Розрахунок трубопроводів на міцність

Під дією внутрішнього тиску на стінки трубопроводу діє зусил­ля, що прагне розірвати його вздовж твірної (рис. 3.2).

Рис. 3.2. До розрахунку трубопроводу на тривкість: d – внутрішній діаметр труби; l– довжина; d - товшина труби

Силу, що діє на розрив трубопроводу, визначають за формулою:

F = pdl.

Площа, що опирається розриву, дорівнює

S = 2 d l. (3.17)

Напруга, що виникає в цьому перетині, визначається формулою:

F pdl pd

s = ––– = –––– = ––––.

S 2 d l 2 d

Для забезпечення достатньої тривкості труби потрібно, щоб значення напруги, що виникає в її стінках було менше припустимого значення напруги на розрив для матеріалу, із якого виготовлений трубопровід, тобто

s < [s_в].

З урахуванням умов роботи і корозії металу товщину стінки трубоп­роводу розраховують за формулою:

pD _з

d = ----------,

2[s_в] km / n + p

де p – робочий тиск у трубопроводі; D _з – зовнішній діаметр труби;
[s_в] – припустима напруга матеріалу труби на розрив, що звичайно становить 30–35 % значення тимчасового опору (тимчасовий опір для сталей [s_в] = 410 МПа); k – коефіцієнт однорідності матеріалу

k = 0, 8 – 0,9; m –коефіцієнт умов роботи трубопроводу:

m = 0,75 – 0,8 – для трубопроводів, прокладених по території населених пунктів; m = 0,9 – при прокладці поза населеними пунктами; n – ко­ефіцієнт експлуатаційного перевантаження (від можливого підвищен­ня тиску, n = 1,1 – 1,2).

Визначення припустимого радіуса вигину

При прокладці трубопроводів на опорах неминучий його ви­гин, спричинений дією власної маси труби і маси нафтопро­дукту, що знаходиться в ній. Розрахункова схема такого випадку по­казана на рис. 3.3.

Рис.3.3. Розрахункова схема визначення припустимого радіуса вигину R: R – радіуса вигину; f – значення вигину; l – відстань між опорами

Значення вигину (f) труби, що знаходиться на опорах, відстань між якими l, визначається за формулою

5ql⁴
f = -----,

EI

де q – вага одиниці довжини трубопроводу разом із нафтопродук–том; l – відстань між опорами; E – модуль пружності матеріалу труби (для сталі Е =2,1 ^. 10⁶ МПа = 2,1 ^. 10⁵ кг/см²); I – момент інерції площі перетину труби. Для труб момент інерції розраховують за формулою:

p

I = --- (D ⁴ – d ⁴ ),

де D і d – відповідно зовнішній і внутрішній діаметри труби.

Для того, щоб у стінках труби не виникали неприпустимі напруги, відстані між опорами не повинні перевищувати розрахованих за формулою

,

де [s_в] – припустима напруга матеріалу труби на вигин (для сталі [s_в]=(1670–2160) ^. 10⁵ Па). Рекомендовані відстані між опорами приведені в табл. 3.3.

Таблиця 3.3

Рекомендовані відстані між опорами трубопроводів, м

 

Діаметр трубопроводу, мм
Трубопровід із теплоізоляциєю	4,5				8,5	9,5	11,0	11,0
Трубопровід без теплоізоляції		7,5	8,5			11,5