Приложение Д (обязательное). Расчеты на прочность и устойчивость магистральных трубопроводов и расчетные коэффициенты

Приложение Д
(обязательное)

Расчеты на прочность и устойчивость магистральных трубопроводов и расчетные коэффициенты

Д.1 Расчетные коэффициенты приведены в таблицах Д.1-Д.4.

Таблица Д.1 - Коэффициент условий работы трубопровода при расчете на прочность, устойчивость и оценке возможности возникновения недопустимых пластических деформаций

Категория участка МТ	Значение коэффициента условий работы трубопровода при расчете на прочность, устойчивость и при оценке возможности возникновения недопустимых пластических деформаций m
В	0,660
I	0,825
II	0,825
III	0,990

Таблица Д.2 - Коэффициент надежности по материалу

Характеристика труб	Значение коэффициента надежности по материалу k 1
Сварные из стали контролируемой прокатки и термически упрочненные трубы, изготовленные двухсторонней электродуговой сваркой под флюсом по сплошному технологическому шву, с минусовым допуском по толщине стенки не более 5 % и подвергнутые автоматическому контролю в объеме 100 % на сплошность основного металла и сварных соединений неразрушающими методами. После выполнения технологического шва допускается лазерная (лазерно-гибридная) сварка средней части толщины стенки, при этом часть этого сварного соединения остается в готовой трубе после двухсторонней электродуговой сварки под флюсом	1,34
Сварные, изготовленные двухсторонней электродуговой сваркой под флюсом и подвергнутые автоматическому контролю в объеме 100 % сварных соединений неразрушающими методами. Бесшовные, подвергнутые автоматическому контролю в объеме 100 % в на сплошность металла неразрушающими методами. Сварные, изготовленные электроконтактной сваркой токами высокой частоты, подвергнутые локальной термообработке сварных соединений или общей термообработке, подвергнутые автоматическому контролю в объеме 100 % на сплошность основного металла и сварных соединений неразрушающими методами	1,40
Сварные, изготовленные электроконтактной сваркой токами высокой частоты, подвергнутые общей термообработке или локальной термообработке сварных соединений и сварные соединения которых подвергнуты автоматическому контролю в объеме 100 % неразрушающими методами	1,47
Прочие бесшовные или электросварные	1,55
П р и м е ч а н и е - Допускается применять коэффициенты: 1,34 вместо 1,40; 1,40 вместо 1,47 и 1,47 вместо 1,55 для труб, изготовленных двухслойной сваркой под флюсом или электросваркой токами высокой частоты со стенками толщиной не более 12 мм при использовании специальной технологии производства, позволяющей получить качество труб, соответствующее данному коэффициенту k 1.

Таблица Д.3 - Коэффициент надежности по материалу k ₂

Характеристика труб	Отношение /	Значение коэффициента надежности по материалу k 2
Бесшовные	До 0,60 включ.	1,10
Бесшовные	От 0,60 до 0,80 включ.	1,15
Сварные	До 0,80 включ.
Бесшовные или сварные	Св. 0,80	1,20

Таблица Д.4 - Коэффициент надежности по ответственности трубопровода k _н

DN трубопровода	Значение коэффициента надежности по ответственности трубопровода k н
DN 500 и менее	1,100
От DN 600 до DN 1000 включ.	1,110
DN 1200	1,155

Основные физические характеристики стали для труб приведены в таблице Д.5.

Таблица Д.5 - Основные физические характеристики стали для труб

Физическая характеристика стали	Значение
Плотность	7850 кг/м 3
Модуль упругости Е 0	206 000 МПа
Коэффициент линейного расширения	0,000012 град -1
Коэффициент поперечной деформации Пуассона в стадии работы металла:
- упругой  0	0,3
- пластической	по формуле (Д.2.4)

Д.2 Определение продольных осевых и максимальных суммарных продольных напряжений

Для прямолинейных и упруго-изогнутых участков подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта напряжения определяют по формулам:

- продольные осевые, МПа

,

(Д.2.1)

- максимальные (фибровые) суммарные продольные, МПа

,

(Д.2.2)

где - коэффициент линейного расширения металла трубы, град ^-1;

Е - переменный параметр упругости (модуль Юнга), МПа, определяемый по формуле

;

(Д.2.3)

- переменный коэффициент поперечной деформации стали (коэффициент Пуассона), определяемый по формуле

;

(Д.2.4)

t - расчетный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании, °С;

 _i - интенсивность напряжений, определяемая через главные напряжения:

- для проверок условий прочности по формуле

;

(Д.2.5)

- для проверок условий возможности возникновения недопустимых пластических деформаций по формуле

;

(Д.2.6)

 _i - интенсивность деформаций, определяемая по интенсивности напряжений в соответствии с диаграммой деформирования, рассчитываемой по нормированной диаграмме растяжения - по формулам:

;

(Д.2.7)

,

(Д.2.8)

где  ₀ - коэффициент поперечной деформации в упругой области;

Е ₀ - модуль упругости, МПа;

- деформация;

- напряжения, определяемые по нормированной диаграмме растяжения -.

Для трубопроводов, прокладываемых в районах горных выработок, дополнительные продольные осевые растягивающие напряжения , МПа, вызываемые горизонтальными деформациями грунта от горных выработок, определяют по формуле

,

(Д.2.9)

где  ₀ - максимальные перемещения трубопровода на участке, вызываемые сдвижением грунта, см, определяемые по формуле

;

(Д.2.10)

l _m - длина участка деформации трубопровода с учетом его работы за пределами мульды сдвижения, см;

- коэффициент, определяемый по формуле

;

(Д.2.11)

 _пр.гр - предельное сопротивление грунта продольным перемещениям трубопровода, МПа;

l - длина участка однозначных деформаций земной поверхности в полумульде сдвижения, пересекаемого трубопроводом, см;

;

(Д.2.12)

 ₀ - максимальное сдвижение земной поверхности в полумульде, пересекаемой трубопроводом, см;

u _max - перемещение, соответствующее наступлению предельного значения  _пр.гр, см.

Д.3 Условие проверки общей устойчивости трубопровода в продольном направлении

Проверку общей устойчивости трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы проводят исходя из условия

,

(Д.3.1)

где S - эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода, Н, определяемое по формуле (Д.3.2);

N _кр - продольное критическое усилие, Н, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода, определяемое в соответствии с 12.4.6.

Эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода S, Н, для прямолинейных участков трубопроводов и участков, выполненных упругим изгибом, при отсутствии компенсации продольных перемещений, просадок и пучения грунта определяют по формуле

,

(Д.3.2)

где F - площадь поперечного сечения трубы, см ².

Д.4 Расчет балластировки для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов

Для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов расчет балластировки следует проводить с учетом характеристик участка трубопровода:

- по максимальной расчетной нагрузке, оказываемой трубопроводом (с учетом суммарной массы трубопровода и перекачиваемого продукта), при k _н.в, равном от 1,05 до 1,15;

- минимальной расчетной нагрузке, исключая массу перекачиваемого продукта, при k _н.в, равном 1,03.

При этом должна приниматься максимальная интенсивность балластировки, получаемая по результатам расчета.

В частном случае при укладке трубопровода свободным изгибом при равномерной балластировке по длине значение нормативной интенсивности балластировки - вес на воздухе , Н/м, определяют по формуле

,

(Д.4.1)

где n _б - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным:

- 0,9 - для железобетонных грузов;

- 1,0 - для чугунных грузов;

q _в - расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод, Н/м;

q _изг - расчетная интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода, Н/м, определяемая по формулам:

- для выпуклых кривых

;

(Д.4.2)

- для вогнутых кривых

,

(Д.4.3)

q _тр - расчетная нагрузка от массы трубы, Н/м;

q _доп - расчетная нагрузка от веса продукта, Н/м, учитываемая при расчете нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, если в процессе их эксплуатации невозможно опорожнение и замещение продукта воздухом;

 _б - нормативная объемная масса материала пригрузки, кг/м ³;

 _в - плотность воды, принимаемая поданным изыскания (см. 12.2.9), кг/м ³;

I - момент инерции сечения трубопровода на рассматриваемом участке, см ⁴;

- угол поворота оси трубопровода, рад;

- минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода, см.

Д.5 Расчет продольных напряжений для П-, Z- и Г-образных компенсаторов

Расчет продольных напряжений в компенсаторе от изменения длины трубопровода под действием внутреннего давления продукта и от изменения температуры стенок труб для П-, Z- и Г-образных компенсаторов проводят по следующим формулам:

- для П-образных

;

(Д.5.1)

;

(Д.5.2)

- для Z-образных

;

(Д.5.3)

;

(Д.5.4)

- для Г-образных

,

(Д.5.5)

где l _к - вылет компенсатора, см;

m _к - коэффициент увеличения продольных напряжений;

 _к - суммарное продольное перемещение трубопровода в месте примыкания его к компенсатору от воздействия температуры и внутреннего давления, см;

 _к - радиус изгиба оси отвода, см;

l _п - ширина полки компенсатора, см.

Реакцию отпора Н _к компенсаторов, Н, при продольных перемещениях надземного трубопровода определяют по формулам:

- для П- и Z-образных компенсаторов

;

(Д.5.6)

- для Г-образных компенсаторов

,

(Д.5.7)

где W - момент сопротивления сечения трубы, см ³.

Д.6 Определение коэффициента повторяемости землетрясений

Коэффициент повторяемости землетрясений k _п приведен в таблице Д.6.

Таблица Д.6 - Коэффициент повторяемости землетрясений k _п

Повторяемость землетрясений, 1 раз	в 500 лет	в 1000 лет	в 5000 лет
Коэффициент повторяемости k п	1,10	1,00	0,95