ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ТРУБОПРОВОДЫ ПРОМЫШЛЕННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

Часть 3

Проектирование и расчет

ТРУБАПРАВОДЫ ПРАМЫСЛОВЫЯ МЕТАЛ1ЧНЫЯ

Частка 3

Праектаванне i разл1к

(EN 13480-3:2002, ЮТ)

Издание официальное

(ОБ

УДК 621.643-034(083.74)    МКС    23.040.01    ЮТ

Ключевые слова: трубопроводы промышленные металлические, проектирование, расчет

ОКП 13 0000, 146000 ОКП РБ 27.22

Предисловие

Цели, основные принципы, положения по государственному регулированию и управлению в области технического нормирования и стандартизации установлены Законом Республики Беларусь «О техническом нормировании и стандартизации»

1    ПОДГОТОВЛЕН научно-производственным республиканским унитарным предприятием «Белорусский государственный институт стандартизации и сертификации (БелГИСС)»

ВНЕСЕН отделом стандартизации Госстандарта Республики Беларусь

2    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Госстандарта Республики Беларусь от 30 мая 2005 г. Ne 24

3    Настоящий стандарт идентичен европейскому стандарту EN 13480-3:2002 «Metallische indus-trielle Rohrleitungen. Teil 3. Konstruktion und Berechnung» (EH 13480-3:2002 «Трубопроводы промышленные металлические. Часть 3. Проектирование и расчет»).

Стандарт разработан СЕНГГК 267 «Промышленные трубопроводы».

Перевод с немецкого (de) языка.

Официальные экземпляры европейского стандарта, на основе которого подготовлен настоящий стандарт, и стандартов, на которые даны ссылки, имеются в БелГИСС.

Сведения о соответствии европейских стандартов, на которые даны ссылки, государственным стандартам, принятым в качестве идентичных государственных стандартов, приведены в дополнительном приложении Р.

Степень соответствия - идентичная (ЮТ)

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт не может быть тиражирован и распространен без разрешения Госстандарта Республики Беларусь_

Издан на русском языке

—1	— с*		<	»—...... < С*	> С2
	с,				С,
ч>	of		о*
—		с

где Со - припуск на коррозию или эрозию;

Ci - абсолютное значение минусового допуска, которое взято из соответствующих стандартов на материалы или указано изготовителем труб;

с* - допуск на возможное уменьшение толщины стенок при изготовлении (например, по причине гибки, нарезания резьбы, выгачивания пазов и т. п.);

е - установленная с помощью расчета по настоящему стандарту необходимая минимальная толщина стенок без припусков и допусков, которая выдерживает давление;

в, - установленная толщина стенок соединительной детали для испытания на прочность; е„ - номинальная толщина стенок (по чертежам);

в^- заданная толщина стенок (причем с* нередко равна 0. например, у прямых труб); е, - необходимая минимальная толщина стенок, включая припуски и допуски; е - припуск толщины стенок на основании заданной толщины

Рисунок 4.3-1 - Толщина станок (для прямых труб и изгибов труб)

Установленная толщина стенок е. - минимальная толщина стенок за вычетом припуска на коррозию вычисляется следующим образом:

е,= е + £    (4.3-1)

или

е.= е^-Со-с,-^.    (4.3-2)

Минимальное значение заданной толщины стенок вот соединительной детали (труба или фитинг) вычисляется следующим образом:

-    если значение допуска Ci выражается единицами длины:

в^ * в + Со + Ci + Сг\    (4.3-3)

-    если значение допуска с, выражается в виде процентной доли х заданной толщины стенок е^

е<**(е + со + сг>100/(100-х).    (4.3-4)

4.4    Допуски

В расчетах должны использоваться номинальные размеры и учитываться допуски на толщины стенок.

4.5    Коэффициент прочности сварного шва

При расчете толщины стенок соединительных деталей, которые имеют один или несколько стыковых швов, расположенных не по длине окружности, следует использовать коэффициент прочности сварного шва г, который не должен превышать следующие значения:

-    для соединительных деталей, подвергшихся разрушающим или неразрушающим методам контроля и не имеющих существенных дефектов - 1;

-    для соединительных деталей, из которых выборочные образцы подвергаются разрушающему контролю - 0,85:

-для соединительных деталей, подвергаемых только визуальному контролю - 0,7.

Для расчета прочности соединительных деталей со стыковыми швами при чрезвычайных условиях эксплуатации или в условиях испытаний коэффициент прочности сварного шва не учитывается.

Примечание - Смотри ЕН 13480-5:2002 (таблица 8.3).

4.6    Определение размеров нагруженных давлением соединительных деталей трубопровода

В разделах 6-11 дается описание «Правил проектирования» соединительных деталей трубопровода для статических и динамических нагрузок. Требования разделов 6 - 9 и 11 применяются преимущественно для статической нагрузки. Считается, что при 1000 циклах нагрузки давлением по всему спектру колебаний не наступает усталостных повреждений рассматриваемой соединительной детали трубопровода. Если используются высокопрочные материалы с / более 250 Н/мм², то переменную нагрузку следует подвергать точному анализу по разделу 10.

У соединительных деталей с переменной нагрузкой (см. раздел 10) геометрию рассматриваемой соединительной детали следует выбирать таким образом, чтобы избегались формы, при которых возникают высокие концентрации напряжений. Если должно учитываться большее число циклов нагрузки давлением, то применяется описанный в 10.3 метод расчета. Если имеет место сочетание из значительных перепадов температуры по всей толщине стенок и колебаний давления, то применяется описанный в 10.4 метод расчета. При расчете соединительных деталей, у которых возникают значительные моменты в сечении вследствие присоединения к трубе, анализ усталости проводят по 12.4.

Прочность соединительных деталей с сопоставлением температурыУдавления, например фланцев и соединительных деталей, толщина стенок которых соответствует стандартным трубам, например фитингов, не вычисляется.

5 Допускаемые напряжения

5.1 Общие положения

Величина допускаемого напряжения - это меньшая из величин для установленной в 5.2, независящей от времени области, и для установленной в 5.3, зависящей от времени области, и должна определяться для расчетного и испытательного режима.

Величины допускаемого напряжения определяются из свойств материала, которые установлены в ЕН 13480-2 и технических условиях на материалы. Установленные минимальные значения могут использоваться при проектировании, если установлено, что процесс изготовления и (или) термообработки не приводит к более низким значениям. В таких случаях используемые значения прочности следует устанавливать по согласованию между договаривающимися сторонами.

Для сталей, которые применяются при низких температурах (т. е. ниже минус 10 ^вС), допускаемое напряжение должно определяться при температуре окружающей среды со значениями по ЕЙ 13480-2 для ударной вязкости при расчетной температуре.

Примечание 1 - Для промежуточных значений температуры допускается линейная интерполяция.

Примечание 2 - Для неаустенитных сталей может использоваться, принятое при температуре окружающей

среды значение для температур до 50 *С включительно.

Примечание 3 - Данные для трубопроводов, эксплуатируемых временно, приведены в 4.1.

Дополнительные требования к крепежным соединениям приведены в 6.6.

5.2 Допускаемое напряжение, не зависящее от времени

5.2.1    Неаустенитные стали

5.2.1.1    Условия расчета

Величину допускаемого напряжения следует вычислять по формуле

5.2.1.2    Условия испытания

Величина допускаемого напряжения /*« в условиях испытания давлением по ЕН 13480-5 не должна превышать 95 % R^h при установленной испытательной температуре.

5.2.2    Аустенитные стали

5.2.2.1 Условия расчета

Величина допускаемого напряжения должна удовлетворять формулам:

- для А > 35 %

г(5.2.2-1)

1.0

или

f = min f    если    имеет    место    R*;

(5.2.2-2)

-для А < 30 % (см. 5.2.1.1).

5.2.2.2 Условия испытания

Для А £ 25 % величина напряжения в условиях испытания давлением по ЕН 13480-5 не должна превышать большую из следующих двух величин:

-    95 % Rpo., при установленной температуре испытания;

-    45 % R_m при установленной температуре испытания.

Для А <25% см. 5.2.1.2.

5.2.3    Никелевые, хромоникелевые и хромистые стали

Независимо от времени допускаемое напряжение для никелевых, хромоникелевых и хромистых сталей зависит от установленного минимального относительного удлинения при разрыве при температуре окружающей среды.

5.2.4    Стальное литье

5.2.4.1 Условия расчета

Величина допускаемого напряжения должна удовлетворять нижеследующей формуле:

5.2.4.2 Условия испытаний

Величина напряжения в условиях испытания давлением по ЕН 13480-5 не должна превышать частное от деления принятой при установленной испытательной температуре для R_w или R_p0-2 величины на коэффициент прочности 1,4.

5.2.5 Дополнительные требования к сталям без специального контроля качества

5.2.5.1 Общие положения

Стали без специального контроля качества - это стали с протоколом испытания по ЕН 10201 (пункт 2.2) или другим и могут использоваться, если этот протокол указан в технических условиях как допустимый.

5.2.5.2    Условия расчета

Приведенная в 5.2.1.1 величина допустимого напряжения должна делиться на дополнительный коэффициент запаса прочности, как минимум, 1,2.

Если для нелегированных или низколегированных сталей в стандартах на материалы установлены значения для предела текучести при повышенных температурах, то может использоваться следующая формула:

К*» =«»*—•    (52.5-1)

где для t принимается значение между 20 *С и 150 ^вС.

5.2.5.3    Условия испытания

Изготовитель должен обеспечить, чтобы величина допускаемого напряжения в условиях испытания давлением по ЕН 13480-5 не превышала величины, принятой при установленной температуре испытания для 95 % R_eH ■

5.3 Допускаемое напряжение, зависящее от времени

5.3.1    Общие положения

Значения длительной прочности основного материала следует уменьшить на 20 % для проходящих не по длине окружности стыковых швов в сварных трубах и оригиналах, если для этих труб и фитингов не установлены подтвержденные значения длительной прочности. Это уменьшение не применяется для определения размеров

Примечание - Если толщина стенок зависит от длительной прочности, то должны проводиться дополнительные испытания на длительную прочность (например, на основании экстраполяции по формуле Ларсона-

Миллера) присадочных материалов и готовых сварных швов.

5.3.2    Стали

5.3.2.1 Условия расчета

Допускаемое напряжение в области длительной прочности fen для расчета статической нагрузки следует вычислять по формуле

Таблица 5.3.2-1 - Коэффициенты запаса прочности в качестве функций средней длительной прочности в зависимости от срока службы

Время Т, ч Коэффициент запаса прочности SFcr 200 000 1,25 150 000 1,35 100 000 1.5

Если предусмотренный срок службы не установлен, то для средней длительной прочности следует использовать значение, принятое для 200 000 ч.

В случаях, когда в стандартах на материалы не установлены значения длительной прочности, следует использовать значения длительной прочности, принятые для 150 000 или 100 000 ч.

В случаях, когда срок службы установлен меньше 100 000 ч, следует действовать по одному из следующих методов:

a)    если не существует системы контроля срока службы, то следует применять коэффициент запаса прочности SFcr = 1,5 на среднюю длительную прочность при соответствующем сроке службы, как минимум, 10 000 ч;

b)    если система контроля срока службы существует, то может применяться коэффициент запаса прочности SFcr = 1,25 с учетом средней длительной прочности при соответствующем сроке службы, как минимум, 10 000 ч.

Ни в коем случае не должен превышаться 1 % предел текучести (среднее значение).

5.3.2.2 Условия испытания

Расчетная величина напряжения в условиях испытания давлением по ЕН 13480-5 не должна превышать соответствующей величины 95 % R.H или 95 % R^,₀ при установленной температуре испытания.

5.3.3 Никелевые, хромоникелевые и хромистые стали

Если в технических условиях не установлено иное, то применяются требования 5.3.2.

6 Расчет соединительных деталей трубопровода под внутренним давлением

6.1 Прямые трубы

Необходимая минимальная толщина стенок е для прямых труб без припусков и допусков рассчитывается следующим образом:

- если Dq/D, £ 1,7:

PcDq 2fe + p_c

или

2 Ь-Рс

(6.1-3)

(6.1-4)

Примечание - Здесь речь идет о формуле Лама.

6.2 Изгибы и отводы труб

6.2.1    Общие положения

Для расчета толщины стенок отводов труб применяют два метода (см. 6.2.3.1 и приложение В); для расчета толщины стенок изгибов труб существует три метода (см. 6.2.3.1, 6.2.3.2 и приложение В). Выбранный метод должен применяться в целом.

Приведенные в 6.2.3 формулы применяются только для изгибов труб, овальность которых находится в пределах допусков, установленных ЕН 13480-4.

Примечание - Приведенные правила расчета учитывают требования (1) и (2). что у изгибов и отводов труб под внутренним давлением на внутренней стороне закругления возникают более высокие (а на наружной стороне более низкие) напряжения, чем у прямых труб с равной толщиной стенок.

6.2.2    Условные обозначения

В 6.2 дополнительно к условным обозначениям в таблице 3.2-1 применяются условные обозначения. приведенные в таблице 6.2.2-1.

Таблица 6.2.2-1 - Условные обозначения, применяемые в 6.2

Условное обозначение Пояснение Единица измерения ву,, Необходимая минимальная толщина без припусков и допусков изгиба трубы на внутренней стороне закругления мм е,* Необходимая минимальная толщина без припусков и допусков изгиба трубы на наружной стороне закругления мм R Радиус изгиба трубы и отвода трубы мм г Средний радиус трубы мм

6.3 Секторные отводы

6.3.1    Общие положения

Следующие правила для расчета секторных отводов (см. рисунок 6.3.2-1) применяют только в том случае, если выполнены следующие условия:

a)    допускаемое напряжение, не зависящее от срока службы

-    расчетное давление р_с должно быть меньше или равно 20 бар (2,0 МПа);

b)    допускаемое напряжение, зависящее от срока службы

-    перемещения трубопровода должны быть полностью погашены компенсаторами;

-    внутреннее давление должно быть ограничено 4 бар (0,4 МПа);

-    число циклов нагружения давлением по полной ширине спектра колебаний ограничено 100;

-    должна учитываться переменная нагрузка при высоких температурах.

Секторные отводы с центральным углом более 22,5* (см. угол а на рисунке 6.3.2-1) не должны использоваться при переменной нагрузке > 7000 циклов.

Примечание - Секторные отводы с центральным углом до 3* на сечении сектора могут рассчитываться по методу, приведенному в 6.1.

6.3.2    Условные обозначения

В 6.3 дополнительно к условным обозначениям в таблице 3.2-1 применяют условные обозначения, приведенные в таблице 6.3.2-1.

Таблица 6.3.2-1 - Условные обозначения, применяемые в 6.3

Условное обозначение Пояснение Единица измерения R Эффективный радиус секторного отвода (см. рисунок 6.3.2-1) ММ и Эмпирическое значение в зависимости от толщины стенок е* (см. таблицу 6.3.3-1) - 0 Угол (см. рисунок. 6.3.2-1) • а Центральный угол •

Примечание - а = 2в.

Рисунок 6.3.2-1- Схематичное изображение секторного отвода

в.4.2 Дополнительные термины и определения

6.4.2.1 Соединительное звено между цилиндром и конусом

Соединение отрезков цилиндра и конуса со средней толщиной стенок, которое при необходимости увеличивается (см. рисунки 6.4.2-1 и 6.4.2-2, примеры для концов с большим диаметром).

Рисунок 6.4.2-1 - Геометрическая форма места соединения конус/цилиндр без буртика - конец с увеличенным диаметром

Рисунок 6.4.2-2 - Геометрическая форма места соединения конус/цилиндр с буртиком - конец с увеличенным диаметром

6.4.3 Специальные условные обозначения и сокращения

В 6.4 дополнительно к условным обозначениям по таблице 3.2.1 применяют условные обозначения, приведенные в таблице 6.4.3-1.

Таблица 6.4.3-1 - Условные обозначения для 6.4

Я* Средний диаметр цилиндра в месте соединения с конусом D, Наружный диаметр конуса А Внутренний диаметр конуса DK Диаметр, вычисленный по формуле (6.4.4-7) Dm Средний диаметр конуса всоп Требуемая толщина стенки конуса, определяемая по 6.4.4 всИ Требуемая толщина стенки цилиндра, определяемая по 6.1 •/ Требуемая или установленная толщина стенки в соединении на конце конуса с большим диаметром в, Требуемая толщина стенки цилиндра в соединении е„ Установленная толщина стенки усиления в цилиндре о2 Требуемая толщина стенки конуса и буртика в соединении вг. Установленная толщина стенки усиления в конусе f Расчетное напряжение. Для проектирования соединений по 6.3.6 - 4.9 - это наименьшее из значений, установленных для отдельных соединительных деталей /1 Длина цилиндра k Длина конуса на конце с большим или меньшим диаметром а Половина угла при вершине конуса (степень)

р	Коэффициент, установленный в 6.4.6
Рн	Коэффициент, установленный в 6.4.8
у	Коэффициент, установленный в 6.4.7
_£_	Коэффициент, установленный в 6.4.7
т	Коэффициент, установленный в 6.4.8

6.4.4 Стенки конуса

Требуемая толщина стенки в любой точке конуса должна рассчитываться по одной из двух следующих формул:

(6.4.4-1)

или

в - ^РР« ¹

⁰⁰⁰ 2fz+P cosa ’ где 0, и 0* - рассматриваемые точки.

При данной геометрической форме принимается: _ 2/ze^cosa

где 0_т - рассматриваемая точка.

Для конца соединенного с цилиндром конуса с увеличенным диаметром могут выполняться следующие замены:

(6.4.4-4)

0_в = О* ⁺ cosa;    (6.4.4-5)

0_m = (D, + DJ/2,

где D_k = 0_С -е, -2r{1-cosa}-/₂sina.    (6.4.4-7)

Примечание 1- Приведенная в данном пункте толщина - это минимальное значение. При необходимости для усиления в местах соединения с другими соединительными деталями или на опорах, или же для восприятия других нагрузок, кроме нагрузки давлением, толщина должна увеличиваться.

Примечание 2 - Так как рассчитанная по вышеуказанным формулам толщина стенки - это минимальная толщина стенки, допустимая для рассматриваемой точки конуса, то допускается изготавливать конус в виде листов различной толщины, если в любой точке достигается минимальная толщина.

6.4.5 Места соединения - Общие положения

Требования 6.4.6 - 6.4.8 распространяются, если расстояние от соединения до соседнего соединения, как например, другого места соединения конус/цилиндр или фланца, составляет на цилиндре, как минимум, 2 /,, а на конусе 2 /₂:

где /, = _уО_св₁;

\ cosa

6.4.6 Места соединения между цилиндром без буртика и конусом на конце конуса с увеличенным диаметром

6.4.6.1 Условия распространения

Требования 6.4.6.2 и 6.4.6.3 распространяются, если выполнены следующие условия:

1)    Соединение должно быть выполнено стыковым швом, внутренние и наружные поверхности которого плавно переходят в прилегающий конус или цилиндр без уменьшения толщины стенки в отдельных местах.

2)    Сварной шов в соединении должен подвергаться 100 % неразрушающему контролю с применением радиографического или ультразвукового метода, если толщина стенки сварного шва не превышает 1,4 е/, в этом случае следует применять обычные правила для соответствующей категории исполнения.

Содержание

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

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

3    Термины и определения, условные обозначения и единицы измерения.......................................1

3.1    Термины и определения................................................................................................................1

3.2    Условные обозначения и единицы измерения............................................................................1

4    Основополагающие правила расчета.................................................................................................2

4.1    Общие положения..........................................................................................................................2

4.2    Нагрузки...........................................................................................................................................3

4.3    Толщина стенок..............................................................................................................................6

4.4    Допуски............................................................................................................................................8

4.5    Коэффициент прочности сварного шва........................................................................................8

4.6    Определение размеров нагруженных давлением соединительных деталей трубопровода ..8

5    Допускаемые напряжения....................................................................................................................8

5.1    Общие положения..........................................................................................................................8

5.2    Допускаемое напряжение, не зависящее от времени.................................................................9

5.3    Допускаемое напряжение, зависящее от времени....................................................................10

6    Расчет соединительных деталей трубопровода под внутренним давлением.............................11

6.1    Прямые трубы..............................................................................................................................11

6.2    Изгибы и отводы труб..................................................................................................................11

6.3    Секторные отводы.......................................................................................................................13

6.4    Переходы......................................................................................................................................14

6.5    Гибкие элементы трубопровода.................................................................................................21

6.6    Фланцевые соединения на болтах.............................................................................................23

7    Расчет заглушек под внутренним давлением..................................................................................23

7.1    Выпуклые заглушки......................................................................................................................23

7.2    Круглые плоские заглушки...........................................................................................................27

8    Отверстия и отводы............................................................................................................................40

8.1    Общие положения........................................................................................................................40

8.2    Условные обозначения................................................................................................................40

8.3    Ограничения.................................................................................................................................40

8.4    Отдельные отверстия..................................................................................................................46

8.5    Расположенные рядом отверстия..............................................................................................53

8.6    Расчет особых соединительных деталей трубопровода..........................................................54

9    Расчет соединительных деталей трубопровода с учетом атмосферного давления...................56

9.1    Общие положения........................................................................................................................56

9.2    Условные обозначения и пределы упругости............................................................................57

9.3    Цилиндрические трубы, изгибы и отводы труб.........................................................................59

9.4    Переходы......................................................................................................................................65

9.5    Сводчатые заглушки....................................................................................................................66

10 Расчет для переменной нагрузки......................................................................................................67

10.1    Общие положения......................................................................................................................67

10.2    Исключения из анализа усталости...........................................................................................68

6.4.б.2 Расчет

Требуемая толщина е, цилиндра равна большему из значений для еили в/. при этом е, следует рассчитывать следующим образом:

в,    (6.4.6-2)

Результат считается приемлемым, если рассчитанное по формуле (6.4.6-2J значение не меньше значения, применяемого в формуле (6.4.6-1). р может считываться также с граф на рисунке 6.4.6-1.

Эта толщина стенки должна выдерживаться на цилиндре на расстоянии не менее 1,4 от места соединения.

— а = 60°     а    =    30°

- а = 50°     а    =    20°

- а = 40°     а    =    10°

Рисунок 6.4.6-1 - Значения коэффициента р для места соединения конуса и цилиндра без буртика

Требуемая толщина стенки о? конуса в месте соединения равна большему из значений для е<х* и ву. Эта толщина стенки должна выдерживаться на конусе на расстоянии не менее 1,4 от места соединения (см. рисунок 6.4.6-1).

Допускается перераспределять усиление следующим образом, если в дальнейшем выполняются требования к минимальной толщине стенки 6.1 и 6.4.3.

Толщина стенки цилиндра может увеличиваться вблизи места соединения и далее может уменьшаться, если площадь поперечного сечения металла цилиндра на расстоянии 1.4 /, от места соединения составляет не менее 1,4 е,/,. Дополнительно толщина стенки конуса может увеличиваться вблизи места соединения и далее может уменьшаться, если площадь поперечного сечения металла конуса на расстоянии 1,4 ^от места соединения составляет не менее 1,4 еЖ

10.3    Расчет для переменной нагрузки, вызванной колебанием давления...................................68

10.4    Расчет усталости вследствие тепловой нагрузки....................................................................79

10.5    Расчет усталости при воздействии сочетания нагрузок.........................................................80

11    Жесткие присоединительные детали...............................................................................................80

11.1    Общие положения.......................................................................................................................80

11.2    Допустимые напряжения............................................................................................................81

11.3    Метод анализа свариваемых с трубопроводами присоединительных деталей...................81

11.4    Альтернативные методы расчета.............................................................................................88

12    Анализ напряжений и критерии допущения.....................................................................................88

12.1    Основополагающие условия.....................................................................................................88

12.2    Упругость трубопроводов..........................................................................................................89

12.3    Анализ упругости........................................................................................................................94

12.4    Анализ усталости........................................................................................................................98

13    Опоры..................................................................................................................................................98

13.1    Общие требования.....................................................................................................................98

13.2    Требования к материалу..........................................................................................................102

13.3    Расчет........................................................................................................................................102

13.4    Соединения...............................................................................................................................106

13.5    Требования к расчету особых конструктивных деталей опор..............................................107

13.6    Документация по опорам.........................................................................................................110

13.7    Маркировка опор......................................................................................................................110

Приложение А (справочное) Динамический анализ...........................................................................111

Приложение В (обязательное) Уточненный расчет изгибов и отводов труб..................................122

Приложение С (справочное) Компенсаторы.......................................................................................129

Приложение D (обязательное) Фланцы..............................................................................................139

Приложение Е (обязательное) Проектирование ответвлений для дополнительных

сооружений трубопровода..........................................................................................164

Приложение F (справочное) Испытание во время работы трубопровода с переменной

нагрузкой.......................................................................................................................167

Приложение G (справочное) Физические свойства сталей...............................................................168

Приложение Н (обязательное) Гибкость, коэффициенты увеличения гибкости и напряжения, а также моменты сопротивления соединительных деталей трубопроводов и геометрические неоднородности............................................................................173

Приложение I (справочное) Проверка изготовления пружинных опор и гасителей ударов...........181

Приложение J (обязательное) Проверка моделей опорных узлов...................................................185

Приложение К (справочное) Крепление опор на несущих конструкциях.........................................186

Приложение L (справочное) Изгиб стержнеобразных опор..............................................................187

Приложение М (справочное) Руководство для проектирования несущих элементов....................190

Приложение N (обязательное) Документация для опор....................................................................193

Приложение ZA (справочное) Требования ЕН 13480-3, соответствующие основополагающим

требованиям или другим положениям Директив Европейского Союза...............194

Библиография....................................................................................................................................195

Приложение Р (справочное) Сведения о соответствии европейских стандартов, на которые даны ссылки, государственным стандартам, принятым в качестве идентичных государственных стандартов.................................................................196

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ТРУБОПРОВОДЫ ПРОМЫШЛЕННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

Часть 3 Проектирование и расчет

ТРУБАПРАВОДЫ ПРАМЫСЛОВЫЯ МЕТАЛ1ЧНЫЯ Частка 3 Праектаванне i разлш

Metallic industrial piping Part 3. Design and calculation

Дата введения 2006-01-01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к проектированию и расчету промышленных металлических трубопроводных систем (далее - трубопровод) no ЕН 13480-1, включая опоры и подвески.

Настоящий стандарт применяется, если в контракте, стандарте или технических условиях на трубопровод установлена необходимость соответствия его европейским нормам.

2    Нормативные ссылки

Настоящий стандарт содержит датированные и недатированные ссылки на стандарты и положения других документов. Нормативные ссылки, перечисленные ниже, приведены в соответствующих местах в тексте. Для датированных ссылок последующие их изменения или пересмотр применяются в настоящем стандарте только при внесении в него изменений или пересмотре. Для недатированных ссылок применяют их последние издания.

ЕН 287-1:2004 Квалификация сварщиков. Сварка плавлением. Часть 1. Стали ЕН 288 Требование и признание методов сварки металлов

ЕН 1591-1:2001 Фланцы и фланцевые соединения. Правила разработки фланцевых соединений с круглыми фланцами и уплотнениями. Часть 1. Расчетный метод

ЕН 10204:1991/А1:1995 Изделия металлические. Виды документации по испытаниям и контролю ЕН 12953-3:2002 Котлы паровые. Часть 3. Конструкция и расчет элементов, работающих под давлением

ЕН 13445-3:2002 Сосуды негорючие, работающие под давлением. Часть 3. Проектирование ЕН 13480-1:2002 Трубопроводы промышленные металлические. Часть 1. Основные положения ЕН 13480-2:2002 Трубопроводы промышленные металлические. Часть 2. Материалы ЕН 13480-4:2002 Трубопроводы промышленные металлические. Часть 4. Изготовление и монтаж ЕН 13480-5:2002 Трубопроводы промышленные металлические. Часть 5. Испытания и контроль Пр. ЕН 1993:1993 Еврокод 3. Расчет и проектирование металлоконструкций ЕН 25817:1992 Сварка дуговая. Соединение сварные сталей. Уровни качества

3    Термины и определения, условные обозначения и единицы измерения

3.1    Термины и определения

В настоящем стандарте применяют термины и определения по ЕН 13480-1.

3.2    Условные обозначения и единицы измерения

Условные обозначения и единицы измерения, используемые в настоящем стандарте, приведены в таблице 3.2-1 и ЕН 13480-1.

Дополнительные условные обозначения приведены в соответствующих разделах настоящего стандарта.

Издание официальное

Таблица 3.2-1 - Условные обозначения и единицы измерения

Условное обозначение Пояснение Единица измерения PS* Максимально допустимое давление бар(МПа) Ry Радиусы мм R*hi Установленное минимальное значение верхнего предела текучести при расчетной температуре, если она выше температуры окружающей среды ]| s, Среднее значение 1 % предела текучести при растяжении после 100000 ч Н/мм' (МПа) S2 Среднее значение 1 % предела текучести при растяжении после 200000 ч Н/мм5 (МПа) Swrr Среднее значение предела длительной прочности по стандарту на материал при расчетной температуре t и рассматриваемой долговечности Т (в часах), причем разброс не должен превышать 20 % среднего значения Н/мм2 (МПа) TS Максимально допустимая температура °С z Момент сопротивления трубы mmj Co Припуск на коррозию или эрозию (см. рисунок 4.3-1) мм Ci Абсолютное значение минусового допуска из стандарта на материал (см. рисунок 4.3-1) мм Cj Допуск на возможное уменьшение толщины стенки при изготовлении (см. рисунок 4.3-1) мм в. Установленная толщина стенки соединительной детали для испытания на прочность (см. рисунок 4.3-1) мм e„ Номинальная толщина стенки по чертежу (см. рисунок 4.3-1) мм Заданная толщина стенки (см. рисунок 4.3-1) мм e, Требуемая толщина стенки, включая припуски и допуски (см. рисунок 4.3-1) мм i Допускаемое напряжение (см. раздел 5) Н/мм'(МПа) fCH Допускаемое напряжение в области длительной прочности Н/мм'(МПа) Pc Расчетное давление (см. 4.2.3.4) Н/мм*(МПа) Po Рабочее давление (см. 4.2.3.1) Н/мм'(МПа) tc Расчетная температура (см. 4.2.3.2) °С to Рабочая температура (см. 4.2.3.2) °С Z Коэффициент прочности сварного шва (см. 4.5) - C Припуск толщины стенки на основании заданной толщины (см. рисунок 4.3-1) мм Все давления для расчетов приведены в Н/мм' (МПа), a PS - в барах. ' Применяют следующие условные обозначения: I -внутренний; m - средний; о - наружный.

4 Основополагающие правила расчета

4.1 Общие положения

Правила расчета трубопроводов, приведенные в настоящем стандарте, применяют для условий изготовления, испытания, эксплуатации, а также для предварительной подачи давления и растяжки в холодном состоянии, промывки и очистки.

Для каждого вида соединительных деталей в зависимости от применяемых материалов, геометрических параметров, воздействующих нагрузок, видов отказов, применяют соответствующие правила расчета.

Примечание - Если настоящий стандарт не устанавливает правила расчета, то конструктору следует применять общепринятые правила расчета или экспериментальные методы для подтверждения выбранных размеров и толщины стенок.

В настоящем стандарте применяют методы расчетов, в основу которых положены упругие свойства материалов, а также пластические свойства, если некоторые элементы трубопровода могут ими обладать.

Если для труб больших диаметров применяют методы изготовления и монтажа из области по изготовлению сосудов, работающих под давлением, то тогда применяют правила по проектированию сосудов, работающих под давлением. Кроме того, действуют требования no ЕН 13480 (части 1 - 5), если общая конструкция может в достаточной мере описываться с помощью балочной теории.

У временно проложенных трубопроводов, например, предназначенных для промывки, очистки и продувки основного трубопровода, в основу берутся допускаемые напряжения при расчетных условиях.

4.2 Нагрузки

4.2.1    Общие положения

В течение срока службы трубопроводы подвергаются воздействию различным нагрузкам и их возможным сочетаниям:

-    внутреннее и/или атмосферное давление;

-    температура;

-    масса трубопровода и транспортируемого вещества;

-    климатические нагрузки;

-    осадка грунта и зданий;

-    вибрации;

-    землетрясение.

Примечание 1-Данное перечисление содержит не все возможные нагрузки.

Примечание 2- Пояснение этих нагрузок приведено в 4.2.3 и 4.2.4.

4.2.2    Сочетания нагрузок

Приведенные в 4.2.5.1 - 4.2.5.4 нагрузки и их возможные сочетания должны учитываться при проектировании трубопровода, опор и подвесок. Сочетания нагрузок, возникновение которых маловероятно, могут не учитываться, если принимаются во внимание результаты исследования, при которых изучены как вероятность их возникновения, так и возможность отсутствия герметичности трубопровода.

Если в трубопроводе возникает более одного сочетания нагрузок из давления и температуры, то должна применяться наибольшая из толщин стенок, рассчитанных для этих сочетаний.

4.2.3    Нагрузки, учитываемые при определении размеров

4.2.3.1    Рабочее давление

Рабочее давление р₀ должно быть меньше установленного для соответствующего трубопровода максимально допустимого давления (PS).

4.2.3.2    Рабочая температура

Рабочая температура t_Q должна быть меньше установленной для соответствующего трубопровода максимально допустимой температуры (TS).

4.2.3.3    Сочетание нагрузок «давление - температура»

Следует рассматривать взаимосвязанное сочетание нагрузок из давления р₀ и температуры to, которое учитывает максимальные нагрузки в трубопроводе, возникающие в течение длительного времени.

Максимальные нагрузки, возникающие периодически, должны рассчитываться по разделу 10 для трубопровода при аналогичных условиях.

Примечание - Рассчитанное для подобного рода сочетания давления и/или температуры напряжение может

превышать максимально допустимое напряжение на 10 %, если вызывающие эти сочетания условия длятся

не дольше чем 10 % соответствующей 24-часовой рабочей фазы.

4.2.3.4    Расчетное давление

Расчетное давление р_е должно определяться для установленного в 4.2.3.3 сочетания давления и температуры.

Расчетное давление р_с не должно быть меньше соответствующего рабочего давления р_а Рабочее давление р₀ и температура to, используемые для расчета максимальной толщины стенок, должны удовлетворять следующим условиям:

1)    Ре= Ро= PS, если соответствующая температура удовлетворяет требованиям 4.2.3.5;

2)    t_c соответствует требованиям 4.2.3.5 для t₀= TS, если соответствующее р_с= р₀

Примечание - Если есть сочетание нагрузок, при котором р, = PS и fc, = TS. то достаточно будет выполнять

расчеты только для этого сочетания.

Если расчетная температура ^ находится в диапазоне, в котором для определения допускаемого напряжения важен временной фактор, то расчетное давление должно приниматься равным рабочему давлению До. при рабочей температуре k

4.2.3.5 Расчетная температура

Расчетная температура U - это максимальная ожидаемая температура в центре толщины стенок трубопровода при расчетном давлении р_с и нормальных условиях эксплуатации, значение которой определяется, как описано ниже. При расчете диапазона температур следует исходить из того, что не происходит потери тепла вследствие воздействия ветра.

a)    Расчетная температура соединительных деталей трубопровода без наружной изоляции и без внутренней облицовки определяется следующим образом:

1)    при температуре транспортируемого вещества ниже 40 °С расчетная температура для соединительной детали равна температуре транспортируемого вещества;

2)    если более низкая средняя температура стенок не определяется при испытании или расчете передачи тепла, то расчетная температура соединительной деталей без изоляции при температуре транспортируемого вещества 40 °С и выше, не может быть ниже 40 °С и не может превышать следующие значения:

i)    95 % температуры транспортируемого вещества для клапанов, труб, днищ, ввариваемых фитингов и других соединительных деталей с толщиной стенок, соизмеримой с толщиной стенок труб;

ii)    90 % температуры транспортируемого вещества для фланцев (за исключением фланцев с нахлесточным соединением), включая фланцы трубопровода, фитинги и клапаны;

iii)    85 % температуры транспортируемого вещества для фланцев с нахлесточным соединением;

iv)    80 % температуры транспортируемого вещества для резьбовых соединений.

b)    Расчетная температура соединительных деталей трубопровода с наружной изоляцией равна температуре транспортируемого вещества, если расчеты, испытания или исследования, основывающиеся на измерениях, не подтверждают применение другого значения температуры. Если трубопровод обогревается или охлаждается посторонними источниками тепла или двойными обшивками, то это следует учитывать при установлении расчетных температур для соединительных деталей;

c)    Расчетную температуру облицованных соединительных деталей трубопровода устанавливают на основании расчета теплопередачи или результатов испытаний воздействия температуры транспортируемого вещества на характеристики облицовки.

Примечание - Облицовка может использоваться также и для изоляции;

d)    Значения рабочего давления р₀ и рабочей температуры t₀ могут превышать значения, применяемые в этом расчете, если рассчитываемая толщина стенки определяется из значений усталостной прочности (см. 4.2.5.2.1 и 12.3.3).

4.2.4 Другие учитываемые нагрузки

4.2.4.1    Масса трубопровода и транспортируемого вещества

При проектировании следует учитывать обусловленные силой тяжести нагрузки, воздействующие на трубопровод. К ним относится масса:

-трубопровода, фитингов, клапанов и изоляции;

-    транспортируемого вещества;

-    испытательной жидкости.

4.2.4.2    Климатические нагрузки

При прокладке трубопровода на открытом воздухе следует учитывать климатические нагрузки. Максимальные нагрузки следует устанавливать с учетом фактических местных условий и их воздействий на трубопровод.

4.2.4.3    Динамические нагрузки от транспортируемого вещества

При расчете трубопровода следует исключить вызывающие повреждения динамические нагрузки от транспортируемого вещества. Если это не представляется возможным, то эти нагрузки следует учитывать. Если динамические нагрузки объясняются непосредственно процессом транспортирования или применением деталей и оборудования, поставленных заказчиком, то их количество указывается в технической документации при заказе.

Следует учитывать нагрузки на трубопровод от срабатывания предохранительных клапанов. Если предохранительные клапаны поставляются не производящим монтаж трубопровода предприятием, то заказчик должен устанавливать величины нагрузок и направление действия.

Анализ оценки воздействий динамических нагрузок от транспортируемых веществ приведен в приложении А.

Д.2.4.4 Осадка грунта и зданий

Если в течение срока службы трубопровода следует ожидать осадку грунта и зданий, то используемые при проектировании значения должны указываться в технической документации при заказе.

4.2.4.5    Вибрации

Трубопроводы следует проектировать и устанавливать на опоры таким образом, чтобы исключить чрезмерные и причиняющие повреждения нагрузки от вибраций, например, ударом, колебаниями давления, резонансами в деталях, работающих под давлением, и ветровыми нагрузками.

Если при эксплуатации могут возникать вибрации, то при выполнении прокладки трубопровода следует использовать упоры, амортизаторы, опоры, подвески, анкерные крепления, указанные в разделе 13. Если этого недостаточно, то специальным анализом вибрации следует подтверждать, что трубопровод не перегружается.

Примечание - Подтверждение анализа вибрации в письменном виде нс тробуотся.

4.2.4.6    Землетрясения

Если трубопровод должен выдерживать сейсмические нагрузки, то в технической документации должны быть приведены точные данные по особенностям учитываемых сейсмических нагрузок.

Примечание - Анализ оценки сейсмических нагрузок приведен в приложении А.

4.2.5 Условия расчета

4.2.5.1    Нормальные условия эксплуатации

Нормальные условия эксплуатации - это установившиеся режимы работы при постоянной производительности и временные режимы, которые возникают при нормальных рабочих нагрузках. Условия полной нагрузки и частичной нагрузки, а также условия при пуске следует исследовать вместе со связанными с ними процессами ввода в эксплуатацию, управления и отключения.

Для расчета трубопровода при нормальных условиях эксплуатации следует учитывать:

-    внутреннее и (или) атмосферное давление, включая статическое давление транспортируемого вещества, если имеет место;

-    массу трубопровода, включая расположенные внутри монтажные детали и дополнительно присоединенные устройства;

-    массу изоляции;

-    массу транспортируемого вещества;

-    тепловое расширение;

-    условия опирания;

-    поведение пружинных и неподвижных подвесок и опор;

-    смещение и скручивание анкерных опор и присоединенных деталей оборудования;

-    предварительная растяжка в холодном состоянии;

-    осадка зданий.

4.2.5.2    Возникающие временные режимы работы

4.2.5.2.1    Общие нагрузки

Возникающие временные режимы работы - это случаи при нормальных условиях эксплуатации, например, последствия действия предохранительных клапанов, сброса нагрузки турбины, отказа насоса или открытия и закрытия запорных клапанов.

При возникновении временных режимов при расчете дополнительно к приведенным в 4.2.5.1 нагрузкам следует учитывать нижеследующие нагрузки:

-    срабатывание предохранительных клапанов;

-динамические ударные нагрузки (например, удар пара, гидравлический удар);

-    реакции сливания;

-    температуры, отличающиеся от нормальных условий эксплуатации;

-    воздействие амортизаторов;

-    воздействие пружинных и неподвижных опор;

-    возможные обычные климатические воздействия, например соответствующие фактическим местным условиям, снеговые и ветровые нагрузки;

-    сейсмические нагрузки.

4.2.5.2.2    Нагрузки при очистке

При расчете трубопровода для условий очистки учитывают статические, динамические и кинематические предельные значения.

Следует учитывать:

-    внутреннее давление;

-    массу трубопровода, включая вмонтированные детали, а также дополнительно присоединенные устройства;

-    массу изоляции;

-    массу чистящей жидкости;

-    тепловое расширение при температуре чистки;

-    условия опирания (включая временное опирание);

-    заблокированные и деблокированные пружинные и неподвижные опоры; смещение и скручивание анкерных креплений опор и присоединенных деталей; деформирование в холодном состоянии.

4.2.5.2.3    Нагрузки при промывке

При расчете трубопровода для условий промывки следует учитывать все статические и динамические предельные значения.

Следует учитывать:

-    измененную геометрию трубопровода;

-    массу трубопровода, включая вмонтированные детали, а также дополнительно присоединяемые устройства;

-давление промывки;

-    условия опирания (включая временное опирание);

-    заблокированные и деблокированные пружинные и неподвижные опоры;

-    смещение и скручивание анкерных креплений, опор и присоединенных деталей;

-    предварительную растяжку;

-    усилия на выходе.

4.2.5.3    Чрезвычайные условия эксплуатации

Чрезвычайными условиями эксплуатации считаются редко возникающие случаи нагрузок:

-    возможные чрезвычайные климатические воздействия, например, несоответствующие местным условиям необычно высокие снеговые и ветровые нагрузки;

-    сейсмические нагрузки (безопасные землетрясения).

4.2.5.4    Условия испытаний

При расчете трубопровода для условий испытаний следует учитывать все статические, динамические и кинематические предельные значения.

Следует учитывать все нижеследующие нагрузки:

-    внутреннее давление (испытательное давление и напор);

-    массу трубопровода, включая вмонтированные детали, а также дополнительно присоединенные устройства;

-    массу (полной или частичной) изоляции;

-    массу испытательной жидкости;

-    тепловое расширение;

-    условия опирания (включая временное опирание);

-    заблокированные и деблокированные пружинные и неподвижные опоры; смещение и кручение анкерных креплений, опор и присоединительных деталей оборудования;

-    предварительную растяжку.

4.3 Толщина стенок

Минимальную толщину стенок следует определять для труб и фитингов с учетом способа изготовления.

Коррозия может возникать внутри или снаружи труб (термин «коррозия» охватывает также эрозию).

В каждом случае заказчик должен указывать значение припуска на коррозию Со (который, если коррозия отсутствует, может быть нулевым) или это значение следует устанавливать по согласованию между договаривающимися сторонами с учетом вида, температуры, скорости потока и т. п. контактирующих со стенками транспортируемых веществ.

Все толщины стенок, припуск на коррозию Со, допуск с, и уменьшение толщины стенок Cj приведены на рисунке 4.3-1.