Расчет трубопроводов на прочность.

Расчет трубопроводов на температурные удлинения нефтепроводов. Нефтепроводы сваривают и укладывают в траншеи при той или иной температуре окружающей среды. При последующей их эксплуатации под воздействием перекачиваемой нефти или изменения температуры окружающей среды изменяется температура стенок нефтепровода и его длина. Удлинение (укорочение) свободно лежащего нефтепровода можно определить по формуле:

, где - коэффициент линейного расширения метала трубы; - длина нефтепровода, м; - температура метала во время монтажа, С; - температура метала в период расчета, С.

Если расчетный прямой участок нефтепровода не может свободно перемещаться, то в нем развивается температурные напряжения, равные , где Е- модуль упругости материала трубы (для стали Е=0,21МПа).

Если например защемлен, то на опоры будет действовать сила:

, где - площадь поперечного сечения трубы; D- наружный диаметр трубы; d- внутренний диаметр трубы.

Температурные напряжения могут привести к разрушению нефтепроводов или нарушению сварных стыков. Для компенсации удлинений (укорочений) нефтепровода и ликвидации температурных напряжений в трубе на прямых участках ставят компенсаторы различных конструкций. Наружные нефтепроводы, уложенные по кривым и с большим числом углов, самокомпенсируют температурные удлинения и укорочения.

Расчет на внутреннее давление. Внутреннее давление, действующее на трубу круглого сечения, вызывает в ней напряжения направленные по касательной к окружности трубы (касательные), по оси трубы (продольные) по радиусу (радиальные). Наибольшими из них являются касательные напряжения, стремящиеся разорвать трубу по ее образующей, при этом имеет значение зависимость между толщиной стенки и наружным диаметром нефтепровода. Следовательно, в расчете труб на внутреннее давление учитывается, при каких соотношениях толщин стенки к диаметру следует применять те или иные формулы. В простейшем расчете (нефтепровод имеет небольшую протяженность и работает с небольшим внутренним давлением) можно с достаточной точностью определить осевое напряжение по упрощенной формуле:

, (1) где р- давление в верхней точке расчетного профиля;

- внутренний диаметр трубы; s- толщина стенки трубы.

При определении тангенциальных (касательных) напряжений можно пользоваться формулой Мариотта: , (2)

Из формул (1) и (2) видим, что внутреннее давление вызывает продольном сечении трубы напряжение, в 2 раза больше, чем в поперечном сечении. Задаваясь допускаемым напряжением на растяжение, можно определить необходимую толщину стенки трубы. Решая формулу относительно s: , Эта формула не учитывает коррозию металла, следовательно, к полученной величине прибавляют еще 1мм.