Основные конструктивные параметры ЛЧ МН

Выделяют следующие основные конструктивные параметры ЛЧ МН [1]:

- координаты, определяющие ориентацию продольной оси трубопровода на всем протяжении трассы;

- конструктивная схема прокладки трубопровода;

- физико-механические характеристики труб: прочностные характеристики применяемых сталей и металлов в зоне сварных швов, характеристика труб и требования к ним;

- основные пространственные характеристики конструктивных элементов с указанием допустимых отклонений от номинальных размеров, включая искажения формы изделий (номинальный наружный и внутренний диаметры труб, толщина стенки; допустимое отклонение поперечного сечения трубы от круговой формы; допустимые радиусы изгиба трубопровода; геометрические характеристики формы сварных швов и т.п.);

- данные о начальной и (или) текущей дефектности материала труб, включая перечень возможных дефектов, данные о плотности и размещении дефектов в теле трубы.

4.1.1 Конструктивные схемы прокладки

Способы прокладки трубопровода отличаются схемой размещения труб относительно поверхности земли. Существуют три конструктивные схемы прокладки трубопроводов: подземная, наземная и надземная.

Основной и наиболее благоприятной по условиям эксплуатации (около 98% трубопроводов) является подземная прокладка (рис. 4.1). Она производится, как правило, параллельно рельефу местности с учетом продольной жесткости трубопровода.

При наземной прокладке верхняя образующая трубопровода всегда располагается над поверхностью земли, а нижняя может быть ниже, выше или на уровне поверхности земли. Минимальная толщина слоя засыпки над трубой должна составлять 0,8–1,2 м в зависимости от температурного перепада, а ширина по верху 1,5–2,2 м в зависимости от диаметра трубопровода. Заложение откосов не должно быть более 1:1,25. Наземная прокладка, как правило, является вынужденной при укладке труб в скальных грунтах, в стесненных условиях пересечения коммуникаций, на некоторых видах вечномерзлых грунтов. Она не может быть рекомендована для широкого применения, так как со временем насыпь усаживается и размывается, а в условиях заболоченности оползает.

Надземная прокладка трубопроводов на различных опорах – наиболее дорогостоящая и рекомендуется лишь в условиях, где она является единственно возможной. К таким условиям можно отнести пересечения ущелий, оврагов, рек каньонного типа, горных рек с блуждающими руслами, районы прохождения над горными выработками, склоны с оползневыми явлениями, а также участки вечномерзлых грунтов с высокой степенью просадочности.

а) б) в)

г) д) е)

Рис. 4.1. Подземная схема прокладки трубопровода:

а – прямоугольная форма траншеи; б – трапециидальная форма траншеи; в – смешанная форма траншеи; г – укладка с седловидными пригрузами; д – укладка с использованием винтовых анкеров для закрепления против всплытия; е – укладка в обсыпке из гидрофобизированных грунтов

а) б)

в) г)

Рис. 4.2. Наземная схема прокладки трубопровода:

а – повышенной устойчивости с обсыпкой минеральным грунтом; б – повышенной устойчивости с обсыпкой гидрофобизированным грунтом; в – в насыпи с обсыпкой минеральным грунтом; г – в насыпи с обсыпкой гидрофобизированным грунтом

Все факторы группы II существенным образом влияют на стоимость линейной части трубопровода и должны самым тщательным образом учитываться при оптимизации.

4.1.2 Физико-механические характеристики сталей

На несущую способность трубопровода, т.е. на способность металла воспринимать различные нагрузки без разрушения, оказывает влияние разработка и соблюдение оптимальных технологических процессов производства труб и строительства линейноё части, важную роль также играет правильный выбор марки стали, а следовательно, и её и физико-механических свойств.

К основным физическим характеристикам стали относятся [4]: плотность, модуль упругости, коэффициент линейного расширения, коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона). Основные физические характеристики стали для труб следует принимать согласно по табл. 4.1 [4, 19].

Таблица 4.1

Физическая характеристика и обозначение, размерность	Численное значение
Плотность r,кг/м^3
Модуль упругости Е, Па	2,06×10^11
Коэффициент линейного расширения a, 1/град	12×10^–6
Коэффициент поперечной упругой деформации	0,3

Механические свойства трубной стали включают в себя гарантированные характеристики прочности – временное сопротивление, предел текучести, пластичности и ударной вязкости основного металла и сварных соединений. При некоторых инженерных расчётах необходимо учитывать температурное расширение трубопровода и его деформируемость под воздействием давления.

Магистральные трубопроводы рассчитывают по методу предельных состояний. Предельным называют такое состояние конструкции, при достижении которого её нормальная эксплуатация становится невозможной. Подземные трубопроводы достигают предельного состояния, когда напряжения в них достигают предела прочности (временного сопротивления разрыву) σ_вр, а для наземных – предела текучести [19].

4.1.3. Основные пространственные характеристики

Диаметр трубопроводов ЛЧ является, как правило, искомой величиной и определяется на основании гидравлического расчёта и технико-экономического анализа нескольких вариантов. Наружный диаметр D_Н трубопровода принимается по действующему сортаменту труб. Внутренний диаметр D обычно используется для гидравлических расчетов при средней толщине стенки труб.

При сравнении сугубо технико-экономических показателей МН можно увидеть, что при увеличении диаметра трубопровода уменьшаются капитальных вложения, эксплуатационные затраты и расход металла, а производительность увеличивается. Однако вместе с этим, в случае разрыва нефтепровода выход нефти в окружающую среду, а, следовательно, и её загрязнение будет больше. В тоже время остановка нефтяной магистрали большого диаметра способна парализовать работу многих нефтеперерабатывающих производств, вызвать остановку нефтепромыслов, привести к невосполнимым потерям нефти. Поэтому принято решение об ограничении максимально допустимого диаметра магистральных нефтепроводов значением 1220 мм. Кроме того, есть и другая причина, делающая нецелесообразным строительство нефтепроводов диаметром более 1220 мм, – это длительность их выхода на проектную производительность. Это означает, что гигантские капитальные вложения в значительной степени будут омертвлены [14].

Толщина стенки труб принимается по действующему сортаменту с учетом рабочего давления по трассе. Каждый металлургический завод имеет свой сортамент выпускаемых труб. При отсутствии необходимости в транспортировании продукта в обратном направлении трубопроводы проектируют из труб со стенкой различной толщины, в зависимости от падения рабочего давления по длине трубопровода и условий эксплуатации.

Допустимые радиусы изгиба трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях определяют расчетом из условия прочности, местной устойчивости стенок труб и устойчивости положения [2, 20]. Минимальный радиус изгиба трубопровода из условия прохождения очистных устройств составляет не менее пяти его диаметров [4].

Глубина заложения трубопровода в грунт влияет на стоимость строительства, а для горячих трубопроводов – и на технологические условия работы. При обычных грунтах она составляет 0,8–1,1 м до верха трубы в зависимости от характера рельефа. В скальных грунтах глубина заложения может быть сокращена до 0,6 м а на болотах – варьироваться в зависимости от несущей способности грунтов.

Дата добавления: 2015-08-05