Расчет нефтепровода на прочность и устойчивость. Гидравлический расчет. Практическое занятие 3

1. Практическое занятие № 3

Тема: РАСЧЕТ НЕФТЕПРОВОДА НА
ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

2. 1. Определение толщины стенки трубопровода с учетом условий прочности и устойчивости к смятию

1.2. Вычисляются кольцевые напряжения от расчетного
внутреннего давления
кц
, МПа
(16)
Для предотвращения недопустимых деформаций подводных
трубопроводов проверку необходимо производить по
условиям:
(17)
(18)

3. 1. Определение толщины стенки трубопровода с учетом условий прочности и устойчивости к смятию

где
- нормативное сопротивление растяжению (сжатию)
металла труб и сварных соединений,
;
- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное
состояние металла труб; при растягивающих продольных
напряжениях (
), принимаемый равным единице; при
сжимающих (
) – определяемый по формуле:
(19)

4. 1. Определение толщины стенки трубопровода с учетом условий прочности и устойчивости к смятию

где
- кольцевые напряжения от нормативного (рабочего)
давления;
- максимальные суммарные продольные напряжения.
(20)
(21)
где
- минимальный радиус упругого изгиба оси
трубопровода (в первом приближении можно принять
).

5. 1. Определение толщины стенки трубопровода с учетом условий прочности и устойчивости к смятию

Выполняется проверка по формулам (17), (18).
Если условия не выполняются, необходимо увеличить
минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода.
Выполнив расчеты на прочность и устойчивость
нефтепровода, результаты следует оформить в таблицу.
кц ,
МПа
Г
МПа
мм
кцн
мм
МПа
Выводы
МПа

6. 1. Определение толщины стенки трубопровода с учетом условий прочности и устойчивости к смятию

Пример расчета.
Исходные данные:
- Р=5,3 МПа;
- Dн= 1220 мм;
=1184 мм;
= 18 мм;
- m=0,9;
- =1,05

7. 1. Определение толщины стенки трубопровода с учетом условий прочности и устойчивости к смятию

Вычисляем кольцевые напряжения от расчетного
внутреннего давления по формуле (16):
σкц
Вычисляем кольцевые напряжения от нормативного
(рабочего) давления по формуле (20):
=
МПа

8. 1. Определение толщины стенки трубопровода с учетом условий прочности и устойчивости к смятию

Вычисляем максимальные суммарные продольные
напряжения от нормативных нагрузок и воздействий по
формуле (21):
=

9. 1. Определение толщины стенки трубопровода с учетом условий прочности и устойчивости к смятию

Так как
=361,7 МПа > 0, то
формулам (17) и (18), имеем:
=1, тогда, согласно
=361,7 МПа > 342 МПа
Так как условие не выполняется, принимаем
= 341 МПа < 342 МПа
= 342
= 174,3 МПа < 342 МПа
. Тогда

10. 1. Определение толщины стенки трубопровода с учетом условий прочности и устойчивости к смятию

кц ,
прN ,
Г
МПа
МПа
мм мм МПа МПа
200,46 -117,20 11,8 18,0 174,30 341,00
Выводы
Условия для
предотвращения
недопустимых
деформаций подводного
трубопровода
выполняются

11. 2. Гидравлический расчёт трубопровода

Потерю напора на преодоление трения по длине трубопровода
круглого сечения при установившемся течении определяют по
формуле Дарси – Вейсбаха:
hтр L w2 / 2gD ,
(22)
где L – длина трубопровода, м;
D – внутренний диаметр трубопровода, м;
w – средняя скорость течения жидкости м/с;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
λ - коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий
от режима движения жидкости, относительной шероховатости
внутренней стенки трубы, т. е. λ = f (Rе, ε),
ε - абсолютная шероховатость стенок трубы, см.

12. 2. Гидравлический расчёт трубопровода

Определяем среднюю скорость движения нефти по
трубопроводу:
4Qc
w
2 , м/с
Dв
(23)
Определяем режим течения жидкости:
Re
wDвн
4Qc
Dвн
(24)
По табл. 9 определяем режим течения жидкости.

13. 2. Гидравлический расчёт трубопровода

Таблица 9
Определение коэффициента гидравлического трения

14. 2. Гидравлический расчёт трубопровода

Определяем зону трения
Рассчитываем шероховатость трубы по формуле:
kэ
,
Dв н
(25)
где kэ принимается по табл. 10.
Первое переходное число Re I :
Rе I
10
Второе переходное число
Rе II
(26)
560
Re II
:
(27)

15. 2. Гидравлический расчёт трубопровода

Таблица 10
Эквивалентная шероховатость труб
Вид трубы
Состояние трубы
k ý , мм
Бесшовные стальные
Новые чистые
0.01-0.02
0.014
Сварные стальные
После нескольких лет
0.15-0.3
0.2
Новые чистые
0.03-0.12
0.05
С незначительной
0.1-0.2
коррозией после очистки
0.05
Умеренно заржавленные 0.3-0.7
0.5
Старые заржавленные
0.8-1.5
1
Сильно заржавленные
или с большими
отклонениями
2-4
3

16. 2.2. Гидравлический расчёт трубопровода

Определяем зону течения нефти (табл. 9).
Вычисляем коэффициент гидравлического сопротивления.
При условии попадания Re в 1 область турбулентного
движения жидкости расчет производят по формуле
Блазиуса:
0,3164
(28)
4
Re
Определяем гидравлический уклон в нефтепроводе по
формуле:
i
w 2
Dвн 2 g
(29)
Потери на трение всего нефтепровода:
hтр iL , м
(30)