Пособие по расчету на прочность технологических стальных трубопроводов на ру до 10 мпа (к сн 527-80)

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛСКИЙ

ИНСТТУТ ПО МОНТАЖНЫМ И СПЕЦИАЛЬНЫМ

СТРОИТЕЛЬНЫМ РАБОТАМ (ВНИИмонтажспецстрой)

МИНМОНТАЖСПЕЦСТРОЯ СССР

ПОСОБИЕ

по расчету на прочность технологических стальных

трубопроводов на Р_у до 10 Мпа

(к СН 527-80)

Утверждено

приказом ВНИИмонтажспецстроя

от 4 сентября 1986 г. №41 ОД

Москва

Центральный институт

типового проектирования

1989

Рекомендовано к изданию решением секции конструкций, технологии и механизации монтажных работ научно-технического совета ВНИИмонтажспецстроя Минмонтажспецстроя СССР.

Устанавливает нормы и методы расчета на прочность технологических стальных трубопроводов, разработка которых осуществляется в соответствии с «Инструкцией по проектированию технологических стальных трубопроводов Р_у до 10Мпа» (СН527-80).

Для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

При пользовании Пособием следует учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и госдарственных стандартов, публикуемые в журнале «Бюллетень строительной техники», «Сборнике изменений к строительным нормам и правилам» Госстроя СССР и информационном указателе «Государственные стандарты СССР» Госстандарта.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие предназначено для расчета на прочность трубопроводов, разрабатываемых в соответствии с «Инструкцией по проектированию технологических стальных трубопроводов Р_у до 10 Мпа» (СН527-80) и служащих для транспортирования жидких и газообразных веществ давлением до10 Мпа и температурой от минус 70 до плюс 450 °С.

Приведенные в Пособии методы и расчеты применяются при изготовлении, монтаже, контроле трубопроводов и их элементов в соответствии с ГОСТ 1737-83 по Гост 17380-83, с ОСТ 36-19-77 по ОСТ 36-26-77, с ОСТ 36-41-81 по ОСТ 36-49-81, с ОСТ 36-123-85 и СНиП 3.05.05.-84.

Пособие не распространяется на трубопроводы, прокладываемые в районах с сейсмичностью 8 баллов и более.

Основные буквенные обозначения величин и индексы к ним приведены в прил. 3 в соответствии с СТ СЭВ 1565-79.

Пособие разработано институтом ВНИИмонтажспецстрой Минмонтажспецстроя СССР (д-р техн. наук Б.В. Поповский, кандидаты техн. наук Р.И. Тавастшерна, А.И. Бесман, Г.М. Хажинский).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

1.1. Физические и механические характеристики сталей следует определять по расчетной температуре.

1.2. Расчетную температуру стенки трубопровода следует принимать рав­ной рабочей температуре транспортируемого вещества в соответ­ствии с проектной документацией. При отрицательной рабочей температуре за расчетную температуру следует принимать 20°С и при выборе материала учитывать допустимую для него минимальную температуру.

РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ

1.3. Расчет на прочность элементов трубопроводов следует произ­водить по расчетному давлению Р с последующей проверкой на действие дополнительных нагрузок, а также с проверкой на выно­сливость при выполнении условий п. 1.18.

1.4. Расчетное давление следует принимать равным рабочему дав­лению в соответствии с проектной документацией.

1.5. Расчетные дополнительные нагрузки и соответствующие им коэффициенты перегрузок следует принимать по СНиП 2.01.07-85. Для дополнительных нагрузок, не приведенных в СНиП 2.01.07-85, коэффициент перегрузки следует принимать равным 1,2. Коэффициент перегрузки для внутреннего давления следует принимать равным 1,0.

РАСЧЕТ ДОПУСКАЕМОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1.6. Допускаемое напряжение [s] при расчете элементов и соединений трубопроводов на статическую прочность следует принимать по формуле

. (1)

1.7. Коэффициенты запаса прочности по временному сопротивлению n_b, пределам текучести n_y и длительной прочности n_z следует определять по формулам:

ny = nz = 1,30g; (2)

nb = 2,1g. (3)

1.8. Коэффициент надежности g трубопровода следует принимать по табл. 1.

Транспортируемые вещества

Коэффициенты надежности g для трубопроводов категорий

I, II

III,IV

V

Газы всех групп, сжи­женные газы, вещес­тва группы А

1,25

1,15

1,10

Вещества групп Б и В, кроме газов

1,15

1,05

1,00

1.9. Допускаемые напряжения для марок стали, указанных в ГОСТ 356-80, следует определять по формуле:

, (4)

где [s²⁰] - определяется в соответствии с п.1.6 с учетом характеристик и ;

A_t - температурный коэффициент, определяемый по табл.2.

Таблица 2

Марка стали

Расчетная темпера­­ту­ра t_d, °C

Темпера­тур­ный коэффи­циент A_t

Ст3 - по ГОСТ 380-71; 10; 20; 25 - по

До 200

1,00

ГОСТ 1050-74; 09Г2С, 10Г2С1, 15ГС,

250

0,90

16ГС, 17ГС, 17Г1С - по ГОСТ 19282-73

300

0,75

(всех групп, категорий поставки и

350

0,66

степеней раскисления)

400

0,52

420

0,45

430

0,38

440

0,33

450

0,28

15Х5М - по ГОСТ 20072-74

До 200

1,00

325

0,90

390

0,75

430

0,66

450

0,52

08Х18Н10Т, 08Х22Н6Т, 12Х18Н10Т,

До 200

1,00

45Х14Н14В2М, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т

300

0,90

08Х17Н1М3Т - по ГОСТ 5632-72; 15ХМ - по

400

0,75

ГОСТ 4543- 71; 12МХ - по ГОСТ 20072-74

450

0,69

12Х1МФ, 15Х1МФ - по ГОСТ 20072-74

До 200

1,00

320

0,90

450

0,72

20Х3МВФ - по ГОСТ 20072-74

До 200

1,00

350

0,90

450

0,72

Примечания: 1. Для промежуточных значений температур значение величины A_t - следует определять линейной интерполяцией.

2. Для углеродистой стали при температурах от 400 до 450 °C приняты средние значения на ресурс 2×10⁵ ч.

КОЭФФИЦИЕНТ ПРОЧНОСТИ

1.10. При расчетах элементов, имеющих отверстия или сварные швы, следует учитывать коэффициент прочности, принимаемый равным наименьшему из значений j_d и j_w:

j = min[j_d, j_w]. (5)

1.11. При расчете бесшовных элементов отверстий без отверстий следует принимать j = 1.0.

1.12. Коэффициент прочности j_d элемента с отверстием следует определять в соответствии с пп.5.3-5.9.

1.13. Коэффициент прочности сварного шва j_w следует принимать равным 1,0 при 100%-ном контроле сварных швов неразрушающими методами и 0,8 - во всех остальных случаях. Допускается принимать другие значения j_w с учетом эксплуатации и показателей качества элементов трубопроводов. В частности, для трубопроводов жидких веществ группы В категории V по усмотрению проектной организации допускается принимать j_w = 1,0 для всех случаев.

РАСЧЕТНАЯ И НОМИНАЛЬНАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА

СТЕНОК ЭЛЕМЕНТОВ

1.14. Расчетную толщину стенки t_R элемента трубопровода следует вычислять по формулам разд. 2-7.

1.15. Номинальную толщину стенки t элемента следует определять с учетом прибавки С исходя из условия

t ³ t_R + C (6)

с округлением до ближайшей большей толщины стенки элемента по стандартам и техническим условиям. Допускается округление в сторону меньшей толщины стенки, если разница не превышает 3 %.

1.16. Прибавку С следует определять по формуле

С=С₁+С₂, (7)

где С₁ - прибавка на коррозию и износ, принимаемая по нормам проектирования или отраслевым нормативным документам;

С₂ - технологическая прибавка, принимаемая равной мину­совому отклонению толщины стенки по стандартам и техническим условиям на элементы трубопроводов.

ПРОВЕРКА НА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ НАГРУЗКИ

1.17. Проверку на дополнительные нагрузки ( с учетом всех расчетных нагрузок и воздействий) следует производить для всех трубопроводов после выбора их основных размеров.

ПРОВЕРКА НА ВЫНОСЛИВОСТЬ

1.18. Проверку на выносливость следует производить только при совместном выполнении двух условий:

при расчете на самокомпенсацию (второй этап расчета на дополнительные нагрузи)

s_eq³[s²⁰]; (8)

при заданном числе полных циклов изменения давления в трубопроводе (N_ср)

. (9)

Величину [s_а] следует определять по формуле (8) или (9) прил. 2 при значении N_c = N_cp, вычисленном по формуле

, (10)

где s₀ = 168/g - для углеродистых и низколегированных сталей;

s₀ =240/g - для аустенитных сталей.

2. ТРУБЫ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ТРУБЫ

2.1. Расчетную толщину стенки трубы следует определять по формуле

(11)

или

. (12)

Если задано условное давление Р_у, толщину стенки допускается вычислять по формуле

. (13)

ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

2.2. Расчетное напряжение от внутреннего давления, приведенное к нормальной температуре, следует вычислять по формуле

(14)

или

. (15)

РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ

2.3. Допустимое внутреннее давление следует вычислять по формуле

. (16)

3. ОТВОДЫ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНОК ГНУТЫХ ОТВОДОВ

3.1. Для гнутых отводов (черт. 1, а) с R/(D_e-t)³1,7, не подлежащих проверке на выносливость в соответствии с п.1.19. на расчетную толщину стенок t_R1 следует определять в соответствии с п.2.1.

Черт.1. Отводы

а - гнутый; б - секторный; в, г - штампосварные

3.2. В трубопроводах, подлежащих проверке на выносливость в соответствии с п.1.18, расчетную толщину стенок tR1 следует вычислять по формуле

t_R1 = k₁t_R, (17)

где k1 - коэффициент, определяемый по табл. 3.

3.3. Расчетную относительную овальность а₀ = 6% следует при­нимать для стесненной гибки (в ручье, с дорном и т.п.); а₀ = 0 - для свободной гибки и гибки с зональным нагревом токами высокой частоты.

Нормативную относительную овальность а следует принимать по стандартам и техническим условиям на конкретные отводы

.

Таблица 3

Значение k₁ для а_R , равной