Расчеты при ремонте трубопроводов

Расчет трубопроводов на прочность. Справочная книга

Камерштейн А.Г., Рождественский В.В., Pyчимский М.H.

1969 г.

размещено: 15 Марта 2014

сканы: bap
обработка: Armin

Изд. 2 , перераб. и дополн. М., изд-во «Недра»

Книга посвящена в опросам прочностных расчетов различных трубопроводов нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических заводов и других промышленных предприятий, располагающих системой трубопроводов, а также трубопроводов, применяемых для транспорта нефти, газа и нефтепродуктов.
С единой точки зрения метода предельных состояний рассмотрены расчеты отдельных элементов трубопроводов, трубопроводов , работающих в условиях самокомпенсации температурных воздействий, трубопроводов, укладываемых на опоры, подземных и надземных магистральных трубопроводов, подземных трубопроводов, укладываемых в районах горных разработок, колебаний трубопроводов.
Книга содержит большое число расчетных формул, графиков и таблиц, систематизирующих и облегчающих труд проектировщика, и предназначена для инженеров и техников, работающих в области расчета, проектирования и монтажа трубопроводов различного назначения.

Оглавление

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
Основы расчета по предельным состояниям
Основные законы упруго-пластических деформаций
Ползучесть материалов
Колебания и усталость материалов

РАСЧЕТ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ
Общпе положения
Расчет кривых труб на внутреннее давление
Расчет гибкости кривых труб
Расчет сварных из секторов кривых труб
Влияние внутреннего давления на гибкость кривых труб при изгибе
Напряжения в кривых трубах
Учет совместного воздействия внутреннего давления и изгиба
Расчет кривых труб на усталостную прочность
Расчет неусиленных тройников
Расчет усиленных тройников
Рекомендации по проектированию тройниковых соединений
Расчет конических переходов
Сферические заглушки
Линзовые компенсаторы

РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Основные понятия
Методы расчета трубопроводов на температурные воздействия
Расчет простых трубопроводов методом сил
Определение единичных перемещений плоских простых трубопроводов
Определение температурных перемещений плоских простых трубопроводов
Решение системы канонических уравнений способом Гаусса
Определение усилий в элементах плоских простых трубопроводов
Типовые схемы расчета плоских простых трубопроводов
Расчет плоских простых трубопроводов способом «упругого центра»
Формулы для расчета плоских простых трубопроводов различной конфигурации на температурные воздействия
Расчет плоских простых трубопроводов с шарнирами
Графики для определения вылета и упругого отпора П-образных компенсаторов
Приближенный способ расчета пространственных простых трубопроводов
на температурные воздействия

РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ, УКЛАДЫВАЕМЫХ НА ОПОРЫ
Определение толщины стенки трубы
Определение допускаемого пролета трубопроводов
Определение нагрузок, действующих на опоры трубопроводов

РАСЧЕТ ПОДЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Основные положения
Силовые воздействия, влияющие на работу трубопроводов
Требования к трубам для магистральных трубопроводов
Определение толщины стенок труб магистральных трубопроводов
Минимально допустимая толщина стенок труб
Глубина заложения магистральных трубопроводов
Расчет анкерных креплений трубопроводов
Определение толщины стенок защитных кожухов для пропуска трубопроводов под железнодорожными насыпями
Расчет асбестоцементных труб

РАСЧЕТ НАДЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Общие положения
Основы расчета
Расчет балочных и консольных переходов
Расчет надземных трубопроводов при прокладке их «змейкой»
Расчет компенсаторов при надземной прокладке трубопроводов
Определение нагрузок , действующих на опоры надземных магистральных
трубопроводов

РАСЧЕТ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, УКЛАДЫВАЕМЫХ В РАЙОНАХ ГОРНЫХ РАЗРАБОТОК
Основные положения
Характер деформаций земной поверхности в районах горных разработок
и их влияние на работу трубопроводов
Величина деформаций земной поверхности
Продолжительность процесса сдвижения земной поверхности
Безопасная глубина подработки
Определение деформаций земной поверхности применительно к
расчету трубопроводов
Расчет трубопроводов
Конструктивные мероприятия по защите трубопроводов от вредного
влияния горных разработок

РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ НА КОЛЕБАНИЯ
Собственные частоты колебаний трубопроводов, лежащих на жестких опорах
Собственные частоты колебаний трубопроводов, имеющих упругие опоры
Собственная частота колебаний Л-образного компенсатора
Собственные частоты колебаний арочных трубопроводов
Колебания висячих трубопроводов
Динамическое действие ветровой нагрузки на трубопроводы
Мероприятия по уменьшению колебаний
Расчет трубопроводов на сейсмические воздействия

Приложения
Приложение I. Геометрические характеристики и вес труб
Приложение II. Значения модулей упругости и коэффициентов линейного расширения трубных сталей
Приложение III. Механические характеристики металла труб в состоянии поставки

Источник

Как выполняется расчет трубы на прочность и другие серьёзные

При монтаже бытовых трубопроводов расчет не делают, поскольку для этих целей используют стандартные трубы, прочности которых достаточно, дабы выдержать давление воды, газа и пр. А вот строить промышленные магистрали без определенного расчета как правило страшно, поскольку это может привести к стремительному выходу из строя системы и другим неприятным последствиям.

В данной статье мы рассмотрим базы того, как выполняется расчет прочности трубы, и некоторых других параметров, каковые нужно знать, перед тем как выстроить конструкцию.

Расчет прочности

Нужно заявить, что расчет прочности трубы нужен не только чтобы магистраль была надежной. Это кроме этого разрешит избежать перерасхода средств, поскольку излишняя прочность приведет к удорожанию строительства. Исходя из этого проектирование есть не меньше серьёзным этапом строительства трубопровода, чем его монтаж.

Итак, этот расчет подразумевает определение нескольких главных параметров:

• Внутренний диаметр трубы в зависимости от скорости потока транспортируемой жидкости,
• Внутренний диаметр в зависимости от гидравлического сопротивления,
• Толщина стенок.

Любой параметр определяется по определенным формулам, с которыми мы ознакомимся ниже.

Расчет внутреннего диаметра

Выяснить оптимальный внутренний диаметр трубы при заданной скорости протекания жидкости в ее расходе и трубопроводе возможно своими руками по формуле – D=4Q3600v?y м, где:

• Q — расход жидкости, измеряется в мг/ч.
• v — скорость протекания жидкости в трубопроводе, измеряется в м/сек.
• y — удельный вес жидкости при заданных параметрах, измеряется в кг/м3. Данное значение принимается по справочникам.

Скорость перемещения различных жидкостей и газов определенны расчетами, и обоснованы практическими опытами. Исходя из этого, при расчетах возможно воспользоваться следующими данными:

Для воды и всевозможных маловязких жидкостей (таких как ацетон, спирт, не сильный растворы кислот и щелочей, бензин и пр.)	15 — 30 м/сек
Для газов большого давления и перегретого пара	30-60 м/сек
Для насыщенного пара и сжатого воздуха	20 — 40 м/сек

Из вышеприведенной формулы направляться, что диаметр сечения трубопровода зависит от скорости протекания жидкости. Чем она выше, тем проходное сечение должно быть меньше, соответственно, ниже будут и затраты на постройку конструкции.

Гидравлическое сопротивление

При перемещении жидкости либо газа по трубопроводу в обязательном порядке появляется сопротивление в следствии трения транспортируемого продукта о стены трубы и всевозможные преграды в системе. Это сопротивление именуют гидравлическим. Чем выше ее протекания плотность и скорость жидкости, тем больше гидравлическое сопротивление.

Диаметр трубопровода возможно выяснить по заданной утрата напора.

Инструкция по исполнению данного расчета выглядит следующим образом – D=?L?p•y•v2g кгс/см2, где:

• ?p = P1-Р2 — заданная или допускаемая утрата давления между начальной и конечной точкой трубопровода, измеряется в кгс/см2.
• L — протяженность магистрали.
• ? — коэффициент гидравлического сопротивления, может составлять 0,02—0,04.
• g — ускорение силы тяжести, которое равняется 9,81м/сек.

Само собой разумеется, этот расчет разрешает выяснить утрату давления в прямой трубе. Что касается определения этого фасонных частей и показателя арматуры, то его находят по утрата давления на прямом участке трубы соответствующего диаметра и с эквивалентной длиной.

Эквивалентной длиной именуют прямой участок трубы, гидравлическое сопротивление которого равняется сопротивлению фасонной части при равных других условиях.

Толщина стены

Главным параметром трубы, который воздействует на прочность, есть толщина стены.

Данный показатель зависит от нескольких факторов:

• Внутреннего и наружного давления, оказываемого на трубу,
• Диаметра трубопровода,
• Материала, из которого выполнена труба и его коррозионной стойкости.

На большая часть трубопроводов воздействует только внутреннее давление. Внешнему же давлению подвержены вакуумные трубопроводы, и системы с рубахами, предназначенные для обогрева паром легко застывающих либо кристаллизирующихся продуктов.

Толщину стенок металлических труб, на каковые воздействует внутреннее избыточное давление, определяют расчетом на прочность и добавкой толщины, которая отводится на износ от коррозии.

Для этого употребляется следующая формула – S= Sp-C,

• Sp — расчетная толщина, измеряемая в мм.
• С — прибавка на коррозию. В большинстве случаев она образовывает 2-5 мм (для среднеагрессивных сред).

Расчетную толщину стены возможно взять по следующей формуле — Sp=pDн230?доп?+P мм, где:

• p —избыточное внутреннее давление в трубе, кгс/см2.
• Dн— наружный диаметр трубопровода.
• ?доп — допустимое напряжение на разрыв, сгс/мм2. Этот показатель возможно выяснить по справочникам, в зависимости от температуры транспортируемой жидкости и марки стали.
• ? — коэффициент прочности сварного шва. В случае если труба бесшовная, то коэффициент ?=1. Для сварных труб данный показатель может составлять 0,6—0,8, в зависимости от типа вида сварки и сварного шва.

Обратите внимание! При монтаже трубопровода, а также в случае его ремонта, нельзя устанавливать отдельные случайные подробности, выполненные из непроверенного либо малоизвестного материала, поскольку это может привести к аварии в системе.

Нужно заявить, что при расчете трубопроводов уделяют внимание не только толщине труб, но и самому материалу. К примеру, в случае если температура, при которой будет эксплуатироваться система, образовывает менее 450 градусов по шкале Цельсия, то применяют трубы, выполненные из стали марки 20.

В случае если температура транспортируемого продукта в системе будет высокой, то выбирают сталь 12Х1МФ. Это разрешает применять трубопровод с более узкими стенками. Соответственно, от толщины стенок сильно зависит и цена конструкции.

Устойчивость трубопровода

При расчете магистралей кроме прочности трубопровода ответственным параметром есть его устойчивость в продольном направлении.

Этот расчет делают из условия — S?mNкр, где

• S — продольное эквивалентное осевое упрочнение в сечении системы.
• m — коэффициент условий работы системы. Данное значение находится в справочниках.
• Nкр – критическое продольное упрочнение, при котором трубопровод теряет продольную устойчивость. Данное значение нужно определять в соответствии с существующим правилам строительной механики, с учетом изначального искривления системы, наличия балласта, который закрепляет трубопровод, и черт грунта. На обводненных участках нужно кроме этого учитывать гидростатическое действие воды.

Обратите внимание! Продольную устойчивость нужно контролировать для криволинейных участков в плоскости изгиба магистрали. На прямолинейных участках продольную устойчивость подземных участков необходимо контролировать в вертикальной плоскости, радиус начальной кривизны наряду с этим принимается равным 5000 м.

Продольное эквивалентное осевое упрочнение направляться определять в зависимости от воздействий и расчётных нагрузок с учетом поперечных и продольных перемещений магистрали.

Выполняется расчет по следующей формуле —

• ? — коэффициент линейного расширения материала трубы,
• E — переменный параметр упругости,
• ?t — температурный расчетный перепад,
• ?кц — кольцевые напряжения от внутреннего расчетного давления,
• F – площадь поперечного сечения трубопроводной магистрали.

Обратите внимание! При определении устойчивости надземных магистралей, нужно произвести расчет анкерных опор, арочных систем, анкерных висячих опор и других элементов конструкции на опрокидывания и возможность сдвига.

Классы прочности металлических труб

Дабы по окончании исполнения всех нужных расчетов прочности трубопровода легче было подобрать подходящие трубы, были введены классы прочности труб. В этом случае прочность изделий оценивается сопротивлением металла при растяжении.

Несколько прочности труб обозначается буквой «К» и нормативным значением в кгс/мм2 от 34 до 65. К примеру, газопроводы в районах средней полосы, с учетом средней температуры воздуха около 0 градусов по шкале Цельсия и рабочего давления в системе в 5,4 МПа, делают из труб класса прочности K52.

В условиях Крайнего Севера, где средняя температура образовывает -20 градусов по шкале Цельсия и рабочее давление в системе планируется в 7,4Мпа, делают газопроводы из труб класса прочности К55-К60.

Расчет массы трубы

Как правило при расчете системы может потребоваться значение массы труб, например, дабы соотнести его с несущей свойством опор либо затраты на транспортировку.

Действительно, для этого нет необходимости вычислять математическим способом, сколько весит конкретный отрезок той либо другой трубы, поскольку справочная информация содержит правильный вес погонного метра самых различных видов труб.

Достаточно только знать следующую данные:

• Материал трубы,
• Внешний диаметр,
• Толщину стенок и пр.

По окончании того как вес одного погонного метра будет известен, это значение нужно умножить на количество погонных метров.

Площадь внешней поверхности

При монтаже различных магистралей может потребоваться их утепление, гидроизоляция, покраска и пр. Для этого нужно выяснить площадь трубопровода, что разрешит посчитать количество материала. Дабы выполнить этот расчет, нужно длину окружности наружного сечения умножить на длину трубы.

Формула определения окружности выглядит следующим образом — L=?D. Длину отрезка трубы обозначим как H.

При таких условиях площадь наружной окружности трубы будет выглядеть следующим образом — St=?DH м2, где:

• St — площадь поверхности трубы, которая измеряется в метрах квадратных.
• ? — Число «пи», которое постоянно равняется 3,14,
• D — внешний диаметр,
• H — как уже было сообщено выше, обозначает длину трубы в метрах.

К примеру, имеется труба длиной 5 метров и диаметров 30 см. Ее площадь поверхности равняется St=?DH=3,14*0,3*5=4,71 квадратных метров.

На базе приведенных выше формул кроме этого возможно выполнить площадь объема и расчёт трубопровода внутренних его стенок. Для этого нужно только поменять в расчетах величину внешнего диаметра на величину внутреннего. Все эти параметры смогут потребоваться при монтаже бытового трубопровода.

Вывод

Мы рассмотрели базы того, как выполняется расчет трубопроводов на устойчивость и прочность. Само собой разумеется, при монтаже промышленных магистралей выполняется значительно более сложное проектирование, которое подразумевает ряд других действий, исходя из этого данную работу делают только специалисты. Но, при устройстве бытовых системы, все нужные значения возможно определить и самостоятельно.

Из видео в данной статье возможно взять дополнительную данные по данной теме.

Источник