какие расчеты не входят в этапы полного расчета трубопровода

Этапы полного расчета трубопровода

5.2.3.1. Для оценки прочности трубопровода, а также для определения передаваемых им усилий на оборудование и перемещений его сечений при нагре­ве производится полный расчет трубопровода. Он складывается из ряда расчетов (этапов), каждый из которых выполняется на совместное действие опре­деленного частного сочетания нагружающих факто­ров (табл. 5.4).

Как видно из табл. 5.4, оценка прочности не требу­ется:

Для высокотемпературного трубопровода в расче­те по этапу III;

Для низкотемпературного трубопровода в расче­тах по этапам II и IV.

5.2.3.2. На этапах I, II, III полного расчета внут­реннее давление на участке трубопровода принима-

Таблица 5.4 Этапы полного расчета трубопровода

Назначение этапа для

Жающие факторы для

Прочности на совме­

Ных опор в рабочем

Точных опор в рабо­

Расчет на действие темпера­турного расшире­ния (на самоком­пенса­цию)

Внутреннее давле­ние; температурпое расширение; «соб­ственные» смещения защемленпых кон­цевых сечений; усилия сопроти­вления промежу­точных опор

Оценка усталост­ной про­чности

Определение темпе­ратурных перемеще­ний (т. е. перемеще­ний при переходе трубопровода из холодного состоя­ния в рабочее)

Расчет для хо­лодного (нерабо­чего) состоя­ния на совмест­ное дей­ствие всех нагружа­ющих факторов

Весовая нагрузка; усилия промежуточ­ных опор(нагрузки опор в холодном состоянии)

Определение уси­лий воздействия трубопровода на оборудование

Ется равным максимальному рабочему давлению транспортируемой среды на этом участке.

5.2.3.3. Рабочая температура стенки участка тру­бопровода Tp принимается равной максимальной ра­бочей температуре транспортируемой среды в преде­лах этого участка.

5.2.3.4. В расчете по этапу III в качестве темпера­туры нагрева участка трубопровода принимается раз­ность его температур в рабочем и холодном состоя­нии, т. е. tu = tp-ty. Значение коэффициента лилейно­го расширения металла в расчете по этапу III прини­мается в зависимости от рабочей температуры Комментарии к записи Этапы полного расчета трубопровода отключены

Источник

Законодательная база Российской Федерации

Бесплатная горячая линия юридической помощи

Бесплатная консультация

Навигация

Федеральное законодательство

Действия

5.2. Расчет трубопроводов пара и горячей воды на дополнительные нагрузки и малоцикловую усталость

5.2.1.1. Предполагается, что рабочие параметры транспортируемой среды в течение полного срока службы трубопровода не изменяются.

Для выполнения расчета прочности трубопровода необходимо предварительно определить возникающие в нем внутренние силовые факторы. Применяющиеся для этой цели методики и программы основываются на различных классических и специальных методах раскрытия статической неопределимости.

5.2.1.2. Предусматривается выполнение расчета прочности трубопровода как на статическое, так и на циклическое нагружение. Предусмотрены различные требования к расчетам высокотемпературных и низкотемпературных трубопроводов. К высокотемпературным относятся трубопроводы из углеродистых, низколегированных марганцовистых, хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей, эксплуатирующихся при температуре среды в них выше 370 °С, и трубопроводы из аустенитных марок сталей, эксплуатирующихся при температуре среды в них выше 450 °С. Остальные трубопроводы относятся к низкотемпературным.

5.2.1.3. Расчет низкотемпературных трубопроводов на статическое нагружение производится по формулам, полученным по методу предельного состояния (формулы для расчета трубопровода на совместное действие давления, весовой нагрузки и рабочих нагрузок промежуточных опор). Расчет же таких трубопроводов на циклическое нагружение производится по методике, основанной на исследованиях в области малоцикловой усталости и учитывающей результаты экспериментального исследования разрушения элементов трубопровода при циклическом нагружении (формулы для расчета на совместное действие давления, самокомпенсации и усилий сопротивления промежуточных опор).

5.2.1.4. Расчет высокотемпературных трубопроводов на совместное статическое нагружение давлением, весовой нагрузкой и усилиями опор в рабочем состоянии также выполняется по формулам предельного состояния. Для расчета таких трубопроводов на статическое действие всех нагружающих факторов в рабочем состоянии применяется метод максимальных напряжений при учете релаксации напряжений самокомпенсации. Цикличность нагружения высокотемпературных трубопроводов учитывается в расчете недопущением пластических перегрузок в холодном и рабочем состоянии.

5.2.2.1. В формулах приняты обозначения, представленные в табл. 5.3

5.2.3.1. Для оценки прочности трубопровода, а также для определения передаваемых им усилий на оборудование и перемещений его сечений при нагреве производится полный расчет трубопровода. Он складывается из ряда расчетов (этапов), каждый из которых выполняется на совместное действие определенного частного сочетания нагружающих факторов (табл. 5.4).

Этапы полного расчета трубопровода

Как видно из табл. 5.4, оценка прочности не требуется:

для высокотемпературного трубопровода в расчете по этапу III;

для низкотемпературного трубопровода в расчетах по этапам II и IV.

5.2.3.2. На этапах I, II, III полного расчета внутреннее давление на участке трубопровода принимается равным максимальному рабочему давлению транспортируемой среды на этом участке.

5.2.3.3. Рабочая температура стенки участка трубопровода t_p принимается равной максимальной рабочей температуре транспортируемой среды в пределах этого участка.

5.2.3.5. Расчет по этапу I производится при нулевом значении температуры нагрева трубопровода (или при нулевом значении коэффициента линейного расширения) и нулевых значениях «собственных» смещений концевых защемленных сечений (эти смещения вызываются температурным расширением корпуса оборудования).

5.2.3.6. Расчет низкотемпературных трубопроводов по этапу II производится при введении значений действительной температуры нагрева участков t_н.

При расчете высокотемпературных трубопроводов по этапу II в целях оценки прочности допускается учет саморастяжки, обусловленной релаксацией напряжений самокомпенсации. В этом случае вместо значений действительной температуры нагрева вводятся значения фиктивной (условно заниженной) температуры нагрева, определяемые по формуле

При этом вводимые в расчет значения «собственных» смещений концевых сечений также должны быть уменьшены умножением на коэффициент 0,5x.

Во всех случаях расчет по этапу II производится при значениях коэффициента линейного расширения, соответствующих рабочей температуре участков t_p.

5.2.3.7. Расчет по этапу IV низкотемпературных трубопроводов выполняется при нулевом значении температуры нагрева (или нулевом значении коэффициента линейного расширения).

Расчет по этапу IV высокотемпературных трубопроводов производится при введении в качестве значений температуры нагрева участков фиктивной отрицательной температуры, определяемой по формуле

где — коэффициент релаксации компенсационных напряжений принимается по рис. 5.6, а также при введении значений фиктивных «собственных» смещений концевых сечений, получающихся в результате умножения значений действительных смещений на величину со знаком «минус». При этом принимаемые значения коэффициента линейного расширения должны соответствовать рабочей температуре t_p.

5.2.3.9. Коэффициент линейного расширения материала следует принимать согласно приложению.

5.2.3.10. Расчеты по этапам I, II, IV выполняются при введении соответствующих значений усилий промежуточных упругих опор (их нагрузок в рабочем и холодном состоянии трубопровода).

Усилия сопротивления промежуточных упругих опор, учитываемые на этапе III полного расчета, возникают в результате деформирования трубопровода при нагреве.

Эти усилия (приращения нагрузок опор) автоматически учитываются, если расчет выполняется по схеме нагреваемого трубопровода, опирающегося на упругие опоры, причем в расчет вводятся фактические жесткости этих опор.

Воздействие на трубопровод опор скольжения и направляющих опор учитывается на всех этапах полного расчета трубопровода; при этом в точках установки опор вводятся жесткие связи, исключающие недопустимые опорой перемещения.

5.2.3.12. Об учете монтажной растяжки в расчетах по этапам II и IV см. пп. 5.2.8.5-5.2.8.8.

5.2.3.13. Если трубопровод эксплуатируется не в единственном варианте температурного состояния всех его участков, то полный расчет его следует выполнять для того варианта температурного состояния, которому соответствуют наиболее тяжелые условия нагружения. Если такой вариант температурного состояния невозможно установить без полного расчета, то расчет выполняется для различных вариантов состояния.

5.2.3.14. Если трубопровод состоит из низкотемпературных и высокотемпературных участков, допускается расчет его прочности производить с учетом саморастяжки высокотемпературных участков (см. пп. 5.2.3.6 и 5.2.3.7).

5.2.4.1. Усилия воздействия трубопровода на оборудование (нагрузки на оборудование), к которому он присоединен, определяются расчетами по этапам II (для рабочего состояния) и IV (для холодного состояния). Расчетом по этапу III определяются приращения усилий трубопровода при переходе его из холодного состояния в рабочее.

5.2.4.2. Если имеются результаты расчета трубопровода по этапу II с учетом саморастяжки по способу фиктивной температуры нагрева (см. п. 5.2.3.6) и если рабочая температура и материал всех его участков одинаковы, то передаваемые нагрузки на оборудование в рабочем состоянии могут быть определены по формуле

где — какой-либо силовой фактор (вертикальная сила, момент в горизонтальной плоскости и т.д.) из совокупности искомых усилий;

В противном случае требуется выполнить специальный расчет высокотемпературного трубопровода по этапу II с введением температуры нагрева t_н.

5.2.4.3. Если температура и материал всех участков низкотемпературного трубопровода одинаковы, усилия воздействия его на оборудование в холодном состоянии можно определить без выполнения расчета по этапу IV. При этом используется формула

5.2.4.4. Об учете монтажной растяжки см. пп. 5.2.8.5-5.2.8.9.

5.2.4.5. Допустимые нагрузки на оборудование устанавливаются заводом-изготовителем.

5.2.5.1. При раскрытии статической неопределимости трубопровода учитывается повышенная податливость на изгиб криволинейных труб и секторных колен, для чего необходимо определять коэффициенты податливости этих элементов.

5.2.5.2. Коэффициент податливости криволинейной трубы k*_p вычисляется как произведение коэффициента податливости k_p, определяемого без учета стесненности деформации ее концов от влияния примыкающих прямолинейных труб, на коэффициент , учитывающий эту стесненность деформации, т.е. .

5.2.5.3. Для определения коэффициента податливости k_p используется формула

(1)

Величина b вычисляется по следующим формулам:

(2)

Параметры и со вычисляются по формулам:

5.2.5.4. Для труб, значения и которых удовлетворяют условиям и , коэффициент k_p можно определять по формуле

5.2.5.5. Коэффициент можно определить по графику на рис.5.8 в зависимости от геометрического параметра трубы , угла между крайними сечениями трубы и отношения радиусов R / r (рис.5.7). Для промежуточных значений угла и отношения R / r коэффициент определяется по методу линейной интерполяции, при этом значение для угла = 0 принимается по формуле

Рис. 5.7. Криволинейная труба

Рис. 5.8. Коэффициент 242

При составлении программы расчета трубопроводов для вычисления коэффициента можно использовать данные табл. 5.5.

Значения коэффициента

	Угол
60°	90°	60°	90°
R / r = 2		R / r = 4
0,00	0,25	0,42	0,37	0,58
0,40	0,62	0,77	0,73	0,88
0,60	0,73	0,84	0,82	0,91
1,65	1,00	1,00	1,00	1,00
R / r = 6		R / r = 8
0,00	0,47	0,65	0,55	0,70
0,20	0,67	0,85	0,74	0,88
0,40	0,81	0,93	0,85	0,95
1,65	1,00	1,00	1,00	1,00

5.2.5.6. Для труб с можно принимать = 1.

Для труб, имеющих значение геометрического параметра = 1,65 или значение угла > 90°, принимается =1.

5.2.5.7. Для расчета трубопровода по этапу IV коэффициент податливости следует определять при p = 0.

5.2.5.8. Коэффициент податливости колена, сваренного из прямолинейных секторов (секторного колена), определяется согласно указаниям пп. 5.2.5.2-5.2.5.7. При этом радиус вычисляется по формуле (см. рис. 5.9)

— угол между его крайними сечениями.

Рис. 5.9. Колено, выполненное сваркой из прямых секторов (секторное колено)

5.2.6.1. Напряжения определяются в концевых и промежуточных сечениях трубопровода. Внутренние силовые факторы (изгибающие моменты M_x, M_y крутящий момент M_z и осевая сила N_z), принимаемые для расчета напряжений, определяются расчетом трубопровода по соответствующему этапу.

5.2.6.2. Определение напряжений на этапе I полного расчета

5.2.6.2.1. На этапе I полного расчета трубопровода определяются эффективные напряжения в его поперечных сечениях. Формулы, служащие для вычисления этих напряжений, получены по методу предельного состояния и характеризуют напряженное состояние поперечного сечения в целом.

5.2.6.2.2. Для поперечных сечений прямолинейных и криволинейных труб эффективное напряжение определяется по формуле

Приведенное напряжение от внутреннего давления вычисляется по формуле

(3)

Значение допуска на утонение стенки c1 принимается по техническим условиям на поставку труб, идущих на изготовление трубопровода.

Величина коэффициента прочности при ослаблении сварными соединениями _w принимается в соответствии с данными раздела 4.2 Норм.

Продольное напряжение от изгибающего момента и осевой силы и напряжение кручения вычисляются по формулам:

(4)

Момент сопротивления W и площадь поперечного сечения F определяются по формулам:

Коэффициент прочности поперечного сварного стыка при изгибе _bw принимается в соответствии с разделом 4.2 Норм.

Коэффициент перегрузки k_п принимается по п. 5.2.6.2.4.

5.2.6.2.3. Для криволинейных труб, геометрический параметр которых удовлетворяет условию = = 0,05 значение можно определять также по формуле

Рис. 5.10. Коэффициент

Рис. 5.11. Коэффициент

Коэффициент перегрузки k_п принимается согласно п.5.2.6.2.4.

5.2.6.2.4. При выполнении расчета трубопровода без существенных упрощений (учтены все ответвления и опоры и т.д.) и при его монтаже по действующим инструкциям коэффициент перегрузки k_п принимается равным 1,4.

Если дополнительно к указанным условиям производится специальная корректировка затяжки пружин промежуточных опор для учета отклонений фактических значений весовой нагрузки, жесткости пружин опор и температурных перемещений от принятых в расчете значений, а также выполняется наладка трубопровода, может быть принято k_п = 1,2.

Для несложных малогабаритных трубопроводов, когда не применяются промежуточные опоры, а напряжения от весовой нагрузки малы (не более 10 МПа), также можно принимать k_п =1,2.

5.2.6.2.5. Для равнопроходного или почти равнопроходного тройникового узла (отношение наружного диаметра к меньшему не более 1,3) вычисляется эффективное напряжение по формуле п.5.2.6.2.3, причем геометрический коэффициент трубы в данном случае определяется как отношение толщины стенки к среднему радиусу поперечного сечения ( = s / r).

Расчет по настоящему пункту выполняется для сечений всех трубопроводных участков, сходящихся в данном тройниковом узле (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Расчетные сечения тройникового узла

5.2.6.3. Определение напряжений на этапе II полного расчета

5.2.6.3.1. На этапе II полного расчета определяются эквивалентные напряжения, соответствующие наиболее напряженным точкам поперечных сечений трубопровода.

5.2.6.3.2. Для прямолинейных труб и криволинейных труб с >= 1,0 используется формула

(5)

5.2.6.3.3. Для криволинейных труб (при любом значении ) вычисления производятся по следующим четырем формулам:

(6)

Для оценки прочности берется большее из четырех значений.

Величина Мз определяется по формуле

Рис. 5.13. Изгибающие моменты в сечении криволинейной трубы

Коэффициент x_з используется для учета уменьшения напряжений, обусловленных начальной эллиптичностью сечения, вследствие ползучести. Его можно определять по формуле

причем x принимается по рис. 5.5.

Коэффициент k_п принимается согласно п. 5.2.6.2.4, а коэффициент k*_п при Mx > 0 и принимается в остальных случаях k*_п = k_п.

Коэффициенты _m и B_m определяются по п. 5.2.6.6. Напряжение o_пр подсчитывается по формуле (3).

5.2.6.3.4. Для равнопроходного или почти равнопроходного тройникового узла (отношение большего наружного диаметра к меньшему не более 1,3) вычисляется эквивалентное напряжение по формуле

(7)

причем коэффициент _m находится по п.5.2.6.6 в зависимости от геометрического параметра определяемого в данном случае как отношение толщины стенки к среднему радиусу поперечного сечения (), и параметра , определяемого по формуле

Расчет по формуле (7) выполняется для сечений всех трех трубопроводных участков, сходящихся в данном тройниковом узле (эти сечения обозначены на рис. 5.12).

Входящее в формулу (7) значение напряжения o_пр определяется по формуле (3).

Подсчет o_пр, W, F производится по геометрическим размерам, соответствующим расчетным сечениям. Значения силовых факторов принимаются в соответствии с рис. 5.14.

Рис. 5.14. Силовые факторы в поперечном сечении тройникового узла

5.2.6.4. Определение напряжений на этапе III полного расчета

5.2.6.4.1. На этапе III полного расчета определяются эквивалентные максимальные условные напряжения цикла (размахи эквивалентных напряжений, соответствующие переходу трубопровода из холодного состояния в рабочее и обратно).

5.2.6.4.2. Для прямолинейных труб и криволинейных труб с >= 1,0 применяется формула

(8)

Напряжения вычисляются соответственно по формулам (3), (4), (5).

5.2.6.4.3. Для криволинейных труб (при любом значении ) вычисления производятся по следующим формулам:

(8а)

Для оценки прочности принимается наибольшее из значений, получаемых по этим формулам.

При Mx > 0 (см.п. 5.2.6.3.3) и в остальных случаях k*_п = k_п.

Величины определяются так же, как при расчете по формулам (6).

5.2.6.4.4. Для равнопроходного или почти равнопроходного тройникового узла (отношение большего наружного диаметра к меньшему не более 1,3) также производится расчет для сечений всех трех участков, сходящихся в тройниковом узле (рис. 5.12), по формуле

(9)

Определение входящих сюда величин выполняется так же, как при вычислении их по формуле (7).

5.2.6.5. Определение напряжений на этапе IV полного расчета

5.2.6.5.1. На этапе IV полного расчета определяются эквивалентные напряжения, соответствующие наиболее напряженным точкам сечений трубопровода.

5.2.6.5.2. Для прямолинейных труб и криволинейных труб с >= 1,0 используется формула

(10)

Значения т и o_zMN определяются по формулам (4) и (5).

5.2.6.5.3. Для криволинейных труб (при любом значении ) вычисления производятся по формулам:

(10а)

Для оценки прочности берется большее из получаемых по этим формулам значений.

Коэффициент x_э1 определяется по формуле

где — коэффициент, принимаемый по рис.5.6.

Источник