РАСЧЕТНЫЙ РАЗДЕЛ
Расчет толщины стенки трубопровода
Проверочный расчет толщины стенки.
– назначение трубопровода – транспортировка природного газа;
-наружный диаметр – 1220 мм;
-внутреннее рабочее давление – 7,5 МПа;
категория участка – I [1];
характеристика труб – термически упрочненные трубы из стали марки Х60.
Определяем номинальную толщину стенки (без учета осевых сжимающих напряжений) трубопровода по формуле (2.1):
где: – наружный диаметр трубопровода;
– нормативное давление в трубопроводе;
nр – коэффициент надежности по нагрузке рабочего давления в трубопроводе, принимаемый для газопровода, nр = 1,1 [1];
R1 – расчетное сопротивление растяжению (сжатию), определяемое по формуле (2.2):
где:m – коэффициент условий работы трубопровода, принимаемый m = 0,75 [1];
K1 – коэффициент надежности по материалу, принимаемый К1 = 1,34;
КH – коэффициент надежности по назначению трубопровода, принимаемый KH = 1,1;
– нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, равное , МПа принято по сертификатам на трубы.
Подставляем принятые значения в формулы (2.2) и (2.1):
Округляем до ближайшего большего 16,5 мм.
По таблице №3 (1) определяем категорию газопровода – I категория. По категории в таблице №1определяем коэффициент условий работы (1), коэффициент надежности по назначению трубопровода таблица №11 (1)
коэффициент двухосного напряженного состояния принимаем равным 1 (при положительных напряжениях в трубопроводе).
По полученной d=16,5 по таблице №6 (4) выбираем завод – изготовитель, тип трубы: Харцизский завод, ТУ 14-3-1450-87 (7,4)* сталь Х70.
По сортаменту труб выбираем .
Определяем перепад температур
– коэффициент линейного расширения;
– модуль упругости (Юнга);
– коэффициент Пуассона (т.е. 30% кольцевых напряжений берется в учет продольных напряжений);
– расчетный перепад температур;
Определяем продольное напряжение стенки трубы при двух :
– коэффициент надежности по температуре;
– внутренний диаметр газопровода.
Полученная толщина стенки соответствует толщине, имеющей в сортаменте, поэтому окончательно принимаем для дальнейших расчетов
РАСЧЕТНЫЙ РАЗДЕЛ Расчет толщины стенки трубопровода Проверочный расчет толщины стенки. – назначение трубопровода – транспортировка природного газа; -наружный диаметр – 1220 мм;
Источник: studexpo.ru
Расчет толщины стенки трубопровода
расчета прочности стенки магистрального трубопровода по СНиП 2.05.06-85*
(составитель Ивлев Д.В.)
Расчет прочности (толщины) стенки магистрального трубопровода несложен, но при его выполнении впервые возникает ряд вопросов, откуда и какие берутся значения в формулах. Данный расчет прочности производится при условии воздействия на стенку трубопровода только одной нагрузки – внутреннего давления транспортируемого продукта. При учете воздействия других нагрузок должен проводиться проверочный расчет на устойчивость, который в данной методике не рассматривается.
Номинальная толщина стенки трубопровода определяется по формуле (12) СНиП 2.05.06-85*:
n – коэффициент надежности по нагрузке – внутреннему рабочему давлению в трубопроводе, принимаемый по табл.13* СНиП 2.05.06-85*:
р – рабочее давление в трубопроводе, в МПа;
Dн – наружный диаметр трубопровода, в миллиметрах;
R1 – расчетное сопротивление растяжению, в Н/мм 2 . Определяется по формуле (4) СНиП 2.05.06-85*:
– временное сопротивление разрыву на поперечных образцах, численно равное пределу прочности σв металла трубопровода, в Н/мм 2 . Это значение определяется нормативными документами на сталь. Очень часто в исходный данных указывается только класс прочности металла. Это число примерно равно пределу прочности стали, переведенное в мегапаскали (пример: 412/9,81=42). Класс прочности конкретной марки стали определяется анализом в заводских условиях только для конкретной плавки (ковша) и указывается в сертификате на сталь. Класс прочности может в небольших пределах различаться от партии к партии (на пример, для стали 09Г2С – К52 или К54). Для справок можно пользоваться следующей таблицей:
m – коэффициент условий работы трубопровода в зависимости от категории участка трубопровода, принимаемый по таблице 1 СНиП 2.05.06-85*:
Категория участка магистрального трубопровода определяется при проектировании согласно таблицы 3* СНиП 2.05.06-85*. При расчете труб, применяемых в условиях интенсивных вибраций, коэффициент m может быть принят равным 0,5.
k1 – коэффициент надежности по материалу, принимаемый по табл.9 СНиП 2.05.06-85*:
Ориентировочно можно принимать коэффициент для стали К42 – 1,55, а для стали К60 – 1,34.
kн – коэффициент надежности по назначению трубопровода, принимаемый по табл.11 СНиП 2.05.06-85*:
К получаемому по формуле (12) СНиП 2.05.06-85* значению толщины стенки бывает необходимо прибавить припуск на коррозионное поражение стенки за время эксплуатации трубопровода.
Расчетный срок эксплуатации магистрального трубопровода указывается в проекте и обычно составляет 25-30 лет.
Для учета наружного коррозионного поражения по трассе магистрального трубопровода проводится инженерно-геологическое обследование грунтов. Для учета внутреннего коррозионного поражения производится анализ перекачиваемой среды, наличия в нём агрессивных компонентов.
Для примера, природный газ, подготовленный к перекачке, относится к слабоагрессивной среде. Но наличие в нём сероводорода и (или) углекислого газа в присутствии паров воды может увеличит степень воздействия до среднеагрессивного или сильноагрессивного.
К получаемому по формуле (12) СНиП 2.05.06-85* значению толщины стенки прибавляем припуск на коррозионное поражение и получаем расчетное значение толщины стенки, которое необходимо округлить до ближайшего большего стандартного (смотреть, например, в ГОСТ 8732-78* «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент», в ГОСТ 10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент», или в технических условиях трубопрокатных предприятий).
2. Проверка выбранной толщины стенки по испытательному давлению
После строительства магистрального трубопровода производится испытания как самого трубопровода, так и отдельных его участков. Параметры испытаний (испытательное давление и время испытания) указаны в таблице 17 СНиП III-42-80* «Магистральные трубопроводы». Проектировщику необходимо следить, что бы выбранные им трубы обеспечивали необходимую прочность при проведении испытаний.
На пример: производится гидравлическое испытание водой трубопровода Д1020х16,0 сталь К56. Заводское испытательное давление труб 11,4 МПа. Рабочее давление в трубопроводе 7,5 МПа. Геометрический перепад высот по трассе 35 метров.
Нормативное испытательное давление:
Давление от геометрического перепада высот:
Итого, давление в нижней точке трубопровода будет составлять , что больше заводского испытательного давления и целостность стенки не гарантируется .
Расчет испытательного давления трубы производится по формуле (66) СНиП 2.05.06 – 85*, идентичной формуле указанной в ГОСТ 3845-75* «Трубы металлические. Метод испытания гидравлическим давлением». Расчетная формула:
δ мин – минимальная толщина стенки трубы, равная разности номинальной толщины δ и минусового допуска δДМ, мм. Минусовой допуск – разрешенное изготовителю труб уменьшение номинальной толщины стенки трубы, которое не уменьшает общей прочности. Величина минусового допуска регламентируется нормативными документами. Для примера:
МЕТОДИКА расчета прочности стенки магистрального трубопровода по СНиП 2.05.06-85* (составитель Ивлев Д.В.) Ра
Источник: studlib.info
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:
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):
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:
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:
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,
где д – толщина стенки трубопровода, мм.
Допустимый уровень кольцевых напряжений равен:
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:
где д – минимально возможное значение толщины стенки в процессе эксплуатации, мм,
Расчет стенки трубопровода при избыточном внутреннем давлении Выбор толщины стенки трубопровода — один из ключевых вопросов проектирования, базирующихся на методах расчета прочности и
Источник: www.transportsense.ru
Расчет трубы: площади поверхности, толщины стенки, массы
При строительстве и обустройстве дома трубы не всегда используются для транспортировки жидкостей или газов. Часто они выступают как строительный материал — для создания каркаса различных построек, опор для навесов и т.д. При определении параметров систем и сооружений необходимо высчитать разные характеристики ее составляющих. В данном случае сам процесс называют расчет трубы, а включает он в себя как измерения, так и вычисления.
Содержание:
Для чего нужны расчеты параметров труб
В современном строительстве используются не только стальные или оцинкованные трубы. Выбор уже довольно широк — ПВХ, полиэтилен (ПНД и ПВД), полипропилен, металлопластк, гофрированная нержавейка. Они хороши тем, что имеют не такую большую массу, как стальные аналоги. Тем не менее, при транспортировке полимерных изделий в больших объемах знать их массу желательно — чтобы понять, какая машина нужна. Вес металлических труб еще важнее — доставку считают по тоннажу. Так что этот параметр желательно контролировать.
То, что нельзя измерить, можно рассчитать
Знать площадь наружной поверхности трубы надо для закупки краски и теплоизоляционных материалов. Красят только стальные изделия, ведь они подвержены коррозии в отличие от полимерных. Вот и приходится защищать поверхность от воздействия агрессивных сред. Используют их чаще для строительства заборов, каркасов для хозпостроек (гаражей, сараев, беседок, бытовок), так что условия эксплуатации — тяжелы, защита необходима, потому все каркасы требуют окраски. Вот тут и потребуется площадь окрашиваемой поверхности — наружная площадь трубы.
При сооружении системы водоснабжения частного дома или дачи, трубы прокладывают от источника воды (колодца или скважины) до дома — под землей. И все равно, чтобы они не замерзли, требуется утепление. Рассчитать количество утеплителя можно зная площадь наружной поверхности трубопровода. Только в этом случае надо брать материал с солидным запасом — стыки должны перекрываться с солидным запасом.
Сечение трубы необходимо для определения пропускной способности — сможет ли данное изделие провести требуемое количество жидкости или газа. Этот же параметр часто нужен при выборе диаметра труб для отопления и водопровода, расчета производительности насоса и т.д.
Внутренний и наружный диаметр, толщина стенки, радиус
Трубы — специфический продукт. Они имеют внутренний и наружный диаметр, так как стенка у них толстая, ее толщина зависит от типа трубы и материала из которого она изготовлена. В технических характеристиках чаще указывают наружный диаметр и толщину стенки.
Внутренний и наружный диаметр трубы, толщина стенки
Имея эти два значения, легко высчитать внутренний диаметр — от наружного отнять удвоенную толщину стенки: d = D — 2*S. Если у вас наружный диаметр 32 мм, толщина стенки 3 мм, то внутренний диаметр будет: 32 мм — 2 * 3 мм = 26 мм.
Если же наоборот, имеется внутренний диаметр и толщина стенки, а нужен наружный — к имеющемуся значению добавляем удвоенную толщину стеки.
С радиусами (обозначаются буквой R) еще проще — это половина от диаметра: R = 1/2 D. Например, найдем радиус трубы диаметром 32 мм. Просто 32 делим на два, получаем 16 мм.
Измерения штангенциркулем более точные
Что делать, если технических данных трубы нет? Измерять. Если особая точность не нужна, подойдет и обычная линейка, для более точных измерений лучше использовать штангенциркуль.
Расчет площади поверхности трубы
Труба представляет собой очень длинный цилиндр, и площадь поверхность трубы рассчитывается как площадь цилиндра. Для вычислений потребуется радиус (внутренний или наружный — зависит от того, какую поверхность вам надо рассчитать) и длина отрезка, который вам необходим.
Формула расчета боковой поверхности трубы
Чтобы найти боковую площадь цилиндра, перемножаем радиус и длину, полученное значение умножаем на два, а потом — на число «Пи», получаем искомую величину. При желании можно рассчитать поверхность одного метра, ее потом можно умножать на нужную длину.
Для примера рассчитаем наружную поверхность куска трубы длиной 5 метров, с диаметром 12 см. Для начала высчитаем диаметр: делим диаметр на 2, получаем 6 см. Теперь все величины надо привести к одним единицам измерения. Так как площадь считается в квадратных метрах, то сантиметры переводим в метры. 6 см = 0,06 м. Дальше подставляем все в формулу: S = 2 * 3,14 * 0,06 * 5 = 1,884 м2. Если округлить, получится 1,9 м2.
Расчет веса
С расчетом веса трубы все просто: надо знать, сколько весит погонный метр, затем эту величину умножить на длину в метрах. Вес круглых стальных труб есть в справочниках, так как этот вид металлопроката стандартизован. Масса одного погонного метра зависит от диаметра и толщины стенки. Один момент: стандартный вес дан для стали плотностью 7,85 г/см2 — это тот вид, который рекомендован ГОСТом.
Таблица веса круглых стальных труб
В таблице Д — наружный диаметр, условный проход — внутренний диаметр, И еще один важный момент: указана масса обычных стального проката, оцинкованные на 3% тяжелее.
Таблица веса профилированной трубы квадратного сечения
Как высчитать площадь поперечного сечения
Формула нахождения площади сечения круглой трубы
Если труба круглая, площадь сечения считать надо по формуле площади круга: S = π*R 2 . Где R — радиус (внутренний), π — 3,14. Итого, надо возвести радиус в квадрат и умножить его на 3,14.
Например, площадь сечения трубы диаметром 90 мм. Находим радиус — 90 мм / 2 = 45 мм. В сантиметрах это 4,5 см. Возводим в квадрат: 4,5 * 4,5 = 2,025 см 2 , подставляем в формулу S = 2 * 20,25 см 2 = 40,5 см 2 .
Площадь сечения профилированной трубы считается по формуле площади прямоугольника: S = a * b, где a и b — длины сторон прямоугольника. Если считать сечение профиля 40 х 50 мм, получим S = 40 мм * 50 мм = 2000 мм 2 или 20 см 2 или 0,002 м 2 .
Как рассчитать объем воды в трубопроводе
При организации системы отопления бывает нужен такой параметр, как объем воды, которая поместится в трубе. Это необходимо при расчете количества теплоносителя в системе. Для данного случая нужна формула объема цилиндра.
Формула расчета объема воды в трубе
Тут есть два пути: сначала высчитать площадь сечения (описано выше) и ее умножить на длину трубопровода. Если считать все по формуле, нужен будет внутренний радиус и общая длинна трубопровода. Рассчитаем сколько воды поместится в системе из 32 миллиметровых труб длиной 30 метров.
Сначала переведем миллиметры в метры: 32 мм = 0,032 м, находим радиус (делим пополам) — 0,016 м. Подставляем в формулу V = 3,14 * 0,016 2 * 30 м = 0,0241 м 3 . Получилось = чуть больше двух сотых кубометра. Но мы привыкли объем системы измерять литрами. Чтобы кубометры перевести в литры, надо умножить полученную цифру на 1000. Получается 24,1 литра.
При строительстве и обустройстве дома трубы не всегда используются для транспортировки жидкостей или газов. Часто они выступают как строительный материал…
Источник: lux-standart.ru
Параметры стальных труб.
Содержание статьи:
Все диаметры стальных труб, если речь идет о стандартах, определяются ГОСТом в соответствии с видом. Так гораздо легче становится процедура расчетов при монтаже и предварительном проектировании трубопровода, если известен наружный диаметр. Знание этой величины можно считать залогом правильного подбора всех элементов (заглушки, тройники, переходы, запорная арматура). Кроме того, эта величина просто крайне важна и незаменима при расчете веса.
Удобно заключать диаметр, толщину стенки стальных труб в таблицы.
Параметры бесшовных материалов
Есть и исключение, в данном случае составляют которое водогазопроводные трубы, классификация которых составлена по такому признаку, как условный проход (Ду)
Параметры водогазопроводной трубы
Приведенные выше таблицы диаметров, толщины стенок стальных труб, дают представление о том, что, к примеру, наружный диаметр является величиной, которая определяется строго ГОСТом, и она постоянна. А для того, чтобы добиться большей прочности изделия, прибегают к увеличению толщины стенки. Как результат, внутренние размеры окружности отличаются от прохода условного (он же номинальный) диаметра, в свою очередь который, будучи величиной условной, используется при монтаже элементов трубопровода. Данный параметр находится в связке с параметром просвета. Нередко случается, что толщина стенок труб из стали различна при одинаковом условном проходе, поэтому их принято подразделять на обыкновенные, с толстыми и тонкими стенками.
Область применения стальных труб
Каждому виду соответствует своя область применения. Так стальная труба с тонкими стенками считается универсальной в сфере своего применения, поскольку она удобна в обработке сварочным аппаратом и хороша на изгиб.
Таблицы с диаметрами и толщинами стенок стальных труб и вес – это еще далеко не исчерпывающая информация. Так, в случае с повышенной требовательностью к такому важному параметру, как прочность стальной трубы, используется бесшовная труба с тонкими стенами, которая нашла широкое применение в авиастроении, изготовлении деталей машин, трубопроводах и другом. Ее главное преимущество, независимо от условий, в которых она будет использоваться, заключается в большом диаметре и длине, а также повышенной прочности при минимальной толщине стенки.
Стальная труба с толстыми стенками, по большому счету, не уступает тонкостенной по универсальности и превосходит предыдущий вид по надежности, прочности, устойчивости к большим давлениям и коррозии.
Приведенные параметры толщины стенок и диаметра стальных труб в таблицах незаменимы для расчетов и наглядного представления того, как эти характеристики соизмеряются друг с другом.
Возвращаясь к диаметрам и сфере задействования стальных труб можно отметить, что их применение распространено в строительной сфере, в сельском хозяйстве, отрасли автомобилестроения, в пищевой промышленности, химической, бытовой и других. Такая популярность, прежде всего, обусловлена экономической выгодой. Важное значение для любых труб из стали имеет как внешний вид, так и внутренний диаметр. И главное между ними отличие состоит в том, что наряду с тем, как внутренний диаметр остается всегда неизменным, внешний может варьироваться в зависимости от толщины стенок.
Именно диаметр является опорой разделения изделий на классы. Знание диаметра стальной трубы позволит, к примеру, просчитать заранее количество их, необходимое для транспортировки какого-либо вещества по магистрали. Следовательно, появляется возможность определения нагрузки на слабые места, на проектируемую систему в целом и, что важно, возможность их устранения.
Просмотреть таблицы диаметров и толщины стенок стальных труб – большого труда не составит, тем более, что они приведены выше, но стоит более детально остановиться на таком немаловажном нюансе, как разновидность диаметров. Они могут быть: номинальными, условными (фактический размер внутреннего параметра трубы, измеряется в миллиметрах), внутренними и наружными – соответственно важный при подборе соединительных элементов и фитингов параметр и показатель, по которому классифицируются все стальные изделия. Что характерно, диаметр стальной трубы определяет сферу ее применения.
В соотношении диаметра к стенке, продукция делится на следующие виды: нормальные, усредненные конструкции, элементы с толстыми стенками, изделия с тонкими стенками, трубы со стенками особо тонкими и трубы со стенками особо толстыми. Также трубы подразделяются на: профильные, водогазопроводные, труба электросварочная прямошовная, труба бесшовная горячедеформированная и бесшовная холоднодеформированная.
Прочность стальных труб
Что касается прочности трубы, то это свойство зависит от формы и габаритов сечения, поскольку нагрузка, которую могут выдержать стальные трубы, напрямую зависит от толщины стенок. Поэтому, наряду со всеми таблицами толщины стенок и диаметров стальных труб, есть еще и дополнительные характеристики, в том числе такие, как прочность. Последняя используется в трубопроводах для расчета допустимого внешнего и внутреннего давления, а также для расчета жесткости каркаса в металлоконструкциях. Иными словами, без «правильного» сечения ни металлическая конструкция, ни трубопровод существовать не могут.
Так, геометрические параметры стальной трубы регламентируют ряд ГОСТов (нормативных документов), в которых указаны конкретные значения (в миллиметрах), а также представлены отклонения (допустимые) от упомянутых величин (длина изделия, толщина стенки, диаметр внешний и внутренний) в процентах от регламентированных габаритов.
Для того, чтобы рассчитать необходимое количество трубы, вы можете нажать на кнопку — «Строительные калькуляторы» с правой стороны экрана.
В данной статье рассмотрены вопросы сферы применения стальных труб, их геометрические, физические, механические характеристики. А также приведен калькулятор
Источник: 7prom.ru
Станьте первым!