Расчет толщины стенки трубопровода

Расчет №4

Поверочный расчет газопровода на прочность и продольную устойчивость

Общие положения

Спроектированный и введенный в эксплуатацию шлейф скважины или промысловый газопровод должен выдержать давление перекачиваемого продукта на стенку трубы, температурный перепад и усилия изгиба.

Этот комплекс расчетов проводят: при введении новых газопроводов системы добычи и сбора газа в эксплуатацию, например шлейфов новых скважин; при сооружении лупингов газопроводов на стадии проектной документации; после проведения диагностики действующих газопроводов.

Промысловые трубопроводы следует рассчитывать на прочность с учетом требований следующих нормативных документов:

1. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. Минстрой России.

2. ВСН 51-3-85. Проектирование промысловых стальных трубопроводов. - Мингазпром.

3. СП 34-116-97. Инструкция по проектированию, строительству и реконструкции промысловых нефтегазопроводов. Минтопэнерго России.

4.. СНиП ІІІ-42-80. Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ. Минстрой России.

СНиП 2.05.06 предусматривает для газопроводов и их участков 5 категорий (В, I, II, III, IV), требования к которым устанавливаются в зависимости от условий их работы, метода прокладки (подземная, наземная, надземная), количества монтажных сварных соединений и т.д. Например, межпромысловым коллекторам присвоена II категория, узлам подключения УКПГ, КС, ГС в газопровод – I категория, переходам трубопроводов через овраги, балки, рвы и пересыхающие ручьи – III категория. В зависимости от категории выбирается коэффициент условий работы трубопровода при расчете его на прочность, устойчивость и деформативность – m. Этот коэффициент равен:

· m = 0,60 – для категории В;

· m = 0,75 – для категорий I и II;

· m = 0,90 – для категорий III и IV.

Расчет толщины стенки трубопровода

Расчетную толщину стенки трубопровода d (мм) следует определять по формуле:

, (1)

где – коэффициент надежности трубопровода по нагрузке – внутреннему давлению, в соответствии со СНиП 2.05.06 – для газопроводов;

– проектное рабочее давление, МПа;

– наружный диаметр трубопровода, мм,

– расчетное сопротивление материала трубы, МПа.

Расчетное сопротивление материала трубы определяют по формуле:

, (2)

где – нормативное сопротивление металла трубы, равное пределу прочности стали σ_В, который принимают по стандартам или техническим условиям на трубы, МПа. Для бесшовных горячедеформированных труб значения σ_В некоторых сталей приведены в таблице 1.

– коэффициент условий работы трубопровода, согласно требований СНиП 2.05.06, для межпромысловых газопроводов и шлейфов принимаем равным 0,75;

– коэффициент надежности по материалу трубы, принимают в соответствии со СНиП 2.05.06, значение этого коэффициента изменяется в пределах 1,34 – 1,55;

– коэффициент надежности по назначению трубопровода, который зависит от давления в газопроводе и его условного диаметра; при давлении р ≤ 9,8 МПа и Ду ≤500 = 1,0.

Таблица 1 – Предел прочности и предел текучести материала бесшовных горячедеформированных труб (по ГОСТ 8731-74)

После расчета по формуле (1) толщину стенки трубопровода принимают из номинального ряда толщин равной ближайшему большему значению (см. таблицу 2).

Таблица 2 - Номинальный ряд толщин стенок бесшовных горячедеформированных труб (по ГОСТ 8732-78)

Внутренний диаметр трубопровода

. (3)

Суммарные продольные напряжения в стенке трубопровода от действия внутреннего давления и перепада температуры

, (4)

где – коэффициент линейного расширения металла трубы, для стали
= 0,000012 град С^-1;

– модуль упругости материала трубы (модуль Юнга), для углеродистых и низколегированных сталей при t =20 ^оС – Е_у = 1,99×10⁵ МПа = 1,99×10⁷ Н/см²;

– расчетный температурный перепад, град С, принимаемый как разница между температурой при укладке труб и минимальным или максимальным значением рабочей температуры газа;

– коэффициент поперечной деформации стали (коэффициент Пуассона), µ_П = 0,3.

В том случае, когда , в качестве толщины стенки трубопровода принимается номинальная толщина δ_н. Если , то определяют коэффициент, который учитывает двухосное напряженное состояние металла трубы

(5)

Расчетная толщина стенки трубопровода в этом случае:

. (6)

Если расчетная толщина δ₁ меньше ранее принятой δ_н, то в качестве толщины стенки трубопровода принимается номинальная толщина δ_н, если нет, то δ_н изменяется так, чтобы δ_н≥ δ₁ и повторяется расчет по формулам (3)–(6). В соответствии со СНиП 2.05.06 толщину стенки труб следует принимать не менее 3 мм для труб с Ду ≤200 и не менее 4 мм для труб с Ду >200.