Методическое указание для курсовой работы "Расчет линейной части магистрального трубопровода"
методическая разработка на тему

Министерство образования Республики Башкортостан

Государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Нефтекамский нефтяной колледж

Методическое указание по выполнению курсового проекта для специальности 21.02.02 Сооружение и эксплуатация объектов транспорта, хранения и распределения газа, нефти и нефтепродуктов (базовый уровень подготовки) на тему «Расчет линейной части простого трубопровода»

Разработала:  преподаватель нефтяных дисциплин Шамратова А.А.

Аннотация.

Курсовое проектирование является одним из основных видов подготовки квалифицированного и компетентного специалиста. Результаты курсового проектирования оформляются в виде курсового проекта. Выполнение курсового проекта - итог самостоятельной работы студента при решении учебной или реальной профессиональной задачи. Курсовой проект оформляется в соответствии с требованиями ЕСТД и ЕСКД. По содержанию курсовой проект носит практический характер. По объёму курсовой проект должна быть 18-25 страниц печатного текста. Курсовой проект должен состоять из двух основных частей – теоретической и практической.

В теоретической части необходимо освятить актуальность темы курсового проекта, земельные работы, охрану труда и технику безопасности при сооружение трубопроводов.

Расчетная часть состоит из двух основных частей: расчет трубопровода на прочность и устойчивость; расчет земельных работ.

Содержание.

1.                 Требования к структуре курсового проекта…………………………...…4

2.                 Методика расчета курсового проекта……………………………….…..6

2.1.         Определение оптимальных параметров магистрального трубопровода.6

2.2.         Определение внутреннего диаметра трубопровода……………………7

2.3.         Определяем напор трубопровода по формуле……………………..…..7

2.4.         Определение режимов течения……………………………………………7

2.5.         Расчет  трубопровода на прочность………………………………………8

2.6.         Расчет на устойчивость………………………….………………………14

2.7.         Земельные работы………………………….………………….…………15

3.                Правила оформления графической части………………………….……17

Приложение 1. Варианты для выполнения курсового проекта.

Приложение 2. Характеристика труб нефтепроводов.

Приложение 3. Номограмма для определения коэффициента  при проверки    устойчивости криволинейного трубопровода

   Приложение 4. Схема расположения рамки и основной надписи на листах графической части.

1.     Требования к структуре курсового проекта.

Курсовой проект оформляется в соответствии с требованиями ЕСТД и ЕСКД, методическими рекомендациями.

Для оформления курсового проекта можно использовать книжную или альбомную ориентацию листа со следующими параметрами страницы в мм:

для книжной :                                                   для альбомной:

‑ верхнее – 20;                                              ‑ верхнее – 25;

‑ нижнее ‑ 20;                                               ‑ нижнее – 20;

 ‑ левое ‑ 25;                                                  ‑ левое ‑ 20;

 ‑ правое ‑ 20.                                                ‑ правое ‑ 20.

Нумерация страниц документа должна быть сквозной, включая все схемы, таблицы и рисунки, расположенные внутри тек‑ ста. Номер страницы проставляется в правом верхнем углу арабскими цифрами. На титульном листе, который является первой страницей, номер страницы не ставится, но подразумевается. 6 Текст документа при необходимости разделяют на разделы (главы) и подразделы. Разделы (главы) должны иметь порядковые номера в пределах всего документа, обозначенные арабскими цифрами без точки и записанные с абзацного отступа. Абзацный отступ (красная строка) равен 5 знакам (пробелам), что соответствует 1,25 см. Подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела. Номер подраздела состоит из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. В конце номера подраздела точка не ставится. Разделы, как и подразделы, могут состоять из одного или нескольких пунктов.

Текст документа должен быть кратким, четким и не допускать различных толкований. В тексте документа не допускается применять сокращения слов, кроме общепринятых в печатных изданиях. Сокращенные обозначения единиц физических величин применяются в тексте только после их числовых в математические формулы записываются отдельными строками, при этом выше и ниже каждой формулы должно быть оставлено не менее одной свободной строки. Каждая формула должна быть расшифрована, т.е. должны быть пояснены все буквенные значения и числовые коэффициенты в той последовательности, в какой они приведены в формуле, если эти обозначения приводятся впервые и не пояснены в предыдущих формулах. Первая строка расшифровки начинается со слова «где» без двоеточия после него.

Количество иллюстраций должно быть достаточным для пояснения излагаемого текста. Иллюстрации должны быть расположены по тексту документа возможно ближе к соответствующим частям текста.

Графический материал для курсового и дипломного проектирования располагается после текста, в котором о нем упоминается впервые, или на следующей странице, а при необходимости, в приложении. На графический материал дается ссылка в тексте документа.

Заключение (выводы) помещается в конце записки. В нем приводятся основные результаты курсового проекта, кратко оцениваются принятые в проекте технологические, конструкторские и другие решения. Расписываются основные меры безопасности и охраны труда. В конце пояснительной записки приводится список литературы, использованной при разработке курсового проекта. Если при этом использовалась иностранная литература, то она приводится на языке оригинала.

Каждый литературный источник в списке обозначается отдельным порядковым номером. Располагать литературу в списке рекомендуется в такой последовательности, в какой она упоминается в тексте, либо по алфавиту.

Курсовой проект должен выполняться строго по зданию, выданным руководителем курсового проекта; сдан в указанные сроки.

2. Методика расчета курсового проекта.

2.1.Определение оптимальных параметров магистрального трубопровода

2.1.1 Рассчитываем площадь сечения трубопровода:

;

2.1.2.Рассчитываем толщину стенки трубопровода по формуле              

   ,

Р – рабочее давление;

D_вн – наружный диаметр трубы;

n₁  - коэффициент надежности по нагрузке; n₁ =1,15, работающих по системе «из насоса – в насос»; n₁=1,1 – во всех остальных случаях.

 R₁ – расчетное сопротивление металла трубы и сварных соединений.

  ;

R_н1 – нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, определяемое из условий работы на разрыв, равное минимальному приделу прочности σ_вр (см. прил. 2)

m₀  - коэффициент условий работы трубопровода m₀= 0,9 для магистральных нефтепроводов III или IV категорий, m₀= 0,75 для трубопроводов  I и IIкатегорий и m₀= 0,6 для трубопроводов категории В.

К_н - коэффициент надежности по назначению трубопровода, зависящий от его диаметра (для  ≤1000 мм, то К_н =1; для D_вн>1000 мм, то К_н=1,05)

К₁- коэффициент надежности по материалу/

Далее Округляем  до ближайшего значения по сортаменту (см. прил. 2)

2.2.Определение внутреннего диаметра трубопровода:

2.3. Определяем напор трубопровода по формуле

 ,

где  пьезометрическая высота (разность высот начала и конца рассчитываемого трубопровода);

ρ – плотность нефтепродукта (по варианту);

g – ускорение свободного падения, который принять равным 9,81м/с²;

, где

Р_н – начальное рабочее давление (по варианту);

Р_к – конечное рабочее давление (принять равным 0МПа).

2.4. Определение режимов течения

2.4.1 Рекомендуемая скорость известной кинематической вязкости нефтепродукта:

Таблица 1.

2.4.2 Определяем число R_e и режим движения жидкости по формуле

 2.4.3 В зависимости от R_e определяем коэффициент гидравлического сопротивления l:

Если  R_e > 2800, то течение жидкости турбулентное и l определяется по формуле l ;

Если 2320≤Re ≤2800, то режим течения жидкости смешанный, коэффициент  λ высчитывается по формуле:

Если 2320<Re, то режим течения жидкости – ламинарное, коэффициент  λ высчитывается по формуле:

λ= ;

2.5.Расчет  трубопровода на прочность.

2.5.1 Определяем потери напора на трение по формуле:

2.5.2  Расчет  абсолютного  значения  максимально-положительного и максимально-отрицательного абсолютных перепадов:

∆T₍₊₎

∆T_(-)
где,  - коэффициент Пуассона, =0,3;

α - коэффициент линейного расширения металла, α= град^-1;

Е - модуль Юнга, Е= МПа;

Для дальнейших расчетов  использовать  максимальное значение перепадов температур.

2.5.3 Расчет величин  продольно-осевых сжимающих напряжений по формуле: ;

5.4 Расчет  коэффициента, учитывающего  двуосное напряженное состояние трубы по формуле:

  ;

          2. 5.5 Расчет  толщины стенки при наличии осевого напряжения по формуле:                                                     

2.5.6 Расчет кольцевых напряжений от расчетного диаметра по формуле: .

Так как нефтепродуктопровод испытывает сжимающие напряжения, то необходимо вычислить коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб;  если σ_прN≥0, то ψ₂ принять равным единице, если σ_прN<0, то ψ₂ вычислить по формуле:                                                                

;

2.5.8 Проверка  выполнения  условия прочности:

  ;

2.5.9 Расчет  коэффициента  учитывающего  двухосное напряженное состояния металла трубы при растягивающих кольцевых напряжениях по формуле:

,

Где - кольцевые напряжения в стенках трубопровода от нормативного внутреннего давления, находим по формуле:

  ;  

- нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали и в расчетах принимается   = , (см. прил.2);

2.5.10 Проверка на отсутствие недопустимых пластичных деформаций по формуле:

Где - максимальные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, вычисляемый по формуле:                                        , МПа; 

- радиус упругого изгиба оси трубопровода, м;

2.5.11 Теперь выполним общую проверку устойчивости трубопровода в продольном направлении :

Таблица 2. Расчетные характеристики уплотненных влажных грунтов средней полосы России

2.5.12 Определение  площади  сечения по формуле:

;

2.5.13 Определение  осевого  момента  по формуле:

;

2.5.14 Вычисление  нагрузки  от собственного веса трубы по формуле:                         

где  - коэффициент надежности по нагрузкам от действия собственного веса, равным 1,1;

 - удельный вес металла труб изготовленный из стали, принимаемый равным 78500 Н/ ;

5.15 Нагрузка от собственного веса нефтепродукта по формуле:            ;

2.5.14  Общая нагрузку по формуле:

   ,

где =10%* ;         

2.5.16 Найдем среднее удельное давление на единицу поверхности контакта по формуле: 

   ,

где  - коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, применяемый равным 0,8;       

  - удельный вес грунта, кН/м3 ;

- глубина заложения трубопровода, м;

 - расчетная нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемой нефтью, Н/м.

Таблица 3. Рекомендуемые величины заглубления трубопроводов

2.5.17  Рассчитываем сопротивление грунта:

а) продольное перемещение отрезка трубопровода на единицу длины:

б) находим вертикальное сопротивление по формуле:                 

2.5.18  Расчет  критического  усилия  для прямолинейных участков по формуле:

  ;

Расчет комплекса:

;

Таблица 4  Величины коэффициента постели грунта при сжатии

2.5.19  Фактическое эквивалентное продольное усилие в сечении трубы по формуле:

  ;

2.6. Расчет на устойчивость.

2.6.1 Проверка  общей  устойчивости  криволинейного участка в  трубопроводе, выполненного с упругим изгибом:

Где

(Найти β_n по номограмме, в приложении 3)

6.2 Вычислим критическое усилие для криволинейных участков по формуле: ;

Или

N_кр⁴=0,375*q_верт*R_р;

2.6.3 Сравнить  S  и  ,проверить выполнение  условия   

Если условие выполняется, то условие устойчивости трубопровода при упругом изгибе. Если условие  не выполняется, то рассмотреть разницу  , так как разница не значительна, то обеспечить устойчивость можно увеличив радиус изгиба.

2.6.4 Минимальная  величина градуса упругого изгиба по формуле:

Находим разность

то есть достаточно увеличить радиус на величину a и устойчивость трубопровода в упругом изгибе будет выполняться.

2.7. Земельные работы.

27.1 Расчет траншеи:

а) ширина траншеи по низу:

б) ширина траншеи по верху:

где -высота трубопровода;                                             

      m-величина откоса

;

2.7.2. объем траншеи:

;

2.7.3.  объем трубопровода:

;

2.7.5. суммарный объем траншеи:

;

2.7.6.  Объем грунта по ручной доработке траншеи.

2.7.7.  Объем подбивки траншей.

2.7.8.  

2.7.9.  Объем засыпки.

2.7.10 Объем кавальера.

коэффициент кавальера.

3.Правила оформления графической части.

Графическая часть курсовых и дипломных проектов выполняется, как правило, на листах бумаги формата А1. При необходимости использования меньших форматов (А2, А3, А4) они компонуются на листе формата А1. Допускается использование листов бумаги больших форматов по ГОСТ 2.301 . Графическая часть выполняется одним из следующих методов:

 1) карандашом;

2) черной тушью;

 3) с использованием печатающих и графических устройств вывода ЭВМ (принтеров, плоттеров) по ГОСТ 2.004 .

Запрещается сочетание в пределах одного проекта различных методов оформления листов. Предпочтительным является выполнение графической части черным цветом. Для отдельных видов графических материалов (диаграммы, рисунки и т. п.) допускается выполнение элементов в цвете с целью повышения наглядности и лучшего различения деталей. Все чертежи и плакаты, входящие в состав проекта, должны соответствовать требованиям ГОСТ 2.104. Поле чертежа (плаката) ограничивают рамкой (рисунок 1); на листе выполняется основная надпись по ГОСТ 2.104  и графа с обозначением документа, повернутым на 180°.

Схема расположения рамки и основной надписи на листах графической части смотреть в приложении 4.

Приложение 2.

Характеристика труб для нефтепроводов.

Приложение 3.

Номограмма для определения коэффициента  при проверки устойчивости криволинейного трубопровода .

Министерство образования Республики Башкортостан

Государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Нефтекамский нефтяной колледж

Методическое указание по выполнению курсового проекта для специальности 21.02.02 Сооружение и эксплуатация объектов транспорта, хранения и распределения газа, нефти и нефтепродуктов (базовый уровень подготовки) на тему «Расчет линейной части простого трубопровода»

Разработала:  преподаватель нефтяных дисциплин Шамратова А.А.

Аннотация.

Курсовое проектирование является одним из основных видов подготовки квалифицированного и компетентного специалиста. Результаты курсового проектирования оформляются в виде курсового проекта. Выполнение курсового проекта - итог самостоятельной работы студента при решении учебной или реальной профессиональной задачи. Курсовой проект оформляется в соответствии с требованиями ЕСТД и ЕСКД. По содержанию курсовой проект носит практический характер. По объёму курсовой проект должна быть 18-25 страниц печатного текста. Курсовой проект должен состоять из двух основных частей – теоретической и практической.

В теоретической части необходимо освятить актуальность темы курсового проекта, земельные работы, охрану труда и технику безопасности при сооружение трубопроводов.

Расчетная часть состоит из двух основных частей: расчет трубопровода на прочность и устойчивость; расчет земельных работ.

Содержание.

1.                 Требования к структуре курсового проекта…………………………...…4

2.                 Методика расчета курсового проекта……………………………….…..6

2.1.         Определение оптимальных параметров магистрального трубопровода.6

2.2.         Определение внутреннего диаметра трубопровода……………………7

2.3.         Определяем напор трубопровода по формуле……………………..…..7

2.4.         Определение режимов течения……………………………………………7

2.5.         Расчет  трубопровода на прочность………………………………………8

2.6.         Расчет на устойчивость………………………….………………………14

2.7.         Земельные работы………………………….………………….…………15

3.                Правила оформления графической части………………………….……17

Приложение 1. Варианты для выполнения курсового проекта.

Приложение 2. Характеристика труб нефтепроводов.

Приложение 3. Номограмма для определения коэффициента  при проверки    устойчивости криволинейного трубопровода

   Приложение 4. Схема расположения рамки и основной надписи на листах графической части.

1.     Требования к структуре курсового проекта.

Курсовой проект оформляется в соответствии с требованиями ЕСТД и ЕСКД, методическими рекомендациями.

Для оформления курсового проекта можно использовать книжную или альбомную ориентацию листа со следующими параметрами страницы в мм:

для книжной :                                                   для альбомной:

‑ верхнее – 20;                                              ‑ верхнее – 25;

‑ нижнее ‑ 20;                                               ‑ нижнее – 20;

 ‑ левое ‑ 25;                                                  ‑ левое ‑ 20;

 ‑ правое ‑ 20.                                                ‑ правое ‑ 20.

Нумерация страниц документа должна быть сквозной, включая все схемы, таблицы и рисунки, расположенные внутри тек‑ ста. Номер страницы проставляется в правом верхнем углу арабскими цифрами. На титульном листе, который является первой страницей, номер страницы не ставится, но подразумевается. 6 Текст документа при необходимости разделяют на разделы (главы) и подразделы. Разделы (главы) должны иметь порядковые номера в пределах всего документа, обозначенные арабскими цифрами без точки и записанные с абзацного отступа. Абзацный отступ (красная строка) равен 5 знакам (пробелам), что соответствует 1,25 см. Подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела. Номер подраздела состоит из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. В конце номера подраздела точка не ставится. Разделы, как и подразделы, могут состоять из одного или нескольких пунктов.

Текст документа должен быть кратким, четким и не допускать различных толкований. В тексте документа не допускается применять сокращения слов, кроме общепринятых в печатных изданиях. Сокращенные обозначения единиц физических величин применяются в тексте только после их числовых в математические формулы записываются отдельными строками, при этом выше и ниже каждой формулы должно быть оставлено не менее одной свободной строки. Каждая формула должна быть расшифрована, т.е. должны быть пояснены все буквенные значения и числовые коэффициенты в той последовательности, в какой они приведены в формуле, если эти обозначения приводятся впервые и не пояснены в предыдущих формулах. Первая строка расшифровки начинается со слова «где» без двоеточия после него.

Количество иллюстраций должно быть достаточным для пояснения излагаемого текста. Иллюстрации должны быть расположены по тексту документа возможно ближе к соответствующим частям текста.

Графический материал для курсового и дипломного проектирования располагается после текста, в котором о нем упоминается впервые, или на следующей странице, а при необходимости, в приложении. На графический материал дается ссылка в тексте документа.

Заключение (выводы) помещается в конце записки. В нем приводятся основные результаты курсового проекта, кратко оцениваются принятые в проекте технологические, конструкторские и другие решения. Расписываются основные меры безопасности и охраны труда. В конце пояснительной записки приводится список литературы, использованной при разработке курсового проекта. Если при этом использовалась иностранная литература, то она приводится на языке оригинала.

Каждый литературный источник в списке обозначается отдельным порядковым номером. Располагать литературу в списке рекомендуется в такой последовательности, в какой она упоминается в тексте, либо по алфавиту.

Курсовой проект должен выполняться строго по зданию, выданным руководителем курсового проекта; сдан в указанные сроки.

2. Методика расчета курсового проекта.

2.1.Определение оптимальных параметров магистрального трубопровода

2.1.1 Рассчитываем площадь сечения трубопровода:

;

2.1.2.Рассчитываем толщину стенки трубопровода по формуле              

   ,

Р – рабочее давление;

D_вн – наружный диаметр трубы;

n₁  - коэффициент надежности по нагрузке; n₁ =1,15, работающих по системе «из насоса – в насос»; n₁=1,1 – во всех остальных случаях.

 R₁ – расчетное сопротивление металла трубы и сварных соединений.

  ;

R_н1 – нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, определяемое из условий работы на разрыв, равное минимальному приделу прочности σ_вр (см. прил. 2)

m₀  - коэффициент условий работы трубопровода m₀= 0,9 для магистральных нефтепроводов III или IV категорий, m₀= 0,75 для трубопроводов  I и IIкатегорий и m₀= 0,6 для трубопроводов категории В.

К_н - коэффициент надежности по назначению трубопровода, зависящий от его диаметра (для  ≤1000 мм, то К_н =1; для D_вн>1000 мм, то К_н=1,05)

К₁- коэффициент надежности по материалу/

Далее Округляем  до ближайшего значения по сортаменту (см. прил. 2)

2.2.Определение внутреннего диаметра трубопровода:

2.3. Определяем напор трубопровода по формуле

 ,

где  пьезометрическая высота (разность высот начала и конца рассчитываемого трубопровода);

ρ – плотность нефтепродукта (по варианту);

g – ускорение свободного падения, который принять равным 9,81м/с²;

, где

Р_н – начальное рабочее давление (по варианту);

Р_к – конечное рабочее давление (принять равным 0МПа).

2.4. Определение режимов течения

2.4.1 Рекомендуемая скорость известной кинематической вязкости нефтепродукта:

Таблица 1.

2.4.2 Определяем число R_e и режим движения жидкости по формуле

 2.4.3 В зависимости от R_e определяем коэффициент гидравлического сопротивления l:

Если  R_e > 2800, то течение жидкости турбулентное и l определяется по формуле l ;

Если 2320≤Re ≤2800, то режим течения жидкости смешанный, коэффициент  λ высчитывается по формуле:

Если 2320<Re, то режим течения жидкости – ламинарное, коэффициент  λ высчитывается по формуле:

λ= ;

2.5.Расчет  трубопровода на прочность.

2.5.1 Определяем потери напора на трение по формуле:

2.5.2  Расчет  абсолютного  значения  максимально-положительного и максимально-отрицательного абсолютных перепадов:

∆T₍₊₎

∆T_(-)
где,  - коэффициент Пуассона, =0,3;

α - коэффициент линейного расширения металла, α= град^-1;

Е - модуль Юнга, Е= МПа;

Для дальнейших расчетов  использовать  максимальное значение перепадов температур.

2.5.3 Расчет величин  продольно-осевых сжимающих напряжений по формуле: ;

5.4 Расчет  коэффициента, учитывающего  двуосное напряженное состояние трубы по формуле:

  ;

          2. 5.5 Расчет  толщины стенки при наличии осевого напряжения по формуле:                                                     

2.5.6 Расчет кольцевых напряжений от расчетного диаметра по формуле: .

Так как нефтепродуктопровод испытывает сжимающие напряжения, то необходимо вычислить коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб;  если σ_прN≥0, то ψ₂ принять равным единице, если σ_прN<0, то ψ₂ вычислить по формуле:                                                                

;

2.5.8 Проверка  выполнения  условия прочности:

  ;

2.5.9 Расчет  коэффициента  учитывающего  двухосное напряженное состояния металла трубы при растягивающих кольцевых напряжениях по формуле:

,

Где - кольцевые напряжения в стенках трубопровода от нормативного внутреннего давления, находим по формуле:

  ;  

- нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали и в расчетах принимается   = , (см. прил.2);

2.5.10 Проверка на отсутствие недопустимых пластичных деформаций по формуле:

Где - максимальные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, вычисляемый по формуле:                                        , МПа; 

- радиус упругого изгиба оси трубопровода, м;

2.5.11 Теперь выполним общую проверку устойчивости трубопровода в продольном направлении :

Таблица 2. Расчетные характеристики уплотненных влажных грунтов средней полосы России

2.5.12 Определение  площади  сечения по формуле:

;

2.5.13 Определение  осевого  момента  по формуле:

;

2.5.14 Вычисление  нагрузки  от собственного веса трубы по формуле:                         

где  - коэффициент надежности по нагрузкам от действия собственного веса, равным 1,1;

 - удельный вес металла труб изготовленный из стали, принимаемый равным 78500 Н/ ;

5.15 Нагрузка от собственного веса нефтепродукта по формуле:            ;

2.5.14  Общая нагрузку по формуле:

   ,

где =10%* ;         

2.5.16 Найдем среднее удельное давление на единицу поверхности контакта по формуле: 

   ,

где  - коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, применяемый равным 0,8;       

  - удельный вес грунта, кН/м3 ;

- глубина заложения трубопровода, м;

 - расчетная нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемой нефтью, Н/м.

Таблица 3. Рекомендуемые величины заглубления трубопроводов

2.5.17  Рассчитываем сопротивление грунта:

а) продольное перемещение отрезка трубопровода на единицу длины:

б) находим вертикальное сопротивление по формуле:                 

2.5.18  Расчет  критического  усилия  для прямолинейных участков по формуле:

  ;

Расчет комплекса:

;

Таблица 4  Величины коэффициента постели грунта при сжатии

2.5.19  Фактическое эквивалентное продольное усилие в сечении трубы по формуле:

  ;

2.6. Расчет на устойчивость.

2.6.1 Проверка  общей  устойчивости  криволинейного участка в  трубопроводе, выполненного с упругим изгибом:

Где

(Найти β_n по номограмме, в приложении 3)

6.2 Вычислим критическое усилие для криволинейных участков по формуле: ;

Или

N_кр⁴=0,375*q_верт*R_р;

2.6.3 Сравнить  S  и  ,проверить выполнение  условия   

Если условие выполняется, то условие устойчивости трубопровода при упругом изгибе. Если условие  не выполняется, то рассмотреть разницу  , так как разница не значительна, то обеспечить устойчивость можно увеличив радиус изгиба.

2.6.4 Минимальная  величина градуса упругого изгиба по формуле:

Находим разность

то есть достаточно увеличить радиус на величину a и устойчивость трубопровода в упругом изгибе будет выполняться.

2.7. Земельные работы.

27.1 Расчет траншеи:

а) ширина траншеи по низу:

б) ширина траншеи по верху:

где -высота трубопровода;                                             

      m-величина откоса

;

2.7.2. объем траншеи:

;

2.7.3.  объем трубопровода:

;

2.7.5. суммарный объем траншеи:

;

2.7.6.  Объем грунта по ручной доработке траншеи.

2.7.7.  Объем подбивки траншей.

2.7.8.  

2.7.9.  Объем засыпки.

2.7.10 Объем кавальера.

коэффициент кавальера.

3.Правила оформления графической части.

Графическая часть курсовых и дипломных проектов выполняется, как правило, на листах бумаги формата А1. При необходимости использования меньших форматов (А2, А3, А4) они компонуются на листе формата А1. Допускается использование листов бумаги больших форматов по ГОСТ 2.301 . Графическая часть выполняется одним из следующих методов:

 1) карандашом;

2) черной тушью;

 3) с использованием печатающих и графических устройств вывода ЭВМ (принтеров, плоттеров) по ГОСТ 2.004 .

Запрещается сочетание в пределах одного проекта различных методов оформления листов. Предпочтительным является выполнение графической части черным цветом. Для отдельных видов графических материалов (диаграммы, рисунки и т. п.) допускается выполнение элементов в цвете с целью повышения наглядности и лучшего различения деталей. Все чертежи и плакаты, входящие в состав проекта, должны соответствовать требованиям ГОСТ 2.104. Поле чертежа (плаката) ограничивают рамкой (рисунок 1); на листе выполняется основная надпись по ГОСТ 2.104  и графа с обозначением документа, повернутым на 180°.

Схема расположения рамки и основной надписи на листах графической части смотреть в приложении 4.

Приложение 2.

Характеристика труб для нефтепроводов.

Приложение 3.

Номограмма для определения коэффициента  при проверки устойчивости криволинейного трубопровода .

Министерство образования Республики Башкортостан

Государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Нефтекамский нефтяной колледж

Методическое указание по выполнению курсового проекта для специальности 21.02.02 Сооружение и эксплуатация объектов транспорта, хранения и распределения газа, нефти и нефтепродуктов (базовый уровень подготовки) на тему «Расчет линейной части простого трубопровода»

Разработала:  преподаватель нефтяных дисциплин Шамратова А.А.

Аннотация.

Курсовое проектирование является одним из основных видов подготовки квалифицированного и компетентного специалиста. Результаты курсового проектирования оформляются в виде курсового проекта. Выполнение курсового проекта - итог самостоятельной работы студента при решении учебной или реальной профессиональной задачи. Курсовой проект оформляется в соответствии с требованиями ЕСТД и ЕСКД. По содержанию курсовой проект носит практический характер. По объёму курсовой проект должна быть 18-25 страниц печатного текста. Курсовой проект должен состоять из двух основных частей – теоретической и практической.

В теоретической части необходимо освятить актуальность темы курсового проекта, земельные работы, охрану труда и технику безопасности при сооружение трубопроводов.

Расчетная часть состоит из двух основных частей: расчет трубопровода на прочность и устойчивость; расчет земельных работ.

Содержание.

1.                 Требования к структуре курсового проекта…………………………...…4

2.                 Методика расчета курсового проекта……………………………….…..6

2.1.         Определение оптимальных параметров магистрального трубопровода.6

2.2.         Определение внутреннего диаметра трубопровода……………………7

2.3.         Определяем напор трубопровода по формуле……………………..…..7

2.4.         Определение режимов течения……………………………………………7

2.5.         Расчет  трубопровода на прочность………………………………………8

2.6.         Расчет на устойчивость………………………….………………………14

2.7.         Земельные работы………………………….………………….…………15

3.                Правила оформления графической части………………………….……17

Приложение 1. Варианты для выполнения курсового проекта.

Приложение 2. Характеристика труб нефтепроводов.

Приложение 3. Номограмма для определения коэффициента  при проверки    устойчивости криволинейного трубопровода

   Приложение 4. Схема расположения рамки и основной надписи на листах графической части.

1.     Требования к структуре курсового проекта.

Курсовой проект оформляется в соответствии с требованиями ЕСТД и ЕСКД, методическими рекомендациями.

Для оформления курсового проекта можно использовать книжную или альбомную ориентацию листа со следующими параметрами страницы в мм:

для книжной :                                                   для альбомной:

‑ верхнее – 20;                                              ‑ верхнее – 25;

‑ нижнее ‑ 20;                                               ‑ нижнее – 20;

 ‑ левое ‑ 25;                                                  ‑ левое ‑ 20;

 ‑ правое ‑ 20.                                                ‑ правое ‑ 20.

Нумерация страниц документа должна быть сквозной, включая все схемы, таблицы и рисунки, расположенные внутри тек‑ ста. Номер страницы проставляется в правом верхнем углу арабскими цифрами. На титульном листе, который является первой страницей, номер страницы не ставится, но подразумевается. 6 Текст документа при необходимости разделяют на разделы (главы) и подразделы. Разделы (главы) должны иметь порядковые номера в пределах всего документа, обозначенные арабскими цифрами без точки и записанные с абзацного отступа. Абзацный отступ (красная строка) равен 5 знакам (пробелам), что соответствует 1,25 см. Подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела. Номер подраздела состоит из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. В конце номера подраздела точка не ставится. Разделы, как и подразделы, могут состоять из одного или нескольких пунктов.

Текст документа должен быть кратким, четким и не допускать различных толкований. В тексте документа не допускается применять сокращения слов, кроме общепринятых в печатных изданиях. Сокращенные обозначения единиц физических величин применяются в тексте только после их числовых в математические формулы записываются отдельными строками, при этом выше и ниже каждой формулы должно быть оставлено не менее одной свободной строки. Каждая формула должна быть расшифрована, т.е. должны быть пояснены все буквенные значения и числовые коэффициенты в той последовательности, в какой они приведены в формуле, если эти обозначения приводятся впервые и не пояснены в предыдущих формулах. Первая строка расшифровки начинается со слова «где» без двоеточия после него.

Количество иллюстраций должно быть достаточным для пояснения излагаемого текста. Иллюстрации должны быть расположены по тексту документа возможно ближе к соответствующим частям текста.

Графический материал для курсового и дипломного проектирования располагается после текста, в котором о нем упоминается впервые, или на следующей странице, а при необходимости, в приложении. На графический материал дается ссылка в тексте документа.

Заключение (выводы) помещается в конце записки. В нем приводятся основные результаты курсового проекта, кратко оцениваются принятые в проекте технологические, конструкторские и другие решения. Расписываются основные меры безопасности и охраны труда. В конце пояснительной записки приводится список литературы, использованной при разработке курсового проекта. Если при этом использовалась иностранная литература, то она приводится на языке оригинала.

Каждый литературный источник в списке обозначается отдельным порядковым номером. Располагать литературу в списке рекомендуется в такой последовательности, в какой она упоминается в тексте, либо по алфавиту.

Курсовой проект должен выполняться строго по зданию, выданным руководителем курсового проекта; сдан в указанные сроки.

2. Методика расчета курсового проекта.

2.1.Определение оптимальных параметров магистрального трубопровода

2.1.1 Рассчитываем площадь сечения трубопровода:

;

2.1.2.Рассчитываем толщину стенки трубопровода по формуле              

   ,

Р – рабочее давление;

D_вн – наружный диаметр трубы;

n₁  - коэффициент надежности по нагрузке; n₁ =1,15, работающих по системе «из насоса – в насос»; n₁=1,1 – во всех остальных случаях.

 R₁ – расчетное сопротивление металла трубы и сварных соединений.

  ;

R_н1 – нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, определяемое из условий работы на разрыв, равное минимальному приделу прочности σ_вр (см. прил. 2)

m₀  - коэффициент условий работы трубопровода m₀= 0,9 для магистральных нефтепроводов III или IV категорий, m₀= 0,75 для трубопроводов  I и IIкатегорий и m₀= 0,6 для трубопроводов категории В.

К_н - коэффициент надежности по назначению трубопровода, зависящий от его диаметра (для  ≤1000 мм, то К_н =1; для D_вн>1000 мм, то К_н=1,05)

К₁- коэффициент надежности по материалу/

Далее Округляем  до ближайшего значения по сортаменту (см. прил. 2)

2.2.Определение внутреннего диаметра трубопровода:

2.3. Определяем напор трубопровода по формуле

 ,

где  пьезометрическая высота (разность высот начала и конца рассчитываемого трубопровода);

ρ – плотность нефтепродукта (по варианту);

g – ускорение свободного падения, который принять равным 9,81м/с²;

, где

Р_н – начальное рабочее давление (по варианту);

Р_к – конечное рабочее давление (принять равным 0МПа).

2.4. Определение режимов течения

2.4.1 Рекомендуемая скорость известной кинематической вязкости нефтепродукта:

Таблица 1.

2.4.2 Определяем число R_e и режим движения жидкости по формуле

 2.4.3 В зависимости от R_e определяем коэффициент гидравлического сопротивления l:

Если  R_e > 2800, то течение жидкости турбулентное и l определяется по формуле l ;

Если 2320≤Re ≤2800, то режим течения жидкости смешанный, коэффициент  λ высчитывается по формуле:

Если 2320<Re, то режим течения жидкости – ламинарное, коэффициент  λ высчитывается по формуле:

λ= ;

2.5.Расчет  трубопровода на прочность.

2.5.1 Определяем потери напора на трение по формуле:

2.5.2  Расчет  абсолютного  значения  максимально-положительного и максимально-отрицательного абсолютных перепадов:

∆T₍₊₎

∆T_(-)
где,  - коэффициент Пуассона, =0,3;

α - коэффициент линейного расширения металла, α= град^-1;

Е - модуль Юнга, Е= МПа;

Для дальнейших расчетов  использовать  максимальное значение перепадов температур.

2.5.3 Расчет величин  продольно-осевых сжимающих напряжений по формуле: ;

5.4 Расчет  коэффициента, учитывающего  двуосное напряженное состояние трубы по формуле:

  ;

          2. 5.5 Расчет  толщины стенки при наличии осевого напряжения по формуле:                                                     

2.5.6 Расчет кольцевых напряжений от расчетного диаметра по формуле: .

Так как нефтепродуктопровод испытывает сжимающие напряжения, то необходимо вычислить коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб;  если σ_прN≥0, то ψ₂ принять равным единице, если σ_прN<0, то ψ₂ вычислить по формуле:                                                                

;

2.5.8 Проверка  выполнения  условия прочности:

  ;

2.5.9 Расчет  коэффициента  учитывающего  двухосное напряженное состояния металла трубы при растягивающих кольцевых напряжениях по формуле:

,

Где - кольцевые напряжения в стенках трубопровода от нормативного внутреннего давления, находим по формуле:

  ;  

- нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали и в расчетах принимается   = , (см. прил.2);

2.5.10 Проверка на отсутствие недопустимых пластичных деформаций по формуле:

Где - максимальные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, вычисляемый по формуле:                                        , МПа; 

- радиус упругого изгиба оси трубопровода, м;

2.5.11 Теперь выполним общую проверку устойчивости трубопровода в продольном направлении :

Таблица 2. Расчетные характеристики уплотненных влажных грунтов средней полосы России

2.5.12 Определение  площади  сечения по формуле:

;

2.5.13 Определение  осевого  момента  по формуле:

;

2.5.14 Вычисление  нагрузки  от собственного веса трубы по формуле:                         

где  - коэффициент надежности по нагрузкам от действия собственного веса, равным 1,1;

 - удельный вес металла труб изготовленный из стали, принимаемый равным 78500 Н/ ;

5.15 Нагрузка от собственного веса нефтепродукта по формуле:            ;

2.5.14  Общая нагрузку по формуле:

   ,

где =10%* ;         

2.5.16 Найдем среднее удельное давление на единицу поверхности контакта по формуле: 

   ,

где  - коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, применяемый равным 0,8;       

  - удельный вес грунта, кН/м3 ;

- глубина заложения трубопровода, м;

 - расчетная нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемой нефтью, Н/м.

Таблица 3. Рекомендуемые величины заглубления трубопроводов

2.5.17  Рассчитываем сопротивление грунта:

а) продольное перемещение отрезка трубопровода на единицу длины:

б) находим вертикальное сопротивление по формуле:                 

2.5.18  Расчет  критического  усилия  для прямолинейных участков по формуле:

  ;

Расчет комплекса:

;

Таблица 4  Величины коэффициента постели грунта при сжатии

2.5.19  Фактическое эквивалентное продольное усилие в сечении трубы по формуле:

  ;

2.6. Расчет на устойчивость.

2.6.1 Проверка  общей  устойчивости  криволинейного участка в  трубопроводе, выполненного с упругим изгибом:

Где

(Найти β_n по номограмме, в приложении 3)

6.2 Вычислим критическое усилие для криволинейных участков по формуле: ;

Или

N_кр⁴=0,375*q_верт*R_р;

2.6.3 Сравнить  S  и  ,проверить выполнение  условия   

Если условие выполняется, то условие устойчивости трубопровода при упругом изгибе. Если условие  не выполняется, то рассмотреть разницу  , так как разница не значительна, то обеспечить устойчивость можно увеличив радиус изгиба.

2.6.4 Минимальная  величина градуса упругого изгиба по формуле:

Находим разность

то есть достаточно увеличить радиус на величину a и устойчивость трубопровода в упругом изгибе будет выполняться.

2.7. Земельные работы.

27.1 Расчет траншеи:

а) ширина траншеи по низу:

б) ширина траншеи по верху:

где -высота трубопровода;                                             

      m-величина откоса

;

2.7.2. объем траншеи:

;

2.7.3.  объем трубопровода:

;

2.7.5. суммарный объем траншеи:

;

2.7.6.  Объем грунта по ручной доработке траншеи.

2.7.7.  Объем подбивки траншей.

2.7.8.  

2.7.9.  Объем засыпки.

2.7.10 Объем кавальера.

коэффициент кавальера.

3.Правила оформления графической части.

Графическая часть курсовых и дипломных проектов выполняется, как правило, на листах бумаги формата А1. При необходимости использования меньших форматов (А2, А3, А4) они компонуются на листе формата А1. Допускается использование листов бумаги больших форматов по ГОСТ 2.301 . Графическая часть выполняется одним из следующих методов:

 1) карандашом;

2) черной тушью;

 3) с использованием печатающих и графических устройств вывода ЭВМ (принтеров, плоттеров) по ГОСТ 2.004 .

Запрещается сочетание в пределах одного проекта различных методов оформления листов. Предпочтительным является выполнение графической части черным цветом. Для отдельных видов графических материалов (диаграммы, рисунки и т. п.) допускается выполнение элементов в цвете с целью повышения наглядности и лучшего различения деталей. Все чертежи и плакаты, входящие в состав проекта, должны соответствовать требованиям ГОСТ 2.104. Поле чертежа (плаката) ограничивают рамкой (рисунок 1); на листе выполняется основная надпись по ГОСТ 2.104  и графа с обозначением документа, повернутым на 180°.

Схема расположения рамки и основной надписи на листах графической части смотреть в приложении 4.

Приложение 2.

Характеристика труб для нефтепроводов.

Приложение 3.

Номограмма для определения коэффициента  при проверки устойчивости криволинейного трубопровода .

Приложение 4.

Приложение 4.

Приложение 4.