Методические указания по практическим занятиям для студентов направления



страница5/9
Дата13.01.2020
Размер3.7 Mb.
ТипМетодические указания
1   2   3   4   5   6   7   8   9

Практическая работа №1


Расчет толщины стенки трубопроводов

Теоретические основы



Расчетную толщину стенки трубопровода δ, мм, следует определять по формуле

(1)

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки следует определять из условия



(2)

где n - коэффициент надежности по нагруз­ке - внутреннему рабочему давле­нию в трубопроводе, принимаемый по прил. 35; p – рабочее давление, МПа; Dн - наружный диаметр трубы, мм; R1расчетное сопротивление растяжению металла труб, МПа; ψ1 - коэффициент, учитывающий двух­осное напряженное состояние труб



(3)

где нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб, принимается равным минимальному значению временного сопротивления σвр (предела прочности) по прил. 40, МПа; m – коэффициент условий работы трубопровода принимаемый по прил. 34; k1 , kн – коэффициенты надежности, соответственно, по материалу и по назначению трубопровода, принимаемые по прил. 39, 37.

, (4)

где σпр.N - продольное осевое сжимающее нап­ряжение, МПа.



, (5)

где α, Е, μ – физические характеристики стали, принимаемые по прил. 38; Δt – температурный перепад, 0С, Δt= tэ – tф ; Dвн – диаметр внутренний, мм, с толщиной стенки δн, принятой в первом приближении, Dвн = Dн –2 δн.

Толщину стенки труб следует принимать не менее 1/140 Dн, но не менее 3 мм для труб условным диаметром 200 мм и менее, и не менее 4 мм - для труб условным диаметром свыше 200 мм.

Увеличение толщины стенки при наличии продоль­ных осевых сжимающих напряжений по сравнению с величиной, полученной по первой формуле, должно быть обосновано технико-экономическим расчетом, учитывающим конструктивные решения и темпера­туру транспортируемого продукта.

Полученное расчетное значение толщины стенки трубы округляется до ближайшего большего значе­ния, предусмотренного государственными стандар­тами или техническими условиями.

Задача. Определить толщину стенки трубы участка магистрального нефтепровода с наружным диаметром Dн. Исходные данные для расчета: категория участка, внутреннее давление – р, марка стали, температура стенки трубы при эксплуатации – tэ, температура фиксации расчетной схемы трубопровода – tф, коэффициент надежности по материалу трубыk1. Исходные данные в табл. 1

Таблица 1

Исходные данные к задаче


№ вар.

Dн, мм

Категория участка

, кг/м3

tф ,0С

tэ, 0С

р,МПа

Марка

стали


k1

1

530

В

850

-33

4

5,0

13Г1С-У

1,4

2

620

I

840

-35

10

6,8

17Г1С

1,34

3

720

II

750

-40

16

6,9

13Г2АФ

1,47

4

820

III

770

-39

14

7,3

13Г1С-У

1,4

5

1020

IV

780

-38

8

4,3

09ГБЮ

1,34

6

1220

IV

870

-37

12

4,5

12Г2СБ

1,47

7

530

I

840

-36

6

5,8

09Г2ФБ

1,4

8

820

II

830

-34

18

6,5

13Г1СБ-У

1,34

9

1020

III

890

-32

20

4,3

10Г2ФБ

1,47

10

1220

IV

810

-31

22

5,3

10Г2ФБЮ

1,4

11

530

IV

850

-37

4

4,5

13Г1С-У

1,4

12

620

IV

840

-36

10

5,8

17Г1С

1,34

13

720

I

750

-34

16

6,5

13Г2АФ

1.47

14

820

II

770

-32

14

4,3

13Г1С-У

1,4

15

1020

III

780

-31

8

5,3

09ГБЮ

1,34

16

1220

IV

870

-33

12

5,0

12Г2СБ

1,47

17

530

III

840

-35

6

6,8

09Г2ФБ

1,4

18

820

IV

830

-40

18

6,9

13Г1СБ-У

1,34

19

1020

IV

890

-39

20

7,3

10Г2ФБ

1,47

20

1220

I

810

-38

22

4,3

10Г2ФБЮ

1,4

21

720

IV

780

-39

4

5,3

12Г2СБ

1,47

22

820

IV

870

-38

10

4,5

09Г2ФБ

1,4

23

1020

I

840

-37

16

5,8

13Г1СБ-У

1,34

24

1220

II

830

-36

14

6,5

10Г2ФБ

1,47

25

530

III

890

-34

8

4,3

10Г2ФБЮ

1,4



Практическая работа №2


Проверка продольной устойчивости подземного трубопровода

Теоретические основы

Проверку на прочность подземных и назем­ных (в насыпи) трубопроводов в продольном направлении следует производить из условия

(6)

где σпр.N - продольное осевое напряжение от расчетных нагрузок и воздействий, МПа, определяемое по формуле (5), но для принятой толщины стенки; ψ2 - коэффициент, учитывающий двух­осное напряженное состояние ме­талла труб, при растягивающих осе­вых продольных напряжениях (σпр.N ≥ 0), принимаемый равным единице, при сжимающих (σпр.N < 0) определяемый по формуле



(7)

σкц - кольцевые напряжения от расчётного внутреннего давления, МПа, определяемые по формуле

(8)

δ – принятая толщина стенки трубы, мм.

Для предотвращения недопустимых пласти­ческих деформаций подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов проверку необходимо производить по условиям

а) (9)

б)

где =т (предел текучести стали), МПа; - максимальные (фибровые) суммар­ные продольные напряжения в трубо­проводе от нормативных нагрузок и воздействий, определяемые по формуле

(10)

где R - минимальный радиус упругого из­гиба оси трубопровода, м; - кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления, МПа, определяемые по формуле

(11)

ψ3 - коэффициент, учитывающий двух­осное напряженное состояние ме­талла труб; при растягивающих про­дольных напряжениях ( ≥ 0) принимаемый равным единице, при сжимающих ( ≤ 0) - определяемый по формуле

(12)

Задача 2. Проверить на прочность, на недопустимость пластических деформаций участок магистрального газопровода с наружным диаметром Dн и толщиной стенки - . Исходные данные для расчета: категория участка, внутреннее давление – р, марка стали, температура стенки трубы при эксплуатации – tэ, температура фиксации расчетной схемы трубопровода – tф, коэффициент надежности по материалу трубы – k1. Радиус упругого изгиба R=1000 Dн. Исходные данные в табл. 13.1.

Практическая работа №3


Расчет катодной защиты

Мощность СКЗ определяется



(3.1)

где I
дрток СКЗ в точке дренажа, а;  - напряжение на зажимах источника постоянного тока, В.

Общее число СКЗ



(3.2)

где L
общ – общая длина трубопровода, км; L – расчетная длина защищаемого участка трубопровода, км.

Расчетную длину защищаемого участка трубопровода можно определить по формуле



. (3.3)

Вышеприведенные потенциалы связаны между собой выражением



(3.4)

Величины потенциалов при защите подземных металлических сооружений от коррозии измеряют по отношению к медно-сульфатному электроду сравнения (МЭС).

Многочисленными сравнениями установлено, что величина естественного потенциала подземных металлических сооружений колеблется в интервале от – 0,23 до – 0,72 В, причем практический диапазон изменения Еест составляет от – 0,45 до – 0,60 В. Поэтому, если не имеется точных данных о величине естественного потенциала стали в данном грунте, принято считать Еест = - 0,55 В (по МЭС).

Отсюда, пользуясь формулой (3.4), легко получить предельные значения наложенного потенциала для стального изолированного трубопровода:



Emax = -1,1 - (- 0,55) = -0,55 В, Emin = - 0,85 - (- 0,55) = - 0,30 В,

где кв - коэффициент, учитывающий влияние смежной СКЗ

(3.5)

где - постоянная распространения тока вдоль трубопровода

, (3.6)

где RТ – продольное сопротивление трубопровода вычисляют по формуле

, (3.7)

где Т – удельное электросопротивление трубной стали, Т 0,245 Оммм2/м; D, - наружный диаметр трубопровода и толщина стенки; Rизсопротивление единицы длины изоляции

, (3.8)

где Rиз(нс) – сопротивление изоляционного покрытия.

- коэффициент работы анодного заземления определяется по формуле



, (3.9)

где Г – удельное электросопротивление грунта

,

где ri - удельное электросопротивление грунта на участке длиной Li; - доля участка длиной Li в обшей протяженности трубопровода L.

Рассмотрим принципиальную электрическую схему катодной защиты (рис. 3.3). Как следует из этой схемы, для наиболее простого случая катодной защиты общее сопротивление цепи можно представить как ряд последовательно соединенных отдельных сопротивлений: R1 и R5 - сопротивления соединительных проводов; R2 - сопротивление растеканию тока с анодного заземления в окружающую почву; R3 - сопротивление почвы между анодным заземлением и защищаемым сооружением; R4 - общее сопротивление тока на пути «почва - металл защищаемого сооружения - точка дренажа».


Рис. 1. Электрическая схема катодной защиты для расчета мощности СКЗ



Если пренебречь относительно малой величиной сопротивления К3 (из-за большого сечения почвенного проводника), то общее сопротивление цепи катодной защиты

(3.11)

где Ra = R2 сопротивление растеканию тока с анодного заземления; Rпр = R1 + R5 - сопротивление соединительных проводов; Rк = R4 - сопротивление собственно защиты.

Таким образом,



(3.12)

где


Силу тока в точке дренажа определяют по формуле



(3.13)

где Zвх – входное сопротивление трубопровода, Ом;



(14.14)

где - удельное электрическое сопротивление грунта, Омм; у – расстояние от трубопровода до анодного заземления, м, у = 50 … 500 м;

Сопротивление растеканию тока одиночного вертикального электрода в коксовой засыпке (при lа << 4h: da << 2la)



, (3.15)

где d, da, la – соответственно диаметр электрода, диаметр и длина засыпки (табл. 14.4); h – расстояние от поверхности земли до середины электрода; a – удельное сопротивление засыпки Омм; a = 0,2 Омм.

Таблица 3.1.



Техническая характеристика комплектных анодных заземлителей

Тип

Материал электрода

Размеры, мм

Масса, кг

Эл. хим. эквивалент кг/А∙год

электрод

общие

электр.

общая

диаметр

длина

диаметр

длина

АК-1

сталь

50

1400

185

1420

21

60

1,0

АК-3

железокрем.

40

1400

185

1420

12

53

0,12

АК-1 Г




68

1400

225

1700

41

90

0,12

АК-2Г




40

1400

150

1700

12

60

0,12

ЗЖК-12-КА




30

1400

185

1425

80

40

0,12

ЗЖК-41п- КА




68

1400

240

1700

41

100

0,12

АКЦ

сталь

50

1700

150

-

26

-

1,0

Оптимальное число электродов анодного заземления



(3.16)

где Сэ – стоимость электроэнергии, руб/кВт; uкоэффициент использования электрода; u = 0,95; - время работы СКЗ в году; ( + ) – норма амортизированных отчислений; Са – стоимость установки одного электрода, руб.; - КПД катодной установки; = 0,7; в – коэффициент экранирования электродов при выбранном расстоянии между ними.

Таблица 3.2



Коэффициент экранирования вертикальных трубчатых заземлителей, размещенных в ряд (в)

Число труб

Отношение расстояния между трубами к длине трубы







2

0,84 - 0,87

0,9 - 0,92

0,93 - 0,95

3

0,76 - 0,8

0,85 - 0,88

0,9 - 0,92

5

0,67 - 0,72

0,79 - 083

0,85 - 0,88

10

0,56 - 0,62

0,72 - 0,77

0,79 - 0,83

15

0,51 - 0,56

0,66 - 0,73

0,76 - 0,80

20

0,41 - 0,5

0,65 - 0,7

0,74 - 0,79

50

0,38 - 0,43

0,56 - 0,63

0,68 - 0,74

Сопротивление растеканию тока с анодного заземления

(3.17)

Оптимальная плотность тока в дренажной линии