8 812 123 45 67
Расчёт прочности паропроводов в соответствии с РД 10-249-98

Обеспечение надёжности и безопасности трубопроводных систем – это сложный и многогранный процесс, который включает в себя множество этапов, одним из ключевых среди которых является расчёт на прочность.

Для выполнения расчёта на прочность трубопроводов необходимо использовать соответствующие нормативные документы, которые определяют требования к трубопроводам в зависимости от их назначения. Например, для расчёта магистральных газо-нефтепроводов используется СП 36.13330.2012 [1], для промысловых трубопроводов – ГОСТ Р 55990-2014 [2], трубопроводы пара и горячей воды (паропроводы) же должны соответствовать РД 10-249-98 "Нормы расчёта на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды" [3].

Для оценки прочности паропровода в соответствии с рассматриваемым РД 10-249-98 проводится полный расчёт трубопровода, состоящий из ряда этапов. В свою очередь, каждый из этапов выполняется на совместное действие определённого сочетания нагружающих факторов (рисунок 1).

Рисунок 1 – Этапы полного расчёта трубопровода [3]

Как следует из таблицы, каждый из этапов имеет своё назначение – будь то оценка статической прочности для расчёта на действие весовой нагрузки, или же определение температурного расширения – для расчёта на действие температурного расширения, соответственно. 

Кроме того, на каждом этапе расчёта фигурирует своё расчётное состояние трубопровода – рабочее или холодное. Состояния эти логично взаимосвязаны – холодное состояние определяет сочетание нагрузок и воздействий на трубопровод после снятия температуры и давления продукта, рабочее, напротив, после заполнения трубопровода продуктом и его разогрева.

Ход исследования

Рассмотрим основные аспекты расчёта на действие весовой нагрузки на примере участка паропровода, выполненного из стали 09Г2 с рабочими параметрами перекачиваемого пара – 300°С и 3 МПа (рисунок 2).

Рисунок 2 – Исследуемый участок паропровода

Так, в соответствии с РД 10-249-98, расчётная модель паропровода на данном этапе нагружается лишь рабочим давлением и весовой нагрузкой, т.е. температурное расширение здесь не учитывается. 

Опорно-подвесная система при этом моделируется различно в зависимости от типа исполнения опоры. В соответствии с п. 5.2.3.10 РД 10-249-98 в местах установки опор скольжения и направляющих опор вводятся соответствующие граничные условия, исключающие недопустимые опорой перемещения (рисунок 3). 

Рисунок 3 – Односторонняя направляющая опора

Упругие опоры моделируются введением сил реакций, соответствующих рабочему состоянию паропровода, что требует наличия информации о ходе пружин при переходе трубопровода из монтажного состояния. 

Непосредственная оценка статической прочности паропроводов по данному этапу проводится сравнением величины допускаемых напряжений с возникающими в конструкции эффективными напряжениями, вычисляемых различно для труб прямолинейных (формула 1) и криволинейных (отводы) (формула 2):

(1)

где

– эффективное напряжение, МПа;

– приведённое напряжение в стенке трубы от действия внутреннего давления, МПа;

– продольное напряжение от изгибающего момента и осевой силы, МПа;

– напряжение кручения, МПа.

(2)

где

– коэффициент перегрузки;

– расчётные коэффициенты;

– изгибающие моменты в сечении, Н∙мм;

– момент сопротивления, мм3.

Современные программные пакеты численного моделирования, которые не специализируются на расчётах трубопроводных систем, не содержат напрямую требуемые для оценки результирующие функции. Тем не менее, использование балочной постановки в сочетании с пользовательскими результатами (например, в программном комплексе Ansys), делает подобную оценку возможной.

Рисунок 4 – Распределение эффективного напряжения  при расчёте на действие весовой нагрузки для прямолинейных труб

Рисунок 5 – Распределение эффективного напряжения  при расчёте на действие весовой нагрузки для криволинейных труб (отводов)

Заключение

Таким образом, в контексте расчётов по конкретным нормам и стандартам, не всегда есть необходимость в использовании специализированного ПО. Предпочтение может отдаваться и универсальным пакетам численного моделирования. 

Однако, следует учитывать, что в универсальных пакетах не все необходимые функции могут быть доступны напрямую. Поэтому под каждую конкретную задачу необходимо выполнение настройки и адаптации используемого пакета.

Вместе с тем, правильно настроенный универсальный пакет может предоставить функционал не хуже уровня специализированного ПО. Помимо этого, подобные пакеты могут быть использованы в совершенно различных сферах деятельности, что является их дополнительным преимуществом. Тем самым, использование универсальных пакетов для различного рода расчётов может быть действительно выгодным и эффективным решением.

Список использованных источников 

1. СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85.

2. ГОСТ Р 55990-2014 Месторождения нефтяные и газонефтяные. Промысловые трубопроводы. Нормы проектирования.

3. РД 10-249-98 Нормы расчёта на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды.

4. Расчётные состояния трубопровода [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://edu.truboprovod.ru/kbase/doc/start/WebHelp_ru/raschsost.htm 

вернуться к списку новостей
Рассчитать стоимость онлайн
Сообщите основную информацию о вашей задаче, ответьте на несколько вопросов и мгновенно получите оценку трудоемкости актуальной для вас инженерной задачи.
Узнать цену
Связанные новости
8 сентября 2023

Специалисты АО "ЦИФРА" выступят на XI Российской конференции "Методы и программное обеспечение расчетов на прочность"

Со 2 по 6 октября 2023 в г. Сочи пройдет XI Российская конференция "Методы и программное обеспечение расчетов на прочность". Конференция является значимым событием для инженерного сообщества и традиционно служит отличной площадкой для обмена опытом и обсуждения методов и подходов к решению актуальных отраслевых задач.
Новости
19 июня 2023

Аттестация ANSYS/LS-DYNA и ANSYS Mechanical для расчетов железобетонных строительных конструкций ЗиС ОИАЭ

Экспертным советом по аттестации программ для ЭВМ при Ростехнадзоре ФБУ «НТЦ ЯРБ» согласованы и выпущены аттестационные паспорта программ для ЭВМ ANSYS/LS-DYNA и ANSYS Mechanical для выполнения расчетов напряженно-деформированного состояния бетонных и железобетонных строительных конструкций зданий и сооружений (ЗиС) объектов использования атомной энергетики (ОИАЭ) под действием статических и динамических нагрузок, с учетом возможности развития под нагрузкой пластических деформаций и трещинообразования, для режимов нормальной эксплуатации, нарушения нормальной эксплуатации, проектных и запроектных аварий.
Новости
Связанные публикации в блоге
7 сентября 2023

Численное моделирование обтекания сферы сверхзвуковым потоком

Специалистами АО «ЦИФРА» продемонстрирована возможность применения численного моделирования для определения сопротивления объектов, обтекаемых сверхзвуковым/гиперзвуковым потоком, на примере решения тестовой задачи в программном пакете Ansys Fluent с последующей верификацией полученных результатов.
Блог
18 июля 2023

Расчёт прочности и долговечности элементов компрессорного оборудования с учётом сварных соединений

Специалисты группы расчётов нефтегазового оборудования АО «ЦИФРА» исследовали прочность с учётом сварных соединений в конструктивных элементах компрессорного оборудования. В качестве объекта исследования рассматривается рабочее колесо центробежного компрессора, являющееся главным рабочим органом данного типа оборудования. Трёхмерная геометрическая модель построена по аналогии с приведёнными типовыми чертежами в [1].
Блог
Связанные вебинары
23 декабря 2020

Повышение эффективности процессов промышленной газоочистки с использованием численного моделирования

На вебинаре рассмотрим численное моделирование современных газоочистных установок.
Вебинары
23 июля 2020

Применение компьютерного моделирования при ремонте и модернизации судов

В рамках Договора о научно-техническом сотрудничестве между АО «ЦНИИМФ» и АО «ЦИФРА» на данном вебинаре заведующий отделом конструктивной надежности и защиты судов от коррозии АО «ЦНИИМФ» Алексей Петров расскажет об имеющемся опыте и перспективах использования компьютерного моделирования для решения различных задач, связанных с ремонтом или модернизацией судов в эксплуатации.
Вебинары
Сделайте заказ
Изменить файл
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.
Успешно отправлено! Наш специалист свяжется с Вами в ближайшее время!