Методические указания по организации и исполнению программ диагностики промысловых трубопроводов Компании (стр. 25 )

СНиП 2.05.06‑85* Магистральные трубопроводы.

3. Термины и определения

В настоящем документе применены термины и определения:

3.1 граничные условия: совокупность статических силовых факторов на границе конечно-элементной модели или ее составляющих.

3.2 кольцевые напряжения: напряжения, действующие в окружном направлении.

3.3 главные срединные напряжения в кольцевом направлении: максимальные напряжения в трубопроводе, действующие в кольцевом направлении в срединной (равноудаленной от внутренней и наружной поверхностей стенки трубопровода) плоскости с учетом дефектов геометрии конструкции.

3.4 главные фибровые (поверхностные) напряжения в кольцевом направлении: максимальные напряжения, действующие в кольцевом направлении на поверхности трубопровода с учетом дефектов геометрии конструкции.

3.5 продольные напряжения: напряжения, действующие в направлении образующей стенки трубопровода.

3.6 опорные линии: линии, использующиеся для построения объемной модели конструкции.

3.7 опорные точки: точки, использующиеся для построения объемной модели конструкции.

3.8 тип конечного элемента: совокупность свойств элемента, определяющих: возможность его применения для выполнения определенных видов КЭ-расчета, характерную форму элемента, порядок аппроксимирующей функции, геометрические характеристики.

4. Обозначения и сокращения

В настоящем документе применяются следующие сокращения и обозначения:

КЭ - конечно-элементная (-ый);

НДС - напряженно-деформированное состояние;

ОТС - оценка технического состояния;

D - внешний диаметр трубопровода;

Dвн - внутренний диаметр трубопровода;

vlq - нормативная нагрузка от веса жидкой транспортируемой среды на единицу длины трубопровода;

гlq - коэффициент надежности по нагрузке от веса жидкой транспортируемой среды;

гn - удельный вес транспортируемого жидкой среды;

vg - нормативная нагрузка от веса газообразной транспортируемой среды на единицу длины трубопровода;

гg - коэффициент надежности по нагрузке от веса газообразной транспортируемой среды;

g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с2;

Pn - рабочее (нормативное) давление транспортируемой газообразной среды;

Rg - газовая постоянная;

z - коэффициент сжимаемости газа;

Tt - температура транспортируемой газообразной среды, К;

Ps - внешнее давление на трубопровод от веса грунта;

гs – коэффициент надежности по нагрузке от внешнего давления;

сs - средняя плотность грунта на уровне заложения трубопровода;

H - координата верхней точки заложения подземного трубопровода;

х – вертикальная координата расчётной точки;

w - внешняя нормативная ветровая нагрузка на единицу длины надземного трубопровода, действующая перпендикулярно его осевой вертикальной плоскости;

гw – коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

wst - статическая составляющая ветровой нагрузки, определяемая согласно СНиП 2.01.07‑85;

wdyn - динамическая составляющая ветровой нагрузки, определяемая согласно СНиП 2.01.07‑85 как для сооружения с равномерно распределенной массой и постоянной жесткостью;

tins - толщина изоляции трубопровода;

vsn - внешняя нормативная снеговая нагрузка на единицу длины горизонтальной проекции надземного трубопровода;

гsn – коэффициент надежности по снеговой нагрузке;

s - вес снегового покрова принимаемый по СНиП 2.01.07‑85;

vi - гололедная нормативная нагрузка на единицу длины надземного трубопровода;

гi – коэффициент надежности по гололедной нагрузке;

tлед - толщина слоя льда;

γлед - объемный вес гололеда принимаемый по СНиП 2.01.07‑85.

E - модуль упругости, МПа;

м - коэффициент Пуассона;

сст - плотность стали;

ti - расчетная фактическая толщина трубы, м;

R - допустимое напряжение, принимаемое согласно СНиП 2.04.12;

σе - эквивалентные напряжения по Мизесу;

уθ, уz - кольцевые и продольные напряжения в зоне дефекта.

5. Исходные данные

Для выполнения расчета необходимы следующие данные, устанавливаемые согласно паспортным данным на трубопровод и результатам технической диагностики:

вариант расположения трубопровода (наземное или подземное исполнение); плотность транспортируемого продукта (с); внутреннее давление; внешние нагрузки (глубина залегания и тип грунта для подземных трубопроводов, ветровая, снеговая и гололедная нагрузки для наземных трубопроводов); данные о металле конструкций трубопровода; результаты геодезии и нивелирования;

Для создания модели материала необходимо задать модуль упругости Е, коэффициент Пуассона н, характерные точки диаграммы растяжения и плотность материала сст. Модель материала (стали) трубопровода принимается как для упругопластического материала в результате аппроксимации диаграммы растяжения стали мультилинейной зависимостью. Коэффициенты надежности по нагрузке принимаются в соответствии с таблицей 7.2.

Таблица 7.2

Нагрузки и воздействия	Способ прокладки трубопроводов	Коэффициент надежности по нагрузке
вид	характеристика	подземный	надземный
Постоянные	Собственный вес трубопровода, арматуры и обустройств	+	+	1,1 (0,95)
Вес изоляции	+	+	1,2
Вес давления грунта (засыпки, насыпи)	+	-	1,2 (0,8)
Предварительное напряжение трубопровода (упругий изгиб по заданному профилю, предварительная растяжка компенсаторов и др.) и гидростатическое давление воды	+	+	1,0
Временные длительные	Внутреннее давление транспортируемой среды:
- газообразной	+	+	1,1
- жидкой	+	+	1,15
Вес транспортируемой среды:
- газообразной	+	+	1,1 (1,0)
- жидкой	+	+	1,0 (0,95)
Температурный перепад металла стенок трубопровода	+	+	1,1
Неравномерные деформации грунта, не сопровождающиеся изменением его структуры (осадки, пучения и др.)	+	+	1,5
Кратковременные	Снеговая	-	+	1,4
Гололедная	-	+	1,3
Ветровая	-	+	1,2
Транспортирование отдельных секций, сооружение трубопроводов, испытание и пропуск очистных устройств	+	+	1,0
Особые	Сейсмические воздействия	+	+	1,0
Нарушения технологического процесса, временные неисправности или поломки оборудования	+	+	1,0
Неравномерные деформации грунта, сопровождающиеся изменением его структуры (селевые потоки и оползни; деформации земной поверхности в районах горных выработок и карстовых районах; деформации просадочных грунтов при замачивании или вечномерзлых при оттаивании и др.)	+	+	1,0

Прим ечания:

1. Знак "+" означа ет, что нагр узки и воздействия с ледует учитывать, знак "-" - не учитывать.

2. Знач ения коэффици ентов над ежности по нагр узке, указанные в скобках, должны приниматься в тех случа ях, когда ум еньшени е нагрузки ухудшает условия работы трубопровода.

3. Когда по условиям ис пытания или эксплуата ции в трубопроводах, транспортирую щих газообразные ср еды, возможно полное или частично е з аполнение внутр енней полости их водой или конденсатом, а в трубопроводах, транспортирующих жидкие среды - попадани е воздуха или опорожнение их, н еобходимо учитывать изм енение нагрузки от в еса среды.

6. Расчеты конструкций трубопровода

6.1 Общие положения.

6.1.1 Расчет конструкций трубопровода с учетом фактической геометрии заключается в определении напряжённо-деформированного состояния (НДС) конструкций и сравнении рассчитанных значений с допускаемыми. НДС определяется с учетом фактически измеренного при диагностике геометрического положения трубопровода.

6.1.2 Для определения НДС трубопровода используется статический прочностной анализ.

6.1.3 Расчет НДС трубопровода осуществляется с использованием компьютерного моделирования методом конечных элементов (далее – КЭ).

6.2 Последовательность проведения расчета.

6.2.1 Расчёты НДС трубопровода проводятся в следующей последовательности:

6.2.1.1 Создание математической модели конструкции (разделы 5.3, 6.3):

построение геометрической модели конструкций (раздел 6.3.1). задание типа конечного элемента (раздел 6.3.2). создание модели материала (раздел 5.3). построение конечно-элементной модели (раздел 6.3.3). приложение нагрузок на конструкции (разделы 6.3.4, 6.3.5).

6.2.1.2 Численное решение системы уравнений, описывающих модель конструкции (раздел 6.4).