода. Существует такая длина, на которой силы трения могут уравновеситься с термической силой, и трубопровод не будет иметь изменения длины. На участках меньшей длины трубопровод будет передвигаться в грунте.

Предельная длина такого участка 1max, на котором возмож­но перемещение трубопровода в грунте, определяется по уравне­нию

где δ — толщина стенки трубы, см; k — давление грунта на по­верхность трубы, кг/см2; μ — коэффициент трения трубы о грунт.