Рис. 6.4. Распределение
напряжений в трубопроводе.
- Трубопровод,
уложенный в
грунт, в течение всего периода эксплуатации
находится под воздействием
внешних сил. Эти силы вызывают сложные
напряжения
в теле трубы и стыковых соединениях,
главные среди них продольное
σ а
,
кольцевое
σ τ и
радиальное - Кольцевое
напряжение возникает от действия
внутренней и
внешнего давлений. Определяют его по
классической формуле
Мариотта - где
р
—
внутреннее давление; D
—
внутренний диаметр трубы; δ
—
толщина
стенки трубы. - Продольное
напряжение, возникающее от внутреннего
давления - где
μ-
коэффициент Пуассона (μ = 0,3 для стали). - Продольное
напряжение от изменения температуры
трубы определяется
по формуле Гука - где
α-
коэффициент линейного расширения
металла, (а
= 0,000012 1/°С); - Е
= 2,1 · 10 5
МПа — модуль упругости стали при
растяжении, сжатии, изгибе; t
2
—
температура воздуха во время
укладки трубопровода в траншею; t
1
—
наименьшая температура грунта на
глубине укладки трубы.
Наиболее
опасны разрывающие усилия, а не сжимающие,
и
для их уменьшения следует стремиться
к сокращению разности температур
t 2
—
t
1
.
Для
уменьшения продольных напряжений
сваренный трубопровод опускают в траншею
в наиболее холодное
время суток (рано утром).
Из всех напряжений
наиболее опасны кольцевые.
Большие
продольные напряжения появляются в
трубе при ее
холодном упругом изгибе (из-за неровностей
рельефа). Они вычисляются
следующим образом:
В
настоящее время магистральные трубопроводы
рассчитывают по методу предельных
состояний. Под предельным понимают
такое состояние конструкции, при котором
ее нормальная
дальнейшая эксплуатация невозможна.
Различают
три предельных состояния: 1)
по несущей способности (прочности и
устойчивости конструкций,
усталости материала), при достижении
которого конструкция теряет способность
сопротивляться внешним воздействиям
или получает такие остаточные деформации,
которые не допускают
ее дальнейшую эксплуатацию;
- Прочность
трубопровода будет сохраняться при
условии если максимальные воздействия
сил будут меньше минимальное несущей
способности трубы - n
· p
· D
≤ 2 · δ
· R 1
, (6.1) - где
n
— коэффициент перегрузки; D
— внутренний диаметр трубы; R 1
— расчетное сопротивление металла
трубы и сварных соединений (R 1
— несущая способность трубы). - R 1
=
где
- Так
как D
= D н
– 2δ, то из формулы (6.1) получим - Для того чтобы не
было чрезмерных пластических деформаций,
необходимо выполнить условие
Принимается
большее значение δ 1 ,
полученное по формулам (6.2) и (6.3).
Минимально
допустимая толщина стенки трубы при
существующей технологии выполнения
сварочно-монтажных работ должна
быть больше
- Суммарная
продольная нагрузка в наиболее тяжелый
период эксплуатации должна быть меньше
несущей способности трубы (R 1): - минимально
допустимый радиус изгиба - где
Δt
— должно быть взято со знаком плюс,
чтобы R 1 получить наибольшим. - Для
ориентировочного и быстрого определения
р дон
можно воспользоваться формулой - Действительные
радиусы р упругого изгиба трубопровода
в вертикальной и горизонтальной
плоскостях трассы должны быть больше
р дон - При
рдон следует
применять специальные гнутые вставки
труб. - Подземные трубопроводы следует проверять на прочность, деформативность и общую устойчивость в продольном направлении и против всплытия.
- Толщину стенки трубы находят исходя из нормативного значения временного сопротивления на разрыв, диаметра трубы и рабочего давления с использованием предусмотренных нормами коэффициентов.
- Расчетную толщину стенки труб δ, см следует определять по формуле:
- где n — коэффициент перегрузки;
- Р — внутреннее давление в трубопроводе, МПа;
- Dн — наружный диаметр трубопровода, см;
- R1 — расчетное сопротивление металла труб растяжению, МПа.
- Расчетные сопротивления материала труб растяжению и сжатию
- R1 и R2, МПа определяются по формулам:
- где m — коэффициент условий работы трубопровода;
- k1, k2-коэффициенты надежности по материалу;
- kн — коэффициент надежности по назначению трубопровода.
- Коэффициент условий работы трубопровода принимаем равным m=0,75.
- Коэффициенты надежности по материалу принимаем k1=1,34; k2=1,15.
- Коэффициент надежности по назначению трубопровода выбираем равным kн=1,0
- Вычисляем сопротивления материала труб растяжению и сжатию соответственно по формулам (2) и (3)
- Продольное осевое напряжение от расчётных нагрузок и воздействий
- σпр.N, МПа определяем по формуле
- Коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб Ψ1, определяется по формуле
- Подставляем значения в формулу (6) и вычисляем коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб
- Расчётная толщина стенки с учётом влияния осевых сжимающих напряжений определяется по зависимости
- Принимаем значение толщины стенки δ=12 мм.
- Проверка трубопровода на прочность производится по условию
- где Ψ2 – коэффициент, учитывающий двухосное напряжённое состояние металла труб.
- Коэффициент Ψ2 определяем по формуле
- где σкц – кольцевые напряжения от расчётного внутреннего давления, МПа.
- Кольцевые напряжения σкц, МПа определяем по формуле
- Подставляем полученный результат в формулу (9) и находим коэффициент
- Определяем максимальное значение отрицательного температурного перепада ∆t_,˚С по формуле
- Рассчитываем условие прочности (8)
- 69,4 700 мм
Значения угла крутизны откоса q
принимаются по табл. 2.3.Таблица 2.3
Угол крутизны откоса q
, град, при глубине траншеи h
, м1,5 < h
£ 3,0Песчаные и гравийные Супеси Суглинки Глины При двухтрубной
прокладке в формулу
(2.1) вместо B
следует подставлять В
/2.2.2.6. Нормативную снеговую
нагрузку на единицу длины горизонтальной проекции надземного трубопровода
следует определять по формуле
где S
0 —
вес снегового
покрова на единицу площади.2.2.7. Нормативную ветровую
нагрузку на единицу длины надземного трубопровода, действующую перпендикулярно
его осевой вертикальной плоскости, следует определять по формуле
Где W
ст
, W
дн
—
Экозащитные технологические мероприятия на нефтегазовых объектах
К нагрузкам трубопровода относят внутреннее давление продукта в трубе, вес конструкций, давление грунта, снега и ветра, внешнее гидростатическое давление и архимедова сила.
К воздействиям относят предварительное напряжение элементов, изменение температуры, просадки оснований и сейсмические явления.
Учет внутреннего давления при расчетах прочности трубопроводов обязателен, а остальные нагрузки учитываются в зависимости от конкретных условий.
Нормативные нагрузки — это наибольшие внешние нагрузки, допускаемые при нормальной эксплуатации трубопровода. Расчетные нагрузки отличаются от нормативных нагрузок на величину коэффициента надежности по перегрузке п при наиболее неблагоприятных сочетаниях.
Нагрузки и воздействия, связанные с осадками и пучениями грунта, перемещением опор определяются на основании анализа грунтовых условий в процессе строительства и эксплуатации трубопровода. Параметры сейсмических колебаний грунта назначаются без учета заглубления трубопровода, а как для сооружения, расположенного на поверхности земли.
Нормативный температурный перепад в металле стенок труб принимается равным разнице между максимальной или минимальной температурой стенок в процессе эксплуатации и наименьшей или наибольшей температурой, при которой фиксируется расчетная схема трубопровода (привариваются компенсаторы, проводится засыпка трубы), т. е. когда фиксируется статически неопределимая система.
 |
( 8.10) |
где — коэффициент линейного расширения материала трубы; — модуль упругости материала трубы; — температура, при которой фиксируются элементы конструкции в проектном положении; — наибольшая или наименьшая расчетная температура.
Усилия в трубопроводе, действующие в тангенциальном направлении, называют кольцевыми ( рис. 8.3), в осевом направлении — продольными.
Рис. 8.3. Схема внутренних напряжений в трубе
Под воздействием внутреннего давления в трубе с внутренним диаметром в стенке толщиной формируется кольцевое напряжение
| ( 8.11) |
Зависимость между продольными и поперечными (кольцевыми) напряжениями определяется через коэффициент Пуассона m следующим образом:
| ( 8.12) |
В процессе строительства трубопровод искривляется как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Изгиб вызывает появление в стенке трубы дополнительных напряжений, которые зависят от радиуса упругого изгиба и геометрических характеристик трубы.
Если трубопровод не может перемещаться в продольном и поперечном направлении, то при совместном действии внутреннего давления, температуры и изгибающего момента продольные напряжения в искривленном трубопроводе определяются следующей зависимостью:
| ( 8.13) |
Здесь — кольцевые напряжения от рабочего нормативного давления; — внутренний диаметр трубы; — номинальная толщина стенки трубы; — коэффициент Пуассона материала трубы; — коэффициент линейного расширения металла трубы; — расчетный температурный перепад (положительный при нагревании); — модуль упругости (модуль Юнга) материала трубы; — минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода; — наружный диаметр трубопровода.
Знак «минус» в (8.13) относится к случаю, когда имеет отрицательное значение, т. е. расчетная температура меньше начальной температуры. В таком случае растягивающие продольные напряжения увеличиваются. В случае, когда имеет положительное значение, растягивающие напряжения уменьшаются и даже могут стать сжимающими.
Под прочностью трубопровода понимают его способность сопротивляться внутренним и внешним нагрузкам без разрушения и без потери устойчивости. Для обеспечения прочноети необходимо определить напряжения в стенках трубопровода от различных нагрузок и сравнить с контролируемым сопротивлением материала трубы . Если расчетные напряжения окажутся меньше значения , прочность считается обеспеченной.
Сопротивление материала нагрузкам характеризуется диаграммой растяжения или сжатия.
На этой диаграмме имеются обычно три характерных значения: — напряжения на конце участка упругой зависимости: — напряжения на площадке текучести; — временное сопротивление разрыву, при котором происходит быстрое разрушение материала.
Например, для стали Ст.3 , а . Принимая в расчетах в качестве контролируемого сопротивления , получим одно значение толщины стенки труб, а принимая — другое значение толщины стенок.
Магистральные трубопроводы рассчитываются на нагрузки и воздействия по методу предельных состояний. Для всех схем их прокладки принимают два предельных состояния работы материала:
- предельное состояние, за которое принимают условие прочности металла труб на разрыв (по ГОСТам на трубы):
- предельное состояние, за которое принимают условия появления пластических деформаций (по ГОСТам на трубы).
Напряжения в материале трубы определяют от всех нормативных нагрузок и воздействий с учетом продольных и поперечных перемещений трубопровода в соответствии с правилами строительной механики и курса сопротивления материалов.
В строительных нормах в качестве расчетных сопротивлений приняты два контролируемых сопротивления растяжению (сжатию) и , которые следует определять по формулам:
| ( 8.14) |
| ( 8.15) |
Здесь — коэффициент условий работы трубопровода, зависящий от категории трубопровода и его участка; и — коэффициенты надежности (безопасности) по материалу труб с учетом технологии их изготовления и сварки; — коэффициент надежности, учитывающий внутреннее давление, диаметр и назначение трубопровода.
В последних зависимостях значение принимается равным минимальному значению для материала; принимается равным пределу текучести по техническим условиям на трубы.
В соответствии с методикой расчета прочности по предельным состояниям различают расчетные и нормативные нагрузки. Расчетные нагрузки учитывают их возможное отклонение от нормативных с помощью различных значений коэоффици-ентов перегрузки.
Расчетная толщина стенки трубопровода определяется следующей зависимостью:
| ( 8.16) |
Здесь — коэффициент перегрузки или коэффициент надежности по рабочему давлению в трубопроводе: — рабочее нормативное давление: — наружный диаметр трубопровода.
Пусть трубопровод с наружным диаметром 1220 мм работает при рабочем давлении . Нормативное расчетное сопротивление материала стенки трубы . Коэффициент безопасности по материалу , коэффициент надежности , коэффициент перегрузки , коэффициент условий работы . При таких условиях работы толщина стенок трубопровода должна быть равной .
При наличии в трубопроводе продольных осевых сжимающих напряжений расчетная толщина стенки трубопровода определяется по формуле (8.16), в которой расчетное сопротивление умножается на коэффициент . учитывающий двухосное напряженное состояние трубы:
| ( 8.17) |
где — абсолютное значение продольных сжимающих напряжений от расчетных нагрузок и воздействий.
Толщину стенки труб следует принимать не менее , но не менее 4 мм для труб диаметром свыше 200 мм. Полученное расчетное значение толщины стенки трубы округляется до ближайшего большего значения, предусмотренного ГОСТом.
Таблица предельной нагрузки давления для нержавеющих труб
Таблица предельной нагрузки давления для нержавеющих труб 
11.02.2019
В таблице результаты тестирования нержавеющих труб следующих стандартов: DIN 17457-11850; NFA 49147-4924-49249; ASTM A 249 — A 269 — A 270.
| 15 | 1 | 116 | 96 | 60,3 | 3,2 | 92 | 77 |
| 16 | 1 | 109 | 90 | 60,3 | 3,6 | 104 | 86 |
| 16 | 1,5 | 163 | 135 | 70 | 1,5 | 37 | 31 |
| 17,2 | 1,65 | 167 | 139 | 70 | 2 | 50 | 41 |
| 17,2 | 2 | 203 | 168 | 76,1 | 1,65 | 38 | 31 |
| 18 | 1 | 97 | 80 | 76,1 | 2 | 46 | 38 |
| 18 | 1,5 | 145 | 120 | 76,1 | 2,6 | 60 | 49 |
| 19,05 | 1 | 91 | 76 | 76,1 | 2,9 | 66 | 55 |
| 19,05 | 1,25 | 114 | 95 | 76,1 | 3,2 | 73 | 61 |
| 19,05 | 1,65 | 151 | 125 | 76,1 | 3,6 | 82 | 68 |
| 20 | 1 | 87 | 72 | 83 | 1,5 | 31 | 26 |
| 20 | 1,5 | 131 | 108 | 84 | 2 | 41 | 34 |
| 21,3 | 1,65 | 135 | 112 | 88,9 | 1,65 | 32 | 27 |
| 21,3 | 2 | 164 | 136 | 88,9 | 2 | 39 | 33 |
| 21,3 | 2,6 | 213 | 176 | 88,9 | 2,6 | 51 | 42 |
| 22 | 1 | 79 | 66 | 88,9 | 2,9 | 57 | 47 |
| 22 | 1,5 | 119 | 99 | 88,9 | 3,2 | 63 | 52 |
| 25,4 | 1 | 69 | 57 | 88,9 | 3,6 | 71 | 59 |
| 25,4 | 1,25 | 86 | 71 | 88,9 | 4 | 78 | 65 |
| 25,4 | 1,65 | 113 | 94 | 101,6 | 1,65 | 28 | 23 |
| 26,9 | 1,65 | 107 | 89 | 101,6 | 2 | 34 | 28 |
| 26,9 | 2 | 130 | 107 | 101,6 | 3 | 51 | 43 |
| 26,9 | 2,6 | 168 | 140 | 103 | 1,5 | 25 | 21 |
| 28 | 1 | 62 | 52 | 104 | 2 | 34 | 28 |
| 28 | 1,5 | 93 | 77 | 114,3 | 1,65 | 25 | 21 |
| 30 | 1 | 58 | 48 | 114,3 | 2 | 30 | 25 |
| 30 | 1,5 | 87 | 72 | 114,3 | 2,6 | 40 | 33 |
| 32 | 1 | 54 | 45 | 114,3 | 2,9 | 44 | 37 |
| 32 | 1,5 | 82 | 68 | 114,3 | 3,2 | 49 | 40 |
| 33,7 | 1,65 | 85 | 71 | 114,3 | 3,6 | 55 | 46 |
| 33,7 | 2 | 103 | 86 | 114,3 | 4 | 61 | 51 |
| 33,7 | 2,9 | 150 | 124 | 129 | 2 | 27 | 22 |
| 33,7 | 3,2 | 165 | 137 | 139,7 | 2 | 25 | 21 |
| 34 | 1 | 51 | 43 | 139,7 | 2,6 | 32 | 27 |
| 34 | 1,5 | 77 | 64 | 139,7 | 3 | 37 | 31 |
| 38 | 1 | 46 | 38 | 139,7 | 4 | 50 | 41 |
| 38 | 1,5 | 69 | 57 | 154 | 2 | 23 | 19 |
| 40 | 1 | 44 | 36 | 156 | 3 | 34 | 28 |
| 40 | 1,5 | 66 | 54 | 168,3 | 2 | 21 | 17 |
| 42,4 | 1,65 | 68 | 56 | 168,3 | 2,6 | 27 | 22 |
| 42,4 | 2 | 82 | 68 | 168,3 | 3 | 31 | 26 |
| 42,4 | 2,6 | 107 | 89 | 168,3 | 3,6 | 37 | 31 |
| 42,4 | 2,9 | 119 | 99 | 168,3 | 4 | 41 | 34 |
| 42,4 | 3,2 | 132 | 109 | 204 | 2 | 17 | 14 |
| 44,5 | 1,5 | 59 | 49 | 205 | 2,5 | 21 | 18 |
| 44,5 | 2 | 78 | 65 | 206 | 3 | 25 | 21 |
| 48,3 | 1,65 | 60 | 49 | 219,1 | 2 | 16 | 13 |
| 48,3 | 2 | 72 | 60 | 219,1 | 2,6 | 21 | 17 |
| 48,3 | 2,6 | 94 | 78 | 219,1 | 3 | 24 | 20 |
| 48,3 | 2,9 | 105 | 87 | 219,1 | 3,6 | 29 | 24 |
| 48,3 | 3,2 | 115 | 96 | 219,1 | 4 | 32 | 26 |
| 50 | 1,5 | 52 | 43 | 254 | 2 | 14 | 11 |
| 50 | 2 | 70 | 58 | 256 | 3 | 20 | 17 |
| 53 | 1,5 | 49 | 41 | 273 | 2 | 13 | 11 |
| 54 | 2 | 65 | 54 | 273 | 2,6 | 17 | 14 |
| 60,3 | 1,65 | 48 | 40 | 273 | 3 | 19 | 16 |
| 60,3 | 2 | 58 | 48 | 273 | 3,6 | 23 | 19 |
| 60,3 | 2,6 | 75 | 62 | 273 | 4 | 26 | 21 |
| 60,3 | 2,9 | 84 | 69 |
Давление в трубопроводной системе — характеристика неоднозначная. Сантехники, гидравлики и прочие специалисты, деятельность которых связана с разного рода жидкостными трубопроводами, оперируют следующими понятиями давления:
Рабочее. Это максимальная величина давления в трубах, фиксируемая при стандартных условиях функционирования системы.
Пробное. Так же, как и рабочее, определяется путем замеров давления воды в трубах, только осуществляется в процессе испытания системы. Условное. Данный показатель применяется при производстве расчетов прочностных характеристик трубных систем, работающих при номинальном значении давления и температуре жидкости 20 градусов. Расчетное. Это избыточное максимальное значение, которое способны испытывать элементы трубных систем. Определяется с помощью формулы давления жидкости.
Как подбирать оптимальные трубы
Существует два вида трубных систем — высокого и низкого давления. Трубы низкого давления используются для организации канализационных схем, ливневок и прочих трубных самотечных систем.
Для этих целей сегодня выгоднее использовать полимерные материалы — элементы трубопроводов, выполненные из поливинилхлорида, полипропилена и прочих синтетических веществ. Трубы высокого давления предназначены для организации водопроводов и прочих трубных систем, испытывающих значительные внутренние нагрузки.
Используются такие трубопроводы на различных производственных и гражданских объектах. Существуют и полимерные изделия, способные выдерживать значительное давление, однако на сегодня равных нержавеющим трубам по прочности и другим потребительским характеристикам аналогов не существует, по крайней мере, используемых массово.
Чтобы трубопровод высокого давления функционировал эффективно, отсутствовала турбулентность жидкости, сопровождаемая характерным шумом, необходимо правильно рассчитывать диаметр нержавеющей трубы. Для этого надо применять формулу расчетного давления.
Только правильно рассчитав трубную систему, можно получить надежную, долговечную и работоспособную трубную систему, обеспечивающую эффективную подачу воды либо другой жидкости по разветвленной схеме с одновременным включением нескольких потребителей.
Определение минимальной толщины стенки участка проектируемого стального трубопровода
Главная / Техническая информация / Технические статьи / Проектирование трубопроводных сетей / Определение минимальной толщины стенки участка проектируемого стального трубопровода
В случае использования для строительства трубопроводных систем городов стальных труб перед проектировщиком встают вопросы определения минимальной толщины их стенки.
При этом решение данной задачи должно сводиться не только к проведению прочностного расчета участка трубопровода, но и к комплексному изучению ситуации на всей напорной сети, которая может влиять на безаварийную работу ее отдельных участков.
Вопросы определения толщины стенки приобретают еще большую значимость, когда речь заходит о реконструкции и замене старых (ветхих) участков сети в городах со сложившейся инженерной инфраструктурой.
В данной ситуации необходимо решить следующие задачи:
- определение требуемой минимальной толщины стенки, которая обеспечит в течение нормативного срока эксплуатации (20 лет для стали) нормальную (безаварийную) работу трубопровода с учетом широкого изменения (моделирования во времени) внешних условий эксплуатации и окружающей обстановки. Впоследствии это позволит на стадии проектирования правильно обосновать применение труб соответствующей марки с соответствующей толщиной стенки;
- определение минимальной расчетной (ожидаемой) толщины стенки в реальных условиях эксплуатации и окружающей обстановки для принятия решения о возможности последующей эксплуатации и методе реновации трубопровода в зависимости от толщины стенки и соответственно несущей способности трубы.
При решении данных задач невозможно обойтись без исчерпывающих сведений о наличии подземных вод над трубопроводными трассами; об агрессивности грунтов; скученности подземной инженерной инфраструктуры (соседствующих коммунальных трубопроводов различного назначения); плотности и характере наземной инфраструктуры (транспортных магистралей, в том числе, электрифицированных средств передвижения); степени технической (например, электрохимической) защиты, т. е. установок станций катодной защиты (СКЗ).
Решение комплексной задачи проектирования значительно упрощается при использовании автоматизированной системы, которая на основе учета всех перечисленных выше и прочих обстоятельств помогает проектировщику принять оптимальное решение.
Согласно принятому алгоритму автоматизированного расчета, базу которого составляет обширный аналитический и архивный материал по эксплуатации стальных городских водопроводных сетей, толщина стенки трубопровода (S, см) может рассчитываться по следующей формуле:
где D — внутренний диаметр трубопровода в см; Рвнут — внутреннее давление транспортируемой воды, м вод. ст.
; h— средняя глубина залегания шелыги трубы, м; Ρ— плотность грунта, кг/м3; R — временное сопротивление разрыву металла, кг/см2 (зависит от марки сталей, в расчетной формуле принимается автоматически равным 40% от исходного значения за счет переводного коэффициента 0,8); К — коэффициент однородности металла (безразмерный); Рпод.вод — давление подземных вод, кг/см2, Рпод.
вод= 10-1 (h — l), где l — средний горизонт воды (расстояние от поверхности земли до уровня воды, м), 10-1 — переводной коэффициент из м вод. ст. над шелыгой труб в атмосферы (или кг/см2); m1, …, m5 — коэффициенты в виде массива чисел mi, отображающих внешние условия эксплуатации и окружающую обстановку.
Расшифровка значений коэффициентов mi
m1 — для оценки отсутствия или наличия подземной воды соответствующего качества. Принимается один из четырех вариантов: m1 — 0,375 — отсутствие воды; m1 = 0,3542 — наличие пресной воды; m1 = 0,3384 наличие слабоминерализованной воды; m1 = 0,3126 — наличие минерализованной воды.
m2 — для оценки наличия или отсутствия СКЗ; принимается один из двух вариантов: m2 = 0,3125 — наличие СКЗ и m2 = 0,1876 — отсутствие СКЗ.
m3 — для оценки грунтов и динамики старения труб в зависимости от срока эксплуатации, лет (принимается один из множества вариантов, в зависимости от срока эксплуатации (таблица ниже)).
Значение коэффициента m3 в зависимости от грунтов и сроков эксплуатации
| 1-4 года | 5-9 лет | 10-14 лет | 15-19 лет | 20 лет и более | Грунты |
| 0,1875 | 0,1856 | 0,1838 | 0,1820 | 0,1790 | Суглинок |
| 0,1696 | 0,1679 | 0,1663 | 0,1647 | 0,1617 | Сухой песок |
| 0,1518 | 0,1503 | 0,1488 | 0,1474 | 0,1444 | Сухой пылевидный грунт |
| 0,1339 | 0,1326 | 0,1313 | 0,1300 | 0,1270 | Сухой пылевидный грунт с глинистыми включениями |
| 0,1166 | 0,1149 | 0,1138 | 0,1127 | 0,097 | Влажный песок |
| 0,0982 | 0,0972 | 0,0963 | 0,0953 | 0,0913 | Влажный пылевидный грунт |
| 0,0804 | 0,0796 | 0,0788 | 0,0781 | 0,0741 | Влажный пылевидный грунт с глинистыми включениями |
| 0,0626 | 0,0620 | 0,0613 | 0,0608 | 0,0558 | Глина |
- m4 — для оценки скученности подземных коммуникаций: высокая (с 2 и более пересечениями) над участком трубопровода — 0,0; то же под участком трубопровода — 0,0156; низкая (с 1 пересечением) над участком трубопровода — 0,0312; то же под участком трубопровода — 0,0469; отсутствие пересечений с коммуникациями — 0,0625.
- m5 — для оценки скученности наземных объектов: ж/д пути и/или автомобильные трассы — 0,0; мосты и/или путепроводы — 0,0156; наличие водных преград —0,0312; наличие жилых строений на расстоянии менее 10 м — 0,0469; отсутствие каких-либо объектов — 0,0625.
- На рисунке ниже представлено основное диалоговое окно: в его левой части — учитываемые алгоритмом программы параметры, в правой части — их диапазоны (в виде стандартных границ), а в центре в свободных полей и раскрывающихся списков — вводимая исходная информации для проектирования.
Какое давление выдерживают стальные трубы?
► Виды стальных труб
► Какое давление выдерживают стальные трубы
► Таблица максимального давления нержавеющих труб
► Как правильно подобрать трубы
При проектировании любой трубопроводной системы производят расчет ее номинального давления, предусматривают дополнительный запас прочности для ситуаций, в которых нагрузки могут повышаться, например: гидравлические удары или аварии. В зависимости от полученных величин подбирают трубный прокат и арматуру, которые могут эксплуатироваться в данных условиях на протяжении всего нормативного срока.
Для организации трубопроводов с небольшими гидравлическими нагрузками и самотечных систем подходят пластиковые трубы. Их применяют для ливневок, канализации, части внутридомовой разводки ХВС и ГВС в температурном режиме до 70 С⁰. Во всех остальных случаях самым надежным материалом является сталь.
Среди эксплуатационных характеристик стальных труб можно выделить основные:
- Высокая прочность;
- Стойкость к внутренним и внешним нагрузкам;
- Термостойкость;
- Невысокое тепловое расширение;
- Средний срок службы 10 лет, с использованием антикоррозийных покрытий — до 30;
- Широкий сортамент.
В различных трубопроводных системах устанавливают нормативы давления. В коммунальных сетях оно невысокое, но неправильный подбор трубы может привести к разрывам или протечкам. В промышленных и магистральных трубопроводах нагрузки гораздо выше, а транспортируемые вещества опаснее, каждая протечка наносит значительный финансовый и экологический ущерб.
Виды стальных труб
Способность выдерживать нагрузки зависит от вида трубного проката. Стальные трубы изготавливают по типовым параметрам с заданными свойствами, соответствующими их типу и классу. За исключением профильных изделий, которые применяют в строительстве, весь сортамент проходит гидравлические испытания. Максимальное давление, которое выдерживает стальная труба, зависит от ряда характеристик:
Способ изготовления:
- Сварные: прямошовные, спиралешовные, холоднокатаные, горячекатаные;
- Бесшовные: холоднокатаные, горячекатаные, цельнотянутые.
Диаметр:
- Малые — до 114 мм;
- Средние — 114-530 мм;
- Большие — более 530 мм.
Толщина стенки:
- Особотонкостенные;
- Токостенные;
- Толстостенные;
- Ососботолстостенные.
Качества сталей:
- Углеродистые — прочные трубы общего назначения и для промышленных систем;
- Легированные — трубопроводы специального назначения: коррозионностойкие, термостойкие, криогенные, радиоактивные.
Антикоррозийная обработка:
- Степень гладкости поверхности;
- Металлические покрытия: цинк, хром;
- Полимерные покрытия.
Механический запас прочности зависит от сочетания таких факторов как давление, температура и агрессивность транспортируемого вещества. Например, в тепловых сетях износ оборудования происходит быстрее.
Подбор изделий осуществляют с учетом действующих нагрузок, как правило, это толстостенные горячекатаные изделия. В газопроводах давление рассчитывают исходя из постоянного сжатия и расширения среды.
Какое давление выдерживают стальные трубы
Предельное давление стальной бесшовной трубы определяется по формуле: P = (2 х S хT)/(DхSF)
- P – давление жидкости;
- T – толщина стенки в дюймах;
- D – наружный диаметр трубы (дюйм);
- SF – коэффициент безопасности;
- S – запас прочности металла.
В зависимости от назначения изделий устанавливают нормативы допустимого давления, например для ВГП (ГОСТ 3262-75) предусмотрено три норматива Рр: 25 кгс/см², 32 кгс/см² и 50 кгс/см² по требованию потребителя. Этого достаточно для организации распределительных коммунальных сетей.
Допустимое давление складывается из нескольких величин:
- Рабочее давление среды на стенки трубопровода;
- Резкое увеличение при срабатывании предохранительных клапанов или других регулирующих устройств.
Параметры Рр, допустимого напряжения в слоях металла указывают в технической документации каждого вида изделий. Гидравлические испытания проводят согласно регламенту ГОСТ 3845-2017. Каждый экземпляр герметизируют, наполняют испытательной средой (водой или другой жидкостью) и выдерживают в течение установленного времени. При появлении протечек, продукция выбраковывается.
Сварной шов является наиболее уязвимым местом трубы, его прочность меньше показателей основного металла, кроме этого он быстрее подвергается коррозийный изменениям. Для сетей с высокими внутренними нагрузками выбирают бесшовные изделия.
Кроме этого, действует следующее правило:
- Чем больше диаметр, а значит объем среды, тем ниже запас прочности;
- Чем больше толщина стенки, тем выше стойкость к давлению.
В нормативных документах обычно указывают условные значения, например, действительные при температуре 20 С⁰. Но трубопроводы редко прокладывают в подобных условиях, поэтому дополнительно производят ряд вычислений.
Термические воздействия для трубопроводов с Рр 100-320 МПа вычисляют согласно ГОСТ 55600-2013 с учетом на износа, технологических погрешностей, минимальной толщины стенок согласно допускам по разностенности.
Со временем напор внутри сети падает. Это связано с увеличением сопротивления потоку. Новая и гладкая труба обладает высокой пропускной способностью, но по мере накопления осадочных отложений, формирования корродирующих слоев возрастает трение, а гидравлические потери растут. При увеличении давления среды, сопротивление растет в прогрессии.
Таблица максимального давления нержавеющих труб
| 15 | 1 | 116 | 96 | 60,3 | 3,2 | 92 | 77 |
| 16 | 1 | 109 | 90 | 60,3 | 3,6 | 104 | 86 |
| 16 | 1,5 | 163 | 135 | 70 | 1,5 | 37 | 31 |
| 17,2 | 1,65 | 167 | 139 | 70 | 2 | 50 | 41 |
| 17,2 | 2 | 203 | 168 | 76,1 | 1,65 | 38 | 31 |
| 18 | 1 | 97 | 80 | 76,1 | 2 | 46 | 38 |
| 18 | 1,5 | 145 | 120 | 76,1 | 2,6 | 60 | 49 |
| 19,05 | 1 | 91 | 76 | 76,1 | 2,9 | 66 | 55 |
| 19,05 | 1,25 | 114 | 95 | 76,1 | 3,2 | 73 | 61 |
| 19,05 | 1,65 | 151 | 125 | 76,1 | 3,6 | 82 | 68 |
| 20 | 1 | 87 | 72 | 83 | 1,5 | 31 | 26 |
| 20 | 1,5 | 131 | 108 | 84 | 2 | 41 | 34 |
| 21,3 | 1,65 | 135 | 112 | 88,9 | 1,65 | 32 | 27 |
| 21,3 | 2 | 164 | 136 | 88,9 | 2 | 39 | 33 |
| 21,3 | 2,6 | 213 | 176 | 88,9 | 2,6 | 51 | 42 |
| 22 | 1 | 79 | 66 | 88,9 | 2,9 | 57 | 47 |
| 22 | 1,5 | 119 | 99 | 88,9 | 3,2 | 63 | 52 |
| 25,4 | 1 | 69 | 57 | 88,9 | 3,6 | 71 | 59 |
| 25,4 | 1,25 | 86 | 71 | 88,9 | 4 | 78 | 65 |
| 25,4 | 1,65 | 113 | 94 | 101,6 | 1,65 | 28 | 23 |
| 26,9 | 1,65 | 107 | 89 | 101,6 | 2 | 34 | 28 |
| 26,9 | 2 | 130 | 107 | 101,6 | 3 | 51 | 43 |
| 26,9 | 2,6 | 168 | 140 | 103 | 1,5 | 25 | 21 |
| 28 | 1 | 62 | 52 | 104 | 2 | 34 | 28 |
| 28 | 1,5 | 93 | 77 | 114,3 | 1,65 | 25 | 21 |
| 30 | 1 | 58 | 48 | 114,3 | 2 | 30 | 25 |
| 30 | 1,5 | 87 | 72 | 114,3 | 2,6 | 40 | 33 |
| 32 | 1 | 54 | 45 | 114,3 | 2,9 | 44 | 37 |
| 32 | 1,5 | 82 | 68 | 114,3 | 3,2 | 49 | 40 |
| 33,7 | 1,65 | 85 | 71 | 114,3 | 3,6 | 55 | 46 |
| 33,7 | 2 | 103 | 86 | 114,3 | 4 | 61 | 51 |
| 33,7 | 2,9 | 150 | 124 | 129 | 2 | 27 | 22 |
| 33,7 | 3,2 | 165 | 137 | 139,7 | 2 | 25 | 21 |
| 34 | 1 | 51 | 43 | 139,7 | 2,6 | 32 | 27 |
| 34 | 1,5 | 77 | 64 | 139,7 | 3 | 37 | 31 |
| 38 | 1 | 46 | 38 | 139,7 | 4 | 50 | 41 |
| 38 | 1,5 | 69 | 57 | 154 | 2 | 23 | 19 |
| 40 | 1 | 44 | 36 | 156 | 3 | 34 | 28 |
| 40 | 1,5 | 66 | 54 | 168,3 | 2 | 21 | 17 |
| 42,4 | 1,65 | 68 | 56 | 168,3 | 2,6 | 27 | 22 |
| 42,4 | 2 | 82 | 68 | 168,3 | 3 | 31 | 26 |
| 42,4 | 2,6 | 107 | 89 | 168,3 | 3,6 | 37 | 31 |
| 42,4 | 2,9 | 119 | 99 | 168,3 | 4 | 41 | 34 |
| 42,4 | 3,2 | 132 | 109 | 204 | 2 | 17 | 14 |
| 44,5 | 1,5 | 59 | 49 | 205 | 2,5 | 21 | 18 |
| 44,5 | 2 | 78 | 65 | 206 | 3 | 25 | 21 |
| 48,3 | 1,65 | 60 | 49 | 219,1 | 2 | 16 | 13 |
| 48,3 | 2 | 72 | 60 | 219,1 | 2,6 | 21 | 17 |
| 48,3 | 2,6 | 94 | 78 | 219,1 | 3 | 24 | 20 |
| 48,3 | 2,9 | 105 | 87 | 219,1 | 3,6 | 29 | 24 |
| 48,3 | 3,2 | 115 | 96 | 219,1 | 4 | 32 | 26 |
| 50 | 1,5 | 52 | 43 | 254 | 2 | 14 | 11 |
| 50 | 2 | 70 | 58 | 256 | 3 | 20 | 17 |
| 53 | 1,5 | 49 | 41 | 273 | 2 | 13 | 11 |
| 54 | 2 | 65 | 54 | 273 | 2,6 | 17 | 14 |
| 60,3 | 1,65 | 48 | 40 | 273 | 3 | 19 | 16 |
| 60,3 | 2 | 58 | 48 | 273 | 3,6 | 23 | 19 |
| 60,3 | 2,6 | 75 | 62 | 273 | 4 | 26 | 21 |
| 60,3 | 2,9 | 84 | 69 |
Как правильно подобрать трубы
При выборе изделий следует учитывать давление, поддерживаемое в системе. Например для внутридомовых сетей ХВС действует норматив до 6 бар, ГВС — до 4,5 бар. В частных домах нормативы рассчитывают индивидуально, оно может достигать 10 бар, но большая часть оборудования предназначена для максимальных нагрузок не более 6,5.
В проекте инженерной сети учитывают ряд других показателей:
- Зависимость Рр от диаметра труб;
- Гидравлические потери при изгибах, установке запорных и регулирующих устройств;
- Количество точек разбора;
- Мощность насосного оборудования;
- Другие параметры условий эксплуатации.
Для повышения технических характеристик трубного проката применяют специальные сплавы, например легированные молибденом, антикоррозийные покрытия, предотвращающие формирование отложений. проектирование и подбор материалов согласно действующим стандартам обеспечивает максимальный срок службы и ремонтопригодность трубопроводных систем.
Оцените нашу статью
Загрузка...
