ГОСТ 32388-2013 Трубопроводы технологические. Нормы и методы расчета на прочность, вибрацию и сейсмические воздействия.
ГОСТ 32388-2013
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
ТРУБОПРОВОДЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
Нормы и методы расчета на прочность, вибрацию и сейсмические воздействия
Processing pipes. Standards and calculation methods for the stress, vibration and seismic effects
МКС 75.180.20
Дата введения 2014-08-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Некоммерческим партнерством "Сертификационный центр НАСТХОЛ" (НП "СЦ НАСТХОЛ"), Научно-техническим предприятием Трубопровод (ООО "НТП Трубопровод")
2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 155 "Соединения трубопроводов общемашиностроительного применения"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 18 октября 2013 г. N 60-П)
За принятие проголосовали:
|
|
|
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
Армения | AM | Минэкономики Республики Армения |
Беларусь | BY | Госстандарт Республики Беларусь |
Киргизия | KG | Кыргызстандарт |
Россия | RU | Росстандарт |
Таджикистан | TJ | Таджикстандарт |
Узбекистан | UZ | Узстандарт |
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 3 апреля 2014 г. N 304-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 32388-2013 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 августа 2014 г.
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Ноябрь 2016 г.
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты" (по состоянию на 1 января текущего года), а текст изменений и поправок - в ежемесячных информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
Введение
Стандарт предназначен для специалистов, осуществляющих проектирование, строительство и реконструкцию трубопроводов технологических в нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, газовой и других смежных отраслях промышленности.
Стандарт выпущен в развитие СА 03-003-07*. В стандарте:
- учтены все изменения к СА 03-003-07;
- добавлен раздел по расчету на прочность трубопроводов высокого давления (более 10 МПа);
- добавлен раздел по оценке прочности трубопроводов при сейсмических воздействиях;
- добавлен раздел по расчету прочности криогенных трубопроводов с рабочей температурой от минус 269°С;
- добавлен раздел по оценке устойчивости как подземных, так и надземных трубопроводов;
- приведена методика определения отбраковочных толщин;
- добавлены требования по расчету трубопроводов, прокладываемых в грунте без устройства каналов (бесканальная прокладка);
- добавлена методика расчета переходов, косых врезок и косых тройников (в которых ответвление неперпендикулярно магистральной части);
- усовершенствована методика расчета вакуумных трубопроводов;
- внесены прочие правки в методику расчета, отражающие опыт, накопленный за время использования СА 03-003-07;
- стандарт распространяется не только на стальные трубопроводы, но и на трубопроводы из цветных металлов (титана, меди, алюминия и их сплавов) и из полимерных материалов.
1 Область применения
Стандарт распространяется на проектируемые, вновь изготавливаемые и реконструируемые технологические трубопроводы, эксплуатирующиеся на опасных производственных объектах в закрытых цехах, наружных установках, а также прокладываемые надземно на низких, высоких опорах, эстакадах и подземно в непроходных, полупроходных каналах и защемленные в грунте (бесканальные).
Стандарт применим при условии, что отклонения от геометрических размеров и неточности при изготовлении рассчитываемых элементов не превышают допусков, установленных нормативно-технической документацией.
1.2 Настоящий стандарт устанавливает требования к определению толщины стенки труб и соединительных деталей трубопровода под действием внутреннего избыточного и наружного давления, а также методы расчета на прочность и устойчивость технологических трубопроводов.
Поверочный расчет трубопровода предусматривает оценку статической прочности и малоцикловой усталости трубопровода под действием нагрузок и воздействий, соответствующих как нормальному технологическому режиму, так и допустимым отклонениям от такого режима.
Поверочный расчет на сейсмические воздействия выполняется для трубопроводов, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64.
Предусмотрен расчет трубопровода на вибрацию при пусконаладочных работах и эксплуатации. Приведены рекомендации по определению амплитуды и частоты пульсаций давления рабочей среды, генерируемых оборудованием, и собственных частот колебаний трубопровода. Сформулированы условия отстройки трубопровода от резонанса. Даны критерии прочности трубопровода при наличии вибрации.
Внутренние силовые факторы и реакции опор определяют расчетом трубопровода как упругой стержневой системы с учетом реальной гибкости элементов и сил трения в опорах скольжения по методам строительной механики стержневых систем. Нагрузки на оборудование и опоры определяют в рабочем и холодном (нерабочем) состояниях трубопровода, а также при испытаниях.
Оценка прочности проводится раздельно на действие несамоуравновешенных нагрузок (весовые и внутреннее давление) и с учетом всех нагружающих факторов, в том числе температурных деформаций. При соблюдении условий малоцикловой усталости допускается значительная концентрация местных напряжений, обусловленных температурным нагревом в рабочем состоянии трубопровода.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности
ГОСТ 12.1.044-89 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения
ГОСТ 25.101-83 Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов
ГОСТ 30546.1-98 Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям и методы расчета их сложных конструкций в части сейсмостойкости
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины и определения:
3.1 акселерограмма: Зависимость ускорения колебаний от времени.
3.2 акселерограмма землетрясения: Акселерограмма на свободной поверхности грунта при землетрясении.
3.3 акселерограмма поэтажная: Ответная акселерограмма для отдельных высотных отметок сооружения, на которых расположен трубопровод.
3.4 воздействие: Явление, вызывающее внутренние силы в элементе трубопровода (изменение температуры стенки трубы, деформация основания и др.).
3.5 воздействие деформационное (кинематическое): Воздействие на трубопровод в виде перемещения, например температурные расширения, неравномерная осадка опор, смещение точек присоединения к оборудованию и т.д., измеряется в миллиметрах, градусах и т.д. Деформационные воздействия являются самоуравновешенными и для трубопроводов считаются менее опасными, чем силовые. Деформационные воздействия в статически определимых системах не вызывают появление внутренних усилий, а вызывают только перемещения.
3.6 воздействие силовое: Воздействие на трубопровод в виде силы, измеряется, например, в ньютонах, мегапаскалях, ньютонах на метр и т.д. Силовые воздействия являются несамоуравновешенными и считаются более опасными, чем деформационные воздействия. Силовые воздействия вызывают внутренние усилия и перемещения как в статически определимых, так и в статически неопределимых системах.
3.7 давление пробное: Избыточное давление, при котором должно проводиться гидравлическое испытание трубопровода и его деталей на прочность и герметичность.
3.8 давление рабочее (нормативное): Наибольшее внутреннее давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации трубопровода.
3.9 давление расчетное: Максимальное избыточное внутреннее давление, на которое рассчитывают трубопровод или его часть на прочность.
3.10 допускаемое напряжение: Максимальное безопасное напряжение при эксплуатации рассматриваемой конструкции.
3.11 землетрясение: Колебания земли, вызываемые прохождением сейсмических волн, излученных из какого-либо очага упругой энергии.
3.12 интенсивность землетрясения: Мера величины сотрясения грунта, определяемая параметрами движения грунта, степенью разрушения сооружений и зданий, характером изменений земной поверхности и данными об испытанных людьми ощущениях.
3.13 категория сейсмостойкости: Категория трубопровода, зависящая от степени опасности (риска), возникающего при достижении предельного состояния трубопровода для здоровья и жизни граждан, имущества физических или юридических лиц, экологической безопасности окружающей среды.
3.14 компенсатор: Участок или соединительная деталь трубопровода специальной конструкции, предназначенная для восприятия температурных деформаций трубопровода за счет своей податливости.
3.15 ККСК: Корень квадратный из суммы квадратов.
3.16 линейно-спектральный метод анализа: Метод расчета на сейсмостойкость, в котором значения сейсмических нагрузок определяются по спектрам ответа в зависимости от частот и форм собственных колебаний системы.
3.17 метод динамического анализа: Метод расчета на воздействие в форме акселерограмм колебаний грунта в основании трубопровода путем численного интегрирования уравнений движения.
3.18 нагрузка: Силовое воздействие, вызывающее изменение напряженно-деформированного состояния трубопровода.
3.19 нагрузка или воздействие нормативные: Наибольшая нагрузка, отвечающая нормальным условиям работы трубопровода.
3.20 нагрузка или воздействие расчетные: Произведение нормативной нагрузки или воздействия на соответствующий коэффициент надежности, учитывающий возможность отклонения нагрузки или воздействия в неблагоприятную сторону.
3.21 назначенный ресурс: Суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.
3.22 назначенный срок службы: Календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.
3.23 неподвижная опора (мертвая): Крепление трубопровода, исключающее линейные перемещения и угловые перемещения по трем степеням свободы.
3.24 нормативное длительное сопротивление разрушению: Сопротивление разрушению материала труб (фитингов) из условия работы на внутреннее давление при заданном сроке службы трубопровода и температурном режиме его эксплуатации.
3.25 осциллятор линейный: Линейная колебательная система с одной степенью свободы, характеризуемая определенным периодом собственных колебаний и затуханием (демпфированием).
3.26 отклик: Ответная реакция конструкции (перемещение, ускорение, внутреннее усилие, нагрузка на опору и т.д.) на сейсмическое возмущение.
3.27 площадка размещения трубопровода: Территория, на которой размещается трубопровод, или территория, на которой находится сооружение с размещенным внутри трубопроводом.
3.28 предел прочности (временное сопротивление): Нормативное минимальное значение напряжения, при котором происходит разрушение материала при растяжении.
3.29 предел текучести: Нормативное минимальное значение напряжения, с которого начинается интенсивный рост пластических деформаций при растяжении материала.
3.30 разжижение грунта: Процесс, вследствие которого грунт ведет себя не как твердое тело, а как плотная жидкость. Разжижение более характерно для насыщенных влагой сыпучих грунтов, таких как илистые пески или пески, содержащие прослойки непроницаемых для воды отложений. Разжижение грунта может произойти во время землетрясения, потому что при прохождении сейсмической волны частицы грунта колеблются с разными скоростями и часть контактов между ними нарушается, в результате грунт может превратиться в жидкость с взвешенными в ней песчинками.
3.31 расчетная схема (модель): Условная аксонометрическая схема (упрощенная модель) конструкции, которой заменяют реальную конструкцию для выполнения расчетов на прочность и устойчивость.
3.32 район размещения трубопровода: Территория, включающая в себя площадку размещения трубопровода, на которой возможны сейсмические явления, способные оказать влияние на безопасность эксплуатации трубопровода.
3.33 сейсмическая волна: Упругая волна в геологической среде.
3.38 сейсмическое микрорайонирование: Комплекс специальных работ по прогнозированию влияния особенностей приповерхностного строения, свойств и состояния пород, характера их обводненности, рельефа на параметры колебаний грунта площадки.
Примечание - Под приповерхностной частью разреза понимается верхняя толща пород, существенно влияющая на приращение интенсивности землетрясения.
3.39 сейсмичность площадки размещения трубопровода: Интенсивность возможных сейсмических воздействий на площадке размещения трубопровода, измеряемая в баллах по шкале MSK-64.
3.40 сейсмостойкость трубопровода: Свойство трубопровода сохранять при землетрясении способность выполнять заданные функции в соответствии с проектом.
3.41 система геометрически изменяемая: Система (в строительной механике), элементы которой могут перемещаться под действием внешних сил без деформации (механизм).
3.42 система мгновенно изменяемая: Предельный случай геометрически неизменяемой системы (в строительной механике), допускающей бесконечно малые перемещения.
3.43 система стержневая: Несущая конструкция (в строительной механике), состоящая из прямолинейных или криволинейных стержней, соединенных между собой в узлах.
3.44 система статически определимая: Геометрически неизменяемая система (в строительной механике), в которой для определения всех реакций связей (усилий в опорных закреплениях, стержнях и т.п.) достаточно уравнений статики.
3.45 система статически неопределимая: Геометрически неизменяемая система (в строительной механике), в которой для определения всех реакций связей (усилий в опорных закреплениях, стержнях и т.п.) необходимы помимо уравнений статики дополнительные уравнения, характеризующие деформации системы.
3.46 скорость сейсмической волны: Величина, равная отношению расстояния между двумя точками геологической среды к времени пробега сейсмической волны между этими точками.
3.47 соединительная деталь: Деталь или сборочная единица трубопровода или трубной системы, обеспечивающая изменение направления, слияние или деление, расширение или сужение потока рабочей среды (отводы, тройники, переходы и др.).
3.48 состояние испытания: Состояние трубопровода после заполнения водой или воздухом (газом) под пробным давлением при испытании трубопровода на прочность и плотность.
3.49 состояние монтажное: Состояние трубопровода после завершения его монтажа, наложения тепловой изоляции, выполнения предварительной (монтажной) растяжки, регулировки всех пружинных цепей и заварки всех стыков, при этом температурный перепад и продукт в трубах отсутствуют.
3.50 состояние рабочее: Состояние трубопровода после первого разогрева и заполнения продуктом, а также приложения других нагрузок и воздействий (снег, обледенение, ветер, осадка опор и т.д.).
3.51 состояние холодное (нерабочее): Состояние, в которое переходит трубопровод из рабочего состояния после первого охлаждения (или нагрева - для низкотемпературных трубопроводов) до монтажной температуры и снятия давления.
3.52 спектр коэффициентов динамичности: Безразмерный спектр, полученный делением значений спектра ответа на максимальное ускорение грунта.
3.53 спектр ответа: Совокупность абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейного осциллятора при заданном акселерограммой воздействии с учетом собственной частоты и параметра демпфирования осциллятора.
3.54 спектр ответа поэтажный: Совокупность абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейного осциллятора при заданном поэтажной акселерограммой воздействии.
3.55 стержень: Тело (в строительной механике), длина которого во много раз превосходит характерные размеры его поперечного сечения, при этом ось стержня может быть прямолинейной или криволинейной.
3.56 температура расчетная: Температура материала детали, по которой выбирают величину допускаемого напряжения при расчете толщины стенки и вычисляют температурный перепад при расчете на прочность трубопровода.
3.57 толщина стенки номинальная: Толщина стенки трубы или соединительной детали, указанная в стандартах или технических условиях.
3.58 устойчивость трубопровода: Свойство конструкции трубопровода поддерживать первоначальную форму оси или форму его поперечного сечения.
3.59 фазовая группа креплений: Группа креплений, которая при сейсмическом воздействии всегда смещается синхронно. Например, все опоры трубопровода, установленные на одном этаже здания, смещаются синхронно относительно опор, установленных на земле. Все крепления, присоединенные к одному и тому же оборудованию, так же как и первые, смещаются синхронно, т.е. представляют собой фазовую группу опор.
3.60 этап расчета: Условное сочетание нагрузок и воздействий, особенностей расчетной схемы и физико-механических характеристик материалов, соответствующее определенному состоянию трубопровода (рабочему, холодному, состоянию испытаний и т.д.) и используемое при определении напряженно-деформированного состояния трубопровода.
3.61 стандартное размерное отношение SDR: Безразмерная величина, численно равная отношению номинального наружного диаметра трубы к номинальной толщине стенки.
4 Обозначения и сокращения
В настоящем документе применены следующие обозначения и сокращения:
|
|
МКЭ | - метод конечных элементов; |
НДС | - напряженно-деформированное состояние; |
ПДН | - постоянные и длительные временные нагрузки; |
ПДКОН | - постоянные, длительные временные, кратковременные и особые нагрузки; |
СНиП | - строительные нормы и правила; |
ППУ | - пенополиуретан; |
 | - максимальное горизонтальное ускорение при землетрясении на свободной поверхности грунта, м/с ; |
 | - укрепляющая площадь накладки, мм ; |
 | - укрепляющая площадь ответвления, мм ; |
 | - максимальные расчетные ускорения для  -й формы колебаний трубопровода при воздействии вдоль  , м/с ; |
 | - ускорение нулевого периода по направлению , м/с ; |
 | - максимальное значение ускорения спектра ответа, м/с ; |
 | - спектр ответа (поэтажный спектр ответа) при воздействии в направлении , м/с ; |
 | - ширина накладки, мм; |
 | - суммарная прибавка к толщине стенки, мм; |
 | - сцепление грунта, Н/мм ; |
 | - суммарная прибавка к толщине стенки ответвления тройника (врезки), мм; |
 | - прибавка для компенсации минусового допуска и утонения стенки при технологических операциях, мм; |
 | - прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм; |
 | - наружный диаметр трубы или детали трубопровода, мм; |
 | - внутренний диаметр трубы или детали трубопровода, мм; |
 | - номинальный диаметр (условный проход), мм; |
 | - наружный диаметр кожуха изоляции (при отсутствии кожуха - наружный диаметр изоляции, при отсутствии изоляции  ), мм; |
 | - максимальное горизонтальное перемещение грунта при землетрясении, мм; |
 | - наружный диаметр ответвления тройника или диаметр центрального отверстия в заглушке, мм; |
 | - внутренний диаметр ответвления тройника (врезки), мм; |
 | - эквивалентный диаметр отверстия в детали с вытянутой горловиной, мм; |
 | - модуль упругости материала трубы при расчетной температуре, МПа; |
 | - модуль упругости материала при 20°С, МПа; |
 | - площадь поперечного сечения, мм ; |
 | -  -я частота собственных колебаний трубопровода, Гц; |
 | - -я частота возмущающей нагрузки, Гц; |
 | - техническая частота -й формы колебаний, Гц; |
 | - значение частоты, соответствующее "ускорению нулевого периода" на спектре, Гц; |
 | - параметр, характеризующий концентрацию напряжений изгиба в тройнике; |
 ,  | - расчетные значения высоты соответственно внешней и внутренней части ответвления тройника, мм; |
 | - момент инерции поперечного сечения, мм  ; |
 | - моменты инерции поперечного сечения штуцера, мм ; |
 | - полярный момент инерции поперечного сечения штуцера, мм ; |
 | - расчетная сейсмичность площадки расположения трубопровода, баллы; |
 | - коэффициент интенсификации напряжений от изгиба поперек плоскости тройника или отвода; |
 | - коэффициент интенсификации напряжений от изгиба в плоскости тройника или отвода; |
 | - коэффициент интенсификации напряжений от растяжения-сжатия; |
 | - коэффициент интенсификации напряжений от кручения; |
 | - коэффициент интенсификации напряжений в отводах; |
 | - коэффициент, учитывающий допускаемые неупругие деформации; |
 | - коэффициент перегрузки, принимаемый согласно 8.1.15; |
 | - коэффициент гибкости отводов; |
 | - коэффициент вертикального сейсмического ускорения; |
 | - коэффициент, зависящий от относительного демпфирования в конструкции  ; |
| - длина трубы, пролета или детали трубопровода, мм; |
 | - расчетный изгибающий момент, действующий поперек плоскости тройника или отвода, Н·мм; |
 | - расчетный изгибающий момент, действующий в плоскости тройника или отвода, Н·мм; |
 | - расчетный крутящий момент, Н·мм; |
 | - погонная масса трубопровода, кг/м; |
 | - общая масса строительной конструкции с фундаментом, на которой расположен трубопровод, кг; |
 | - общая масса трубопровода, кг; |
 | - коэффициент запаса устойчивости; |
 | - расчетное осевое усилие, Н; |
 | - расчетное число полных циклов нагружения; |
 | - число оборотов вала, об/мин; |
 | - расчетное внутреннее избыточное давление, МПа; |
 ,  | - соответственно рабочее и условное давление, МПа; |
 | - допустимое рабочее избыточное внутреннее или наружное давление, МПа; |
 | - пробное давление при испытаниях, МПа; |
 | - допустимое избыточное давление при испытаниях, МПа; |
 ,  | - поперечные усилия, действующие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, Н; |
 | - расчетный погонный вес трубопровода с продуктом и изоляцией, Н/мм; |
| - радиус кривизны осевой линии отвода, мм; |
 | - радиус скругления горловины штампованного (штампосварного) тройника, мм; |
 | - номинальная толщина стенки трубы или фасонной детали, мм; |
 | - номинальная толщина стенки ответвления тройника, мм; |
 | - расчетная толщина стенки ответвления тройника при  1, мм; |
 ,  ,  ,  ,  | - расчетные толщины стенок труб и соединительных деталей, мм; |
 | - эквивалентная толщина стенки магистрали тройника, мм; |
 | - расчетный температурный перепад стенок трубопровода, °С; |
 | - расчетная температура продукта, °С; |
 | - монтажная (начальная) температура, °С; |
 | - -й период собственных колебаний трубопровода, с; |
 | - предельное сопротивление грунта сдвигу (предельная сила трения), Н/мм; |
 ,  ,  | - скорость распространения продольных волн, сдвиговых волн и волн Рэлея соответственно, м/с; |
 | - максимальная скорость грунта при землетрясении, м/с; |
 | - момент сопротивления поперечного сечения при изгибе, мм  ; |
 | - глубина заложения от поверхности земли до оси трубы, мм; |
 | - коэффициент линейного расширения, 1/°С; |
 | - спектр ответа (коэффициент динамичности); |
 | - относительная пластическая деформация в момент потери устойчивости при расчетной температуре °С, %; |
| - относительное демпфирование, в долях от критического; |
 | - объемный вес грунта, Н/мм ; |
 | - коэффициент надежности для нагрузок или воздействий -го типа; |
 | - размах эквивалентных напряжений для -го типа цикла, МПа; |
 | - коэффициент относительной поперечной деформации (Пуассона); |
 | - безразмерный параметр, характеризующий гибкость отвода при действии изгибающего момента; |
 ,  ,  | - длина продольных волн, сдвиговых волн и волн Релея соответственно, мм; |
 | - минимальное значение временного сопротивления (предела прочности) при растяжении при расчетной температуре °С, МПа; |
 | - минимальное значение временного сопротивления (предела прочности) при сжатии при расчетной температуре °С, МПа; |
 | - минимальное значение предела текучести при расчетной температуре °С, МПа; |
 | - минимальное значение условного предела текучести (напряжение, при котором остаточное удлинение составляет 0,2%) при расчетной температуре °С, МПа; |
 | - условный предел текучести при сжатии при расчетной температуре °С, МПа; |
 | - минимальное значение условного предела текучести (напряжение, при котором остаточное удлинение составляет 1,0%) при расчетной температуре °С, МПа; |
 | - условный предел длительной прочности на ресурс 2·10  ч при расчетной температуре °C, МПа; |
 | - условный предел ползучести при растяжении, обусловливающий деформацию 1% за 2·10 часов при расчетной температуре °С, МПа; |
 | - кольцевое мембранное напряжение от внутреннего давления, МПа; |
 ,  | - амплитуды эквивалентного напряжения полного цикла -го режима нагружения, МПа; |
 | - кольцевое изгибное напряжение, МПа; |
 | - сумма кольцевого изгибного и окружного напряжения, МПа; |
 | - эквивалентное напряжение, МПа; |
 | - суммарное среднее осевое напряжение от внутреннего давления, осевой силы и изгибающего момента, МПа; |
 | - радиальное напряжение от внутреннего давления, МПа; |
 | - осевое изгибное напряжение от внешних нагрузок, МПа; |
 | - мембранное напряжение от внешних нагрузок, МПа; |
 ,  | - допускаемые напряжения при расчетной температуре и при 20°С (см. 5.3.1), МПа; |
 | - допускаемые напряжения при испытаниях (см. 11.1.3), МПа; |
 | - допускаемая амплитуда знакопеременных напряжений при циклических воздействиях, МПа; |
 | - допускаемая амплитуда вибрации, мкм; |
 | - допускаемое напряжение при расчетной температуре ответвления тройника или врезки, МПа; |
 | - касательное напряжение от кручения, МПа; |
 | - предел текучести при чистом сдвиге при расчетной температуре, МПа; |
 | - предел прочности при чистом сдвиге при расчетной температуре, МПа; |
 | - коэффициент трения; |
 | - коэффициент прочности продольного сварного шва при растяжении. См. 5.4.1; |
 | - коэффициент прочности поперечного сварного шва при растяжении. См. 5.4.1; |
 | - коэффициент прочности поперечного сварного шва при изгибе. См. 5.4.7; |
 | - коэффициент прочности элемента с угловым сварным швом. См. 5.4.8; |
 | - угол внутреннего трения грунта, рад; |
 | - коэффициент прочности элемента, ослабленного отверстием; |
 | - коэффициент усреднения компенсационных напряжений; |
 | - коэффициент релаксации компенсационных напряжений; |
 ,  | - параметр внутреннего давления; |
 | - круговая частота -й формы собственных колебаний, рад/с. |
5 Общие положения
5.1 Классификация трубопроводов
К низкотемпературным (криогенным) следует относить трубопроводы с рабочей температурой от минус 269°С до минус 70°С.
К высокотемпературным следует относить трубопроводы:
К среднетемпературным следует относить трубопроводы, расчетная температура которых не превышает указанных выше пределов для высокотемпературных трубопроводов и при этом выше минус 70°С.
При расчете холодного (нерабочего) состояния и состояния испытаний трубопровод всегда рассматривается как среднетемпературный.
5.2 Основные положения по расчету на прочность и вибрацию
5.2.1 За правильность применения настоящего стандарта несет ответственность предприятие или организация, выполнявшие расчет.
5.2.2 Материалы для трубопроводов выбирают с учетом изменения физико-механических свойств в условиях эксплуатации (расчетная температура, рабочая среда и т.д.).
5.2.3 Расчет на прочность трубопроводов при проектировании выполняют в два этапа:
- определение толщин стенок труб и деталей согласно разделу 7;
- поверочный расчет на прочность и устойчивость трубопровода согласно разделам 8-16 с учетом нагрузок и воздействий, возникающих при строительстве, испытаниях и эксплуатации, определяемых согласно разделу 6.
5.2.4 Цели поверочного расчета:
- оценка статической прочности и малоцикловой усталости трубопровода (разделы 8-14);
- оценка продольной (общей) устойчивости и местной устойчивости стенок трубопровода (раздел 15);
- оценка прочности от сейсмических воздействий для трубопроводов, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64 (раздел 16);
- оценка работоспособности компенсаторов (см. 8.5.8);
- оценка нагрузок, действующих со стороны трубопровода на опоры, конструкции и присоединенное оборудование (см. 8.4 и 5.2.7);
- оценка перемещений точек трубопровода (см. 5.2.5).
5.2.5 Допускаемые перемещения трубопровода (прогиб, сдвиг, смещение и т.п.) определяют исходя из следующих принципов:
- конструктивные - обеспечение необходимых уклонов, отсутствие обратного уклона и "карманов", соблюдение необходимых зазоров между трубопроводом и прочим оборудованием, соблюдение безопасного расстояния до края опор (предотвращение падения трубопровода с опор) и т.д.;
- эксплуатационные - обеспечение условий нормальной эксплуатации трубопровода и оборудования, доступа к арматуре, контрольно-измерительным приборам;
- эстетические - обеспечение благоприятного впечатления от внешнего вида трубопровода, устранение ощущения опасности (например, в случае чрезмерно больших прогибов).
5.2.6 Для предварительной расстановки промежуточных опор рекомендуется пользоваться приложением Б.
5.2.7 Значения допускаемых нагрузок на опоры и на присоединенное к трубопроводу оборудование устанавливаются заводами-изготовителями или нормативной документацией.
В случае отсутствия данных рекомендуется:
- нагрузки на патрубки (штуцеры) сосудов и аппаратов проверять с помощью специальных программ и методов расчета, описанных в справочной и научно-технической литературе;
- нагрузки на патрубки врезок в стенку вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов проверять с помощью специальных программ и методов расчета, описанных в справочной и научно-технической литературе;
- расчет фланцевых соединений от внешних нагрузок проводить с помощью специальных методов расчета, описанных в справочной и научно-технической литературе. Также допускается выбирать фланцевые соединения по упрощенной методике, представленной в приложении В настоящего стандарта.
5.2.8 Амплитуды и частоты пульсаций давления в трубопроводе, а также частоты собственных колебаний определяют согласно разделу 17.
5.2.9 Выбор элементов фланцевых соединений для рабочих условий описан в приложении В.
5.2.10 Методы защиты трубопроводов от вибрации рассматриваются в приложении Г.
5.2.11 Расчет назначенного ресурса трубопровода ведется согласно приложению Д.
5.2.12 Допускается использование других расчетных методик, прошедших апробацию на практике и соответствующих условиям эксплуатации, если они обеспечивают запасы прочности не ниже установленных настоящим стандартом. Решение об этом принимает разработчик проектной документации.
5.3 Допускаемые напряжения
- для углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железоникелевой основе
- для аустенитной хромоникелевой стали, алюминия, меди и их сплавов
Допускаемые напряжения для титановых сплавов вычисляют по формуле
При отсутствии данных о пределе текучести и длительной прочности допускаемое напряжение для алюминия, меди и их сплавов вычисляют по формуле
Если допускаемое напряжение для рабочих условий определено по формуле (5.4), то для трубопроводов из алюминия, меди и их сплавов допускаемое напряжение при испытаниях вычисляют по формуле
5.3.4 Для материалов и конструкций, которые в настоящем стандарте не указаны, используют справочные и экспериментальные данные.
5.4 Коэффициенты прочности сварных соединений
- для стальных трубопроводов согласно 5.4.3-5.4.6;
- для трубопроводов из алюминия и его сплавов согласно таблице 5.3;
- для трубопроводов из меди и ее сплавов согласно таблице 5.4;
- для трубопроводов из титана и его сплавов согласно таблице 5.5;
5.4.2 При расчете на внутреннее давление труб и цилиндрических деталей не учитывают поперечный шов, а при расчете на осевое усилие - продольный шов.
Таблица 5.1 - Коэффициенты прочности сварных швов для стальных трубопроводов
|
|
|
Сталь и способ сварки | при расчетной температуре | |
| 510°С и менее | 530°С и более |
Углеродистая, низколегированная, марганцовистая, хромомолибденовая и аустенитная при любом способе сварки | 1,0 | 1,0 |
Хромомолибденованадиевая и высокохромистая: |
|
|
- при электрошлаковой сварке | 1,0 | 1,0 |
- при электронно-лучевой сварке | 1,0 | 0,9 |
- при ручной дуговой сварке, контактной стыковой сварке, автоматической стыковой сварке под флюсом | 1,0 | 0,7 |
Примечание - При расчетной температуре от 510°С до 530°С значение коэффициента определяют линейным интерполированием между указанными значениями.
| ||
- при выборочном контроле не менее 10% длины данного шва - 0,8;
- при отсутствии контроля или при выборочном контроле менее 10% длины данного шва - 0,7.
Таблица 5.2 - Коэффициенты прочности поперечного сварного шва для стальных трубопроводов
|
|
|
Сталь | для труб | |
| бесшовных | электросварных |
Аустенитная хромоникелевая и высокохромистая | 0,6 | 0,7 |
Хромомолибденованадиевая при расчетной температуре: |
|
|
- 510°С и менее | 0,9 | 1,0 |
- 530°С и более | 0,6 | 0,7 |
Углеродистая, марганцовистая и хромомолибденовая | 0,9 | 1,0 |
Примечание - При расчетной температуре от 510°С до 530°С коэффициент определяют линейной интерполяцией. | ||
- при полном контроле 100% длины шва - 0,8;
- при выборочном контроле или в отсутствие контроля - 0,6.
Для трубопроводов из алюминия, меди, титана и их сплавов - согласно таблицам 5.3, 5.4 и 5.5.
5.4.9 Коэффициент прочности сварного шва для соединений стальных деталей внахлестку принимают в соответствии с 5.4.3-5.4.6, но не более 0,6.
Таблица 5.3 - Коэффициенты прочности сварных швов для трубопроводов из алюминия и его сплавов
|
|
Вид сварного шва и способ сварки | Коэффициент прочности сварного шва |
Стыковой двусторонний, односторонний с технологической подкладкой, выполняемые сваркой в защитном газе или плазменной сваркой; угловой с двусторонним сплошным проваром таврового соединения, выполняемый сваркой в защитном газе | 0,90 |
Стыковой односторонний, тавровый с односторонним сплошным проваром, выполняемые сваркой в защитном газе | 0,85 |
Стыковой с двусторонним сплошным проваром, выполняемый ручной дуговой сваркой | 0,80 |
Стыковой односторонний, тавровый, выполняемые всеми способами сварки | 0,75 |
Таблица 5.4 - Коэффициенты прочности сварных и паяных швов для трубопроводов из меди и ее сплавов
|
|
Вид сварного шва или паяного соединения и способ сварки | Коэффициент прочности сварного или паяного шва |
Стыковой с двусторонним сплошным проваром, стыковой с подваркой корня шва, стыковой односторонний с технологической подкладкой, выполняемые автоматической дуговой сваркой неплавящимся электродом в защитном газе | 0,92 |
Стыковой с двусторонним сплошным проваром, стыковой с подваркой корня шва, стыковой односторонний с технологической подкладкой, выполняемые ручной или полуавтоматической сваркой открытой дугой неплавящимся электродом или автоматической сваркой под флюсом | 0,90 |
Стыковой с двусторонним сплошным проваром, выполняемый ручной дуговой сваркой | 0,85 |
Стыковой односторонний с технологической подкладкой, выполняемый ручной дуговой сваркой | 0,80 |
Паяное внахлестку | 0,85 |
Таблица 5.5 - Коэффициенты прочности сварных швов для трубопроводов из титана и его сплавов
|
|
|
Вид сварного шва и способ сварки | Коэффициент прочности шва | |
| Длина контролируемых швов от общей длины 100%* | Длина контролируемых швов от общей длины от 10% до 50%* |
Стыковой с двусторонним проваром автоматической сваркой под флюсом; автоматическая или ручная сварка в среде аргона или гелия с двусторонним сплошным проплавлением | 0,95 | 0,85 |
Соединение втавр при обеспечении сплошного двустороннего провара автоматической или ручной сваркой в среде аргона или гелия | 0,90 | 0,80 |
Соединение втавр, сплошной провар не обеспечивается | 0,80 | 0,65 |
Стыковое соединение, доступное к сварке с одной стороны, в защитной среде аргона или гелия и обеспечение защиты с обратной стороны | 0,70 | 0,60 |
* Объем контроля определяют техническими требованиями на изготовление.
| ||
5.5 Расчетная, номинальная и отбраковочная толщина стенок элементов
5.5.1 Расчетные толщины стенок элементов трубопровода определяют по формулам раздела 7.
но не менее минимальной толщины стенки при эксплуатации с учетом прибавки на коррозию
с округлением до значения ближайшей большей толщины стенки по стандартам и техническим условиям. Допускается округление в сторону меньшей толщины стенки, если разность между расчетным и ближайшим по сортаменту значениями не превышает 3%.
Примечание - При достаточном обосновании второе условие допускается не учитывать.
Здесь:
Для гнутых отводов, изготовляемых на трубогибочном оборудовании методом наматывания на сектор:
- расчет по внутренней стороне отвода не проводят.
Для штампосварных отводов, изготовляемых в закрытых штампах, или для отводов, изготовляемых на танках с нагревом токами высокой частоты и осевым поджатием:
- расчет по внутренней стороне отвода не проводят.
Для штампосварных отводов с расположением двух продольных сварных швов по внутренней и внешней стороне отвода:
- расчет по внутренней стороне отвода не проводят.
Для штампосварных отводов с расположением поперечного шва в середине длины отвода:
- расчет по внутренней стороне отвода не проводят.
|
|
|
|
|
|
|
|
Показатель | , мм | ||||||
|  25 | 57 | 114 | 219 | 325 | 377 | >426 |
Наименьшая отбраковочная толщина, мм | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 |
Примечания
6 Нагрузки и воздействия
6.1 Классификация нагрузок и воздействий
Таблица 6.1 - Нагрузки и воздействия
|
|
|
|
|
|
|
Нормативные нагрузки и воздействия | Способ прокладки | Коэффициент надежности | ||||
Вид | Шифр | Характеристика | Беска- нальная | В канале, помещении | Надземная |
|
Постоянные | 1 | Собственный вес труб, деталей, арматуры и обустройств | + | + | + | 1,1 (0,95) |
| 2 | Вес изоляции и футеровки | + | + | + | 1,2 (0,9) |
| 3 | Вес и давление грунта | + | - | - | 1,2 (0,8) |
| 4 | Гарантированная предварительная растяжка и смещения креплений (кроме смещений с шифром 10) | + | + | + | 1,0 |
| 5 | Силы трения в опорах скольжения или при взаимодействии с грунтом (бесканальная прокладка) | + | + | + | 1,0 |
| 6 | Натяг упругих опор | - | + | + | 1,0 |
Длительные временные | 7 | Внутреннее давление*; распорные усилия осевых компенсаторов | + | + | + | 1,0 |
| 8 | Вес транспортируемого вещества и отложений | + | + | + | 1,0 (0,95) |
| 9 | Температурный перепад* | + | + | + | 1,0 |
| 10 | Смещения креплений от нагрева присоединенного оборудования или от сейсмического воздействия | + | + | + | 1,0 |
Кратко- временные | 11 | Снеговая | - | - | + | 1,4 |
| 12 | Гололедная | - | - | + | 1,3 |
| 13 | Ветровая | - | - | + | 1,4 |
| 14 | При срабатывании предохранительного клапана | - | + | + | 1,4 |
| 15 | От подвижного состава
| + | - | - | См. 6.2.12 |
Особые | 16 | Сейсмические воздействия; гидравлический удар; взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования | + | + | + | 1,0 |
Примечания
1 Знак "+" означает, что данная нагрузка или воздействие учитывается в расчете на прочность, а знак "-" - не учитывается.
2 Воздействия, помеченные знаком "*", могут быть также отнесены к категории кратковременных. Например, кратковременное повышение температурного перепада или кратковременное повышение давления.
3 Нагрузки и воздействия могут быть отнесены к кратковременным, если они действуют менее 1 ч подряд и в сумме менее 80 ч в год.
4 Значения коэффициентов надежности по нагрузке, указанные в скобках, должны приниматься в тех случаях, когда уменьшение нагрузки ухудшает условия работы трубопровода.
| ||||||
6.2 Нормативные нагрузки
6.2.3 Расчетное наружное давление для вакуумных трубопроводов принимают исходя из особенностей технологического процесса.
6.2.4 Нормативные нагрузки от собственного веса деталей трубопровода, конструкций заводского изготовления и изоляции должны определяться на основании стандартов, проектной документации и паспортных данных по номинальным размерам; от веса других деталей - по проектным размерам и удельному весу материалов.
6.2.5 Нормативную нагрузку от конденсата и отложений определяют по данным отраслевой научно-технической документации.
Как правило, температурный перепад вычисляют по формуле
В случае необходимости дополнительно может быть рассмотрен отрицательный температурный перепад по формуле (6.1), где принимают:
Для низкотемпературных трубопроводов расчет на отрицательный температурный перепад обязателен.
Следует также учитывать снеговые нагрузки на устройства, опирающиеся на трубопровод.
Снеговую нагрузку не учитывают для трубопроводов, температура поверхности изоляции (если она есть) или температура стенок (если изоляции нет) которых превышает 0°С, для вертикальных и наклонных трубопроводов с углом наклона более 45°.
Аэродинамический коэффициент для упрощенных расчетов допускается принимать по формуле
При расчете трубопровода на дополнительные ветровые нагрузки следует рассмотреть несколько вариантов направления действия ветра, но не менее двух взаимно перпендикулярных направлений.
|
|
|
Характер нагружения | Коэффициент | |
| ППУ-изоляция | Другая изоляция, без изоляции |
Многократное чередование циклов нагрев-охлаждение | 0,33 | 0,67 |
Однократный нагрев (охлаждение) | 0,67 | 1,00 |
Кратковременное приложение нагрузки | 1,00 | 1,15 |
Примечания
1 Однократный нагрев (охлаждение) принимают на этапах 2 и 3 (таблица 8.1) полного расчета при оценке статической прочности и нагрузок на оборудование, опоры и строительные конструкции, а многократное чередование циклов нагрев-охлаждение - на этапе 3 при определении амплитуды переменных напряжений.
2 Уменьшение коэффициента на 30% может быть достигнуто обертыванием наружной поверхности изоляции трубопровода полиэтиленовой пленкой.
| ||
Если трубопровод не имеет разветвлений и поворотов в грунте или силы прижатия трубы к грунту в горизонтальном направлении незначительные, то допускается принимать
- для песков и супесей
- для глин и суглинков
где
7 Определение толщин стенок и допустимого давления для труб и соединительных деталей
7.1 Трубы
7.1.1 Расчетная толщина стенки трубы
7.1.2 Допускаемое давление для труб
|
|
ППУ-изоляция, армопенобетон при температуре, °С | , Н/мм |
100 | 5·10  |
20 | 15·10 |
7.2 Отводы
7.2.1 Расчетную толщину стенки отвода вычисляют по формуле
- для гнутых и крутоизогнутых отводов (рисунок 7.1, а) по таблице 7.2;
- для штампосварных отводов при расположении сварных швов в плоскости кривизны отвода (рисунок 7.1, в)
- для штампосварных отводов при расположении сварных швов по нейтральной линии (рисунок 7.1, г)
Таблица 7.2
|
|
|
 | 1,0 |  2,0 |
| 1,3 | 1,0 |
Примечание - Для промежуточных значений значение определяют линейной интерполяцией.
| ||
Рисунок 7.1 - Отводы
7.2.3 Допускаемое давление для отводов равно
7.3 Переходы
7.3.1 расчетная толщина стенки концентрических и эксцентрических переходов равна:
- со стороны большего диаметра (рисунок 7.2)
- со стороны меньшего диаметра
Формула (7.14) применима при соблюдении следующих условий:
а - концентрический, б - эксцентрический
Рисунок 7.2 - Переходы
7.3.2 Допускаемое давление для концентрических и эксцентрических переходов равно
7.4 Тройники и врезки
7.4.1 Приведенные далее формулы применимы при следующих условиях:
- расстояние между наружными поверхностями соседних ответвлений тройников или врезок превышает величину
7.4.3 Расчетную толщину стенки магистрали в тройниковых соединениях (врезках) при действии внутреннего избыточного давления (рисунок 7.3) определяют по формуле
7.4.4 Расчетная толщина стенки ответвления
7.4.5 Расчетный коэффициент снижения прочности магистрали тройника (врезки) или эллиптической заглушки, ослабленной укрепленным отверстием:
7.4.6 Укрепляющую площадь ответвления определяют по формулам:
- для ответвления, конструкция которого соответствует рисунку 7.3, а:
- для вытянутой горловины штампованного (штампосварного) тройника, конструкция которого соответствует рисунку 7.3, б:
где минимальные толщины стенок определяют по формулам:
- для сварных тройников и врезок
- для штампованных
а - сварной тройник (врезка), б - штампованный (штампосварной) тройник
Рисунок 7.3 - Тройники и врезки
7.4.7 Используемое при расчете значение высоты ответвления принимают по чертежу, но не более следующих значений:
- для сварного тройника и врезки
- для штампованного (штампосварного) тройника
7.4.8 Укрепляющую площадь накладки определяют по формуле
отдельно для левой и правой стороны.
Рисунок 7.4 - Схема расчетных площадей укрепляющих элементов для тройника или врезки с наклонным ответвлением
Высоту ответвления вычисляют по формуле
7.4.11 Допускаемое давление для тройниковых соединений и врезок равно
7.5 Заглушки
7.5.1 Расчетная толщина плоской круглой внутритрубной заглушки (рисунок 7.5, а):
7.5.2 Допускаемое давление для плоской круглой внутритрубной заглушки (рисунок 7.5, а):
7.5.3 Расчетная толщина плоской круглой торцевой заглушки (рисунок 7.5):
7.5.4 Допускаемое давление для плоской круглой торцевой заглушки (рисунок 7.5, б):
7.5.6 Расчетная толщина плоской межфланцевой заглушки (рисунок 7.5, в):
7.5.7 Допускаемое пробное давление для плоской межфланцевой заглушки (рисунок 7.5, в)
7.5.8 Расчетная толщина плоской фланцевой заглушки, соответствующей рисунку 7.5, г:
7.5.9 Допускаемое давление для плоской фланцевой заглушки, соответствующей рисунку 7.5, г:
а - внутритрубная; б - торцевая; в - межфланцевая; г, д - фланцевая
Рисунок 7.5 - Круглые плоские заглушки
а - без отверстий; б - с отбортованным отверстием; в - со штуцером и укрепляющей накладкой; г - с проходящим штуцером
Рисунок 7.6 - Эллиптические заглушки
8 Поверочный расчет трубопровода на прочность. Общие положения
8.1 Расчетная модель трубопровода
8.1.1 Трубопровод рассматривается как упругая стержневая система. Следует стремиться к тому, чтобы расчетная схема правильно учитывала конструктивные особенности, которые влияют на НДС трубопровода.
При раскрытии статической неопределимости следует учитывать повышенную податливость на изгиб криволинейных труб (эффект Кармана), секторных колен, косых стыков и ответвлений (тройников). Для этого определяют коэффициенты податливости этих элементов, полученные с использованием теории оболочек или из экспериментов. Рекомендуемая методика их определения приведена в приложении А.
8.1.2 Расчетная схема трубопровода не должна представлять собой геометрически изменяемую или мгновенно изменяемую систему (в терминах строительной механики).
8.1.3 Трубопровод разбивают на прямолинейные и криволинейные (очерченные по дуге окружности) участки. Точки сопряжения участков служат расчетными узлами. В число расчетных узлов включают:
- места присоединения к оборудованию;
- места присоединения к опорам;
- точки излома или разветвления осевой линии трубопровода;
- точки изменения поперечного сечения, нагрузок и свойств грунта.
8.1.4 Внешние статические нагрузки рассматривают как сосредоточенные или равномерно распределенные. Наряду с ними в расчетах статически неопределимых стержневых систем учитывают деформационные воздействия, вызванные температурным нагревом (охлаждением), смещением опор или оборудования, а также предварительной растяжкой (сжатием) трубопровода.
8.1.5 Опоры и подвески моделируют жесткими, линейно-упругими и фрикционными связями, препятствующими перемещениям трубопровода, при этом необходимо учитывать такие нелинейные эффекты как трение и отклонение тяг подвесок от вертикального положения.
8.1.7 Сильфонные, линзовые и сальниковые компенсаторы моделируют как линейно упругие сочленения стержней осевого, шарнирного или сдвигового типов (в зависимости от их конструкции). Жесткость компенсаторов определяют по стандартам или данным заводов-изготовителей. При расчете трубопровода с осевыми или универсальными неразгруженными компенсаторами необходимо учитывать распорное усилие, определяемое согласно 8.5.6.
8.1.8 Трубопроводную арматуру моделируют недеформируемыми (абсолютно жесткими) стержневыми элементами.
8.1.9 При моделировании точек присоединения трубопровода к сосудам и аппаратам, а также к резервуарам для хранения нефти и нефтепродуктов рекомендуется учитывать локальные податливости стенки (обечайки, днища, крышки) в месте врезки штуцера, а также общую податливость сосуда или аппарата. Податливости определяют по результатам эксперимента или с помощью численных методов (МКЭ).
8.1.10 В точках присоединения трубопровода к оборудованию необходимо учитывать смещения этих точек от нагрева присоединенного оборудования.
8.1.11 В точках присоединения трубопровода к резервуарам для хранения нефти и нефтепродуктов должны учитываться смещения и углы поворота патрубка, вызванные деформацией стенки резервуара под давлением продукта, а также просадкой резервуара.
8.1.12 Взаимодействие трубопровода с грунтом должно учитываться по апробированной методике с учетом бокового отпора грунта в поперечном направлении (вертикальном и горизонтальном), а также сопротивления грунта в продольном направлении.
8.1.13 Расстановка опор и подвесок призвана обеспечить допустимый уровень напряжений в элементах трубопровода от несамоуравновешенной (в частности, весовой) нагрузки. При этом рекомендуется избегать случаев, когда в рабочем состоянии трубопровода опоры и подвески оказываются недогруженными или выключаются из работы. В холодном (нерабочем) состоянии трубопровода допускаются недогрузка или выключение из работы опор и подвесок.
8.1.14 Силы трения в опорах и при взаимодействии трубопровода с грунтом определяют согласно 6.2.13.
8.2 Сочетания нагрузок и воздействий
8.2.1 Полный поверочный расчет состоит из нескольких расчетов на различные сочетания нагрузок и воздействий, называемых этапами расчета (таблица 8.1). Критерии прочности, соответствующие каждому этапу расчета, приведены в 9.1.1.
8.2.2 Поверочный расчет трубопровода проводят как на постоянные и длительные временные нагрузки (режим ПДН), так и на дополнительные воздействия кратковременных нагрузок (режим ПДКОН), а также на особое сочетание нагрузок при сейсмическом воздействии (режим "сейсмика"). Шифры нагрузок и воздействий указаны в таблице 6.1.
Для средне- и высокотемпературных трубопроводов расчеты этапов 1, 2, 3, 4 являются обязательными.
Расчеты этапов 5, 6 необязательны. Необходимость дополнительного поверочного расчета этапов 5, 6 определяется заказчиком или органами надзора.
Расчеты этапов 7, 8 обязательны для трубопроводов, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64.
Таблица 8.1 - Сочетания нагрузок и воздействий (этапы расчета)
|
|
|
|
Номер этапа | Этап расчета | Сочетание нагрузок и воздействий по таблице 6.1 | Цель расчета |
Режим ПДН | |||
1 | Действие постоянных и длительных временных несамоуравновешенных нагрузок в рабочем состоянии | 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 | Оценка статической прочности; оценка устойчивости |
2 | Действие постоянных, длительных временных самоуравновешенных и несамоуравновешенных нагрузок и воздействий в рабочем состоянии | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 | Оценка статической прочности; оценка нагрузок на оборудование, опоры и конструкции; оценка перемещений |
3 | Действие постоянных, длительных временных самоуравновешенных и несамоуравновешенных нагрузок и воздействий в холодном (нерабочем) состоянии | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8 | Оценка статической прочности; определение нагрузок на оборудование, опоры и конструкции; оценка перемещений |
4 | Расчет на малоцикловую усталость | Разность усилий по этапам 2 и 3 | Оценка малоцикловой усталости |
Режим ПДКОН | |||
5 | Действие постоянных, длительных временных, кратковременных и особых несамоуравновешенных нагрузок в рабочем состоянии | 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 16 | Оценка статической прочности; оценка устойчивости |
6 | Действие постоянных, длительных временных, кратковременных и особых самоуравновешенных и несамоуравновешенных нагрузок и воздействий в рабочем состоянии | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 | Оценка нагрузок на оборудование, опоры и конструкции; оценка перемещений |
Режим "сейсмика" | |||
7 | Действие постоянных, длительных временных, кратковременных несамоуравновешенных и сейсмических нагрузок в рабочем состоянии | 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 16 | Оценка статической прочности; оценка устойчивости |
8 | Действие постоянных, длительных временных, кратковременных и сейсмических самоуравновешенных и несамоуравновешенных нагрузок и воздействий в рабочем состоянии | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 16 | Оценка нагрузок на оборудование, опоры и конструкции; оценка перемещений |
8.2.3 Расчет по этапам 5, 6 должен быть выполнен с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий. Учитываемые в расчетах типы кратковременных и особых нагрузок из таблицы 6.1 и их сочетания выбирает проектная организация из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок на трубопровод. В зависимости от учитываемого состава нагрузок следует различать:
а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных (1-6), длительных временных (7-10) и кратковременных (11-15) нагрузок;
б) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных (1-6), длительных временных (7-10), кратковременных (11-15) и одной из особых нагрузок (16). В особых сочетаниях нагрузок кратковременные нагрузки (11-15) допускается не учитывать.
8.2.4 Если трубопровод эксплуатируют при различных режимах работы (температура, давление, состояние включения/выключения насосов и задвижек, пропаривание, промывка, продувка и т.д.), то расчет следует выполнять для того режима работы, которому соответствуют наиболее тяжелые условия нагружения всех элементов трубопровода.
Если такой режим невозможно установить, то расчет выполняют для каждого из возможных режимов работы и проводят проверку статической прочности, определяют нагрузки на оборудование по этапам 1, 2 или 5, 6 в зависимости от длительности режима (ПДН или ПДКОН).
8.2.5 Расчет трубопровода в состоянии испытаний проводят в режиме ПДКОН. При этом расчетную температуру и давление принимают согласно 6.2.2. Вместо веса транспортируемого продукта задают вес вещества, которым проводятся гидравлические испытания. Расчет в любом случае ведут как для среднетемпературного трубопровода. По этапу 5 учитывают нагрузки 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, а по этапу 6 - нагрузки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (см. таблицу 6.1).
8.2.8 На этапе 3 при определении влияния сил трения или отклонений подвесок необходимо учитывать, что перед началом охлаждения трубопровод имеет перемещения, обусловленные его нагревом в рабочем состоянии по этапу 2.
8.2.9 Напряжения на всех этапах расчета вычисляют по номинальной толщине стенки элемента.
8.2.10 Расчет трубопроводов при определении перемещений, нагрузок на опоры и оборудование и оценке устойчивости проводят по расчетной температуре.
Таблица 8.2 - Учет параметров на различных этапах расчета
|
|
|
|
|
Этап и цель расчета | Низко- и среднетемпературный трубопровод | Высокотемпературный трубопровод | ||
| , ,  принимают равными | , , принимают при | , , принимают равными | , , принимают при |
Этапы 1, 5, 7 | , 0, 0 | | , 0, 0 | |
Этапы 2, 6, 8 | , , | | , , | |
Оценка перемещений; |
|
|
|
|
оценка устойчивости; |
|
|
|
|
определение нагрузок на оборудование, опоры и конструкции |
|
|
|
|
Этапы 2, 6, 8 | , , | | ,  , 0 | |
Оценка статической прочности |
|
|
|
|
Этап 3 | , , | 20 °C | , 0, 0 | 20 °C |
Оценка перемещений; |
|
|
|
|
определение нагрузок на оборудование, опоры и конструкции |
|
|
|
|
Этап 3 | - | - | ,  , 0 | 20 °C |
Оценка статической прочности; |
|
|
|
|
определение нагрузок на оборудование, неподвижные опоры |
|
|
|
|
Примечание - - собственные смещения опор от нагрева присоединенного оборудования, - предварительная (монтажная) растяжка и собственные смещения опор не от нагрева присоединенного оборудования. | ||||
1 - стали 20; 15ГС; 16ГС; 2 - стали 12Х1МФ; 15Х1М1Ф; 15ХМ; 12МХ; 3 - стали Х18Н10Т; Х18Н12Т
1 - стали 20; 15ГС; 16ГС; 2 - стали 12Х1МФ; 15X1М1Ф; 15ХМ; 12МХ; 3 - стали Х18Н10Т; Х18Н12Т
При расчете высокотемпературных трубопроводов должны также выполняться требования 8.1.15.
8.3 Применение и учет предварительной растяжки
8.3.2 Применение предварительной растяжки обосновывают расчетом, так как ее воздействие может быть и отрицательным. Применять монтажную растяжку необязательно. Вопрос о целесообразности ее применения, а также о ее значении и месте выполнения следует решать с учетом конкретных особенностей трубопровода.
8.3.4 Если качество предварительной растяжки не гарантируется, то расчет выполняют без ее учета. При оценке перемещений, устойчивости и нагрузок на опоры гарантируемую предварительную растяжку учитывают для низко- и среднетемпературного трубопроводов на этапах 2, 3, 6, 8, а для высокотемпературных - на этапах 2, 6, 8 (см. таблицу 8.2).
8.3.5 Для высокотемпературного трубопровода при расчете по этапу 2 монтажную растяжку учитывают только при определении нагрузок на оборудование. При этом расчет выполняют в двух вариантах (см. таблицу 8.2):
8.3.6 Если значение монтажной растяжки для высокотемпературного трубопровода превышает значение, указанное в 8.3.3, то обязательно проводят расчет по этапу 3. При этом не учитывают эффект саморастяжки в рабочем состоянии (т.е. расчет ведут как для среднетемпературного трубопровода).
8.3.7 Монтажную растяжку в расчете трубопровода учитывают заданием соответствующих взаимных смещений стыкуемых сечений.
8.4 Определение и оценка нагрузок на оборудование, опоры и строительные конструкции
8.4.1 Нагрузки, передаваемые трубопроводом на присоединенное оборудование, опоры и строительные конструкции, определяют на этапах 2, 3, 6 и 8.
8.4.2 Горизонтальные нагрузки от сил трения на подвижные опоры трубопровода определяют из условия
Рисунок 8.3 - Схема нагрузок на опору
Таблица 8.3 - Коэффициенты трения
|
|
Тип опоры | Коэффициент трения |
Скользящая (сталь по стали) | 0,3 |
Скользящая (фторопласт по фторопласту) | 0,05 |
Катковая, шариковая | 0,1 |
8.5 Учет влияния компенсаторов при расчете трубопровода
8.5.1 Компенсаторы состоят из одного или нескольких гибких элементов (рисунок 8.10, а) и набора деталей, предназначенных для крепления гибких элементов, восприятия тех или иных нагрузок, присоединения к трубопроводу и т.д.
По конструктивно-технологическому исполнению гибкого элемента различают следующие типы компенсаторов: линзовые компенсаторы с гибкими элементами, сваренными из двух полулинз; сильфонные компенсаторы с гибкими элементами, полученными методом гидроформовки; компенсаторы с омегообразными гофрами; резиновые компенсаторы; тканевые компенсаторы; сальниковые компенсаторы и некоторые другие.
В зависимости от характера перемещений, которые необходимо компенсировать, применяют следующие типы компенсаторов:
- осевые компенсаторы (рисунок 8.4, а-в);
- угловые компенсаторы (рисунок 8.4, г);
- сдвиговые компенсаторы (рисунок 8.5, а-в);
- универсальные: сдвигово-поворотно-осевые, сдвигово-осевые, поворотно-осевые, сдвигово-поворотные.
Рисунок 8.4 - Схема работы осевого и углового компенсаторов
Рисунок 8.5 - Схемы работы сдвиговых компенсаторов
8.5.2 Компенсаторы выбирают по данным завода-изготовителя в зависимости от максимального расчетного давления, температуры, рабочей среды и компенсирующей способности.
8.5.3 Устанавливают компенсаторы согласно схемам и рекомендациям заводов-изготовителей.
8.5.4 При поверочном расчете трубопровода компенсаторы рассматривают как элемент, характеризуемый в зависимости от конструкции компенсатора осевой, изгибной и/или сдвиговой жесткостью, определяемыми по нормативным документам или по данным заводов-изготовителей.
8.5.6 При расчете трубопровода необходимо учитывать распорное усилие в компенсаторе (рисунок 8.6), определяемое по формуле
Рисунок 8.6 - Схема приложения распорных усилий в осевом компенсаторе
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.