ГОСТ Р 55990-2014. Национальный стандарт Российской Федерации. Месторождения нефтяные и газонефтяные. Промысловые трубопроводы. Нормы проектирования

12.3. Проверка условий прочности

12.3.1. Расчет трубопровода на прочность состоит в выполнении следующих проверок:

- кольцевых напряжений;

- продольных напряжений;

- эквивалентных напряжений.

12.3.2. Поверочный расчет трубопровода на прочность следует производить после выбора его основных размеров с учетом всех нагрузок и воздействий для всех расчетных случаев.

12.3.3. Определение усилий от нагрузок и воздействий, возникающих в отдельных элементах трубопроводов, необходимо производить методами строительной механики расчета статически неопределимых стержневых систем.

12.3.4. Расчетная схема трубопровода должна отражать действительные условия его работы, а метод расчета - учитывать возможность использования компьютерных программ.

12.3.5. В качестве расчетной схемы трубопровода следует рассматривать статически неопределимые плоские или пространственные, простые или разветвленные стержневые системы переменной жесткости с учетом взаимодействия трубопровода с опорными устройствами и окружающей средой (при укладке непосредственно в грунт). При этом коэффициенты повышения гибкости отводов и тройниковых соединений определяются в соответствии с 12.4.

Примечание. В расчетной схеме трубопровода электроизолирующие вставки следует рассматривать как неравнопрочные элементы.

12.3.6. Арматуру, расположенную на трубопроводе (краны, обратные клапаны и т.д.), следует рассматривать в расчетной схеме как твердое недеформируемое тело.

12.3.7. Условие прочности для кольцевых напряжений выполняется, если кольцевое напряжение , МПа, вычисляемое по формуле

(12.9)

где - кольцевое напряжение от внутреннего давления;

p - рабочее давление, МПа;

- коэффициент надежности по нагрузке (внутреннему давлению);

D - наружный диаметр трубы, мм;

t_n - толщина стенки трубы номинальная, мм,

удовлетворяет условиям:

- для трубопроводов, транспортирующих продукты, не содержащие сероводорода

(12.10)

- для трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие продукты

(12.11)

где R_u - расчетное сопротивление растяжению (сжатию) по прочности, МПа;

R_y - расчетное сопротивление растяжению (сжатию) по текучести, МПа;

R_ys - расчетное сопротивление растяжению (сжатию) по текучести материала труб для трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие продукты.

12.3.8. Проверку условий прочности для продольных и эквивалентных напряжений следует выполнять по формулам:

если (12.12)

если (12.13)

где - продольное напряжение, МПа;

- эквивалентное напряжение по теории Мизеса, МПа;

- нормативный предел текучести материала труб, МПа;

f_l, f_eq - расчетные коэффициенты для проверки соответственно продольных и эквивалентных напряжений, принимаемые в зависимости от стадии "жизни" трубопровода в соответствии с данными таблицы 16.

Таблица 16

Значения расчетных коэффициентов для проверки

продольных и эквивалентных напряжений

Расчетный коэффициент	Строительство	Гидростатические испытания	Эксплуатация трубопроводов, транспортирующих продукты
Расчетный коэффициент	Строительство	Гидростатические испытания	не содержащие H₂S	содержащие H₂S
f_l	0,70	0,80	0,60	0,45
f_eg	0,96	1,00	0,90	0,65

12.3.9. Эквивалентное напряжение, соответствующее теории Мизеса , МПа, следует вычислять по формуле

(12.14)

где - кольцевое напряжение от внутреннего давления, МПа, определяемое по формуле (12.9);

- продольное напряжение, МПа.

Соответствующая эквивалентному напряжению (12.14) эквивалентная деформация вычисляется по формуле

(12.15)

где - деформация, определяемая по диаграмме "напряжения-деформации" при одноосном растяжении в зависимости от величины напряжения;

- напряжение при одноосном растяжении, равное по величине эквивалентному напряжению, МПа;

- коэффициент Пуассона материала труб;

E₀ - модуль упругости материала труб, МПа.

12.3.10. Продольные напряжения в подземных и наземных (в насыпи) трубопроводах следует определять с учетом упругопластической работы материала труб. Расчетная схема участка трубопровода должна отражать условия работы трубопровода и взаимодействие его с грунтом. Для надземных трубопроводов продольные напряжения следует определять по правилам строительной механики стержневых статически неопределимых систем с дополнительным учетом напряжений, вызванных действием внутреннего давления.

12.3.11. Продольные напряжения , МПа, для подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений вычисляют по формуле

(12.16)

где - коэффициент поперечной деформации материала труб (переменный);

- кольцевое напряжение, МПа;

E - модуль деформации материала труб (переменный), МПа;

D - наружный диаметр трубы, номинальный, м;

R - радиус упругого изгиба, м;

- коэффициент линейного температурного расширения, (°C)^-1;

- температурный перепад, °C.

Примечание. Температурный перепад в металле стенок труб следует принимать равным разнице между максимально или минимально возможной температурой стенок в процессе эксплуатации и наименьшей или наибольшей температурой, при которой фиксируется расчетная схема трубопровода (свариваются захлесты, привариваются компенсаторы, производится засыпка трубопровода и т.п., т.е. когда фиксируется статически неопределимая система). Минимальная температура стенок трубопровода принимается на основании прогноза с учетом времени строительства трубопровода. Максимальная температура принимается на основании теплотехнического расчета для эксплуатируемого трубопровода.

12.3.12. Модуль деформации E и коэффициент поперечной деформации материала труб следует определять в зависимости от действующих в конкретной элементарной площадке сечения трубопровода эквивалентных напряжений и деформаций с учетом диаграммы деформирования материала труб.

12.3.13. При проверке продольных и эквивалентных напряжений следует учитывать функциональные и природные нагрузки. Для стадии строительства учитываются также строительные нагрузки, при этом из функциональных следует учитывать только весовые нагрузки.

12.3.14. Для трубопроводов, прокладываемых в районах горных выработок, дополнительные продольные осевые растягивающие напряжения , МПа, вызываемые горизонтальными деформациями грунта от горных выработок, вычисляются по формуле

(12.17)

где E₀ - модуль упругости материала труб, МПа;

- максимальные перемещения трубопровода на участке, вызываемые сдвижением грунта, м, вычисляются по формуле

ГОСТ Р 55990-2014. Национальный стандарт Российской Федерации. Месторождения нефтяные и газонефтяные. Промысловые трубопроводы. Нормы проектирования (12.18)

где l_m - длина участка деформации трубопровода с учетом его работы за пределами мульды сдвижения, м;

- сдвиг земной поверхности в полумульде, определяющей деформацию трубопровода, м, и вычисляемый по формуле

(12.19)

Ф₁ = 0,9 - 0,65·sin(l/l_m - 0,5),

где - предельное сопротивление грунта продольным перемещениям трубопровода, МПа;

l - длина участка однозначных деформаций земной поверхности в полумульде сдвижения, пересекаемого трубопроводом, м;

- коэффициент, учитывающий соотношение зон деформаций грунта и трубопровода в полумульде;

- максимальное сдвижение земной поверхности в полумульде, пересекаемой трубопроводом, м;

t_nom - толщина стенки трубопровода, номинальная, м;

u_max - перемещение, соответствующее наступлению предельного значения , м.

12.3.15. Трубопроводы, прокладываемые в ММГ при использовании их по II принципу, когда ММГ основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения), необходимо рассчитывать на просадки и пучения.