Файл: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования московский политехнический университет.pdf

Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подп. Дата
51
????
- напряжение течения,
????
- внутренний радиус трубы.
????
????
= √1 + 1,32
(147,5/2)
2 692 ⋅ 18
= 1,255
Подставляя найденные значения в формулу (3.1), найдём расчётное дав ление разрушения с геометрическим и параметрами отдельного дефекта:
????
????
=
????⋅????
????
⋅ (
????−????
????
????
????????????
????−????
????
????−1
????????????
)
,
(3.6) где
????
????
- расчётное давление разрушения трубы с отдельным дефектом, МПа;
????
- напряжение течения,
????
0,2
- нормативный предел текучести трубной стали, МПа;
????
вр
- нормативный предел прочности трубной стали, МПа;
????
????
- время от начала эксплуатации трубы до окончания рассчитывае мого срока,
годы; То
????
????
= ????
экс
+ ????
р
;
????
экс
- время работы газопровода с момента ег о ввода в эксплуатацию до момента обследования, годы;
????
р
- рассчитываемый срок (срок измерения параметров дефекта для его классификации, предварительный срок безопасной эксплуа тации дефектной трубы, срок контрольного измерения парамет ров дефекта или срок безопасной эксплуатации дефектной тру бы), годы;
????
- толщина стенки трубы, мм;
????
- внутренний радиус трубы, мм;
???? = ????
н
/2 − ????
;
????
н
- наружный диаметр трубы, мм;
????
????
- коэффициент, учитывающий конфигурацию стресс -коррозионных дефектов,
принимаемый равным 0,7;
????
????????????
- максимальная глубина стресс -коррозионного дефекта, мм;
????
????
- коэффициент Фолиаса
????
????
=
410 ⋅ 18 692
⋅ (
18 − 0,7 ⋅ 10,2 18 − 0,7 ⋅ 10,2 ⋅ 1,255
−1
) = 7,8 МПа
По таблице 3 определяем скорость изменения глубины дефектов:
????
????????????????
= 0,3 мм/год
;

Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подп. Дата
52
Т.к.
????
????????????
????
экс
=
1 6
= 0,167 ≤ ????
????????????????
= 0,46
, то предварительный срок безопасной эксплуатации трубы с отдельным дефектом находим по формуле (3.7):
????
э
=
????
раб
−????
????
⋅????
????????????
????
????????????????
,
(3.7) где
????
экс
- время работы газопровода с момента его ввода в эксплуатацию до момента обследования, годы;
????
????????????????
- скорость изменения глубины дефектов,
????
раб
- глубина прямоугольной ап проксимации дефекта,
????
????
- пороговый коэффициент.
При рабочем давлении глубина прямоугольной ап проксимации дефекта:
????
раб
= ????
????⋅????
????порРраб????
−1
????⋅????
????порРраб????
−????
????
−1
,
(3.8)
Р
раб
- рабочее давление в газопроводе, МПа (кгс/см2);
????
пор
- пороговый коэффициент, зависящий от категории участка газо провода и принимаемый равным для участков: категор ии В - 1,5; категории I и II - 1,25; категории III и IV - 1,1
????
э
=
10,6−0,7⋅10,2 0,8
= 4,3 года
,
????
раб
= 18 ⋅
410⋅18 1,1⋅7,5⋅400
− 1 410⋅18 1,1⋅7,5⋅400
− 1,255
−1
= 10,6 мм
Срок измерения параметров дефекта для его классификации определяем по формуле:
????
????????????????
=
1420 1000
= 1,42 мм/год
????
н
=
????
раб
−????
????
⋅????
????????????
????
????????????????
,
(3.9) где
????
????????????????
- максимальная скорость изменения глубины дефектов (мм/год),
????
раб
- глубина прямоугольной ап проксимации дефекта,
????
????
- пороговый коэффициент.
????
н
=
10,6 − 0,7 ⋅ 10,2 1,42
= 2,4 лет

Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подп. Дата
53
Вывод: По результатам расчетов видно, что безопасный срок эксплуатации данного участка газопровода составляет 4,3 года. Это означает, что в ближайшее время необходимо выполнить ремонт данного участка газопровода.
3.2 РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РУЧНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ
Для сварки корневого шва в газопроводе по толщине стенки газопровода выбран электрод диаметром 3,2 мм ОК 53.70.
Для сварки заполняющих швов в газопроводе по толщине стенки газопровода выбран электрод диаметром 3,2 мм ОК 74. 70.
Разделку труб под сварку газопроводов ручной электродуговой сварки выполним по рисунку 3.1.
Рисунок 3.1

Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подп. Дата
54
Выбираем температуру подогрева стенки трубы по эквиваленту углерода и толщиной стенки газопровода.
Рисунок 3.2
–
Параметры сварного шва.
По схеме сварного шва определим площадь, которую необходимо заполнить при сварке:
А
нобщ
= ???????? + (???? − 1.8)
2
???????????? 30 +
2 3
∗ ????(2(???? − 1.8) ???????????? 30 + ???? + 7)
(3.11)
Где
????
- зазор,
????
- толщина стенки,
????
- высота.
А
нобщ
= 3 ∗ 18 + (18 − 1.8)
2
???????????? 30 +
2 3
∗ 3.2 ∗ (2(18 − 1.8) ???????????? 30 + 3 + 7)
= 266,8 мм
2
Площадь корневого шва будет равняться:
А
нк
= (6 ÷ 8)????
эл
(3.12)
????
эл
- диаметр электрода.
А
нк
= 7 ∗ 3,2 = 22,4 мм
2
Площадь заполняющего шва будет равняться:
А
нзап
= (8 ÷ 14)????
эл
(3.13)
А
нзап
= 10 ∗ 3,2 = 32 мм
2
Общее количество заполняющего шва:
???? =
А
нобщ
−А
нк
А
нзап
(3.14) где
А
нобщ
-общая площадь,
А
нк
- площадь корневого шва,

Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подп. Дата
55
А
нзап
- площадь заполняющего шва.
???? =
266,8 − 22,4 32
= 7,6
Примем
???? = 8
Тогда получается общее количество корневых швов:
???? = 1
Заполняющих швов:
???? = 8
Сила сварочного тока для корневого шва:
????
св1
= ????????
эл
1.5
(3.15)
????
- коэффициент шва.
????
эл
- диаметр электрода
????
св1
= 20 ∗ 3.2 1.5
= 114,5 А
Сила сварочного тока для заполняющего шва:
????
св2
= ????????
эл
(3.16)
????
св2
= 40 ∗ 3,2 = 128 А
Напряжение дуги для корневого шва:
????
д1
= 20 +
0,05
????
эл
0.5
????
св1
(3.17) где
????
св1
- сила тока,
????
эл
- диаметр электрода
????
д1
= 20 +
0,05 3,2 0.5 114,5 = 23,2 В
Напряжение дуги для заполняющего шва:
????
д2
= 20 +
0,05
????
эл
0.5
????
св2
(3.18) где
????
св2
- сила тока,
????
эл
- диаметр электрода
????
д2
= 20 +
0,05 3,2 0.5 128 = 23,6 В
Скорость сварки:
????
св
=
????
н
????
св
А
н
????
(3.19)
????
н
- коэффициент наплавки;
А
н
- площадь заполнения,

Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подп. Дата
56
????
св
- сила тока,
????
- плотность материала,
Скорость сварки для корневого шва:
????
св1
=
8 ∗ 114,5 22,4 ∗ 7,8
= 5,2 м/ч
Скорость сварки для заполняющего шва:
????
св2
=
8 ∗ 128 32 ∗ 7,8
= 4,1 м/ч
Погонная энергия:
????
п
=
????
св
????
д
????
????
св
(3.20)
????
- КПД дуги.
????
св
- сила тока,
????
св
- скорость сварки,
????
д
- напряжение дуги.
Погонная энергия для корневого шва:
????
п1
=
114,5 ∗ 23,2 ∗ 0,67 ∗ 36 5,2
= 12221 Дж/см
Погонная энергия для заполняющего шва:
????
п2
=
128 ∗ 23,6 ∗ 0,67 ∗ 36 4,1
= 17743 Дж/см
Радиус изотермы:
???? = 0.0056√????
п
(3.21) где
????
п
- погонная энергия.
Радиус изотермы для корневого шва:
????
1
= 0.0056√12221 = 0,619 см
Радиус изотермы для заполняющего шва:
????
2
= 0.0056√17743 = 0,746 см
Глубина проплавления:
ℎ = (0.3 ÷ 0.5)????
(3.22) где
????
- радиус,
Глубина проплавления для корневого шва:

Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подп. Дата
57
ℎ
1
= 0.4???? > 1.8 мм
ℎ
1
= 0.4 ∗ 0,619 = 0,25 см = 2,5 мм > 1.8 мм
Значит проплавление осуществилось.
Глубина проплавления для заполняющего шва:
ℎ
2
= 0.4 ∗ 0,746 = 0,3 см = 3 мм
3.3 РАСЧЕТ ПОДЪЕМА СВАРЕННОГО ГАЗОПРОВОДА ТРУБОУКЛАДЧИКАМИ
Определим схему подъема сваренного газопровода трубоукладчиками при укладке трубы в траншею. Схема расчета будет зависеть от количества занятых трубоукладчиков, при расчете необходимо определить прочность трубы при подъеме.
Расчетные схемы показаны на рис. 3.3
–
3.4.
Рисунок 3.3
–
Схема подъема газопровода трубоукладчиками
Высоту подъема трубы на поверхности земли принимаем равным 1 метр. Поднятый участок газопровода рассматривают как неразрезную многопролетную балку, состоящую из двух крайних пролетов и средней зоны между крайними трубоукладчиками.
При подъеме трубы трубоукладчиками самыми нагруженными частями трубы являются точки подъема крайними трубоукладчиками. Данное условие верно при подъеме до трех трубоукладчиков.
При подъеме более четырьмя трубоукладчиками самыми нагруженными частями трубы являются участки в крайнем пролете.

Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подп. Дата
58
Расстояние пролета
????
1
находят по условию равенства максимальных изгибающих моментов в месте подъема трубы первой машиной:
????
1
= 2,46√
????????ℎ
из
????
тр
4
(3.23) где
????
- модуль упругости материала,
????
- момент инерции трубы,
ℎ
из
- высота подъема изоляционной машины,
????
тр
- масса 1 метра трубы,
Рисунок 3.3 - Расчетная схема подъема газопровода трубоукладчиками: 4 трубоукладчика,
Усилия, развиваемые трубоукладчиками при схеме подъема с 2 трубоукладчиками :
К
1
= 0,164
ℎ
оч
ℎ
из
(3.24)
Где
ℎ
оч
- высота подъема очис тной машиной,
ℎ
из
- высота подъема изоляционной машиной,
ℎ
оч
= 0,8 + 0,5????
н
(3.25)
ℎ
оч
= 0,8 + 0,5 ∗ 1,42 = 1,51 м
ℎ
из
= 2,4 м
К
1
= 0,164 1,51 2,4
= 0,103
Усилия, развиваемые трубоукладчиками при схеме подъема с 3 трубоукладчиками :
К
2
= 0,164
ℎ
оч
+ℎ
т
ℎ
из
(3.26)
Где
ℎ
т
- глубина траншеи,

Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подп. Дата
59
ℎ
из
- высота подъема изоляционной машиной,
ℎ
оч
- высота подъема очистной машиной
ℎ
т
= 2,4 м
К
2
= 0,164 1,51 + 2,4 2,4
= 0,267
????, ????
- коэффициенты нагрузки, определяется по таблицам.
При схеме подъема с 3 трубоукладчиками :
???? = 1,73
???? = 2,18
При схеме подъема с 4 трубоукладчиками :
???? = 1,76
???? = 2,42
Масса трубы газопровода 1 метра:
????
тр
= ????
м
=
????
м
????
4
∗ (????
н
2
− ????
ш
2
)
(3.27)
????
м
- удельная плотность металла.
????
ш
- диаметр внутренний,
????
н
- диаметр наружный..
????
ш
= ????
н
− 2????
(3.28)
????
- толщина стенки.
????
ш
= 1,42 − 2 ∗ 0,018 = 1,384 м
????
тр
= ????
м
=
78500 ∗ ????
4
∗ (1,42 2
− 1,384 2
) = 6,220 ∗ 10
−3
мН/м
Момент инерции трубы:
???? =
????????
н
3
????
8
(3.29)
????
- толщина стенки.
????
н
- диаметр наружный
???? =
???? ∗ 1,42 3
∗ 0,018 8
= 0,0202 м
4
Тогда расстояние пролета
????
1
находят по условию равенства максимальных изгибающих моментов в месте подъема трубы первой машиной:

Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подп. Дата
60
????
1
= 2,46√
2,1 ∗ 10 5
∗ 0,0202 ∗ 2,4 6,220 ∗ 10
−3 4
= 88,02 м
Расстояние:
????
2
= 2,46(???? − ????)√
????????ℎ
из
????
тр
4
(3.30) где
????, ????
- коэффициенты нагрузки,
ℎ
из
- высота подъема изоляционной машиной,
????
- момент инерции,
????
тр
- масса трубы.
При схеме подъема с 3 трубоукладчиками :
????
2
= 2,46(2,18 − 1,73)√
2,1 ∗ 10 5
∗ 0,0202 ∗ 2,4 6,220 ∗ 10
−3 4
= 16,1 м
При схеме подъема с 4 трубоукладчиками :
????
2
= 2,46(2,42 − 1,76)√
2,1 ∗ 10 5
∗ 0,0202 ∗ 2,4 6,220 ∗ 10
−3 4
= 23,6 м
Расстояние:
????
3
= 2,46(???? − 1)√
????????ℎ
из
????
тр
4
(3.31) где
????
- коэффициенты нагрузки,
ℎ
из
- высота подъема изоляционной машиной,
????
- момент инерции,
????
тр
- масса трубы.
При схеме подъема с 3 трубоукладчиками :
????
3
= 2,46(1,73 − 1)√
2,1 ∗ 10 5
∗ 0,0202 ∗ 2,4 6,220 ∗ 10
−3 4
= 26,1 м
При схеме подъема с 4 трубоукладчиками :
????
3
= 2,46(1,76 − 1)√
2,1 ∗ 10 5
∗ 0,0202 ∗ 2,4 6,220 ∗ 10
−3 4
= 27,2 м
Расстояние:

Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подп. Дата
61
????
4
= 2,46√
????????ℎ
оч
????
тр
4
(3.32)
Где
ℎ
оч
- высота подъема очистной машино,
????
- момент инерции,
????
тр
- масса трубы.
При схеме подъема с 3 трубоукладчиками :
????
4
= 2,46√
2,1 ∗ 10 5
∗ 0,0202 ∗ 1,51 6,220 ∗ 10
−3 4
= 78,4 м
При схеме подъема с 4 трубоукладчиками :
????
4
= 2,46√
2,1 ∗ 10 5
∗ 0,0202 ∗ 1,51 6,220 ∗ 10
−3 4
= 78,4 м
Определим изгибающий момент:
М
х
= 0,518√????????ℎ
из
????
тр
(3.33) где
ℎ
из
- высота подъема изоляционной машиной,
????
- момент инерции,
????
тр
- масса трубы.
М
х
= 0,518√2,1 ∗ 10 5
∗ 0,0202 ∗ 2,4 ∗ 6,220 ∗ 10
−3
= 2,13 мН ∗ м
М
1
= −2,13 мН ∗ м
По условию прочности:
|М| ≤ ????
2
????
(3.34) где
????
2
- расчетное сопротивление трубы газопровода,
????
- момент сопротивления трубы.
????
2
=
????
2
н
????
????
2
????
н
(3.35) где
????
2
н
- предел текучести материала трубы,
????
- коэффициент по условиям работы газопровода,
????
2
- коэффициент надежности по материалу,
????
н
- коэффициент надежности по назначению газопровода.
????
2
=
580 ∗ 0,9 1,4 ∗ 1,05
= 355 МПа