Характеристика бесшовных труб (ГОСТ 550-75)

Наружный диаметр, мм	Номинальная толщина стенки, мм	Марка стали	Характеристики материала труб
в МПа	в МПа
	4; 5
	4; 5; 6	10 Г2
	4; 5; 6; 8	10 Г2
	4; 5; 6; 7; 8	10 Г2
	4; 5; 6; 7; 8	10 Г2
	6; 7; 8; 9;10; 11	10 Г2
	6; 7; 8; 9;10; 11; 12; 14	10 Г2
	6; 7; 8; 9;10; 11	10 Г2
		10 Г2
	6; 7; 8; 9;10; 11; 14; 16	10 Г2
	6; 7; 8; 9;10; 11; 14; 16	10 Г2
	11; 12	10 Г2
	7; 8; 9;10; 12	10 Г2
	8; 9;10; 11; 12; 14; 16;18; 20	10 Г2

Прочность материала при растяжении (сжатии) находят из выражения:

, (7.12)

где – сила, Н, растягивающая трубу на участке площадью F₁ ( ); – площадь сечения трубы, на которую действует растягивающая сила.

Сокращая числитель и знаменатель составляющих выражения 7.12 на D (для удобства расчетов), получим:

. (7.13)

Откуда толщина трубы равна

. (7.14)

В процессе эксплуатации трубопровода он дополнительно может подвергаться температурным деформациям и гидравлическому удару, который возникает при быстром закрытии задвижек.

При гидравлическом ударе, согласно формуле Н.Е. Жуковского, давление повышается на величину

, (7.15)

где а – скорость звука в нефтепродукте, равная 1000 – 1100 м/с.

При плотности нефтепродукта 900 кг/м³, потерянной скорости 1 м/с и скорости звука 1000 м/с величина составит 900000 Н/м².

Для борьбы с гидравлическим ударом устанавливают на трубопроводах воздушные колпаки, предохранительные клапаны и рекомендуют медленно открывать и закрывать задвижки.

Расчетное значение принимается (0,4 – 0,6)∙ или (0,6 – 0,8)∙ для обеспечения запаса прочности трубы в пределах 1,5 – 2,5.

Пример определения толщины трубы.

Дано: диаметр трубы 108 мм (0,108 м), давление в трубе 5∙10⁶ Н/м²
(5 МПа), материал трубы сталь 10Г2, предел прочности материала при растяжении . Расчетное значение = 0,5 = 235 МПа.

м или 1,15 мм.

Округляем расчетное значение толщины трубы до 4 мм. Запас прочности трубы более 3.

Расчет на прочность крепления фланца (путем сварки или болтов) выполняют по формуле

, (7.16)

где – сила, Н, действующая на фланец и отрывающая его; – площадь сварного соединения (здесь – толщина сварного шва, которая принимается равной толщине трубы ).

При установке задвижек на трубопровод пользуются болтовым соединением. Расчет на прочность болтов и выбор их количества производится по формуле

, (7.17)

где – общая площадь поперечных сечений болтов, здесь D_Б – диаметр болтов, м, n – количество болтов.

Более точный расчет труб с учетом коэффициента надежности по материалу (1,34 – 1,55) и коэффициента надежности по назначению трубопровода
(1,0 – 1,05) приведен в работе [54]. При расчете на прочность стальных трубопроводов необходимо учитывать требования СНиП-2.04.12.86.

Насосная установка

Насосная установка предназначена для перемещения жидкости и сообщения ей необходимой по величине энергии давления и скорости.

На рис. 7.3 приведена принципиальная схема насосной установки, перемещающей жидкость из приемного (всасывающего) резервуара 1 в напорный 12. Установка содержит входной фильтр 2, обратный клапан 3, который не пропускает жидкость в обратном направлении и не дает возможности системе самотеком опорожняться.

Всасывающий трубопровод 4 имеет диаметр dв, обеспечивающий скорость всасывания не более 1 – 1,5 м/с. Если из всасывающего трубопровода полностью удалить воздух, то под действием атмосферного давления (760 мм рт. ст.) и при температуре 20 ^оС вода поднимется на высоту 10 м. Если пренебречь скоростным напором и потерями на трение и в местных сопротивлениях (ввиду их малости, 0,1 – 0,3 м), то высоту всасывания можно определить из выражения:

, (7.18)

где Р_АТ – атмосферное давление (1∙10⁵ Н/м²);

Р_ВС – абсолютное давление во всасывающей линии.

Для нормальной работы насоса необходимо, чтобы давление Р_ВС было больше давления парообразования Р_ПАР (насыщенных паров).

Например, давление Р_ПАР для нефтепродукта при 38 ^оС равно 0,7∙10⁵ Н/м². Выбираем Р_ВС равным 0,8∙10⁵ Н/м², тогда при плотности , соответствую- щей 700 кг/м³, высота всасывания (согласно формуле 7.18) будет равна примерно 3 м.

Высота всасывания h_вс для темных нефтепродуктов составляет 4 – 6 м. Для светлых нефтепродуктов (бензин, керосин) высота всасывания выбирается равной 3 – 4 м. При высоте всасывания больше допустимой начинается процесс кавитации (образование в жидкости пузырьков) и разрушения лопаток насоса. Для контроля разрежения в линии всасывания используется вакуумметр 5. Следует помнить, что если вакуумметр показывает 0,3∙10⁵ Н/м² (недостаток давления до атмосферного) или 0,3 атм., то абсолютное давление в линии всасывания равно 0,7∙10⁵ Н/м² (0,7 атм.) или 70 кПа.

Высоту всасывания и нагнетания необходимо выбирать в зависимости от вязкости нефтепродукта и давления парообразования. В таблице 7.3 приведены рекомендуемые значения средних скоростей во всасывающей и напорной магистралях в зависимости от вязкости нефтепродуктов [18].

Рис. 7.2. Схема насосной установки

Таблица 7.3