Отчет по практике в ООО ЭПЦ "Трубопроводсервис"

       (4.18)

Продольное критическое усилие, при котором происходит потеря устойчивости, определяется по формуле:

,     (4.19)

где  – сопротивление грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины;

– сопротивление поперечным вертикальным перемещениям отрезка трубопровода, обусловленное весом грунтовой засыпки и собственным весом трубопровода, отнесенное к единице длины.

Величина определяется по формуле:

,       (4.20)

где  – предельные касательные напряжения по контакту трубопровода с грунтом, определяется по формуле:

,       (4.21)

где  =9º – угол внутреннего трения грунта;

=49 кПа – сцепление  грунта;

– среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом, определяется по формуле:

,               (4.22)

где  =0,8 – коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, принятый по таблице 14[8];

=1980кг/м3 – плотность природного грунта (отчет ИИ по геологии);

= 1 м– минимальная глубина  заложения трубопровода (согласно  п.9 [8]);

–наружный диаметр гидроизолированного трубопровода, вычисляемый следующим способом (толщина изоляции = 3,5мм согласно  таблице 10.1 [4]):

                                                       (4.23)

мм;

– расчетная нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемым продуктом, определяется по формуле:

,     (4.24)

где  =0,95 – коэффициент надежности по нагрузке от действия собственного веса трубы, принятый по табл. 14[8];

 – нагрузка от веса  металла стенки трубопровода, определяется  следующим образом (плотность стали  =7850 кг/м3по табл. 13[8]): 

     (4.25)

– нагрузка от веса изоляции трубопровода, определяется следующим образом (плотность полиэтиленовой изоляции =950 кг/м3[4]): 

                  (4.26)

– нагрузка от веса перекачиваемого продукта, определяется следующим образом (плотность нефти по техническим условиям =875 кг/м3): 

,                       (4.27)

тогда расчетная нагрузка от гидроизолированного трубопровода с продуктом равна:

– сопротивление поперечным вертикальным перемещениям отрезка трубопровода, обусловленное весом грунтовой засыпки и собственным весом трубопровода, отнесенное к единице длины, рассчитываемое по формуле:

   (4.28)

I– осевой момент инерции сечения трубы, рассчитываемый по формуле:

                                   (4.29)

Проверяем выполнение условия (4.16) :

МН,

13,135МН<36,137 МН – условие  выполняется.

 Следовательно, устойчивость проектируемого трубопровода по данному условию обеспечивается.

2) При проверке общей  устойчивости прямолинейного участка  трубопровода в продольном направлении  в случае упругой связи трубопровода  с грунтом  определяется по формуле:

,              (4.30)

где к0 – коэффициент нормального сопротивления грунта (коэффициент постели грунта при сжатии), к0 = 5 МН/м3 (таблица 2.14[1]):

 МН.

Проверяем выполнение условия (4.16) :

 МН,

13,135МН<187,742 МН – условие  выполняется.

Следовательно, устойчивость проектируемого трубопровода по данному условию обеспечивается.

3) При проверке общей  устойчивости криволинейных (выпуклых) участков трубопровода в продольном  направлении в случае упругой  связи трубопровода с грунтом  определяется по формулам:

      (4.31)

      (4.32)

где  – коэффициент, который находится по номограмме в зависимости от параметров и ;

= 2000 м – окончательно  принятый радиус упругого изгиба трубопровода.

                         (4.33)

;

,                               (4.34)

.

Коэффициент = 27,5принимается по номограмме (рисунок 2.7[1]) в зависимости от рассчитанных значений и .

Рассчитаем значения продольных критических усилий по (4.31) и (4.32):

.

Для проверки условия (4.16) выбираем наименьшее значение Nкр=26,117 МН.

Проверяем выполнение условия (4.16) :

 МН,

13,135МН<21,547 МН – условие  выполняется.

Следовательно, устойчивость проектируемого трубопровода по данному условию обеспечивается.

Все рассматриваемые участки проектируемого трубопровода удовлетворяют требуемым условиям устойчивости в продольном направлении. Окончательно принимаем трубу наружным диаметром 1220 мм с толщиной стенки 15 мм, класс прочности К56. Минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода оставляем равным 2000 м.

 

4.6 Расчет устойчивости  положения трубопровода (против  всплытия)

 

Устойчивость положения (против всплытия) трубопроводов, прокладываемых на обводненных участках трассы, проверяется по условию:

                                             (4.35)

где Qакт – суммарная расчетная нагрузка на трубопровод, действующая вверх, включая упругий отпор при прокладке свободный изгибом;

Qпас– суммарная расчетная нагрузка, действующая вниз (включая массу – собственный вес);

кн.в– коэффициент надежности против всплытия, кн.в=1,05 согласно п. 12.4.6 [8];

                                               (4.36)

где qв– расчетная выталкивающая сила грунтовой воды, действующая на единицу длины гидроизолированного трубопровода на глубине заложения, Н/м;

qизг– расчетная нагрузка от упругого отпора при свободном (под действием веса трубы) или упругом изгибе трубопровода, уложенного на дно траншеи Н/м.

Выталкивающая (архимедова) сила воды, действующая на трубопровод:

,            (4.37)

где  – средняя плотность воды с учетом растворенных в ней солей (1075 кг/м3 [1]);

Н/м.

Расчетная интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном (под действием веса трубы) или упругом изгибе трубопровода (для вогнутых участков):

                                                  (4.38)

где  –угол поворота оси трубопровода, =40=0,07 рад (свободный изгиб плети).

 Н/м;

Н/м.

Суммарная расчетная нагрузка, действующая вниз, включает собственный вес гидроизолированного трубопровода при укладке (без продукта) и давление грунта, действующее на глубине заложения:

                                                           (4.39)

где  –расчетная нагрузка от давления грунта на глубине заложения, Н/м;

,                (4.40)

 –расчетная нагрузка от веса гидроизолированного трубопровода (без продукта), определяется следующим образом:

                                                  (4.41)

Устойчивость положения (против всплытия) трубопроводов, прокладываемых на обводненных участках трассы, проверяется по условию (4.35):

12636,821 Н < 24586,470 Н – условие выполняется.

Следовательно, устойчивость положения трубопровода (против всплытия) на участках с высоким горизонтом грунтовых вод по данному условию обеспечивается.

Закрепление проектируемого трубопровода в грунте, прокладываемого на обводненных участках, балластирующими устройствами не требуется.

Вес засыпки трубопровода на участках перехода через водные преграды не учитываются (согласно п. 12.4.7[8]). На таких участках трубопровода определим тип и марку утяжелителей, а также требуемое расстояние между ними (шаг).

Величина нормативной интенсивности балластировки (вес на воздухе) для проектируемых участков подводного перехода, определяется из условия:

,            (4.43)

где nб – коэффициент надежности по материалу балластировки, nб=0,9 для железобетонных пригрузов (согласно п. 12.4.6 [8]);

кн.в– коэффициент надежности устойчивости положения трубопровода против всплытия, кн.в=1,05 (согласно п. 12.4.6 [8]);

–нормативная плотность материала пригрузки (железобетон =2300 кг/м3 [1]);

–средняя плотность воды с учетом растворенных в ней солей (1075 кг/м3 [1]).

qизг–расчетная нагрузка от упругого отпора при свободном или упругом изгибе трубопровода, уложенного на дно траншеи (4.34), Н/м;

qдоп – дополнительная нагрузка от веса перекачиваемого продукта, qдоп=0 т.к. рассчитывается самый опасный вариант -  трубопровод без продукта;

qтр – расчетная нагрузка от собственного веса трубопровода, Н/м:

- для пойменных зон  подводных переходов и при пересечении малых водотоков, где укладка производится открытым способом (без учета веса футеровки) по (4.41);

- для русловых участков подводных переходов и в местах протаскивания дюкера по дну траншеи (с учетом веса футеровки) рассчитывается следующим образом:

                                         (4.44)

где  qнф – нагрузка от веса футеровки трубопровода в местах протаскивания:

                                  (4.45)

где ρф = 760 кг/м3 – плотность материала футеровки (деревянные рейки) [1];

Dф – наружный диаметр офутерованного гидроизолированного трубопровода:

                                                         (4.46)

где δф= 30 мм– толщина футеровки трубопровода деревянными рейками [8];

qв– расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод при пересечении водной преграды, Н/м:

- для участков трубопровода, укладываемых на дно траншеи  открытым способом, при отсутствии  футеровки рассчитывается по (4.37);

- для участков, подлежащих  протаскиванию, с учетом футеровки  трубопровода:

                 (4.47)

Н/м.

Нормативная интенсивность балластировки трубопровода в пойменных зонах подводных переходов трубопровода и при пересечении малых водотоков, где укладка производится открытым способом:

Н/м.

Для балластировки участков, укладываемых в траншею открытым способом, выбираем охватывающиеутяжелителиУБОм-1220  со следующими характеристиками:

- масса  утяжелителя  m = 4253 кг;

- длина  утяжелителя Lутяж= 1350 мм.

Расчетное расстояние между утяжелителями в свету: 

,                                      (4.48) 

Значение l` >0 – марка и тип пригрузов подходят для балластировки участка.

Определим расчетное расстояние между осями пригрузов (шаг расстановки):

 ,                                                             (4.49)   

Окончательно принимаем расстояние между осями выбранных утяжелителей (шаг расстановки пригрузов) lш = 2000 мм.

Фактическое расстояние между выбранными утяжелителями в свету:

,                                                         (4.50)

Расстояние между пригрузами в свету l = 650 мм позволяет осуществить их монтаж.

Для балластировки в пойменных зонах подводного перехода и на участках пересечения трубопровода малых водотоков, укладываемых открытым способом, принимаем охватывающие утяжелители марки УБОм-1220 с шагом расстановки 2000 мм. Расстояние между выбранными пригрузами в свету 650 мм, что не противоречит условиям осуществления их монтажа.

Нормативная интенсивность балластировки трубопровода для русловой части подводных переходов и на участках протаскивания дюкера по дну траншеи:

 Н/м.

Для балластировки участков трубопровода, подлежащих протаскиванию по дну траншеи, выбираем кольцевые утяжелители марки 2-УТК1220-24-2 со следующими характеристиками:

- масса  утяжелителя  m = 5893 кг;

- длина  утяжелителя Lутяж= 2400 мм;

Расчетное расстояние между утяжелителями в свету по (4.48): 

Значение l` > 0 – марка и тип пригрузов подходят для балластировки участка.

Определим расстояние между осями пригрузов (шаг расстановки)по (4.49):

Окончательно принимаем расстояние между осями выбранных утяжелителей (шаг расстановки пригрузов) lш = 2700 мм.

Фактическое расстояние между выбранными утяжелителями в свету по (4.50):

Расстояние между пригрузами в свету l = 600 мм позволяет осуществить их монтаж.

Для балластировки трубопровода в русловой части подводных переходов и на участках, подлежащих протаскиванию в подводную траншею, принимаем кольцевые утяжелители марки 2-УТК1220-24-2 с шагом расстановки 2700 мм. Расстояние между пригрузами в свету 300 мм, что не противоречит условиям осуществления их монтажа.

 

4.7 Результаты  расчета и выводы

 

Согласно п.7.9.1 РД-75.200.001-КТН-404-09 при определении расчетной толщины стенки коэффициент условий работы трубопровода m=0,825 принят в соответствии с требованиями к участкам Iи IIкатегории по СП 36.13330.2012.

Для снижения продольных напряжений в стенке трубопровода минимальная расчетная температура проведения СМР (температура окружающей среды при которой производится замыкание последнего сварного шва) принята -40ºС.

Радиус упругого изгиба рассчитан из условия прочности и составил 1955,3 м.

 

Таблица 7.1 – Результаты расчета прочности и устойчивости

Наименования расчетного параметра трубопровода	Размерность	Значение
Расчетная толщина стенки	мм	13,27
Окончательно принятая толщина стенки в проекте	мм	15
Максимальный положительный температурный перепад	0С	77,9
Максимальный отрицательный температурный перепад	0С	-23
Принятый минимальный радиус упругого изгиба трубы	м	2000
Эквивалентное продольное осевое усилие сжатия в сечении трубопровода	МН	13,135
Минимальное продольное критическое усилие, при котором происходит потеря устойчивости трубопровода	МН	26,117
Суммарная расчетная нагрузка, действующая вверх	Н/м	12636,821
Суммарная расчетная нагрузка, действующая вниз	Н/м	25815,793
Нормативная интенсивность балластировки на участках, укладываемых открытым способом (вес в воздухе)	Н/м	19647,730
Нормативная интенсивность балластировки на участках, подлежащих протаскиванию в траншею (вес в воздухе)	Н/м	20677,814
Шаг расстановки пригрузов охватывающего типа	мм	2000
Шаг расстановки кольцевых утяжелителей	мм	2700