Сооружение объектов трубопроводного транспорта

Диаметр трубопровода, мм - 720

Категория дороги - I

Вид перекачиваемого продукта - газ

Рабочее давление трубопровода, Мпа- 5

Содержание

Введение

Проект производства работ

1. Расчет толщины стенки магистрального трубопровода, проверка прочности трубопровода

2. Строительство перехода под автомобильной дорогой

2.1 Расчет кожуха

2.2 Расчеты по методу строительства продавливанием

Литература

Введение

строительство магистраль трубопровод

Строительство в инженерном понимании этого слова -- одна из важнейших отраслей материального производства по созданию основных фондов страны. В настоящее время сложилась вполне определенная отраслевая специализация строительства, характеризующаяся четким выделением промышленного, энергетического, транспортного, гражданского, сельскохозяйственного, гидромелиоративного и специального строительства.

Строительство объектов нефтяной и газовой промышленности, в том числе магистральных газонефтепроводов, относится к транспортному строительству, которому присущи следующие черты индустриализации: использование современных технологий и блочно-комплектных устройств (БКУ); поточность ведения работ; применение современных методов управления производственными процессами.

Если не рассматривать экономический аспект, строительство определяется четырьмя показателями:

- техника строительства -- совокупность приемов и средств, используемых в строительном производстве;

- технология строительства -- функциональная система, включающая ресурсы (временные, трудовые, материальные), а также ограничения и правила их взаимодействия для достижения заданного результата--выполнения отдельных видов строительно-монтажных и специальных работ, процессов и элементов строительных объектов (зданий, сооружений);

- организация строительства -- функциональная система, включающая объекты строительства, ресурсы для их возведения (временные, трудовые, материальные, денежные), а также ограничения и правила взаимодействия ресурсов (последовательность, направление, совмещение, продолжительность, интенсивность, надежность) для достижения заданного результата -- сооружения объекта;

управление строительством -- функциональная система распределения предусмотренных планированием ресурсов (временных, трудовых, материальных, денежных) для достижения заданного результата в процессе функционирования системы строительного производства, которая в силу вероятностного характера отклоняется от заданных параметров.

Линейную часть магистральных газонефтепроводов сооружают крупные трубопроводостроительные подразделения -- комплексные технологические потоки (КТП), которые выполняют весь комплекс линейных работ (от подготовительных до испытания и сдачи трубопровода в эксплуатацию). КТП входят в состав строительно-монтажных трестов (крупных строительно-монтажных управлений), а тресты--в состав главных управлений или объединений. Переходы магистральных трубопроводов через крупные водные преграды выполняют отряды подводно-технических работ управлений подводно-технических работ (УПТР), через малые естественные и искусственные преграды -- передвижные механизированные колонны (ПМК), которые входят в состав КТП или соответствующих строительно-монтажных управлений.

Магистральные газонефтепроводы должны сооружаться поточно утвержденными рабочими чертежами по директивным и рабочим графикам и при обязательном соблюдении строительных норм и правил (СНиП), государственных стандартов и других нормативных документов. Особое внимание должно уделяться предусмотренным проектом требованиям охраны труда, пожаро- и взрывобезопасности и охраны окружающей среды.

Проект производства работ

Согласно СНиП III-42-80* перед началом строительных работ необходимо произвести следующие подготовительные работы:

Заказчик обязан создать геодезическую разбивочную основу для строительства и не менее чем за 10 дней до начала строительно-монтажных работ передать подрядчику техническую документацию на нее и на закрепленные на трассе строительства трубопровода пункты и знаки этой основы, в том числе:

створные знаки закрепления прямолинейных участков трассы на переходах через реки, овраги, дороги и другие естественные и искусственные препятствия в количестве не менее двух с каждой стороны перехода в пределах видимости;

высотные реперы, устанавливаемые на обоих берегах водной преграды;

пояснительную записку, абрисы расположения знаков и их чертежи;

каталоги координат и отметок пунктов геодезической основы.

Перед началом строительства генподрядная строительно-монтажная организация должна выполнить на трассе следующие работы:

произвести контроль геодезической разбивочной основы с точностью линейных измерений не менее 1/500, угловых 2' и нивелирования между реперами с точностью 50 мм на 1 км трассы. +

установить дополнительные знаки (вехи, столбы и пр.) по оси трассы и по границам строительной полосы;

вынести в натуру горизонтальные кривые естественного (упругого) изгиба через 10 м, а искусственного изгиба -- через 2 м;

разбить пикетаж по всей трассе и в ее характерных точках

До начала основных строительно-монтажных работ генподрядчик должен, при необходимости, дополнительно к требованиям главы СНиП по организации строительного производства выполнить с учетом конкретных условий строительства следующие подготовительные работы на трассе:

расчистить место производства работ от леса, кустарника, пней и валунов;

срезать крутые продольные склоны;

осуществить защитные противообвальные и противооползневые мероприятия;

построить временные дороги, водопропускные, водоотводные, а также осушительные сооружения на подъездах к трассе и вдоль нее, а также мосты и переправы через реки, ручьи и овраги;

устроить временные приобъектные базы или склады для хранения материалов н оборудования;

подготовить временные производственные базы и площадки для производства сварочных, битумоплавильных и других работ; построить временные поселки, обеспечивающие необходимые жилищные, санитарные и культурно-бытовые условия работающим;

создать систему диспетчерской связи;

подготовить строительные площадки для производства строительно-монтажных работ по сооружению переходов трубопроводов через исскуственные препятствия;

снять плодородный слой земли и переместить его в отвал для временного хранения.

Временные дороги для проезда строительных и транспортных машин следует устраивать однополосными с уширением в местах разворотов, поворотов и разъездов (со стороны трубопровода, противоположной трассе кабельной линии связи). Разъезды устраиваются на расстоянии прямой видимости, но не более чем через 600 м.

Тип, конструкция, ширина дорог и радиусы поворотов определяются проектом организации строительства и уточняются в проекте производства работ.

После этапа подготовительных работ начинается этап производства земляных работ. При этом размеры и профили траншей устанавливаются проектом в зависимости от назначения и диаметра трубопроводов, характеристики грунтов, гидрогеологических и других условий.

Параллельно с земляными работами могут проводиться работы по сварке отдельных плетей трубопровода в одну нить необходимой длины; контроль сварных швов и их последующая изоляция (сами трубы предполагается применять с заводской изоляцией); футеровка, балластировка и подготовка трубопровода уже к непосредственной укладке в створ вырытой траншеи.

В зависимости от выбранного метода производят укладку трубопровода. Операция по укладке является основной, завершающей большой объем подготовительных работ. Поэтому к ее проведению необходимо готовиться тщательным образом.

После укладки трубопровода, проводят его обследование и испытание уложенного трубопровода, определяют его положение и затем засыпают грунтом.

После засыпки трубопровода грунтом производится рекультивация плодородного слоя, сворачивание оборудования, техники, временных зданий и сооружений.

Завершающим этапом являются мероприятия по благоустройству территории.

1. Расчет толщины стенки магистрального трубопровода, проверка прочности трубопровода

Расчет трубопровода на прочность.

Сталь 17Г1СУ

Определение толщины стенки трубы.

По выбранному диаметру определяем расчетную толщину стенки по следующей формуле

(1)

где n - коэффициент надежности по нагрузке (внутреннему рабочему давлению в трубопроводе);

р - рабочее давление, МПа;

D_н - наружный диаметр трубы, мм;

R₁ - расчетные сопротивления растяжению, МПа.

Коэффициент надежности по нагрузке выбирается в соответствии с [1] по таблице 13:

- внутреннее давление для газопроводов

Расчётное сопротивление металла трубы и сварных соединений R₁ определяем по формуле:

(2)

где R₁^н - нормативное сопротивление растяжению металла труб и сварных соединений, определяемое из условия работы на разрыв, равное минимальному пределу прочности и определяемое по [3]. Принимаем R₁^н =530 МПа;

m - коэффициент условий работы трубопровода по табл. 1, [2]. Принимаем m=0,75;

k₁ - коэффициент безопасности по материалу, принимаемый по табл. 9, [1]. Принимаем k₁ =1,34;

k_н - коэффициент надёжности по назначению, принимаем по табл. 11, [1]. Принимаем k_н =1,0;

Полученное расчетное значение толщины стенки трубы округляется до ближайшего большего значения, предусмотренного государственными стандартами или техническими условиями. При этом минусовой допуск на

толщину стенки труб не учитывается.

Принимаем стандартную толщину стенки трубы:

В соответствии с [1] толщину стенки труб следует принимать не менее 1/140 D_н, но не менее 3 мм для труб условным диаметром 200 мм и менее, и не менее 4 мм - для труб условным диаметром свыше 200 мм.

Расчет напряжений действующих на газопровод.

Магистральные трубопроводы рассчитывают по методу предельных состояний. Предельным состоянием называют такое, при достижении которого нормальная эксплуатация рассчитываемой конструкции становится невозможной. Различают первое, второе и третье предельные состояния. Первым предельным состоянием называется такое, при достижении которого рассматриваемая конструкция теряет несущую способность, или, что то же самое, способность сопротивляться приложенным к ней усилиям, т.е. разрушается. Второе предельное состояние характеризуется чрезмерными, недопустимыми при эксплуатации остаточными деформациями или колебаниями. Третье предельное состояние определяется чрезмерными, недопустимыми при эксплуатации трещинами. Ни при достижении третьего, ни при достижении второго конструкции не грозит разрушение, ее прочность и устойчивость сохраняются.

Делаем проверку прочности подземного магистрального трубопровода на осевые сжимающие напряжения. Продольные осевые напряжения _пр.N МПа, определяются от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической работы металла. В частности, для прямолинейных и упруго-изогнутых участков подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта продольные осевые напряжения определяются по формуле:

, (3)

где б - коэффициент линейного расширения металла трубы (для стали б=12?10^-6 1/?С);

Е - модуль упругости металла (для стали Е=2,06?10⁵МПа);

D_вн - внутренний диаметр трубопровода, мм;

µ - коэффициент Пуассона, для углеродистой стали 0,25-0,3. Принимаем µ=0,25.

- расчётный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании, °С. Определяется согласно формуле:

єС (4)

єС

Так как у_пр.N=-13,66 0, то необходимо произвести утолщение стенки трубопровода, т.к. присутствуют осевые сжимающие напряжения на прямолинейных участках трубопровода.

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки следует определять из условия

, (5)

где ш₁ - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб, определяемый по формуле:

(6)

Проверка прочности трубопровода

Определив значение продольных напряжений по формуле (3), необходимо провести проверку прочности проектируемого участка трубопровода по условию формулы:

(7)

В случае если , то в трубопроводе возникают растягивающие осевые продольные напряжения и коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, принимается равным 1. При выполнении данного условия, завершается расчет на прочность участка трубопровода, и принимается рассчитанная по формуле (1) толщина стенки.

Если , то в трубопроводе возникают сжимающие осевые продольные напряжения. Следовательно, возникает необходимость в пересчете толщины стенки трубопровода по формуле (5) и (6). Далее рассчитать значения напряжений по формуле (3) и провести проверку прочности с учетом коэффициента , который определяем по формуле:

, (8)

, (9)

Условие прочности выполняется, т.к.

2. Строительство перехода через искусственные препятствия

Категория автодороги - 1. Количество полос движения -2. Ширина полосы движения -3,5 м. Интенсивность движения транспорта 6000 [10]

Материал покрытия - Асфальт, таблица 22 [10].

В качестве автотранспорта принят грузовой автомобиль МАЗ 6501 В5 с максимальной нагрузкой на задний мост 255,06 кН, числом колес - 8 шт. нагрузка на одно колесо составит 31,883 кН.

2.1 Расчет кожуха

Защитный футляр (кожух) является основной деталью перехода и предназначен для предохранения прокладываемого через него трубопровода от воздействия нагрузок, агрессивных грунтовых вод и блуждающих токов. На футляр действуют внешние нагрузки -- вертикальное и боковое давление грунта q_гр.в и q_гр.б и давление от веса подвижного транспорта q_п.

Для труб диаметра 720 мм принимаем кожух диаметра 1020 мм.

Рис.6.1. Схема к расчету футляра на прочность

Определим нагрузку от подвижного состава:

,

где: n_п.с. - коэффициент перегрузки от действия подвижного состава. Принимаем n_п.с.=1,2.

А - коэффициент, зависящий от глубины заложения в грунт защитного футляра. При глубине заложения 2 м А=0,4.

q - давление транспорта на единицу площади защитного футляра. Принимаем q = 4,18 кН/м².

(2.1)

Определим ширину пролета естественного свода обрушения:

,

где: D_ф - наружный диаметр защитного футляра.

ц_гр - угол внутреннего трения грунта. Принимаем ц_гр= 30°.

(2.2)

Определим высоту грунта в пределах естественного свода обрушения, действующую на футляр (см. рис. 1):

, (2.3)

где: f_кр =0,8 - коэффициент крепости породы.

Определим расчетную вертикальную нагрузку на футляр

, (2.4)

где: n_гр.=1,2 - коэффициент перегрузки от действия грунта.

г_гр.= 0,163 кН/м³ - объемный вес грунта в естественном состоянии.

Определим расчетное боковое давление на футляр:

(2.5)

Определим поперечное усилие и изгибающий момент, действующие на футляр:

(2.6)

(2.7)

где: С_пл=0,25 - коэффициент, учитывающий всестороннее сжатие футляра.

(ТКП 43.3.03.19-2006 “АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ”)

Цилиндрическая жесткость асфальтного полотна

(2.8)

=1500 МПа- модуль упругости материала полотна дороги ;

_n = 0.3 - коэффициент Пуассона материала полотна дороги.

(2.9)

k₀-коэффициент постели грунта при сжатии, для песка 30000 кН/м³

Нагрузка от автомобиля

(2.10)

Зона распространения суммарной эпюры реакции основания определяется как сумма:

(2.11)

- расстояние между колесами задней оси

Рис 1 - Схематическая эпюра реакций основания полотна дороги

Максимальное значение реакции основания ц_max, равное q, имеет место в точках x₂ и x₃ равных нулю:

(2.12)

Р_i - сила действущая на основание от оси, кН;

Равномерное распределение нагрузок q, передаваемые на основание полотна дороги.

z = 2,16 м- координата распределения напряжения в грунте, равная расчетному заглублению трубопровода до верхней образующей.

х = 0 - координата распределения в грунте по оси х (по рис 1)

Расчетное движение от подвижного транспорта

(2.14)

Расчетное сжимающие усилие:

(2.15)

r = 0.71 м - радиус трубопровода.

Расчетный изгибаемый момент

(2.16)

Определим толщину стенки кожуха:

(2.17)

Для прокладки трубопровода под автодорогой принимаем кожух Ш1020Ч10.

Длина кожуха принимается из условия: концы кожуха должны выводиться от подошвы земляного полотна на расстояние 25 м, но не менее 2 м от подошвы насыпи.

Отсюда длина кожуха L_ф= 2·25 + 19 = 69 м.

2.2 Расчеты по методу строительства продавливанием

Бестраншейная прокладка труб продавливанием отличается тем, что прокладываемую трубу открытым концом, снабженным ножом, вдавливают в массив грунта, а грунт, поступающий в трубу в виде пробки, разрабатывают и удаляют из забоя. При продвижении трубы преодолевают усилия трения по наружному ее контуру и врезания ножевой части в грунт.

Для продавливания труб применяют нажимные насосно-домкратные установки из двух, четырех, восьми и более гидродомкратов усилием по 500-3000 кН каждый с ходом штока 1,1-2,1 м, работающие от насосов высокого давления. Количество домкратов в установке зависит от необходимого нажимного усилия Р, кН, равного:

(2.18)

- удельное сопротивление вдавливанию ножа в грунт, равное для песчаных грунтов 100 кН на 1 м длины режущей кромки ножа;

- периметр ножа, м;

м (2.19)

- радиус кожуха

- коэффициент бокового давления грунта, равный для песка 0,4;

- вес 1 м длины кожуха (футляра), примем 4728,99Н/м;

=69 м- длина бестраншейной проходки;

=34-коэффициент трения кожуха о грунт;

- вертикальное давление на 1 м длины кожуха, рассчитывается по формуле:

(2.20)

- удельный вес грунта, кН/м³;

- наружный диаметр кожуха;

=0,41- коэффициент крепости грунта

кН

кН.