Файл: Необходимо провести.pdf

Содержание
Введение ............................................................................................................... 6 1. Расчет размеров подводной траншеи и урезных участков ............................ 7 2. Расчет объемов земляных работ, определение способа разработки подводной траншеи и урезных участков ......................................................... .11 3. Определение расчетной толщины стенки подводного трубопровода ......... 15 4. Расчет балластировки подводного трубопровода в границах подводного перехода .............................................................................................................. 19 5 Выбор способа укладки трубопровода и силовой расчет укладки .............. 24 6. Расчет гидравлических испытаний на прочность и герметичность подводного перехода. ........................................................................................ 32 7.Индивидуальная часть: анализ существующих методов механической защиты антикоррозионного покрытия и металла трубопровода от воздействий
........................................................................................................ 36
Заключение ......................................................................................................... 39
Список литературы ............................................................................................ 40
Приложение №1 (Графическая часть)............................................................... 43

6
Введение
В данном курсовом проекте необходимо выполнить сооружение подводного перехода магистрального нефтепровода заданного диаметра траншейным способом.
Необходимо провести:

расчет размеров подводной траншеи и урезных участков;

расчет объемов земляных работ;

расчет балластировки подводного трубопровода;

расчет гидравлических испытаний на прочность и герметичность подводного перехода;

выбор способа укладки.
А так же схематически построить профиль подводного перехода и схему устройства балластировки трубопровода.

7
1.
Расчет размеров подводной траншеи и урезных
участков
Минимальная глубина подводной траншеи может быть определена исходя из следующего условия:
{
(1.1)
где:
– прогнозируемый предельный размыв русла реки за 25 лет, м;
– наружный диаметр трубы с учетом изоляционного покрытия и футеровки, м.
Изоляция заводская двухслойная 3,5 мм по [10];
Манжета ТЕРМА-СТМП-820 по [8];
Футеровка полимерным профилем 20 мм по [7];
Найдем
:
(1.2)
{
,
Ширина подводной траншеи по дну определяется по следующей формуле:
(1.3)
где:
– расcтояние от боковой поверхности трубопровода до кабеля связи, укладываемого в общую с трубопроводом траншею, принимаемое значение должно быть не менее 0,5 м;
– расстояние от подошвы откоса до боковой поверхности трубопровода, учитывающее необходимость проведения работ по водолазному обследованию трубопровода после его укладки, принимаемое не менее 0,7 м;

8
– запас, учитывающий допускаемое отклонение по ширине траншеи (с двух сторон) в процессе ее разработки, м;
– расчетный запас на заносимость траншеи за время ее разработки и последующей укладки трубопровода, м, определяется по табл. 3.2 [12];
– запас на отклонения продольной оси трубопровода (с двух сторон) в процессе укладки от проектной оси траншеи (принимается 0,5 м на
1000 м перехода).
Определим запас на заносимость траншеи
, осуществив расчет средней интенсивности отложения донных наносов в траншее
(1.4) где
– средняя интенсивность отложения донных наносов в траншее на 1 метр длины при среднем рабочем уровне воды, м
3
/сут;
– продолжительность разработки траншеи и последующей укладки трубопровода, сут.
Определим
(1.5) где
– средняя скорость течения на измеренных вертикалях, м/с;
(1.6)
– глубина потока на расчетном отрезке ширины русла, м.
Найдем

9
Ширина подводной траншеи по верху определяется по следующей формуле:
; (1.7) где: – крутизна откосов подводной траншеи, определяется по табл. 1.1
[12].
Определим площадь поперечного сечения подводной траншеи:
; (1.8)
Остальные части подводной траншеи считаются аналогично, результаты расчѐтов представлены в табл. 1 ниже.
Таблица 1- Размеры сечения траншеи для русловой части
Пикет
Глубина траншеи, h, м Площадь сечения, S,
ПК4+14,1 3,7 77,19
ПК4+15,4 2,3 47,98
ПК4+20,3 2,5 52,15
ПК4+23,3 3,0 62,58
ПК4+27,4 3,2 66,76
ПК4+31,9 3,8 79,27
ПК4+33,1 4,0 83,44
ПК4+36,7 4,2 87,62
ПК4+39,1 3,3 68,84
ПК4+46,5 2,8 58,41

10
Ширина траншеи урезных участков принимается исходя из диаметра трубопровода и размера утяжелителей УБО-М:
(1.9)
Ширина траншеи по верху:
(1.10)
Площадь поперечного сечения урезных участков считаются аналогично, результаты расчѐтов представлены в табл. 2 ниже.
Таблица 2- Размеры сечения траншеи для урезной части
Пикет
Глубина траншеи, h, м Площадь сечения, S,
ПК4+2,4 3,8 23,37
ПК4+5,7 4,8 29,52

11
2.
Расчет объемов земляных работ, определение способа
разработки подводной траншеи и урезных участков
Определим необходимый объем земляных работ для русловой и пойменной части подводного перехода:
|
| (2.11) где: –
–
|
|
Остальные части подводной траншеи считаются аналогично, результаты расчѐтов представлены в табл. 3 ниже.
Таблица 3 – Объѐм земляных работ для руслового участка
Пикет
Глубина, м
Площадь, м
Объѐм, м
3
ПК4+14,1
ПК4+15,4 3,7 77,19 81,15 2,3 47,98
ПК4+15,4
ПК4+20,3 2,3 47,98 245,31 2,5 52,15
ПК4+20,3
ПК4+23,3 2,5 52,15 172,04 3,0 62,58
ПК4+23,3
ПК4+27,4 3,0 62,58 265,13 3,2 66,76

12
ПК4+27,4
ПК4+31,9 3,2 66,76 328,43 3,8 79,27
ПК4+31,9
ПК4+33,1 3,8 79,27 97,63 4,0 83,44
ПК4+33,1
ПК4+36,7 4,0 83,44 307,90 4,2 87,62
ПК4+36,7
ПК4+39,1 4,2 87,62 578,39 3,3 68,84
ПК4+39,1
ПК4+46,5 3,3 68,84 292,58 2,8 58,41
Суммарный объем работ
Определим необходимый объем земляных работ для двух пойменных участков подводного перехода (расчѐт аналогичен русловой части).
Результаты расчѐта представлены в табл. 4 ниже.
Таблица 4 – Объѐм земляных работ для пойменных участков
Пикет
Глубина, м
Площадь, м
Объѐм, м
3
ПК4+2,4
ПК4+5,7 3,8 23,37 63,27 4,8 29,52
ПК4+5,7
ПК4+14,1 4,8 29,52 175,73 3,7 77,19

13
Определим требуемое количество средств механизированной разработки грунта подводной траншеи:
(2.12) где: – производительность выбранного средства механизированной разработки грунта, м
3
/сут;
– время проведения земляных работ, сут.
Определим необходимое количество средств механизированной разработки грунта подводной траншеи, предварительно рассчитав техническую производительность работы ковша экскаватора:
(2.13)
где:
– коэффициент наполнения ковша;
– коэффициент рыхления грунта;
– продолжительность цикла.
Количество средств механизированной разработки грунта:
(2.14)
Данный переход будет разрабатываться при помощи экскаватора
Hitachi ZX330. Разработка руслового участка будет осуществляться при помощи электрического, несамоходного, землесосного снаряда С-42H.
Засыпка осуществляется при помощи несамоходной трюмной баржи RDB
01.05 и бульдозера John Deere 750J

14
Технические характеристики Hitachi ZX330 представлены в табл. 5 ниже.
Таблица 5 – Технические характеристики Hitachi ZX330
Параметр
Значение
Длина, мм
11000
Ширина, мм
3190
Высота, мм
3450-3570
Масса, кг
31000
Объем ковша, м3 1,86
Глубина копания, мм
6850-8180
Грунтовое давление, МПа
0,064
Клиренс, мм
500
Предельная скорость, км/ч
5,5
Объем топливного бака, л
560

15
3.
Определение расчетной толщины стенки подводного
трубопровода
Определим расчетную толщину стенки трубопровода по формуле:
(3.15) где: – коэффициент надежности по нагрузке – внутреннему рабочему давлению в трубопроводе, определяется по табл. 14 [7];
P – рабочее давление, МПа;
– наружный диаметр, м;
– расчетное сопротивление растяжению (сжатию), МПа.
Определим расчетное сопротивление растяжению:
(3.16)
где:
– нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, равное минимальному значению временного сопротивления, определяется по табл. 7 [5];
– коэффициент надѐжности по материалу, определяется по табл. 10
[7];
– коэффициент условия работы трубопровода, определяется по табл.
14 [7];
– коэффициент надѐжности по ответственности трубопровода, определяется по табл. 12 [7].
(3.17)
Значение по сортаменту 14 мм.

16
Проверка трубопровода на прочность:
|
|
, (3.18)
, (3.19) где
– максимальные (фибровые) суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, МПа;
– коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; при сжимающих (
) – определяемый по формуле:
√ (
)
, (3.20)
– нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, равное минимальному значению предела текучести, определяется по табл. 7 [5];
– кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления,
МПа, определяемые по формуле:
, (3.21)
,
√ (
)
,
Максимальные (фибровые) суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий,
, МПа, определяются по формуле:
, (3.22)
, где – коэффициент поперечной деформации стали (коэффициент
Пуассона);

17
– коэффициент линейного расширения металла трубы, град
-1
;
– модуль упругости материала трубопровода, МПа;
– расчетный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании, °С;
– минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода, м.
,
,
,
Условия прочности выполняются.
Проверку общей устойчивости трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы следует производить из условия
, (3.23)
Где – эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода,
Н;
– продольное критическое усилие, Н, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода. следует определять согласно правилам строительной механики с учетом принятого конструктивного решения и начального искривления трубопровода в зависимости от глубины его заложения, физико-механических характеристик грунта, наличия балласта, закрепляющих устройств с учетом их податливости. На обводненных участках следует учитывать гидростатическое воздействие воды.
Продольное критическое усилие определяется по формуле:
√
, (3.24) где – погонный вес трубы, Н/м (для данной трубы
);

18
– угол прогиба трубопровода, град (принять
).
√
,
Эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода следует определять от расчетных нагрузок и воздействий с учетом продольных и поперечных перемещений трубопровода в соответствии с правилами строительной механики.
В частности, для прямолинейных участков трубопроводов и участков, выполненных упругим изгибом, при отсутствии компенсации продольных перемещений, просадок и пучения грунта эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода , Н, определяется по формуле
[
] , (3.25) где – площадь поперечного сечения трубы, м
2
;
[
]
,
,
Условие устойчивости выполняется.
Так как все условия выполнились, мы примем толщину стенки трубопровода равной 30 мм.

19
4.
Расчет балластировки подводного трубопровода в
границах подводного перехода
Выполним расчеты для руслового участка:
Определим расчетную выталкивающую силу воды, действующую на трубопровод:
(4.26) где:
– наружный диаметр трубы с учетом изоляционного покрытия и футеровки, м.
Определим расчетную интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода:
(4.27)
где:
– модуль упругости материала трубопровода, МПа;
– момент инерции сечения трубопровода на рассматриваемом участке, см
4
;
(4.28)
– наружный диаметр трубопровода, м;
– внутренний диаметр трубопровода, м;
– угол поворота оси трубопровода, рад;
– минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода, см.
Определим расчетную нагрузку от массы трубы по формуле:
; (4.29)

20 где:
– наружный диаметр трубопровода, м;
– наружный диаметр трубопровода с учетом изоляции, м;
– внутренний диаметр трубопровода, м;
– плотность стали трубопровода, кг/м3;
– плотность изоляции трубопровода, кг/м3;
– плотность футеровки, кг/м3.
Определим расчетную нагрузку от веса продукта:
– для нефти; (4.30)
где:
–
–
/
Определим расчетную интенсивность горизонтальной составляющей гидродинамического воздействия потока воды на трубопровод:
(4.31)
где:
– наружный диаметр трубы с учетом изоляционного покрытия и футеровки, м;
– средняя скорость течения воды в слое на уровне уложенного на дно подводной траншеи трубопровода, м/с;
– гидродинамический коэффициент обтекания трубы водным потоком.

21
Определим среднюю скорость течения воды в слое на уровне уложенного на дно подводное траншеи трубопровода:
;
(4.32)
/ где:
– средняя скорость течения воды на поверхности, м/с;
Определим расчетную интенсивность вертикальной составляющей гидродинамического воздействия потока воды на трубопровод:
(4.33) где
– гидродинамический коэффициент подъемной силы трубопровода потоком воды, принимаемый равным 0,6
Определим гидродинамический коэффициент обтекания трубы водным потоком, предварительно рассчитав число Рейнольдса:
(4.34)
Так как
Определим объемную массу пригруза
/
/
(4.35) где:
/
– , ;
/
– объем материала пригруза,

22
В результате был выбран утяжелитель железобетонного кольцевого типа марки: 2УТК-820-24 [ТУ–102–264–81]
Технические характеристики утяжелителей бетонных кольцевых типа
УТК (УТК-1220): L – 2400мм, B – 1280мм, H – 610мм.
Определим величину нормативной интенсивности балластировки:
(
)
(4.36)
где:
– коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным: 0,9 – для железобетонных грузов;
– коэффициент надежности устойчивого положения трубопровода против всплытия, принимаемый для различных участков переходов, определяется по табл. 3.1 [12];
– расчетная выталкивающая сила среды, действующая на трубопровод, Н/м;
– расчетная интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода, Н/м;
– расчетная интенсивность горизонтальной составляющей гидродинамического воздействия потока воды на трубопровод, Н/м;
– расчетная интенсивность вертикальной составляющей гидродинамического воздействия потока воды на трубопровод, Н/м;
– расчетная нагрузка от массы трубы, Н/м;
– расчетная нагрузка от веса продукта, Н/м;
– коэффициент трения трубы о грунт при поперечных перемещениях, принимаемый в зависимости от характеристик грунта, определяется по табл.
3.2 [12];
– нормативная объемная масса материала пригрузки, кг/м
3