Расчет стенки трубопровода при избыточном внутреннем давлении

Выбор толщины стенки трубопровода — один из ключевых вопросов проектирования, базирующихся на методах расчета прочности и устойчивости любой конструкции, обеспечивающих, в конечном счете безопасность эксплуатации морского трубопровода.

Анализ нормативных методов расчета морских трубопроводов показывает, что выбор толщины стенки трубы основывается в основном на прочностном расчете.

В итоге задача проектирования морского трубопровода будет состоять в уточненном расчете прочности трубы при соблюдении требуемых условий надежности всей конструкции и на всех стадиях строительства.

Методика расчета взята из источника [2].

Отечественные нормы расчета

Специально для проектирования и строительства морских газопроводов разработаны и с 01.12.1998 года введены ведомственные нормы ВН 39-1.9-005-98 «Нормы проектирования и строительства морского газопровода».

Минимальная толщина стенки газопровода под внутренним давление:

;(2.1)

где т — коэффициент надежности, m = 1,6;

Дp — избыточное давление в трубе (разность между внутренним и наружным давлениями), Па, Дp = 10 МПа;

Dn — номинальный диаметр трубы, м, Dn = 1020 мм;

k — расчетный коэффициент надежности для морского участка, k = 0,72;

уt — минимальный предел текучести материалы трубы (сталь класса Х-65, предел текучести по спецификации API SL), Па, уt = 448 МПа.

Рассчитаем толщину стенки газопровода согласно отечественной норме расчета для морского участка:

.

Рассчитаем толщину стенки газопровода согласно отечественной норме расчета для берегового участка:

k — расчетный коэффициент надежности для берегового участка, k = 0,6;

Таким образом, по отечественному стандарту толщина стенки трубы для морского участка равна 25 мм, а для берегового участка — 30 мм.

Американский стандарт ASME B31.8

Американский национальный стандарт ASME B31.8 «Газотранспортные и распределительные трубопроводные системы» в чистом виде принимает основную расчетную формулу теории тонкостенных оболочек вида (формула Барлоу):

(2.2)

Где ус — кольцевые напряжения;

Дp — избыточное давление в трубе (разность между внутренним и наружным давлениями), Па, Дp = 10 МПа;

Dn — номинальный диаметр трубы, м, Dn = 1020 мм;

Д — толщина стенки трубы, м.

Согласно американскому стандарту толщина стенки определяется из условия:

(2.3)

где F1 — нормативный коэффициент, F1 = 0,72;

kt — коэффициент, учитывающий влияние температуры ,до температуры 121 °С, kt = 1;

уt — минимальный предел текучести материалы трубы (сталь класса Х-65, предел текучести по спецификации API SL), Па, уt = 448 МПа.

Выполним расчет толщины стенки трубы по американскому стандарту:

.

Таким образом, по американскому стандарту толщина стенки трубы равна 16 мм.

Британский стандарт BS 8010, часть 3

Британский стандарт «Трубопроводы» состоит из четырех частей. Первые две части относятся к наземным трубопроводам, оставшиеся — третья и четвертая части — относятся к проектированию, строительству и монтажу морских трубопроводов.

Часть 3 «Трубопроводы морские: проектирование, строительство и монтаж».

Суть механического расчета трубы состоит в расчете растягивающих кольцевых напряжений.

В британском стандарте приводятся две формулы:

· Уже известная формула (2.1) для тонкостенной трубы;

· Для толстостенной трубы применительно к внутренней поверхности кольцевые напряжения рассчитываются по формуле:

(2.4)

Где Дp – избыточное давление в трубе (разность между внутренним и наружным давлениями), Па, Дp = 10 МПа;

D0 – внутренний диаметр трубопровода, мм;

Dt – внешний диаметр трубопровода, мм,

(2.5)

где д – толщина стенки трубопровода, мм.

Допустимый уровень кольцевых напряжений равен:

.(2.6)

В нашем случае расчет по британскому стандарту соответствует отечественному стандарту, т.к. труба является тонкостенной.

Норвежский стандарт OS-F101

Норвежский стандарт OS-F101 «Подводные трубопроводные системы» использует следующую формулу для расчета кольцевых растягивающих напряжений, которая определяет напряжения на внутренней поверхности трубы:

(2.7)

где д – минимально возможное значение толщины стенки в процессе эксплуатации, мм,

(2.8)