ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ТРУБЫ И ДЕТАЛИ ТРУБОПРОВОДОВ НА ДАВЛЕНИЕ СВЫШЕ 100 до 320 МПа

Нормы и методы расчета на прочность

ЕН 13345-3:2012 (NEQ)

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ), Открытым акционерным обществом «Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения» (ОАО «ИркутскНИИхиммаш»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 023 «Техника и технология добычи и переработки нефти и газа»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 сентября 2013 г. № 892-ст

4    В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных стандарта и документа:

-    ЕН 13445-3:2012 «Сосуды, работающие под давлением без огневого подвода теплоты. Часть 3. Конструкция» (EN 13445-3:2012 «Unfired pressure vessels — Pari 3: Design», NEQ);

-    Директива 97/23 EC Европейского парламента и совета от 29 мая 1997 г. по сближению законодательств государств-членов, касающаяся оборудования, работающего под давлением. NEQ

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

© Стандартинформ. 2015

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ P 55600—2013

Содержание

1    Область применения............................................1

2    Нормативные ссылки............................................1

3    Термины, определения и обозначения..................................2

3.1    Термины, определения........................................2

3.2    Обозначения..............................................2

4    Общие положения.............................................5

4.1    Прибавки к толщине стенки.....................................5

4.2    Расчетные нагрузки при проверочном расчете на статическую прочность...........5

4.3    Допустимые напряжения и коэффициенты запаса.........................5

5    Расчет основных размеров труб и деталей трубопроводов, работающих под внутренним давлением . 6

5.1    Трубы.................................................6

5.2    Криволинейные элементы трубопроводов.............................7

5.3    Кованые детали: конические переходы, тройники, угольники..................10

5.3.1    Конические переходы.....................................10

5.3.2    Тройники, угольники.....................................11

6    Проверочный расчет на статическую прочность............................13

6.1    Расчет суммарных эквивалентных напряжений от совместного действия внутреннего давления

и перепада температур по толщине стенки (наружный и внутренний обогрев) трубы.....13

6.2    Автофретирование труб.......................................14

6.2.1    Необходимость автофретирования.............................14

6.2.2    Оптимальный радиус текучести. Оптимальное давление автофретирования......14

6.2.3    Напряженное состояние автофретированной трубы, нагруженной внутренним давлением . 15

6.3    Расчет напряжений от внутреннего давления в криволинейных элементах трубопроводов . 16

6.4    Оценка остаточных напряжений после гибки в отводах, гнутых из труб.............16

6.5    Автофретирование криволинейных элементов трубопроводов.................18

6.5.1    Давление автофретирования. Радиус текучести......................18

6.5.2    Напряжения 8 автофретированном криволинейном элементе трубопровода,

нагруженном внутренним давлением............................18

7    Резьбовые фланцы с линзами......................................19

7.1    Определение расчетного усилия, действующего на шпильки..................19

7.2    Расчет диаметра стержня шпильки.................................22

7.3    Расчет толщины линзы.......................................23

7.4    Расчет размеров фланца......................................23

7.5    Расчет усилия затяжки шпильки..................................24

8    Расчет толщины заглушки........................................24

9    Расчет на циклическую прочность....................................25

10    Расчет на сопротивление хрупкому разрушению...........................27

Приложение А (справочное) Методика определения критической температуры хрупкости......29

Библиография................................................31

III

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТРУБЫ И ДЕТАЛИ ТРУБОПРОВОДОВ НА ДАВЛЕНИЕ СВЫШЕ 100 до 320 МПа Нормы и методы расчета на прочность

Pipes and pipeline components for pressure over 100 to 320 MPa. Norms and methods of strength calculation

Дата введения — 2014—05—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность труб и деталей трубопроводов, применяемых в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, работающих при внутреннем давлении свыше 100 до 320 МПа и температуре свыше минус 50 °С до плюс 340 °С в условиях статических и циклических нагрузок,

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 356-80 Арматура и детали трубопроводов. Давления номинальные, пробные и рабочие.

Ряды

ГОСТ 9454-78 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах

ГОСТ 24705-2004 (ИСО 724:1993) Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Основные размеры

ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

ГОСТ Р 52857.2-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических обечаек и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек

ГОСТ Р 52857.3-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер

ГОСТ Р 52857.4-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

ГОСТ Р 52857.5-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок

ГОСТ Р 52857.6-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках

ГОСТ Р 52857.7-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты

ГОСТ Р 52857.8-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками

ГОСТ Р 52857.9-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение напряжений в местах пересечений штуцеров с обечайками и днищами при воздействии давления и внешних нагрузок на штуцер

ГОСТ Р 52857.10-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводородными средами

Издание официальное

ГОСТ Р 52857.11-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек

ГОСТ Р 52857.12-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Требования к форме представления расчетов на прочность, выполняемых на ЭВМ

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение. в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения и обозначения

3.1    Термины, определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1    рабочее давление: Максимальное внутреннее избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса без учета гидростатического давления среды и без учета кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств.

3.1.2    расчетное давление: Внутреннее давление, на которое проводится расчет на прочность труб и деталей трубопровода.

3.1.3    пробное давление: Давление, при котором проводится испытание трубопровода или детали трубопровода. Величина пробного давления принимается в соответствии с нормативными документами или техническими условиями.

3.1.4    давление автофретирования: Внутреннее давление, при котором в части стенки трубы или криволинейного элемента трубопровода, начиная с внутренней поверхности, появляются пластические деформации. В результате, в рабочих условиях создается перераспределение напряжений по толщине стенки, являющееся более благоприятным для работы данной трубы или детали трубопровода. Необходимость автофретирования определяется расчетом на прочность.

3.1.5    расчетная температура: Наибольшая температура стенки, определяемая на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний. В случае невозможности проведения расчетов или испытаний расчетную температуру стенки принимают равной наибольшей температуре среды, соприкасающейся со стенкой. При температуре ниже 20 °С за расчетную температуру при определении допускаемого напряжения материала принимается температура 20 °С.

3.2 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

рабочее давление в трубопроводе. МПа; расчетное давление в трубопроводе. МПа: пробное давление в трубопроводе. МПа;

Ра

t    —

^RmJ20- ^Rmlt    ~

^Ref20’ ^Relt ^Rp0.2t20'^Rp0.2H —

максимальное предельно-допускаемое давление для трубы, криволинейного элемента трубопровода, перехода. МПа: давление автофретирования. МПа: расчетная температура. ^вС:

минимальное значение временного сопротивления (предела прочности) материала при 20 °С и при расчетной температуре соответственно, МПа; минимальное значение предела текучести материала при 20 °С и при расчетной температуре соответственно. МПа:

минимальное значение условного предела текучести материала при остаточном удлинении 0,2 %. при 20 °С и при расчетной температуре соответственно. МПа;

2

ГОСТ Р 55600-2013

^Rpl.0!20' *_Р1.М ^Rm/t[w)

^Ro/W ^Rb'Hn)’ ^Ro/t{w)

^RpQ.2J№ ^Rp0.2Ji{n)- ^Rp0.2/t[iu)

^Rp\.0IH<b)' ^Rpi,(Ut(ny ^Rp\.0Jt[w)

^RTIt ^RV20

^RTW)

^RVt{n)

^RVHw)

^RV20{w)

ⁿB

ⁿT

M

Hu- (°1ф

—    минимальное значение условного предела текучести материала при остаточном удлинении 1,0 % при 20 °С и при расчетной температуре соответственно, МПа;

—    минимальное значение временного сопротивления (предела прочности) материала шпильки при расчетной температуре. МПа;

—    минимальное значение условного предела текучести при остаточном удлинении 0.2 % фланца, линзы, шпильки при расчетной температуре соответственно. МПа;

—    минимальное значение условного предела текучести при остаточном удлинении 0.2 % фланца, линзы, шпильки при расчетной температуре соответственно. МПа;

—    минимальное значение условного предела текучести при остаточном удлинении 1,0 % фланца, линзы, шпильки при расчетной температуре соответственно, МПа;

—    принятый в расчет предел текучести Я^ или Я^ ₂ц. или Я_р1 т\

— принятый в расчет предел текучести f?_o^₀ или2/2о> ^или/?р1 о/20^:

—    принятый в расчет предел текучести Я^ф) или Rpc^t^y ^или

^Rp\.m<by

—    принятый в расчет предел текучести Я^_л) или RpQ2n(ny ^или Rp\ .0//(л)*

—    принятый в расчет предел текучести Яд,^ или Я^ ₂/ц_шу или

—    предел текучести материала шпильки при 20 ®С, МПа;

—    коэффициент запаса по пределу прочности;

—    коэффициент запаса по пределу текучести;

—    допускаемое напряжение материала трубы или детали трубопровода при расчетной температуре, принимается согласно4.3. МПа;

—    допустимое напряжение материала шпильки и фланца соответственно при расчетной температуре, принимается согласно 4.3, МПа;

—    наружный радиус трубы, криволинейного элемента, мм;

—    внутренний радиус трубы, криволинейного элемента, мм;

—    текущий радиус, изменяется от г_в до г_н, мм;

—    радиус границы, отделяющей упругую область от пластической, (радиус текучести), мм;

—    наружный диаметр трубы, криволинейного элемента трубопровода. мм;

—    наружные диаметры перехода, мм;

—    наружные диаметры цилиндрической части основной трубы и отвода тройника соответственно, мм;

—    наружный диаметр цилиндрической части угольника, мм;

—    внутренний диаметр трубы или криволинейного элемента трубопровода. мм;

—    коэффициент толстостенности трубы:

—    расчетный коэффициент толстостенности трубы или детали;

—    внутренние диаметры перехода, мм;

—    внутренние диаметры основной трубы и отвода тройника соответственно. мм;

—    внутренний диаметр угольника, мм;

—    размеры укрепленных участков основной трубы и отвода тройника соответственно, мм;

—    размеры укрепленных участков угольника, мм;

3

толщина стенки трубы, криволинейного элемента трубопровода, мм; толщины стенок перехода, мм;

толщина стенки криволинейного элемента трубопровода при О, равном 0°, 90°, 180®, 270® соответственно, мм; угол изменяется от 0® до 360®;

проектная толщина стенки трубы, криволинейного элемента трубопровода, мм; проектные толщины стенок переходов, мм;

расчетная толщина стенки трубы, криволинейного элемента трубопровода, мм; расчетные толщины стенок переходов, мм;

минимальная предельно-допускаемая (отбраковочная) толщина стенки труб, криволинейных элементов трубопровода, мм;

минимальные предельно-допускаемые (отбраковочные) толщины стенок перехода, мм;

прибавка, учитывающая плюсовой допуск на наружный диаметр, мм; прибавка, учитывающая минусовой допуск на толщину стенки, мм; прибавки на износ внутренней и наружной поверхности соответственно, мм; прибавка на износ суммарная, мм (с₃ = с_3в + с_3н);

радиус гиба криволинейного элемента трубопровода по осевой линии, мм;

угол между осью и образующей конуса перехода, градус;

толщина фланца, мм;

толщина линзы, мм;

наружный диаметр фланца, мм;

высота линзы, принимаемая при определении нагрузок, действующих на шпильки, мм;

диаметр окружности центров шпилек, мм; диаметр гладкой части стержня шпильки, мм; наружный диаметр резьбы шпильки, мм; длина шпильки, мм; число шпилек;

диаметр описанной окружности гайки, соответствующей шпильке принятого диаметра, мм;

диаметр контакта линзы с конусом трубы, мм; радиус сферы сферической линзы, мм;

коэффициенты линейного расширения материала, соответственно, трубы, фланца, линзы, шпильки при расчетной температуре, 1/®С; модуль упругости материала трубы, криволинейного элемента трубопровода при расчетной температуре. МПа;

модуль упругости материала трубы, криволинейного элемента трубопровода при температуре 20 ®С, МПа;

модуль упругости материала, соответственно, фланца, линзы, шпильки при расчетной температуре, МПа;

модуль упругости материала шпильки при температуре 20 ®С, МПа; коэффициент Пуассона;

интенсивность деформации на внутренней поверхности автофретированной трубы или криволинейного элемента трубопровода;

относительное сужение материала трубы или детали трубопровода при расчетной температуре, %. в расчет принимается 0,01у;

относительное сужение материала трубы или детали трубопровода при температуре 20 ®С. %. в расчет принимается 0.01 «од

осевое напряжение от самокомпенсации температурных и весовых деформаций, определяется при расчете трубопровода на самокомпенсацию.

ГОСТ Р 55600-2013

4 Общие положения

4.1 Прибавки к толщине стенки

При проектировании, определяя толщины стенок труб и деталей трубопроводов, необходимо учитывать следующие прибавки:

-    прибавку, учитывающую плюсовой допуск на наружный диаметр: прибавка должна быть обоснована в технической документации:

-    прибавку, учитывающую минусовой допуск на толщину стенки, прибавка должна быть обоснована в технической документации;

-    прибавки, учитывающие коррозионно-эрозионный износ или износ другого вида; значение этих прибавок устанавливается проектной организацией.

Проектировщик может ввести дополнительные прибавки, что должно быть обосновано в технической документации.

Проведение расчета толщины стенки по наружному или внутреннему диаметру определяется исходными данными на проектирование, а также характером износа стенки: внутренним или наружным.

4.2 Расчетные нагрузки при проверочном расчете на статическую прочность

К расчетным нагрузкам, рассматриваемым в настоящем стандарте, относятся:

-    расчетное внутреннее давление;

-    температурный перепад по толщине стенки;

-    давление автофретирования.

4.3 Допустимые напряжения и коэффициенты запаса

Допустимые напряжения при температуре для труб и деталей трубопроводов, кроме фланцев и шпилек:

= min Rmn	м	(41)
\ пВ	’ "т }

Допустимые напряжения для фланцев [о)_ф и шпилек (о)_ш:

= ^{= <42}>

^пт    гч

Коэффициенты запаса прочности принимаются по таблицам 1, 2.

Таблица 1 — Коэффициент запаса прочности

Рассчитываемые элементы Значение лв Значение лт Трубы и детали трубопроводов, кроме фланцев и шпилек 2.2 1.5 Фланцы — 2.0

Таблица 2 — Коэффициент запаса прочности для шпилек

. __ ф Значение соотношения -—— Значение п. в зависимости от резьбы шпильки яТ/»(и# До М22 в ключ. Св. М22 Св. 1.5 в ключ. 2.5 2.25 До 1.5 3.0 2.50

При пробном давлении следует проводить проверку прочности труб и деталей трубопроводов по формулам соответствующих разделов настоящего стандарта, подставляя в формулы, взамен значе-

5

ния расчетного давления р, значение пробного давления р_пр. Допустимое напряжение при этом вычисляют по формуле

<⁴³)

для фланцев и шпилек

[„] =**'» ^36.    (4.4)

"т

где Лт — коэффициент запаса прочности, определяется по таблицам 1. 2.

5 Расчет основных размеров труб и деталей трубопроводов, работающих под внутренним давлением

5.1 Трубы

Приведенные в подразделе формулы применимы для расчета основных размеров труб (рисунок 1).

s_n должна быть не менее

SnSSp + C2 + C₃.

Исполнительная толщина стенки трубы s должна быть не менее

S2S_p + C₃.

S_p при расчете по наружному диаметру:

о - +ClXPp -1)

^Р'    2Эр

S_p при расчете по внутреннему диаметру:

S_p = 0.5(d„ + с, + 2с₂ + гсзв)^ - 1).

^гяе^^еч(й)

Фактические коэффициенты запаса прочности определяются по следующим формулам: фактический коэффициент запаса прочности по пределу текучести

л_{т ф} = ^Rjn In-^d“ ^с' ^2сУ-.

^1ф р d_H *с,-2сзн-2(s-c₂-с*)

фактический коэффициент запаса прочности по пределу прочности

du +

d_H » с, -2сз„ -2(s -с₂ -Сз,)

(s)_min должна быть не менее s_p. [р] должно быть не более:

d* ⁴ с, . 2с$н -2сзн -2fsU>

При расчете резьбового конца за d_H принимается внутренний диаметр резьбы.

6

ГОСТ Р 55600-2013

5.2 Криволинейные элементы трубопроводов

Приведенные в подразделе формулы применимы для расчета криволинейных элементов трубопроводов: колен (рисунок 2). двойных колен (рисунок 3). отводов (рисунок 4), двойных отводов (рисунок 5).

7