Výpočet síly (tloušťky) stěny hlavního potrubí je jednoduchý, ale při jeho provádění poprvé vyvstává řada otázek o tom, kde a jaké hodnoty jsou ze vzorců převzaty. Tento pevnostní výpočet se provádí za podmínky, že na stěnu potrubí působí pouze jedno zatížení – vnitřní tlak dopravovaného produktu. Při zohlednění vlivu ostatních zatížení je třeba provést ověřovací výpočet stability, s nímž se v této metodice nepočítá.
1. Výpočet tloušťky stěny potrubí
Jmenovitá tloušťka stěny potrubí je určena vzorcem (12) SNiP 2.05.06-85*:
n – faktor spolehlivosti pro zatížení – vnitřní provozní tlak v potrubí, vzat podle tabulky 13* SNiP 2.05.06-85*:
Povaha zatížení a nárazu
Zatížení a náraz
Způsob pokládky potrubí
Bezpečnostní faktor zatížení
pod zemí, nad zemí (v náspu)
Vnitřní tlak pro plynovody
Vnitřní tlak pro ropovody a ropovody o průměru 700-1200 mm s mezitlakovými body bez spojovacích nádob
Vnitřní tlak pro ropovody o průměru 700-1200 mm bez mezilehlých nebo s mezilehlými čerpacími stanicemi ropy pracující trvale pouze s připojeným kontejnerem, jakož i pro ropovody a ropovody o průměru menším než 700 mm
р – pracovní tlak v potrubí, MPa;
Dн – vnější průměr potrubí v milimetrech;
R1 – návrhová pevnost v tahu, v N/mm 2. Určeno vzorcem (4) SNiP 2.05.06-85*:
– dočasná pevnost v tahu na příčných vzorcích, číselně rovna mez pevnosti σв kovové potrubí, v N/mm 2. Tato hodnota je určena ocelovými předpisy. Velmi často je ve zdrojových datech uvedena pouze třída pevnosti kovu. Toto číslo se přibližně rovná pevnosti v tahu oceli, převedené na megapascaly (příklad: 412/9,81=42). Třída pevnosti konkrétní třídy oceli je stanovena rozborem ve výrobě pouze pro konkrétní taveninu (pánev) a je uvedena v certifikátu oceli. Třída pevnosti se může u jednotlivých šarží lišit v malých mezích (například pro ocel 09G2S – K52 nebo K54). Pro informaci můžete použít následující tabulku:
Pevnost v tahu σв, N/mm2
Mez kluzu σт, N/mm2
Poměr pevnosti v tahu k meze kluzu σв/σт
Přibližná třída oceli s danou třídou pevnosti
m – koeficient provozních podmínek potrubí v závislosti na kategorii úseku potrubí, přijatý podle tabulky 1 SNiP 2.05.06-85*:
Kategorie potrubí a jeho úsek
Koeficient provozních podmínek potrubí při výpočtu jeho pevnosti, stability a deformovatelnosti m
Kategorie hlavního úseku potrubí je stanovena při návrhu podle tabulky 3* SNiP 2.05.06-85*. Při výpočtu trubek používaných v podmínkách intenzivních vibrací lze koeficient m vzít rovný 0,5.
k1 – koeficient spolehlivosti pro materiál podle tabulky 9 SNiP 2.05.06-85*:
Vlastnosti potrubí
Hodnota koeficientu spolehlivosti pro materiál k1
1. Svařeno z nízkoperlitové a bainitické oceli řízených válcovacích a tepelně zpevněných trubek, vyrobené oboustranným svařováním pod tavidlem podél kontinuálního technologického švu, s minusovou tolerancí tloušťky stěny nejvýše 5 % a prošlo 100% kontrolou pro kontinuitu základního kovu a svarových spojů nedestruktivní metody
2. Svařeno z normalizované, tepelně zpevněné oceli a kontrolované válcovací oceli, vyrobené oboustranným svařováním pod tavidlem podél kontinuálního technologického švu a prošlo 100% kontrolou svarových spojů nedestruktivními metodami. Bezešvé z válcovaných nebo kovaných sochorů, 100% testováno nedestruktivními metodami
3. Svařeno z normalizované a za tepla válcované nízkolegované oceli, vyrobené oboustranným svařováním elektrickým obloukem a prošlo 100% kontrolou svarových spojů nedestruktivními metodami
4. Svařované z nízkolegované nebo uhlíkové oceli válcované za tepla, vyrobené oboustranným svařováním elektrickým obloukem nebo vysokofrekvenčními proudy. Ostatní bezešvé trubky
Poznámka. Je povoleno použít kurz 1,34 místo 1,40; 1,4 místo 1,47 a 1,47 místo 1,55 pro trubky vyrobené dvouvrstvým svařováním pod tavidlem nebo elektrickým svařováním vysokofrekvenčními proudy se stěnami o tloušťce maximálně 12 mm pomocí speciální výrobní technologie, která umožňuje získat kvalitu potrubí odpovídající tomuto koeficientu1
Přibližně lze koeficient pro ocel K42 brát jako 1,55 a pro ocel K60 jako 1,34.
kн – koeficient spolehlivosti pro účely potrubí podle tabulky 11 SNiP 2.05.06-85*:
Jmenovitý průměr potrubí, mm
Hodnota koeficientu spolehlivosti pro účel potrubí kн
pro plynovody v závislosti na vnitřním tlaku
pro ropovody a ropovody
K hodnotě tloušťky stěny získané podle vzorce (12) SNiP 2.05.06-85* může být nutné připočítat přídavek na poškození stěny korozí během provozu potrubí.
Předpokládaná životnost hlavního potrubí je uvedena v projektu a je obvykle 25-30 let.
Pro zohlednění vnějšího korozního poškození podél hlavní trasy potrubí se provádí inženýrsko-geologický průzkum zemin. Pro zohlednění vnitřního korozního poškození je analyzováno čerpané médium a přítomnost agresivních složek v něm.
Rychlost pronikání koroze, mm/rok
Například zemní plyn připravený k čerpání patří do mírně agresivního prostředí. Ale přítomnost sirovodíku a (nebo) oxidu uhličitého v přítomnosti vodní páry může zvýšit stupeň expozice středně agresivním nebo vysoce agresivním.
K hodnotě tloušťky stěny získané podle vzorce (12) SNiP 2.05.06-85* přidáme příspěvek na korozní poškození a získáme vypočítanou hodnotu požadované tloušťky stěny. zaokrouhlit na nejbližší vyšší standard (viz např. GOST 8732-78* „Za tepla deformované bezešvé ocelové trubky. Sortiment“, v GOST 10704-91 „Elektricky svařované ocelové trubky s rovným švem. Sortiment“ nebo v technických specifikacích podniků na válcování trubek) .
2. Kontrola zvolené tloušťky stěny pomocí zkušebního tlaku
Po vybudování hlavního potrubí se testuje jak potrubí samotné, tak jeho jednotlivé úseky. Zkušební parametry (zkušební tlak a zkušební doba) jsou uvedeny v tabulce 17 SNiP III-42-80* „Hlavní potrubí“. Projektant musí zajistit, aby trubky, které vybere, poskytovaly během testování požadovanou pevnost.
Například: hydraulická zkouška vodou se provádí na potrubí D1020x16,0 ocel K56. Tovární zkušební tlak potrubí je 11,4 MPa. Pracovní tlak v potrubí je 7,5 MPa. Geometrický výškový rozdíl podél trasy je 35 metrů.
Standardní zkušební tlak:
Tlak způsobený geometrickým výškovým rozdílem:
Celkově bude tlak v nejnižším bodě potrubí větší než tovární zkušební tlak a integrita stěny není zaručena .
Zkušební tlak potrubí se vypočítá pomocí vzorce (66) SNiP 2.05.06 – 85*, shodného se vzorcem uvedeným v GOST 3845-75* „Kovové trubky. Metoda zkoušky hydraulického tlaku.” Výpočtový vzorec:
δ min – minimální tloušťka stěny trubky, která se rovná rozdílu mezi jmenovitou tloušťkou δ a mínusovou tolerancí δDM, mm. Mínusová tolerance je snížení jmenovité tloušťky stěny potrubí povolené výrobcem, které nesnižuje celkovou pevnost. Výše mínus tolerance je regulována regulačními dokumenty. Například:
Normalizovaný indikátor mínus tolerance
GOST 8731-74 „Za tepla deformované bezešvé ocelové trubky. Technické specifikace”
2.2.1. Válcové, kónické pláště nádob a konvexní dna pracující pod vnitřním nebo vnějším tlakem
Vypočtená tloušťka stěny je určena vzorcem
Hodnoty koeficientů m1, m2, m3 a meze použitelnosti výpočtových vzorců jsou uvedeny v tabulce. 2.2.
Přijatá jmenovitá tloušťka stěny musí splňovat podmínku
Přípustný tlak pro nádoby se vypočítá pomocí vzorců:
Hodnoty koeficientů m1, m2, m3 a meze použitelnosti vzorců [1]
Válcová skořepina (obr. 2.1)
Kónický plášť (obr. 2.2)
Eliptické nebo torisférické dno (obr. 2.3)
Polokulové dno (obr. 2.4)
D/(2H)
Obr. 2.1. Válcová skořepina
Obr. 2.2. Kónická skořepina
Obr. 2.3. Eliptické nebo torisférické dno
Obr. 2.4. Polokulovité dno
2.2.2. Válcové rozdělovače, armatury, trubky a kolena
Odhadovaná tloušťka stěny válcového rozdělovače, armatury a trubky je určena vzorcem
Tento vzorec je použitelný za podmínky .
Přijatá jmenovitá tloušťka stěny válcového rozdělovače, armatury a trubky musí splňovat podmínku (2.1a).
Pro kolena s poměrem (obr. 2.5), pracující pod vnitřním tlakem, se vypočtená tloušťka stěny zjistí pomocí vzorců:
pro vnější stranu kolena;
pro vnitřní stranu kolena;
pro střední část kolena (v řezu А – А 15 od neutrální linie kolena).
Ve vzorcích (2.5) – (2.7) K1, K2, K3 — koeficienty torusu; Y1, Y2, Y3 — tvarové koeficienty.
Jmenovitá tloušťka stěny kolena
Koeficienty torusu se vypočítají pomocí vzorců
Obr. 2.5. Koleno
U kolen, jejichž konstrukční teplota stěny nepřesahuje 623 K (350 °C) pro uhlíkové a křemíko-manganové oceli, 673 K (400 °C) pro chrom-molybden-vanadové oceli a 723 K (450 °C) pro korozivzdorné oceli austenitické třídy, tvarové koeficienty určené podle vzorců:
Pro kolena vyrobená ze stejných ocelí, ale při teplotě stěny alespoň 673 K (400 °C), 723 K (450 °C) a 798 K (525 °C), se tvarové koeficienty zjistí pomocí vzorců
kde a — oválnost průřezu kolena, %; ovalita je stanovena podle pravidel jaderné elektrárny;
Pro kolena, jejichž návrhová teplota je mezi výše uvedenými hodnotami, koeficienty Y1, Y2, Y3 určuje se lineární interpolací v závislosti na hodnotě teploty. V tomto případě se za referenční berou hodnoty koeficientů odpovídající zadaným okrajovým teplotám.
Přípustný tlak pro válcové potrubí, armaturu, potrubí a koleno je určen podle vzorců:
Koeficient K přijmout: pro válcový rozdělovač, armaturu a trubku K = 1; pro koleno
