Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Объекты энергетического комплекса arrow РТМ 38.001-94  
23.01.2018
    
РТМ 38.001-94

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

РТМ 38.001-94

УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ НА ПРОЧНОСТЬ
И ВИБРАЦИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

«СОГЛАСОВАНО»
Начальник Главного управления
по надзору в химической, нефтехимической
и нефтеперерабатывающей промышленности
Госгортехнадзора России

Александров А. И.

20 декабря 1994 г.

«УТВЕРЖДАЮ»
Начальник Управления
департамента нефтепереработки
Минтопэнерго России

Белов В. П.

26 декабря 1994 г.

РАЗРАБОТАНО Всероссийским научно-исследовательским и проектным институтом нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (ВНИПИнефть).

Директор института Никитин В. М.

Заместитель директора Сорокин В. И.

Руководитель темы, к. т. н. Миркин А. З.

Ответственные исполнители:

к. т. н. Маркелов В. П.

д. т. н. Хажинский Г. М.

Исполнители:

к. т. н. Белостоцкий A. M. (НИЦ «СТАДИО»)

к. т. н. Вольфсон Б. С.

СОГЛАСОВАНО

Начальник Главного управления по надзору в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности Госгортехнадзора РФ Александров А. И.

УТВЕРЖДЕНО

Начальник Управления департамента нефтепереработки Минтопэнерго РФ Белов В. П.

СОДЕРЖАНИЕ

 TOC o "2-3" h z "Заголовок 1;1" 1. Общие положения. 2 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500310037000000

1.1. Область применения. 2 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500310038000000

1.2. Классификация трубопроводов. 2 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500310039000000

1.3. Основные положения расчета на прочность и вибрацию.. 2 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500320030000000

1.4. Условные обозначения. 3 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500320031000000

2. Нагрузки и воздействия. 5 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500320032000000

2.1. Нагрузки и воздействия при расчетах на статическую и циклическую прочность. 5 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500320033000000

2.2. Нагрузки и воздействия при вибрации. 6 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500320034000000

3. Допускаемые напряжения. 7 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500320035000000

4. Основные положения по выбору толщины стенки. 8 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500320036000000

4.1. Коэффициенты прочности. 8 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500320037000000

4.2. Расчетная и номинальная толщины стенок элементов. 9 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500320038000000

5. Расчет на прочность труб и фасонных деталей под действием внутреннего давления. 9 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500320039000000

5.1. Трубы.. 9 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500330030000000

5.2. Отводы.. 10 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500330031000000

5.3. Переходы.. 12 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500330032000000

5.4. Тройники. 13 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500330033000000

5.5. Заглушки. 15 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500330034000000

6. Выбор расчетной схемы трубопровода. 17 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500330035000000

7. Поверочный расчет трубопровода на прочность. 18 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500330036000000

7.1. Основные положения. 18 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500330037000000

7.2. Применение и учет монтажной растяжки. 19 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500330038000000

7.3. Определение усилий воздействия трубопровода на оборудование. 20 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500330039000000

7.4. Критерии прочности. 20 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500340030000000

7.5. Расчет несущей способности (этап 1) 22 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500340031000000

7.6. Расчет на статическую прочность (этап 2) 22 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500340032000000

7.7. Расчет на циклическую прочность (этап 3а) 25 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500340033000000

7.8. Расчет на длительную циклическую прочность (этап 3б) 26 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500340034000000

7.9. Расчет трубопровода при нерабочем состоянии и испытаниях (этап 4) 26 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500340035000000

8. Расчет трубопровода на вибрацию.. 26 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500340036000000

8.1. Расчет собственных частот. 26 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500340037000000

8.2. Расчет вынужденных колебаний трубопровода. 29 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500340038000000

8.3. Критерии вибропрочности. 30 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500340039000000

9. Перечень использованных документов. 31 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500350030000000

Приложение 1 Расчет длины пролета трубопровода. 32 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500350032000000

Приложение 2 Расчет коэффициентов гибкости элементов. 32 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500350034000000

Приложение 3 Выбор фланцевых соединений. 33 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500350036000000

Приложение 4 Выбор сильфонных и линзовых компенсаторов. 35 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500350038000000

Приложение 5 Расчет трубопровода на гидроудар. 42 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500360030000000

Приложение 6 Расчетно-экспериментальные методы и средства защиты трубопроводов от вибрации. 43 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500360032000000

Приложение 7 Рекомендуемое программное обеспечение для расчетов трубопроводов на прочность и вибрацию.. 48 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500360034000000

Приложение 8 Инструментальные средства измерения и контроля вибрации. 49 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000D0000005F0054006F006300310038003100340037003500360036000000

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Область применения

1.1.1. Настоящий РТМ определяет основные требования к расчету на статическую и циклическую прочность, а также вибрацию технологических трубопроводов из углеродистой и легированной стали с рабочим давлением до 10 МПа и рабочей температурой от - 70 до 700 °С. РТМ разработан взамен пособия к СН 527-80 по расчету на прочность технологических стальных трубопроводов на Ру до 10 МПа.

Примечание. 1. Рабочее давление принимается равным максимальному избыточному давлению, возникающему при нормальном протекании технологического процесса.

2. Рабочая температура принимается равной максимальной температуре транспортируемого вещества, установленной технологическим регламентом.

1.1.2. РТМ предусматривает выбор толщины стенки элементов трубопровода по условию обеспечения их несущей способности под действием внутреннего давления. Для учета отрицательного влияния овальности на выносливость отводов при пульсирующем внутреннем давлении введена поправка на толщину стенки, полученная из условия приспособляемости.

Поверочный расчет трубопроводов предусматривает оценку статической и циклической прочности под действием нагрузок соответствующих как нормальному технологическому режиму, так и его возможным нарушениям. Предусмотрен расчет на вибрацию при пусконаладочных работах и эксплуатации.

Внутренние силовые факторы и реакции опор определяются расчетом трубопровода как упругой стержневой системы с учетом реальной гибкости элементов и сил трения в опорах скольжения. Нагрузки на оборудование и опоры определяются в рабочем и нерабочем (холодном) состояниях трубопровода, а также при испытаниях.

Оценка прочности проводится раздельно на действие несамоуравновешенных нагрузок (весовые и внутреннее давление) и с учетом всех нагружающих факторов, в том числе температурных деформаций.

Оценка прочности на действие несамоуравновешенных нагрузок выполняется по формулам метода предельного состояния. Расчет на действие всех нагружающих факторов проводится по методу максимального эквивалентного напряжения. Если в последнем случае не выполняется условие приспособляемости, то проводится дополнительный расчет на циклическую прочность, в том числе и с учетом ползучести.

В РТМ даны рекомендации по определению амплитуды и частоты пульсаций давления рабочей среды, генерируемых оборудованием, и собственных частот колебаний трубопровода. Сформулированы условия отстройки трубопровода от резонанса. Даны критерии прочности трубопровода при наличии вибрации.

1.1.3. При соответствующем обосновании допускается отклонение от указаний РТМ или применение других методов расчета на прочность и вибрации. Решение об этом принимает разработчик проекта при согласовании с институтом ВНИПИнефть.

1.2. Классификация трубопроводов

1.2.1. При поверочных расчетах в зависимости от уровня температур и длительной прочности материала различаются средне- и высокотемпературные трубопроводы.

К высокотемпературным относятся трубопроводы:

- из углеродистой и легированной неаустенитной стали при рабочей температуре свыше 360 °С,

- из легированной аустенитной стали при рабочей температуре свыше 450 °C.

1.3. Основные положения расчета на прочность и вибрацию

1.3.1. Расчет на прочность состоит из стадии определения основных размеров элементов и, при необходимости, поверочного расчета на прочность трубопровода в целом.

1.3.2. Выбор основных размеров элементов трубопроводов осуществляется по расчетным давлению и температуре с учетом химической активности транспортируемого вещества.

1.3.3. Расчетное давление следует принимать, как правило, равным рабочему давлению.

При повышении внутреннего давления во время действия предохранительных устройств более, чем на 10 % по сравнению с рабочим, элементы трубопровода следует рассчитывать на давление, равное 90 % давления в трубопроводе при полном открытии предохранительных устройств.

Расчетное давление на линии нагнетания, не защищенной предохранительными устройствами, принимается на всем участке от насоса (компрессора и т.п.) до запорного органа равным максимальному давлению, развиваемому источником.

Во всех случаях величина расчетного давления должна приниматься не менее 0,2 МПа.

1.3.4. Расчетную температуру стенки элемента следует принимать равной рабочей температуре транспортируемого вещества по проектной документации. При отрицательной рабочей температуре за расчетную температуру принимается 20 °С.

1.3.5. Предварительную расстановку опор для надземных трубопроводов следует производить в соответствии с указаниями в Приложении 1.

1.3.6. Выбор элементов фланцевых соединений следует проводить в соответствии с Приложением 3.

1.3.7. Выбор сильфонных и линзовых компенсаторов проводится в соответствии с Приложением 4.

1.3.8. Поверочный расчет трубопроводов на прочность следует выполнять в случаях, указанных в разделе 7.1, с учетом нагрузок и воздействий, возникающих при строительстве, испытании и эксплуатации. Внутренние силовые факторы в расчетных сечениях трубопровода следует определять методами строительной механики стержневых систем с учетом гибкости отводов и сварных врезок, указанных в Приложении 2. Коэффициент податливости штампованных тройников принимается равным единице. Установленная на трубопроводе арматура рассматривается как недеформируемое тело.

1.3.9. Расчетные значения нагрузок при оценке статической и циклической прочности следует определять как произведение их нормативного значения на коэффициент перегрузки g. Типы нагрузок и воздействий приведены в разделе 2.

1.3.10. Нагрузки при гидравлическом ударе определяются в соответствии с Приложением 5.

1.3.11. Амплитуды и частоты пульсаций давления в трубопроводе определяются в соответствии с разделом 2.2 и Приложением 6.

1.3.12. Расчет трубопроводов на вибропрочность излагается в разделе 8.

1.4. Условные обозначения

АT = [s]/[s20] - температурный коэффициент прочности материала;

Ар - площадь поперечного сечения трубы, мм2;

An, Аb, Aw - укрепляющие площади накладки, штуцера и сварного шва, мм2;

аo, аf - радиусы начальной и конечной полукруговых трещин, мм;

bn - ширина накладки, мм;

b - ширина уплотнительной прокладки, мм;

С, С1, С2 - прибавки к толщине стенки, мм;

c - скорость звука, м/сек;

D, Di - наружный и внутренний диаметры трубы, мм;

DN (Dy) - номинальный диаметр (условный проход);

d - наружный диаметр штуцера и диаметр центрального отверстия в заглушке, мм;

di - внутренний диаметр штуцера, мм;

do - допускаемый диаметр неукрепленного отверстия, мм;

deq - эквивалентный диаметр отверстия при наличии радиусного перехода, мм;

Еo, Еt - модули упругости в холодном состоянии и при расчетной температуре, МПа;

fi - собственная частота колебаний трубопровода, Гц;

fip - частота возмущающей нагрузки, Гц;

h - высота выпуклой части заглушки, мм;

hb, hb1 - расчетные значения высоты штуцера, мм;

I - момент инерции поперечного сечения трубы при изгибе, мм4 ;

Ib, Ipb - моменты инерции поперечного сечения штуцера при изгибе и кручении, мм4;

kb - коэффициент концентрации напряжений в магистрали от воздействия штуцера;

ki - коэффициент увеличения напряжения в отводах;

Kp,  - коэффициенты гибкости изогнутой трубы, соответственно без учета и с учетом стесненности деформации по краям;

Кaeth - амплитуда эффективного значения коэффициента интенсивности напряжений, соответствующего порогу усталости, ;

l - расчетная длина элементов, мм;

L - длина трубы или пролета, м;

Lp - длина трубопровода между неподвижными опорами, м;

Mx, My - изгибающие моменты в сечении, Нмм;

Meq - изгибающий момент в стенке отвода от овальности, Нмм;

Mz - крутящий момент в поперечном сечении, Нмм;

m - погонная масса трубопровода, кг/м;

ml, nl - изгибающий момент и усилие на единицу длины продольного сечения подземного трубопровода, Н и Н/нм;

N - осевое усилие от дополнительных нагрузок, Н;

Nc, Ncp - расчетные числа полных циклов нагружения трубопровода, соответственно внутреннего давления плюс дополнительные нагрузки и только внутреннего давления от 0 до Р;

Nco, Ncpo - числа полных циклов нагружения трубопровода, соответственно внутреннего давления плюс дополнительные нагрузки и только внутреннего давления от 0 до Р;

Nci, Ncpi - числа циклов нагружения трубопровода, соответственно с амплитудой эквивалентного напряжения saei и с размахом колебаний давления DPi;

[N]k - допускаемое число полных циклов нагружения при вибрации;

n - число оборотов вала, об/мин;

nb, ny, nz, nc - коэффициенты запаса, соответственно по временному сопротивлению, по пределам текучести, длительной прочности и ползучести;

P, [Р], Pp, Py - внутреннее давление: расчетное, допустимое, рабочее и условное, МПа;

R - радиус кривизны осевой линии отвода, мм;

r - радиус перехода в тройниковом соединении, мм;

Rb, Ro,2, ,  - временное сопротивление и условный предел текучести соответственно при расчетной температуре и 20 °С, МПа;

Rz, Rc - пределы длительной прочности и ползучести при расчетной температуре, МПа;

T - расчетная температура, °С;

T0 - начальная температура трубопровода, °С;

T2f, Т4f - фиктивные температуры при расчете высокотемпературных трубопроводов на этапах 2 и 4, °С;

t - номинальная толщина стенки элемента, мм;

tb - номинальная толщина стенки штуцера, мм;

to, tob - расчетные толщины стенок магистрали и штуцера при jw = 1,0 мм;

tR, tRi - расчетные толщины стенок трубы и фасонных деталей, мм;

U - расстояние по прямой между неподвижными опорами, м;

V - скорость потока в трубопроводе, м/сек;

W - момент сопротивления поперечного сечения при изгибе, мм3;

Xi - силовой фактор при i-том этапе расчета;

Y - результирующее температурное перемещение при раскреплении одного из неподвижных концов трубопровода, мм;

a, ao, aR - относительная овальность: нормативная, добавочная, расчетная, %;

bm, gm - коэффициенты интенсификации продольных и кольцевых напряжений в отводе;

gi - коэффициент перегрузки для воздействия i-того типа;

d - коэффициент релаксации компенсационных напряжений;

Dmin - минимальный расчетный размер сварного шва, мм;

DРi - размах изменений давления i-того уровня, МПа;

q - номинальный угол поворота отвода, град;

qib, qob, qzb - углы поворота штуцера при плоском изгибе, ортогональном изгибе и кручении, град;

l - коэффициент гибкости отвода;

z - коэффициент стеснения деформации на концах отвода;

SA - сумма укрепляющих площадей, мм2;

s - расчетное напряжение от внутреннего давления, приведенное к нормальной температуре, МПа;

sae, saei - приведенные к нормальной температуре амплитуды эквивалентного напряжения полного цикла нагружения i-той ступени нагружения, МПа;

saev - приведенное к нормальной температуре максимальная амплитуда напряжений при вибрации, МПа;

{saev}, [saev] - безопасная и допускаемая амплитуды напряжений при вибрации, МПа;

se - приведенное к нормальной температуре эквивалентное напряжение, МПа;

szMN - осевое напряжение от дополнительных нагрузок, приведенное к нормальной температуре, МПа;

sbzMN - осевое напряжение в штуцере от дополнительных нагрузок, приведенное к нормальной температуре, МПа;

[s], [s20] - допускаемые напряжения при расчетной и нормальной температурах, МПа;

[s]d - допускаемые напряжения для укрепляющих деталей при расчетной температуре, МПа;

 - допускаемая амплитуда напряжений при усталости при нормальной температуре. МПа;

st, sz - окружные и осевые напряжения в стенке, МПа;

t - касательное напряжение в стенке, МПа;

j, jd, jw - коэффициенты прочности элемента, элемента с отверстием и сварным швом при расчете на внутреннее давление;

jwz - коэффициент прочности поперечного сварного шва при расчете на действие внешних механических нагрузок;

jo - коэффициент недогрузки магистрали;

c - коэффициент усреднения компенсационных напряжений;

ce - коэффициент релаксации напряжений от овальности в отводе;

w - параметр внутреннего давления;

wi - круговая собственная частота, 1/сек.

2. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

2.1. Нагрузки и воздействия при расчетах на статическую и циклическую прочность

2.1.1. Учитываемые в расчетах на статическую и циклическую прочность нагрузки и воздействия, а также соответствующие им коэффициенты перегрузки приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Нагрузки и воздействия

Способ прокладки

Коэффициент перегрузки

вид

шифр

характеристика

подземный

надземный

Постоянные

1

собственный вес трубопровода и опирающихся на него конструкций

+

+

1,1

2

вес изоляции

+

+

1,2

3

вес и давление грунта

+

-

1,2

4

предварительная растяжка трубопровода, натяг упругих опор, трение в опорах скольжения

-

+

1,0

Длительные

5

внутреннее давление

+

+

1,0

6

температурные деформации

+

+

1,2

7

температурный перепад в стенке

+

+

1,2

n>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: