Инструкция по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб

Рис. 1 Зависимость нормативного равномерно распределенного давления транспорта q^Н_ТР от глубины заложения трубопровода

1-для нагрузки от автомобильного транспорта Н -18; 2-для нагрузки от гусеничного транспорта НГ - 60

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ТРУБОПРОВОДОВ

5.15. Толщину стенки трубопровода (номинальную) d, см, следует определять по формуле

(7)

где Д—наружный диаметр трубы, см,

Р—рабочее (нормативное) давление в трубопроводе, МПа (кгс/см²);

n_q—коэффициент пере­грузки рабочего давления в трубопроводе, принимаемый по табл. 10;

R—расчетное сопротивление материала труб, МПа (кгс/см²), определяемое в соответствии с п. 5.3.

ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ НАДЗЕМНЫХ РУБОПРОВОДОВ

5.16. Надземные (открытые) трубопроводы следует. проверять на прочность, жесткость и общую устойчивость в продольном направлении.

5.17. Проверка прочности надземных трубопроводов должна производиться по условию

(8)

где — полное расчетное приведенное (эквивалентное) напряже­ние Мпа (кгс/см²), определяемое согласно указаниям п. 5.18;

R— расчетное сопротивление материала труб, МПа (кгс/см²), определяемое в соответствии с п. 5.3.

5.18. За полное расчетное приведенное (эквивалентное) напряжение s_пр следует принимать максимальное из действующих нормальных напряжении в стенке тру­би, вычисляемое с учетом всех нагрузок и воздействии на рассматриваемом участке трубопровода в наиболее опасных сочетаниях.

5.19. Усилия (напряжения), возникающие в трубо­проводе от воздействия расчетных нагрузок, должны определяться согласно общим правилам строительной механики. При этом трубопровод следует рассматривать как упругий стержень (прямолинейный или криволиней­ный), у которого при приложении нагрузки поперечное сечение остается плоским и сохраняет свою круговую форму, а модуль ползучести зависит как от продолжи­тельности действия нагрузки, так и от температуры.

5.20. Нормальные напряжения в стенке трубы в кольцевом направлении s_j , Мпа (кгс/см²), от действия расчетного внутреннего давления следует определять по формуле

(9)

где n_q, Д, d —обозначения те же, что и в формуле (7).

5.21. Нормальные растягивающие или сжимающие напряжения в стенке трубы в продольном (осевом) нап­равлении s_z, МПа (кгс/см²), от действия расчетных на­грузок для прямолинейного и упруго-изогнутых участков трубопроводов следует рассчитывать по формулам: от действия внутреннего давления

(10)

где n_q, Д, P, d — обозначения те же, что и в формуле (7);

от действия продольного усилия N_t, вызванного тем­пературными изменениями,

(11)

где N_t—продольное усилие, H (кгс), определяемое в соответствии с п. 5.22, F— площадь поперечного сечения труби, м² (см²);

от действия поперечных и продольных изгибающих моментов М, H/м (кгс/см),

(12)

где W—момент сопротивления поперечного сечения трубы, м³ (см³).

5.22. Расчетные значения продольных усилий N_t , воз­никающих в трубопроводе при изменении температуры, без учета компенсации температурных деформаций продольном направлении должны определяться по фор­муле

(13)

где: а — коэффициент линейного температурного расширения мате­риала трубы, град^-1, принимается по табл. 11; Dt—расчетный температурный перепад, °С, определяемый по п. 5.12; Е—модуль ползучести материала трубы, МПа (кгс/см²), определяемый п. 5.4; n_t— коэффициент перегрузки температурных воздействий принимается по табл. 10; F—площадь поперечного сечения трубы, м²(см²)

Таблица 11

Материал труб

Коэффициент линейного температурного расширения а, град^-1

Материал труб

Коэффициент линейного температурного расширения а, град^-1

ПНД

2,2 • 10^-4

ПП

1,5 • 10^-4

ПВД

2,2 • 10^-4

ПВХ

0,8 •10^-4

5.23. Расчет трубопроводов на продольно-поперечный изгиб от действия продольных усилий N_t и равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q от массы тру­бопровода и транспортируемого вещества следует про­изводить для наиболее неблагоприятного случая—пол­ного отсутствия компенсации температурных удлинении с учетом максимально возможного перепада темпера­тур.

5.24. Величину допустимого лролета трубопровода l, м (см), для случая, указанного в п 523, следует опреде­лять по формулам для вертикальных трубопроводов

' (14)

для горизонтальных трубопроводов исходя из допу­стимой к концу срока эксплуатации стрелы прогиба f=1/700,

(15)

В формулах (14) и (15) m₁ и m₂—коэффициенты, учитывающие геометрические параметры трубы, прини­маются по табл. 12. b—коэффициент, определяемый по графикам рис. 2 в зависимости от параметра А_t

Таблица 12

Коэффициенты

Материал труб

m₁ и m₂ для труб

ПНД, ПП

ПВД

ПВХ

из различных

Тип труб

материалов

Л

СЛ, С

Т

Л

СЛ, С

Т

СЛ

С, Т

ОТ

m₁

108

1,05

1,00

1,06

1,00

0,95

1,10

1,07

1,05

m₂

1,40

.1,35

1,30

1,35

1,30

1,20

1,40

1,35

1,30

Вспомогательный параметр A_t вычисляется па фор­муле

(16)

где (17)

(18)

В формулах (14)—(18) Е, а, Dt, Д, d, d, g_т, g_т.в — обозначения те же, что и в формулах (3), (6) и (13), при этом g_т и g_т.в в имеют раз­мерное Н/м³ (кгс/см³), в формуле (17) параметр В_t имеет размерность м (см).

Примечание Допускается в предварительных расчетах величи­ны пролетов для вертикальных и горизонтальных участков трубопро­водов определять по таблицам прил. 2, которые рассчитаны для максимального срока службы тру­бопровода, а Dt отсчитан от 0 °С.

КОМПЕНСАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

5.25. Определение усилий, возникающих в отдельных элементах трубопровода от воздействия температурных и других перемещений, необ­ходимо производить метода­ми строительной механики (расчет статически неопределимых стержневых систем), при этом входящие в рас­четные уравнения механические характеристики (расчет­ные сопротивления, модули ползучести) принимаются с учетом их зависимости от продолжительности действия нагрузки и от температуры согласно требованиям пп. 5.3—5.5.

5.26. Компенсация температурных удлинений должна осуществляться, как правило, за счет самокомпенсации отдельных участков трубопровода. Установку компенси­рующих устройств следует предусматривать в тех слу­чаях, когда расчетом выявлены недопустимый напряже­ния в элементах трубопровод или недопустимые усилия на присоединенном к нему оборудовании, кроме случаев подземной бесканальной прокладки.

Рис. 2. Зависимость коэффи­циента b от параметра А_t

а—для интервала А_t=0—0,05;

б — для интервала А_t=0,05—0,5;

в—для интервала А_t=0,5—3

Рис. 3. Основные геометрические параметры

а — гнутого отвода; б — П-образного компенсатора; .

в —.лирообразного компенсатора

5.27. Расчетные величины продольных перемещений участков трубопровода следует определять от макси­мального повышения температуры стенок труб (положи­тельного расчетного температурного перепада) и внут­реннего давления (удлинение трубопровода) и от наи­большего понижения температуры стенок труб (отрица­тельного расчетного температурного перепада) при от­сутствии внутреннего давления в трубопроводе (укоро­чение трубопровода).

5.28. Компенсирующая способность гнутого отвода под углом 90° должна определяться по формуле

(19)

где Dl—максимально допустимое продольное перемещение трубо­провода от действия температуры, которое может быть компенси­ровано отводом, см; l₁—длина прилегающего к отводу прямого участка трубопровода, .воспринимающего перемещение Dl,см; r— радиус изгиба отвода, см; Д—наружный диаметр трубы, см; R— расчетное сопротивление материала труб, МПа (кгс/см²), определяе­мое в соответствии с требованиями п. 5.3; Е—модуль ползучести, МПа (кгс/см²),- определяемый согласно требованиям п. 5.4.

Основные геометрические параметры гнутого отвода показаны на рис. 3. а.

5.29. Максимально допустимое расстояние от конца отвода до места неподвижного закрепления l, см (рис. 3, а) следует определять по формуле

(20)

где Dl — компенсируемое отводом продольное перемещение трубопровода от действия температуры, определяемое по формуле (19); а, Dt—обозначения те же, что и в формуле (13).

5.30. Компенсирующая способность П-образного ком­пенсатора определяется по формуле

(21)

где Dl—максимально допустимое продольное перемещение трубо­провода от действия температуры, которое может быть воспринято компенсатором, см; h—полный вылет компенсатора, см; а—длина прямого участка компенсатора, см; r— радиус изгиба компенсато­ра, см; Д—наружный диаметр трубы, см; R—расчетное сопротивление материала трубы, МПа (кгс/гм²), определяемое в соответствии с требованиями п. 5.3; Е—модуль ползучести, МПа (кгс/см²), определяемый согласно требованиям п. 5.4.

Основные геометрические параметры П-образного компенсатора h, r и а показаны на рис. 3, б.

5.31. Максимально допустимые расстояния от ком­пенсатора до места неподвижного закрепления трубо­провода l, см (рис. 3, б) должны вычисляться по фор­муле

(22)

где Dl— воспринимаемое компенсатором продольное перемещение трубопровода от действия температуры, определяемое по формуле (21); а, Dt—обозначения те же, что и в формуле (13).

5.32. Для компенсации температурных деформаций прямолинейных участков трубопроводов длиной до 12 м размеры лирообразного компенсатора (рис. 3, в) сле­дует принимать исходя из следующих соотношений: г₁ = 5Д, r = 3,5Д, В = ЗД, h = 15Д.

5.33. Расстояние от осей тройников (ответвлений) или от концов отводов до мест неподвижного закрепле­ние трубопровода следует принимать равным

(23)

где К—коэффициент, принимаемый равным: для труб из ПВХ-25; ПНД-10; ПП-12,5; ПВД-5; Dl, Д—обозначения те же, что в фор­муле (19).

ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

5.34. Подземные трубопроводы следует .проверять по прочности и деформациям поперечного сечения.

5.35. Расчетные сопротивления материала труб для подземного трубопровода следует определять по фор­муле

(24)

где R—расчетное сопротивление материала труб, определяемое согласно п. 5.3; К₁ — коэффициент условий прокладки подземного трубопровода, принимаемый равным 0,8—для трубопроводов, про­кладываемых в местах, труднодоступных для рытья траншей в слу­чае его повреждения; 0,9—для трубопроводов, прокладываемых под усовершенствованными покрытиями; 1,0—для остальных тру­бопроводов.

5.36. Несущая способность подземных трубопроводов должна проверяться путем сопоставления предельно до­пустимых расчетных характеристик материала трубо­провода с расчетными нагрузками на трубопровод, при этом внешние, нагрузки приводятся к двум эквивалент­ным противоположно направленным вдоль вертикально­го диаметра линейным нагрузкам.

5.37. Полная расчетная приведенная (эквивалент­ная) линейная нагрузка Р_пр, Н/м (кгс/м) должна опре­деляться по формуле

(25)

где Q — равнодействующие расчетных вертикальных нагрузок, H/м (кгс/м), определяемые и в соответствии с требованиями пп 5.44—5.48; b — коэффициент приведения нагрузок, определяемый согласно указаниям п 5.38; h — коэффициент, учитывающий боковое давление грунта на трубопровод, определяемый в соответствии с указаниями п. 5.39.

5.38. Значение коэффициента приведения нагрузок b следует принимать зависимости от способа опирания трубопровода на грунт:

а) для нагрузок от давления грунта: при укладке на плоское основание—0,75; при укладке на спрофилиро­ванное основание с углом охвата трубы 2а= 70°—0,55, 2а =90°— 0,50, 2а = 120° — 0,45;

б) для нагрузок от массы трубопровода и транспортируемого вещества: при укладке на плоское основание — 0,75, при укладке на спрофилированное основание с углом охвата трубы 2а = 75°— 0,35, 2а =90°— 0,30, 2а= 120°—0,25.

5.39. Величину коэффициента h, учитывающего боко­вое давление грунта на трубопровод, следует принимать в зависимости от степени уплотнения засыпки в преде­лах от 0,85 до 0,95.

5.40. Несущую способность подземных трубопрово­дов по условию прочности следует проверять на дейст­вие только внутреннего давления транспортируемого ве­щества, при этом полное расчетное приведенное (экви­валентное) напряжение s_пр, МПа (кгс/см²), вычисленное в соответствии с требованиями п. 5,18 должно удовлет­ворять неравенству

(26)

где R₁ — расчетное сопротивление материала труб для подземного трубопровода, МПа (кгс/см²), определяемое согласно п. 5,35.

5.41. Несущую способность подземного трубопровода по условию предельно допустимой величины овализации. поперечного сечения трубы (укорочения вертикального диаметра) следует определять по формуле

(27)

где 100%— относительная деформация вертикального

диаметра трубы, %, Р_ПР—расчетная внешняя приведенная нагрузка на трубопровод, Н/м (кгс/см), определяемая в соответствии с требованиями п.5.37, Р_Л—параметр, характеризующий жесткость трубопровода, Мпа (кгс/см²), вычисляемый по формуле (38), Д— Наружный диаметр трубопровода, м (см); x—коэффициент, учиты­вающий распределение нагрузки и опорной реакции, который сле­дует принимать: при укладке трубопровода на плоское основание — 1,3, при укладке на спрофилированное основание 1,2; Q—коэффи­циент, учитывающий совместное действие отпора грунта и внутреннего (внешнего) давления, вычисляемый по формуле

(28)

—предельно допустимая величина овализации поперечною се­чения трубы, %, принимаемая для труб из полиэтилена высокого и низкого давления—5%, полипропилена—4%, поливинилхлорида-3,5%.

В формуле (28) Р_ГР—параметр, учитывающий отпор грунта, определяемый по формуле (37); Р—внутреннее давление транспортируемого вещества (считается по­ложительным) или внешнее равномерное радиальное давление (считается отрицательным), которое может быть атмосферным (при образовании в трубе вакуума) или гидростатическим (при прокладке трубопровода ни­же уровня воды) или давлением грунта.

5.42. Несущую способность подземного трубопровода по условию устойчивости круглой формы поперечного сечения следует проверять соблюдением неравенства

(29)

где Р_КР—предельная величина внешнего равномерного радиального давления, МПа (кгс/см²), которое труба способна выдержать без потери устойчивости круглой формы поперечного сечения; К₂— коэффициент условий работы трубопровода на устойчивость, принимаемый равным К₂£ 0,6; Р_ПР — расчетная внешняя приведенная нагрузка, Н/м (кгс/см), вычисляемая в соответствии с требованиями п. 5.37 Р_ВАК—величина возможного на расчетном участке трубопровода вакуума, Мпа (кгс/см²), Р_Г.В—внешнее гидростатиче­ское давление грунтовых вод на трубопровод, МПа (кгс/см²), оп­ределяемое по формуле

(30)

Д—наружный диаметр трубопровода, м (см);

В формуле (30) g_В—плотность воды, с учетом растворенных в ней солей, Н/м³ (кгс/см³); Н_Г.В — высо­та столба грунтовой воды над верхом трубопровода, м (см).

5.43. За критическую величину предельного внешне­го равномерного радиального давления следует прини­мать меньшее из значений, вычисленных по формулам:

(31)

(32)—(33)

где Р_ГР, Р_Л— параметры, определяемые соответственно по форму­лам (37) и (38). -

5.44. Расчетная нагрузка на трубопровод от давле­ния грунта Q_ГР, Н/м (кгс/см) должна определяться по формулам:

при укладке в траншее

(34)

при укладке в насыпи

(35)

где n_ГР— коэффициент перегрузки давления грунта, принимаемый по табл 10; q^H_ГР—нормативная вертикальная нагрузка от давления грунта, Н/м² (кгс/см²), определяемая согласно п.5.8; В—ширина траншеи на уровне верха трубопровода, м (см); Д—наружный диаметр трубопровода, м (см); К_ГР—коэффициент вертикального дав­ления грунта, определяемый по табл. 13; К_Н—коэффициент кон­центрации давления грунта в насыпи, определяемый по формуле.

(36)

Таблица 13

Глубина заложения трубопро-вода, Н, м

Коэффициент верти­кального давления К_ГР для грунтов

. Глубина заложения трубопро­вода, Н, м

Коэффициент верти­кального давления К_ГР для грунтов

Пески, супеси, суглинок твердый

Суглинок. пластинча­тый, глина твердой кон­систенции

Пески, супеси, суглинок твердый

Суглинок пластинчатый, глина твердой кон­систенции

0,5

0,82

0,85

5,0

0,43

0,46

1,0

0,75.

0,78

6,0

0,37

0,40

2,0

0,67

0,70

7,0

0,32

0,34

3,0

0,55

0,58

8,0

0,29

0,32

4,0

0,49

0,52

В формуле (36): Р_ГР—параметр, характеризующий жесткость засыпки, МПа (кгс/см²), рассчитываемый по соотношению

(37)

Р_Л—параметр, характеризующий жесткость трубопро­вода, МПа (кгс/см²), рассчитываемый по формуле

(38)

В формулах (37) и (38): Е_ГР —модуль деформации грунта засыпки, принимаемый в зависимости от степени уплотнения грунта: для песчаных грунтов—от 8,0 до 16,0 МПа (от 80 до 160 кгс/см²), для супесей и суглин-ков—от 2,0 до 6,0 МПа (от 20 до 60 кгс/см²), для глин—от 1,2 до 2,5 МПа (от 12 до 25 кгс/см²); Е —мо­дуль ползучести материала труб, МПа (кгс/см²), опреде­ляемый в соответствии с требованиями п. 5.4.

5.45. Расчетная нагрузка на трубопровод от тран­спорта Н/м (кгс/см) должна определяться по формуле