ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕКАЧКИ НЕФТИ И ГАЗА
2.1. Основные сведения о магистральных трубопроводах. Классификация магистральных трубопроводов Магистральные трубопроводы - это капитальные инженерные сооружения, рассчитанные па длительный срок эксплуатации и предназначенные для бесперебойной транспортировки на значительные расстояния природных и искусственных газов (в газообразном или сжиженном состоянии), нефти, нефтепродуктов, воды, твердых и сыпучих тел, взвешенных в потоке воздуха или воды, от мест их добычи, переработки, забора (начальная точка трубопровода) к местам потребления (конечная точка). В настоящее время все вновь строящиеся, а также реконструируемые магистральные трубопроводы и отводы от них условным диаметром до 1400 мм включительно с рабочим давлением не выше 10 МПа должны проектироваться с учетом основных положении строительных норм и правил. Эти нормы не распространяются на трубопроводы, прокладываемые внутри городов и населенных пунктов, на участках вечномерзлых грунтов, в районах морских акваторий, а также в районах с повышенной сейсмичностью интенсивностью 8 баллов и более для подземных и 6 баллов и более для надземных трубопроводов. Магистральные газопроводы в зависимости от нормативного рабочего давления делятся на два класса: · I класс - 2,5 МПа (кгс/см2 ) < р ≤ 10 МПа (кгс/см2); · II класс – р ≤ 2,5 МПа (кгс/см2). Магистральные нефтепродуктопроводы в зависимости от условного диаметра Dу подразделяются па четыре класса: · I класс - 1000 мм < Dу ≤ 1400 мм; · II класс - 500 мм < Dу ≤ 1000 мм; · III класс -300 мм < Dу ≤ 500 мм; · IV класс - Dу ≤ 300 мм. Чем выше класс трубопровода, тем большую опасность он представляет в случае разрушения и тем, будут большие расстояния от оси трубопровода до близлежащих населенных пунктов, промышленных предприятий, а также отдельных зданий и сооружений. Конструктивные схемы прокладки линейной части трубопроводов Основной составляющей магистрального трубопровода является линейная часть - непрерывная нить, сваренная из отдельных труб или секции и уложенная вдоль трассы тем или иным способом. В настоящее время существуют следующие принципиально различные конструктивные схемы прокладки магистральных трубопроводов: · подземная, · полуподземная, · наземная, · надземная. Выбор той или иной схемы прокладки определяется условиями строительства и окончательно принимается на основании технико-экономического сравнения различных вариантов. Подземная, схема укладки является наиболее распространенной (98% от общей протяженности) и предусматривает укладку трубопровода и грунт па глубину, превышающую диаметр труб. При подземной укладке достигается максимальная механизация работ всех видов, не загромождается территория и после окончания строительства используются пахотные земли, отсутствует воздействие солнечной радиации и атмосферных осадков, трубопровод находится в стабильных температурных условиях. Однако па участках с вечномерзлыми, скальными и болотистыми грунтами данная схема укладки является неэкономичной из-за высокой стоимости земляных работ. Кроме того, необходимость специальной балластировки (особенно газопроводов) на участках с высоким стоянием грунтовых вод и надежного антикоррозионного покрытия от почвенной коррозии значительно удорожает стоимость строительства. Полуподземная схема укладки применяется при пересечении трубопроводом заболоченных и солончаковых участков, при наличии подстилающих скальных пород. Трубопровод укладывается в грунт на глубину менее диаметра с последующим обвалованием выступающей части. Рисунок 1 - Подземная и полуподземная схемы укладки: а - с вертикальными боковыми откосами; б - комбинированная траншея; в - наклонными боковыми откосами; г - пригрузка одиночными грузами; д - пригрузка металлическими винтовыми анкерными устройствами; е - полуподземная схема укладки.
Наземная схема укладки в насыпи преимущественно используется в сильно обводненных и заболоченных районах. При всех ее преимуществах недостатком является слабая устойчивость грунта насыпи и устройство большого числа водопропускных сооружений. Рисунок 2 - Наземная схема укладки: 1- трубопровод; 2 - торфяная или хворостяная подготовка; 3 - обвалование или насыпь из песчаного грунта; 4 - лежневая дорога; 5 - противопожарная канава. Надземная прокладка как линейной части магистральных трубопроводов, так и отдельных его участков рекомендуется в пустынных районах, районах горных выработок и оползней, на участках вечномерзлых грунтов и болот III типа, а также на переходах через естественные и искусственные препятствия. При надземной прокладке сводится к минимуму объем земляных работ, отпадает необходимость в дорогостоящей пригрузке и в устройстве защиты от почвенной коррозии и блуждающих токов. Однако надземная укладка имеет недостатки: загроможденность территории, устройство опор, специальных проездов для техники и миграции животных и значительная подверженность трубопровода суточному и сезонному колебаниям температуры, что требует принятия специальных мер. 2.2. Трассы магистрального трубопровода Трассы магистрального трубопровода разделяются по категориям. Магистральные трубопроводы проходят по участкам с различным рельефом местности, с различными гидрогеологическими условиями, пересекают водные преграды, автомобильные и железные дороги, электрические подземные кабели и воздушные высоковольтные линии электропередач, линии сияли и т. д. Поэтому в зависимости от условий работы трубопровода, а также для безопасности расположенных вблизи трассы объектов согласно СНиП линейная часть и отдельные участки магистральных трубопроводов подразделяются па пять категорий - В, I, II, III и IV. В каждой категории предъявляются определенные требования к прочности трубопровода, к контролю качества сварных соединении, предварительным гидравлическим испытаниям и типам изоляционного покрытия. Категорийность линейной части магистральных трубопроводов и их участков зависит от вида транспортируемого продукта и условного диаметра трубопровода.
Рисунок 3 - Надземная схема укладки линейной части магистрального трубопровода: а - трубопровод с компенсаторами; б - трубопровод в виде зигзагообразного самокомпенсирующего контура; в - упругоискривленный самокомпенсирующий трубопровод; г - трубопровод со слабоизогнутыми участками; 1- трубопровод; 2 - промежуточная продольно-подвижная опора; 3 - неподвижная опора; 4 - П- образный компенсатор; 5 - промежуточная или скользящая опора; 6 - шарнирная опора; 7 - свободноподвижная опора; 8 - слабоизогнутый участок (компенсатор);
Рисунок 4 - Надземная прокладка отдельных магистральных трубопроводов: Блочные системы: а - однопролетный трубопровод; б - многопролетный трубопровод в обычных грунтах; в - многопролетный трубопровод на земляных призмах; г - трубопровод с П пли Г-образным компенсатором. Арочные системы: д - однотрубный переход по круговой или параболической форме очертания оси; е - треугольный; ж - трапецеидальный. Висячие системы: з - вантовый переход; и - гибкий переход; к - самонесущий переход
РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ 3.1. Расчет технологических параметров нефтепроводов и нефтепродуктопроводов. Технологический расчет трубопроводов, по которым перекачиваются нефть и нефтепродукты, имеющие постоянную температуру по длине всего трубопровода, включает определение оптимальных параметров: · диаметра трубопровода, · давления на нефтеперекачивающих станциях и числа насосных станций; · расстановку НС вдоль фиксированной трассы трубопровода; · определение режимов перекачки. Гидравлический расчет трубопровода при изотермическом режиме перекачки выполняют по основным формулам, устанавливающим взаимосвязь между перечисленными факторами. Пропускная способность нефтепровода (Q - объемная или G - массовая) является основной исходной величиной для гидравлического расчета (1) где ρt - расчетная плотность нефтепродукта, (2) где ρ20 - плотность нефтепродукта при 20° С; ξt - температурная поправка, (3) Средняя скорость движения нефтепродукта по трубопроводу с расходом связана соотношением (4) где Fсв - площадь поперечного сечения трубы в свету; Dв - внутренний диаметр трубопровода. Учитывая значения Q и Fсв определим внутренний диаметр трубопровода (5) Имея заданную пропускную способность трубопровода и приняв среднюю скорость ориентировочно равной 1-2 м/с, можно выбрать рациональный диаметр трубопровода , который в последующем оптимизируется с учетом не только всех технических параметров, но и экономической эффективности всей системы трубопровода. Потери напора от трения жидкости hr по длине трубопровода определяются по формуле Дарси—Вейсбаха (6) где λтр- коэффициент гидравлического сопротивления; L - длина трубопровода; g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2). Гидравлический режим течения жидкости по трубопроводу при заданных пропускной способности Q, длине L и внутреннем диаметре Dв трубопровода характеризуется числом Рейнольдса (7) где ν, μ - соответственно кинематический и динамический коэффициент вязкости нефтепродукта. При ламинарном течении λтр определяется по формуле Стокса (8) Ламинарный режим сохраняется до Re ≈ 2320, при 2320 < Re ≤ 2800 существует так называемый переходный режим. Коэффициент λтр при этом можно определять по формуле (9) При турбулентном режиме течения (Rе > 2800) коэффициент λтр можно определить по формулам. Гидравлический уклон i есть потеря напора на трение на единицу длины трубопровода (10) где m - коэффициент, характеризующий режим течения (для ламинарного режима m = 1, для переходного режима m = 0,25, для турбулентного режима m = 0). Если трубопровод имеет параллельно действующую нитку (трубопровод - лупинг), то гидравлический уклон на участке установки лупинга (11) где i - гидравлический уклон трубопровода без лупинга; Dл - диаметр лупинга; Dв - диаметр основной магистрали. Для трубопровода, имеющего вставку другого диаметра Dвс, гидравлический уклон (12) где i - гидравлический уклон основного трубопровода. Суммарный расход на сдвоенном участке равен расходу в одиночном трубопроводе (13) где Q - расход в одиночном трубопроводе; Qл - расход и лупинге, (14) где Qм - расход в основной магистрали на сдвоенном участке, (15) Потери напора в трубопроводе с лупингом длиной xл и диаметром Dл определяются по формуле (16) где (17) Если Dл = Dв, то при ламинарном течении ω = 0,5; при турбулентном течении в зоне гидравлически гладких труб ω = 0,296; в зоне квадратичного закона сопротивления ω = 0,25. Потери напора в трубопроводе, имеющем вставку, определяются аналогичным образом: (18) где (19) xвс - длина вставки Потери на местные сопротивления определяют по формуле (20) где ξм.с - коэффициент местного сопротивления. Для магистральных трубопроводов потери напора в местных сопротивлениях незначительны и их принимают равными 1 - 2% от потерь на трение. Полные потери напора в трубопроводе (21) где ∆Z = Z2 – Z1; Z1 и Z2 – геодезические отметки начала и конца трубопровода. Число НС ( насосных станций) вдоль фиксированной трассы трубопровода определяется следующим образом: (22) где (23) [р] - допускаемое давление для труб с толщиной стенки δ. Определив гидравлический уклон в трубопроводе, формулу можно представить в виде (24) Расчетное число насосных станций nн.с , как правило, получается дробным и может быть округлено как в сторону большего числа nн.с , так и в сторону меньшего nн.с . При округлении числа станций в сторону увеличения изменяется Q. Увеличение расхода подсчитывается по формуле (25) При округлении числа станции в сторону уменьшения для обеспечения заданной пропускной способности Q предусматривают лупинг длиной хл (26) В случае применения вставки большего диаметра существует аналогичная формула, в которой вместо хл и iл следует принимать хвс и iвс. Гидравлические уклоны iл и iвс определяются по формулам . 3.2. Расчет толщины стенки трубопровода Номинальная толщина стенки трубопровода определяется согласно СНиП следующим образом: (27) Если же при этом продольные осевые напряжения σпр N, определяемые от расчетных нагрузок и воздействий, например для прямолинейных бесконечных трубопроводов от воздействия температуры и внутреннего давления, (28) будут иметь отрицательное значение (σпр N < 0), то величина δ корректируется по формуле (29) где ψ1 – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, определяемый при сжимающих продольных осевых напряжениях (σпр N < 0) по формуле (30) Толщина стенки трубопровода, определяется по формулам, округляется в большую сторону до ближайшей в сортаменте труб. В формулу следует подставлять значение δ, округленное по сортаменту. Принятая толщина стенки труб должна быть не менее 1/140 значения наружного диаметра труб и не менее 4 мм, т.е. удовлетворять условиям (31) Приведенная методика расчета толщины стенки трубопровода представляет собой итерационный процесс, так как в выражение для определения σпр N требуется подставить значение δ, после чего значение принимаемой толщины стенки по сортаменту может измениться и вычисления приходится повторять с новым значением δ. Рекомендуется следующая формула для определения толщины стенки трубопровода, позволяющая обойтись без последующих итераций: (32)
3.3. Расчет устойчивости трубопровода на болотах при различных способах балластировки Трубопровод, укладываемый в болотистом и обводненном грунте, должен быть закреплен против всплытия, если он имеет положительную плавучесть. Трубопровод закрепляют одиночными утяжеляющими железобетонными и чугунными грузами, сплошным о бетонированием, металлическими винтовыми анкерными устройствами и засыпкой минеральным грунтом. Проверка против всплытия трубопроводов, прокладываемых на обводненных участках, выполняется по расчетным нагрузкам и воздействиям из условия (33) где Б - необходимая величина пригрузки или расчетного усилия анкерного устройства, приходящаяся на трубопровод длиной 1 м; Км - коэффициент безопасности по материалу, принимаемым равным для анкерных устройств 1; для железобетонных, чугунных грузов 1,05; при сплошном о бетонировании в опалубке 1,07; при сплошном о бетонировании методом торкретирования 1,1; при балластировке грунтом -,2; Кн.в - коэффициент надежности при расчете устойчивости положения трубопровода против всплытия, принимаемый равным для болот и периодически заливаемых участков 1% обеспеченности Кн.в=1,05; qдоп - расчетный вес продукта на воздухе, дополнительных обустройств в воде, а также обледенения в воде при транспортировке продукта с отрицательной температурой; qв - расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод (с учетом изоляции), определяемая по формуле (34) Dтр - наружный диаметр трубы с учетом изоляционного покрытия; ρв - плотность воды с учетом растворенных солей и взвешенных частиц грунта, ρв = 1100 ÷ 1150 кг/см3; qтр - расчетный вес трубопровода (с учетом изоляции) на воздухе, qтр = qсв + qиз (35) qсв - собственный вес трубы; qиз = qл + qбр - вес изоляционного покрытия; qл - вес липкой лепты; qбр - вес оберточного слоя (бризола). Расстояние между отдельными грузами балластировки трубопровода определяется по формуле (36) где Qг.ср - средний вес одного груза в воздухе; Vг.ср - фактическим объем груза: для железобетонных грузов (37) для чугунных (38)
Рисунок 5 - Железобетонный седловидный груз
Рисунок 6 - Чугунный кольцевой груз Параметры одиночных грузов приведены на рисунках и в таблицах таблица 2
таблица 3
таблица 4
При сплошном обетонировании требуемый наружный диаметр забалластированной трубы определится из выражения (39) где ρб – плотность бетона, кгс/м3 ; Dиз – диаметр заизолированного трубопровода.
Рисунок 7 - Винтовое анкерное устройство
При балластировке металлическими винтовыми анкерными устройствами расчетное усилие (допускаемая нагрузка) Банк определяется по формуле (40) где Zанк - число анкеров в одном анкерном устройстве; kгр - коэффициент несущей способности грунта, в котором находятся лопасти анкеров; mанк - коэффициент условий работы анкерного устройства, принимаемый равным 0,5 при Zанк ≤ 2 и 0,4 при Zанк > 2; Nанк - максимальная (критическая) нагрузка на одни винтовой анкер, завинченный в грунт I группы на глубину не менее шести диаметров лопасти
таблица 5
Расстояние между анкерами (41) Дополнительно определяется расстояние между анкерами из условия прочности (42) где R2 - расчетное сопротивление трубной стали; W - осевой момент сопротивления поперечного сечения трубы; Рпл - положительная плавучесть, (43) Vв – объем воды, вытесненной 1 м трубы с учетом изоляции, (44) δиз - толщина изоляционного покрытия.
Рисунок 8 - Расчетная схема балластировки трубопровода минеральным грунтом: 1 - начальная форма засыпки; 2- измененная форма засыпки; 3 - линия передачи давления; 4 - трубопровод При замене слабого торфяного грунта минеральным всплытию трубопровода будет противостоять вес призмы грунта над ним. Уравнение устойчивости трубопровода в этом случае будет (45) где ρсух — плотность сухого песка; hн — проектная высота насыпи; Dтр — диаметр сооружаемого трубопровода; hs — осадка насыпи, (46) Вн - ширина насыпи поверху; ан - угол откосов насыпи после засыпки, ан = 40÷45°; А - коэффициент, равный 0,088 для болот II типа; 0,193 для болот I типа. 3.4. Изделия для закрепления трубопроводов против всплытия Для закрепления (балластировки) трубопроводов, прокладываемых через водные преграды, на заболоченных и обводненных участках, должны предусматриваться утяжеляющие навесные и кольцевые одиночные грузы, скорлупообразные грузы, сплошные утяжеляющие покрытия, балластирующие устройства с использованием грунта и анкерные устройства. В особо сложных условиях Западной Сибири и Крайнего Севера при соответствующем обосновании для балластировки подводных переходов трубопроводов диаметром 1020 мм и более в русловой части допускается применять чугунные кольцевые грузы. Все изделия, применяемые для закрепления трубопроводов, должны обладать химической и механической стойкостью по отношению к воздействиям среды, в которой они устанавливаются. Навесные утяжеляющие одиночные грузы должны изготавливаться в виде изделий из бетона, особо тяжелых бетона и железобетона и других материалов с плотностью не менее 2200 кг/куб.м (для особо тяжелых бетонов не менее 2900 кг/куб.м ). Каждый груз подлежит маркировке масляной краской с указанием массы и объема груза, а грузы, предназначенные для укладки в агрессивную среду, маркируются дополнительным индексом.#G1 #G0Номинальная масса утяжеляющего бетонного груза устанавливается проектом. Кольцевые одиночные утяжеляющие грузы должны изготавливаться из чугуна, из железобетона или других материалов в виде двух половин. Каждый полугруз подлежит маркировке масляной краской с указанием массы и наружного диаметра трубопровода, для которого предназначен этот груз. Скорлупообразные грузы следует предусматривать из железобетона в виде продольных частей цилиндрической оболочки. Анкерные устройства изготавливаются из чугуна или стали, обеспечивающих механическую прочность и возможность соединения их между собой.
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2169)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |