Техническая наука/2.Механика

 

К.ф.-м.н.  Марасулов А. М.

 

Международный Казахско-Турецкий университет имени Х.А.Яссави, Казахстан

 

К вопросу совершествования норм проектирования магистральных газонефтепроводов

 

Прочность характеризует несущую способность конструкции, необходимую для выполнения ими требуемых функций в данный момент. Параметры прочности, определяемые расчетными методами, являются базовыми не только при определении основных размеров несущих конструкций, но и для оценки их работоспособности в процессе эксплуатации.

Конструктивное решение трубопровода и его элементов, положение трубопровода вдоль трассы, а также требования к физико-механическим свойствам используемых материалов являются итогом прочностного расчета, основной целью которого является обеспечение работоспособности трубопровода в период расчетного времени его эксплуатации.  

Анализ статистики аварий на газопроводах свидетельствует о недостаточных фактических уровнях безопасности. Это связано с рядом причин, в числе которых отмечаются и методические просчеты в системе нормативного обеспечения прочности трубопроводов.

Проанализируем обоснованность определения расчетных сопротивлении материалов, толщин стенок труб, в той постановке, которая регламентируется СНиП 2.05.06-85* [1].

Основополагающими расчетными формулами СНиП для определение расчетных сопротивлений растяжению (сжатию) являются:

 ;                                                    (1)

 

,                                                     (2)

 

где  и  - расчетные сопротивления растяжению (сжатию);  и   минимальные значения временного сопротивления и предела текучести металла труб, принимаемые  по государственным стандартам и техническими условиями на трубы;   - коэффициент условий работы трубопровода, принимаемый по таблице 1 [1], в зависимости от категории трубопровода: 0,6 – для категории В; 0,75 – для категории I и II; 0,9 – для III  и IV категорий;       -  коэффициент надежности по назначению трубопровода, величина которого принимается по таблице 11 [1], в зависимости от диаметра, рабочего давления и транспортируемого продукта в пределах от 1,0 до 1,15;    и - коэффициенты надежности по материалу, принимаемые по таблицам 9 и 10 [1] и дифференцируемые в зависимости от способа прокатки листа и изготовления труб, а также от типа стали:  принимается-в пределах от 1,34 … 1,55, - в пределах от 1,10 до 1,20.

Коэффициент m в формулах (1) и (2) для одинаковых категории трубопроводов остается неизменным. Хотя формула (1) с использованием предела прочности устанавливает расчетное сопротивление при проверке на прочность, а формула (2) с использованием предела текучести-при проверке на деформативность. Может ли коэффициент m быть в обоих случаях одинаковым?. Конечно же с учетом того, что условия работы, и условия разрушения металла труб при продольных и кольцевых разрывах разные коэффициент m в формулах (1) и (2) никак не может быть универсальным. Поэтому значения коэффициентов m должны быть теоретически и практически обосновано.

Основополагающей формулой определения нормативной расчетной толщины стенки трубопровода является:

 

 ,                                                    (3)

 

где - коэффициент надежности по внутреннему рабочему давлению; - рабочее (нормативное) давление;  - наружный диаметр трубы, R1-расчетное сопротивление растяжению, определяемое формулой (1).

         При  наличии продольных осевых сжимающих напряжений номинальную толщину стенки трубопровода определяет по формуле (13) [1]:

 

,                                                (4)

 

где – коэффициент, учитывающий двухосное  напряженное состояние труб, определяемый по формуле:  (14) [1].

Вычислим по формулам (1) и (2), используя нормативные значения коэффициентов  ,  и  величины и ,  получим , .

Таким образом, системой коэффициентов временное сопротивление уменьшается в 1,5…2,8 раза, предел текучести в 1,2 …2,3 раза, что равносильно введению коэффициентов запаса прочности по временному сопротивлению  и по пределу текучести .

Такое положение приводит к занижению действительной несущей способности магистрального трубопровода, поскольку из-за принятия завышенных значений коэффициентов  и в расчетах используется расчетное сопротивление , которое меньше предела текучести.

         Поэтому следует ввести зависимость К1 от деформационного упрочнения металла труб или ввести зависимость  К1 и от R1к и от R1н.

         Продольные осевые напряжения σпр.N, определяется от расчетных нагрузок и воздействии с учетом упругопластической работы металла по формуле:

                                             (5)

где -коэффициент линейного расширения металла трубы, град-1; t-расчетный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании; -коэффициент Пуассона.

Из приведенного определения расчетного температурного перепада ∆Т трудно понять, что необходимо принимать за нагревание для определения знака ∆Т.

         По нашему мнению в нормах не раскрыт физический смысл ∆Т и не учтено назначение величины ∆Т.

         Для определения  по формуле (5) необходимо определить Е и  по формулам:

Е=,                                                    (6)

 

                           ,                                                      (7)

где -интенсивность напряжений, определяемая через главные напряжения по формуле:

                                       (8)

 

-интенсивность деформации определяемая по формуле:

                                                    (9)

 

Из вышеуказанного неясно, каким образом вычислить Е и  по (6) и (7) если для нахождения  необходимо и  необходимо вычислить  т.е. продольные напряжения , согласно формуле 5, зависят от Е и , а Е и  от , что никак невозможно.

         На основании проведенного анализа можно заключить, что существующие СНиП 2.05.06-85* требуют совершенствования, пересмотра коэффициентов прочности, но при этом они должны быть научно обоснованы.

 

Литература

1. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования.