Избранные места из ГОСТ 32388— 2013 «Трубопроводы технологические»

Разговоры по теме «Подводные расчеты допускаемых напряжений для режима ПДКОН − постоянно действующих и кратковременных нагрузок»

 

Нормативный документ ГОСТ 32388 интересен и многогранен. Часто бывает, что инженер, особенно новичок в расчетном направлении, сталкивается с неоднозначной трактовкой ограничений, прописанных в документе. Ведь норматив рассматривает и стальные трубопроводы, и полимерные, и трубы из цветных металлов, и ограничения по рабочему давлению и температуре, а еще криогенные, среднетемпературные, высокотемпературные, до 10 МПа, свыше, вакуумные и другие ограничения.

Этот ГОСТ определяет три типа режима работы для трубопроводов вне зависимости от типа и рабочих условий: ПДН, ПДКОН и испытания.

В режиме ПДН выполняются все положенные расчеты:

- Действие постоянных и длительных временных несамоуравновешенных нагрузок в рабочем состоянии;

- Действие постоянных, длительных временных самоуравновешенных и несамоуравновешенных нагрузок и воздействий в рабочем состоянии;

- Действие постоянных, длительных временных самоуравновешенных и несамоуравновешенных нагрузок и воздействий в холодном (нерабочем) состоянии;

-   Расчет на малоцикловую усталость.

В режиме ПДКОН выполняется только расчет напряжений от действия постоянных, длительных временных, кратковременных и особых самоуравновешенных и несамоуравновешенных нагрузок и воздействий в рабочем состоянии. При этом допускаемые напряжения (от веса, от всех воздействий, от давления) принимаются как для кратковременных воздействий.

Следует иметь в виду, что режим ПДН является обязательным для ГОСТ 32388-2013. При этом учитываются только постоянные и длительные временные нагрузки. Режим ПДКОН является дополнительным. Допускаемые напряжения при этом численно принимаются выше, но должны обязательно учитываться дополнительные нагрузки (кратковременные).

Расчет допускаемых напряжений для него не однозначен, что приводит в тупик не только простых инженеров, но и высококвалифицированных специалистов, которые редко сталкивались с заданием кратковременных нагрузок. Разработчики программы СТАРТ рекомендуют выбирать тип ПДКОН для таких режимов, которые действуют очень непродолжительное время, - например, испытания, пропарка, выгиб или прогиб корпуса судна. В остальных ситуациях для упрощения расчетов разработчик рекомендует выбирать режим ПДН.

Корректна ли эта рекомендация? Наш совет грамотным специалистам −  использовать режимы, которые соответствуют критериям прочности, указанным в ГОСТ 32388— 2013. А разобраться с допускаемыми напряжениями для временных режимов, таких, например, как ПДКОН, поможет эта статья.

            ГОСТ 32388 однозначно трактует, что снеговая, гололедная, ветровая нагрузки, от срабатывания ПК и подвижного состава – кратковременные, а сейсмическая и другие динамические нагрузки относятся к особым (шифры с 11-16, таб. 6.1 ГОСТ). Уже это одно означает, что все описанные выше нагрузки нельзя рассматривать как постоянные или длительные.

Для средне- и высокотемпературных трубопроводов давлением до 10 МПа следует учитывать режимы и проверять систему на прочность для них согласно таблице 1.

Таблица 1. Критерии прочности.

Этап

Нагрузки

Условие прочности

 

 

Среднетемпературный трубопровод

Высокотемпературный трубопровод

Режим ПДН

1

Действие постоянных и длительных временных несамоуравновешенных нагрузок в рабочем состоянии

σе<1,1 [σ]

σе<1,1 [σ]

2

Действие постоянных, длительных временных самоуравновешенных и несамоуравновешенных нагрузок и воздействий

в рабочем состоянии

-

σе<1,5 [σ]

3

Действие постоянных, длительных временных самоуравновешенных и несамоуравновешенных нагрузок и воздействий

в холодном (нерабочем) состоянии

-

σе<1,5 [σ]20

4

Расчет на малоцикловую усталость

Δσе,1 < [Δσе]

-

Режим ПДКОН

5

Действие постоянных, длительных временных, кратковременных и особых несамоуравновешенных нагрузок в рабочем

состоянии

σе< 1,5 [σ]

σе< 1,5 [σ]

6

Действие постоянных, длительных временных, кратковременных и особых самоуравновешенных и несамоуравновешенных нагрузок и воздействий в рабочем состоянии

-

σе<1,9[σ]

Режим «сейсмика»

7

Действие постоянных, длительных временных, кратковременных несамоуравновешенных и сейсмических нагрузок в

рабочем состоянии

Для категорий Is:

σе<1,6[σ]

Для категорий IIs и IIIs:

σе < 1,9 [σ]

 

Из таблицы видно, что нормативный документ рассматривает допускаемые напряжения для режима ПДКОН в 1,5[σ] и 1,9[σ] в зависимости от температурного режима. Если мы будем использовать вместо режима ПДКОН режим ПДН, то поставим свою систему в худшие условия, что может привести к серьезным проблемам, которых в реальности могло бы и не быть.

Рассмотрим также допускаемые напряжения и для других материалов и рабочих условий в рамках ГОСТ.

Что касается металлических трубопроводов с давлением свыше 10 МПа, с ними все просто: поверочный расчет таких объектов выполняют, согласно разделу 9, как для труб с давление менее 10 МПа, за исключением формул для расчета напряжений в отводах, тройниках (врезках).

Расчет вакуумных металлических трубопроводов (до ползучести) ведется практически так же, как и трубопроводов с нормальным давлением, за исключением толщин стенок и допустимого наружного избыточного давления:

- поверочный расчет трубопровода при испытаниях по режиму ПДКОН выполняют согласно разделу 9, при этом расчет ведут на внутреннее избыточное давление 0,2 МПа;

- поверочный расчет трубопровода с учетом наружного избыточного давления по режиму ПДН выполняют согласно разделу 9.

 

Теперь поговорим о низкотемпературных металлических трубопроводах. К низкотемпературным (криогенным) относят трубопроводы с температурой от -269 °С до -70 °С.

Условия прочности на всех этапах полного расчета трубопровода приведены в таблице 2. Оценку прочности на некоторых этапах не ведут.

Таблица 2. Критерии прочности для низкотемпературных трубопроводов.

Этап

Нагрузки

Условие прочности

Режим ПДН

2

Совместное действие постоянных и всех длительных временных нагрузок и воздействий в рабочем состоянии (при криогенных температурах)

σе<[σ]*

σе<2,5[σ]**

4

Расчет на малоцикловую усталость

Δσе,1 < [Δσе]

Режим ПДКОН

6

Совместное действие всех нагрузок и воздействий в рабочем состоянии

σе<[σ]*

σе<2,5[σ]**

Режим «сейсмика»

8

Совместное действие всех нагрузок и воздействий в рабочем состоянии и сейсмических нагрузок

σе<[σ]*

σе<2,5[σ]**

* Условие только для труб

** Условие только для тройников, врезок, отводов и переходов

Как видно из Таблицы 2, предположение о том, что для режима ПДКОН можно использовать допускаемые напряжения режима ПДН, отчасти верно, но только для низкотемпературных металлических трубопроводов.

 

Что касается трубопроводов из полимерных материалов, то стандарт распространяется только на жесткие и гибкие неармированные трубопроводы и гибкие армированные трубопроводы, а жесткие армированные трубопроводы в стандарт не входят.

Трубопроводы из полимерных материалов в зависимости от физико-химических свойств транспортируемых по ним веществ подразделяют на группы и категории. Таким же образом, в зависимости от этих категорий, проходит и оценка прочности (категории трубопровода вы можете посмотреть в таблице 13.1, ГОСТ 32388— 2013).

Таблица 3. Критерии прочности для полимерных трубопроводов

Этап

Нагрузки

Условие прочности

Режим ПДН

1

Эквивалентное напряжение от весовых нагрузок

[σ] = КуКсКхКп, *

Kу - коэффициент условий работы трубопровода

Kc - коэффициент прочности соединения труб и деталей

Kх - коэффициент химической стойкости

Kп - коэффициент условий прокладки

 - нормативное длительное сопротивление разрушению

2

Эквивалентное напряжение от всех воздействий в рабочем состоянии

[σ] = КуКсКхКпКтКц,

Kт - коэффициент для самоуравновешенных нагрузок

Kц - коэффициент циклической прочности

3

Эквивалентное напряжение от всех воздействий в холодном состоянии

[σ] = КуКсКхКп,

при монтажной температуре

Режим ПДКОН

4

Эквивалентное напряжение от весовых нагрузок при испытаниях

[σ] = Кс,

при температуре испытаний

5

Эквивалентное напряжение от не самоуравновешенных кратковременных нагрузок

[σ] = Кс

6

Эквивалентное напряжение от всех воздействий в рабочем состоянии от кратковременных нагрузок

[σ] = КсКт

 

* Параметры согласно ГОСТ 32388-2013, часть 13

 

Как видно из Таблицы 3, допускаемые напряжения режима ПДКОН тоже не соответствуют аналогичным напряжениям по ПДН.

 

Из такого ёмкого и лаконичного анализа можно сделать самонапрашивающийся вывод: режим ПДКОН не равен режиму ПДН – у каждого режима свои критерии, за исключением криогенных трубопроводов из металла.

Поэтому инженеру необходимо правильно выбирать критерии расчета при оценке прочности, а за основу брать нужный нормативный документ, но не рекомендации, какими бы простыми они не были.

 

Остались вопросы? Обращайтесь к нам!

Специалисты Группы компаний «Русский САПР» с радостью вам помогут решить ваши задачи и ответят на вопросы.

Работайте с нами, работайте с удовольствием!

 

Не нашли нужную информацию?

Позвоните по телефону +7 (495) 744 00 11 или напишите нам на e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Наши специалисты ответят на ваши вопросы!


Яндекс.Метрика