Теги - Общие требования Инструкции РДС Государственные элементные сметные нормы

---

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛСКИЙ

ИНСТТУТ ПО МОНТАЖНЫМ И СПЕЦИАЛЬНЫМ

СТРОИТЕЛЬНЫМ РАБОТАМ (ВНИИмонтажспецстрой)

МИНМОНТАЖСПЕЦСТРОЯ СССР

ПОСОБИЕ

по расчету на прочность технологических стальных

трубопроводов на Ру 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 Ру 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 Ру 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 [σ] при расчете элементов и соединений трубопроводов на статическую прочность следует принимать по формуле

.      (1)

1.7. Коэффициенты запаса прочности по временному сопротивлению nb, пределам текучести ny и длительной прочности nz  следует определять по формулам:

ny = nz = 1,30γ;         (2)

nb = 2,1γ.              (3)

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

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

,                        (4)

где [σ20] - определяется в соответствии с п.1.6 с учетом характеристик и ;

       At - температурный коэффициент, определяемый по табл.2.

Таблица 2

Примечания: 1. Для промежуточных значений температур значение величины At - 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 φd и φw:

φ = min[φd, φw].                        (5)

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

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

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

РАСЧЕТНАЯ И НОМИНАЛЬНАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА

СТЕНОК ЭЛЕМЕНТОВ

1.14. Расчетную толщину стенки tR 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 ≥ tR + 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)

σeq≥[σ20];                (8)

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

.            (9)

Величину [σа] следует определять по формуле (8) или (9) прил. 2 при значении Nc = Ncp, вычисленном по формуле

,  (10)

где      σ0 = 168/γ - для углеродистых и низколегированных сталей;

σ0 =240/γ - 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 Ру, 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/(De-t)≥1,7, не подлежащих проверке на выносливость в соответствии с п.1.19. на расчетную толщину стенок tR1 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

tR1 = k1tR,           (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

Примечание. Значение k1 для промежуточных значений tR/(De - tR)  и aR следует определять линейной интерполяцией.

3.4. При определении номинальной толщины стенки прибавка С2 не должна учитывать утонение на внешней стороне гнутого отвода.

РАСЧЕТ БЕСШОВНЫХ ОТВОДОВ С ПОСТОЯННОЙ ТОЛЩИНОЙ СТЕНОК

3.5. Расчетную толщину стенки следует определять по формуле

tR2 = k2tR,         (19)

где коэффициент k2 следует определять по табл. 4.

Таблица 4

Примечание. Значение k2 для промежуточных значений R/(De-tR) следует определять линейной интерполяцией.

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНОК СЕКТОРНЫХ ОТВОДОВ

3.6. Расчетную толщин стенок секторных отводов (черт. 1,б) следует определять по формуле

tR3 = k3tR,           (20)

где коэффициент k3 отводов, состоящих из полусекторов и секторов с углом скоса θ до 15°, определяемый по формуле

.         (21)

При углах скоса θ >15° коэффициент k3 следует определять по формуле

.          (22)

3.7. Секторные отводы с углами скоса θ >15° следует применять в трубопроводах, работающих в статическом режиме и не требующих проверки на выносливость в соответствии с п. 1.18.

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНОК

ШТАМПОСВАРНЫХ ОТВОДОВ

3.8. При расположении сварных швов в плоскости изгиба (черт.1,в)  толщину стенки следует вычислять по  формуле

.            (23)

3.9. При расположении сварных швов на нейтрали (черт. 1,г) расчетную толщину стенки следует определять как наибольшее из двух значений, вычисленных по формулам:

;            (24)

.           (25)

3.10. Расчетную толщину стенки отводов с расположением швов под углом β (черт. 1,г) следует определять как наибольшее из значений tR3 [см. формулу (20)] и значения tR12, вычисленного по формуле

.       (26)

Таблица 5

Примечание. Значение k3 для штампосварных отводов следует вычислять по формуле (21).

Угол β следует определять для каждого сварного шва, отсчитывая его от нейтрали, как показано на черт. 1,г.

ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

3.11. Расчетное напряжение в стенках отводов, приведенное к нормальной температуре, следует вычислять по формуле

        (27)

или

,      (28)

где значение ki следует определять по табл. 5.

РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ

3.12. Допустимое внутреннее давление в отводах следует определять по формуле

,       (29)

где коэффициент ki следует определять по табл. 5.

4. ПЕРЕХОДЫ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ

4.11. Расчетную толщину стенки конического перехода (черт. 2,а) следует определять по формуле

     (30)

или

,         (31)

где φw - коэффициент прочности продольного сварного шва.

Формулы (30) и (31) применимы, если

α≤15° и 0,003≤≤0,25

или

15°<α≤45° и 0,003≤≤0,15

и

.

Черт. 2. Переходы

а - конический; б - эксцентрический

4.2. Угол наклона образующей α следует вычислять по формулам:

для конического перехода (см. черт. 2,а)

;               (32)

для эксцентрического перехода (черт.2,б)

.                 (33)

4.3. Расчетную толщину стенки переходов, штампованных из труб, следует определять как для труб большего диаметра в соответствии с п.2.1.

4.4. Расчетную толщину стенки переходов, штампованных из листовой стали, следует определять в соответствии с разд.7.

ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

4.5. Расчетное напряжение в стенке конического перехода, приведенное к нормальной температуре, следует вычислять по формуле

         (34)

или

.              (35)

РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ

4.6. Допустимое внутреннее давление в переходах следует вычислять по формуле

.   (36)

5. ТРОЙНИКОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ПОД

ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ

5.1. Расчетную толщину стенки магистрали (черт. 3,а) следует определять по формуле

               (37)

или

                   (38)

Черт. 3. Тройники

а - сварной; б - штампованный

5.2. Расчетную толщину стенки штуцера следует определять в соответствии с п.2.1.

РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОЧНОСТИ МАГИСТРАЛИ

5.3. Расчетный коэффициент прочности магистрали следует вычислять по формуле

,  (39)

где    t ≥ t7 +C.

При определении ΣА площадь наплавленного металла сварных швов допускается не учитывать.

5.4. Если номинальная толщина стенки штуцера или присоединенной трубы равна t0b + С и отсутствуют накладки, следует принимать ΣА=0. В этом случае диаметр отверстия должен быть не более вычисленного по формуле

.    (40)

Коэффициент недогрузки магистрали или корпуса тройника следует определять по формуле

                       (41)

или

                        (41а)

5.5. Укрепляющую площадь штуцера (см. черт. 3,а) следует определять по формуле

.   (42)

5.6. Для штуцеров, пропущенных внутрь магистрали на глубину hb1 (черт. 4.б), укрепляющую площадь следует вычислять по формуле

Аb2=Аb1 +Аb.                                     (43)

Величину Аb следует определять по формуле (42), а Аb1 - как наименьшее из двух значений, вычисленных по формулам:

Аb1=2hb1(tb -C);                               (44)

.    (45)

Черт. 4. Типы сварных соединений тройников со штуцером

а - примыкающим к наружной поверхности магистрали;

б - пропущенным внутрь магистрали

5.7. Укрепляющую площадь накладки Аn следует определять по формуле

Аn=2bntn.             (46)

Ширину накладки bn следует принимать по рабочему чертежу, но не более величины, вычисленной по формуле

.     (47)

5.8. Если допускаемое напряжение для укрепляющих деталей [σ]d меньше [σ], то расчетные значения укрепляющих площадей умно­жаются на [σ]d/[σ].

5.9. Сумма укрепляющих площадей накладки и штуцера должна удовлетворять условию

ΣА≥(d-d0)t0.            (48)

РАСЧЕТ СВАРНОГО ШВА

5.10. Минимальный расчетный размер сварного шва (см. черт. 4) следует принимать по формуле

,     (49)

но не менее толщины штуцера tb.

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНОК ТРОЙНИКОВ С ОТБОРТОВАННЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ

И ВРЕЗНЫМИ СЕДЛОВИНАМИ

5.11. Расчетную толщину стенки магистрали следует определять в соответствии с п.5.1.

5.12. Коэффициент прочности φd следует определять по формуле (39). При этом вместо d следует принимать величину deq (черт. 3.б), подсчитанную по формуле

deq=d + 0,5r.     (50)

5.13. Укрепляющую площадь отбортованного участка необходимо определять по формуле (42), если hb>. При меньших значениях hb площадь укрепляющего сечения следует определять по формуле

Аb = 2hb[(tb - C) - t0b].    (51)

5.14. Расчетная толщина стенки магистрали с врезной седловиной должна быть не менее значения, определенного в соответствии с п.2.1. при φ =  φw.

ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

5.15. Расчетное напряжение от внутреннего давления в стенке магистрали, приведенное к нормальной температуре, следует вычислять по формуле

         (52)

или

     (53)

Расчетное напряжение штуцера следует определять по формулам (14) и (15).

РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ

5.16. Допустимое внутреннее давление в магистрали следует определять по формуле

.   (54)

6. ПЛОСКИЕ КРУГЛЫЕ ЗАГЛУШКИ

ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ЗАГЛУШКИ

6.1. Расчетную толщину плоской круглой заглушки (черт. 5,а,б) следует определять по формуле

(55)

или

,          (56)

где γ1 = 0,53 при r =0 по черт.5,а;

      γ1 = 0,45 по черт.5,б.

Черт. 5. Круглые плоские заглушки

а - пропущенная внутрь трубы; б - приваренная к торцу трубы;

в - фланцевая

6.2. Расчетную толщину плоской заглушки между двумя фланцами (черт.5,в) следует определять по формуле

       (57)

или

.             (58)

Ширина уплотнительной прокладки b определяется по стандартам, техническим условиям или чертежу.

 

РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ

6.3. Допустимое внутреннее давление для плоской заглушки (см. черт. 5,а,б) следует определять по формуле

.      (59)

6.4. Допустимое внутреннее давление для плоской заглушки между двумя фланцами (см.черт.5,в) следует определять по формуле

.      (60)

7. ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ ЗАГЛУШКИ

ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИМ

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ БЕСШОВНОЙ ЗАГЛУШКИ

7.1. Расчетную толщину стенки бесшовной эллиптической заглушки (черт.6) при 0,5≥ h/De ≥0,2 следует вычислять по формуле

      (61)

или

.            (62)

Если tR10 получается менее tR при φ = 1,0 следует принимать  = 1,0 следует принимать tR10 = tR.

Черт. 6. Эллиптическая заглушка

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ЗАГЛУШКИ С ОТВЕРСТИЕМ

7.2. Расчетная толщина заглушки с центральным отверстием при d/De - 2t ≤ 0,6 (черт.7) определяется по формуле

       (63)

или

.           (64)

Черт. 7. Эллиптические заглушки со штуцером

а - с укрепляющей накладкой; б - пропущенным внутрь заглушки;

в - с отбортованным отверстием

7.3. Коэффициенты прочности заглушек с отверстиями (черт. 7,а,б) следует определять в соответствии с пп. 5.3-5.9, принимая t0 =tR10 и      t≥ tR11+C, а размеры штуцера - по трубе меньшего диаметра.

7.4. Коэффициенты прочности заглушек с отбортованными отверстиями (черт. 7,в) следует подсчитывать в соответствии с пп. 5.11-5.13. Значение hb следует принимать равным L-l-h.

РАСЧЕТ СВАРНОГО ШВА

7.5. Минимальный расчетный размер сварного шва по периметру отверстия в заглушке следует определять в соответствии с п. 5.10.

ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

7.6. Расчетное напряжение от внутреннего давления в стенке эллиптической заглушки, приведенное к нормальной температуре, определяется по формуле

            (65)

или

.                 (66)

РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ

7.7. Допустимое внутреннее давление для эллиптической заглушки определяется по формуле

.      (67)

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДА НА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ НАГРУЗКИ

РАСЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК

1. Поверочный расчет трубопровода на дополнительные нагрузки следует выполнять с учетом всех расчетных нагрузок, воздействий и реакций опор после выбора основных размеров.

2. Расчет статической прочности трубопровода следует производить в два этапа: на действие несамоуравновешенных нагрузок (внутреннего давления, веса, ветровой и снеговой нагрузок и т.п.) - этап 1, а также с учетом температурных перемещений - этап 2. Расчетные нагрузки следует определять  в соответствии с пп. 1.3. - 1.5.

3. Внутренние силовые факторы в расчетных сечениях трубопровода следует определять методами строительной механики стержневых систем с учетом гибкости отводов. Арматура принимается абсолютно жесткой.

4. При определении усилий воздействия трубопровода на обору­дование при расчете на этапе 2 необходимо учитывать монтажную растяжку.

РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ

5. Окружные напряжения σ от внутреннего давления следует принимать равными расчетным напряжениям, вычисленным по формулам разд. 2-7.

6. Напряжение от дополнительных нагрузок следует подсчитывать по номинальной толщине стенки. Выбранной при расчете на внутреннее давление.

7. Осевые и касательные напряжения от действия дополнительных нагрузок следует определять по формулам:

;           (1)

.                    (2)

8. Эквивалентные напряжения на этапе 1 расчета следует определять по формуле

.     (3)

9. Эквивалентные напряжения на этапе 2 расчета следует вычислять по формуле