СНиП 2.04.12-86

СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА


РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Дата введения 1987-01-01

    РАЗРАБОТАНЫ ВНИИСТ Миннефтегазстроя (канд. техн. наук В.В.Рождественский - руководитель темы, канд. техн. наук В.П.Черний).
    
    ВНЕСЕНЫ Миннефтегазстроем.

    ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Главтехнормированием Госстроя СССР (И.В.Сессин).
    
    УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 7 апреля 1986 г. N 41.
        
    С введением в действие СНиП 2.04.12-86 "Расчет на прочность стальных трубопроводов"  утрачивают силу "Указания по расчету стальных трубопроводов различного назначения" (СН 373-67).
    
    
    При пользовании нормативным документом следует учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые в журнале "Бюллетень строительной техники", "Сборнике изменений к строительным нормам и правилам" и информационном указателе "Государственные стандарты РФ".
    
    
    Настоящие нормы распространяются на стальные трубопроводы (в дальнейшем - трубопроводы) различного назначения условным диаметром до 1400 мм включ., предназначенные для транспортирования жидких и газообразных сред давлением до 10 МПа (100 кгс/см) и температурой от минус 70 до плюс 450 °С включ., и устанавливают требования к расчету их на прочность.

    Настоящие нормы не распространяются на магистральные и промысловые газо- и нефтепроводы, технологические и шахтные трубопроводы, на трубопроводы, работающие под вакуумом и испытывающие динамические воздействия транспортируемой среды, трубопроводы особого назначения (атомных установок, передвижных агрегатов, гидро- и пневмотранспорта и др.), а также на трубопроводы, для которых проектирование или расчет на прочность регламентируется "Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды", утвержденными Госгортехнадзором СССР, и другими нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

    1.1. Для трубопроводов следует применять трубы и соединительные детали, отвечающие требованиям государственных стандартов и технических условий, утвержденных в установленном порядке, что должно быть подтверждено сопроводительным документом (паспортом или сертификатом). При отсутствии указанного документа соответствие труб и соединительных деталей требованиям государственных стандартов или технических условий должно быть подтверждено испытанием их образцов в объеме, определяемом нормативными документами на соответствующие трубопроводы.
  
    1.2. Расчет трубопроводов на прочность производится по методу предельных состояний и включает определение толщин стенок труб, тройников, переходов, отводов и заглушек, определение допустимых пролетов трубопроводов, проведение поверочного расчета принятого конструктивного решения трубопровода.
    
    1.3. Поверочный расчет трубопроводов следует производить на неблагоприятные сочетания нагрузок и воздействий для конкретно принятого конструктивного решения с оценкой прочности и устойчивости продольных и поперечных сечений рассматриваемого трубопровода.
     
    1.4. Буквенные обозначения величин в формулах, приведенных в настоящих нормах, указаны в обязательном приложении 1.

2. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

    2.1. Расчет трубопроводов на прочность следует выполнять с учетом нагрузок и воздействий, возникающих при их сооружении, испытании и эксплуатации.
  
    Расчетные нагрузки, воздействия и их возможные сочетания необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85.
         

    2.2. Коэффициенты надежности по нагрузке следует принимать по табл.1.
    

     Таблица 1

  
    
    2.3. Нормативные нагрузки от собственного веса трубопровода, арматуры и обустройств, изоляции, от веса и давления грунта необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85.
    
    2.4. Нормативное значение воздействия от предварительного напряжения трубопровода (упругий изгиб по заданному профилю, предварительная растяжка компенсаторов при надземной прокладке и др.) надлежит определять по принятому конструктивному решению трубопровода.
    
    2.5. Нормативное значение давления транспортируемой среды устанавливается проектом.

    2.6. Нормативную нагрузку от веса транспортируемой среды на единицу длины трубопровода следует определять по формулам:

     для жидкой среды   
    

,                                         (1)

    для газообразной среды    
    

.                                         (2)

    2.7. Нормативный температурный перепад в трубопроводе надлежит принимать равным разнице между максимально или минимально возможной температурой стенок трубопровода в процессе эксплуатации и наименьшей или наибольшей температурой, при которой фиксируется расчетная схема трубопровода.
  
    2.8. Нормативную снеговую нагрузку на единицу длины горизонтальной проекции надземного трубопровода надлежит определять по формуле

.                                                  (3)

    Вес снегового покрова следует принимать по СНиП 2.01.07-85.
    2.9. Нормативную нагрузку от обледенения на единицу длины надземного трубопровода следует определять по формуле

,                                                          (4)

где  - толщину слоя и - объемный вес гололеда необходимо принимать по СНиП 2.01.07-85.

             
    2.10. Нормативную ветровую нагрузку на единицу длины надземного трубопровода , действующую перпендикулярно его осевой вертикальной плоскости, следует определять по формуле      
    

    ,                                              (5)

где статическую и динамическую составляющие ветровой нагрузки следует определять по СНиП 2.01.07-85, при этом значение необходимо определять как для сооружения с равномерно распределенной массой и постоянной жесткостью.
 
    2.11. Нормативные значения нагрузок и воздействий, возникающих при транспортировании отдельных секций, при сооружении трубопровода, испытании и пропуске очистных устройств, следует устанавливать проектом в зависимости от способов производства этих работ и проведения испытаний.
    
    2.12. Сейсмические воздействия на надземные и подземные трубопроводы надлежит принимать согласно СНиП II-7-81.
    
    2.13. Нагрузки и воздействия, вызываемые резким нарушением процесса эксплуатации, временной неисправностью и поломкой оборудования, следует устанавливать проектом в зависимости от особенностей технологического режима эксплуатации.
    
    2.14. Нагрузки и воздействия от неравномерных деформаций грунта (осадок, пучения, селевых потоков, оползней, воздействий горных выработок, карстов, замачивания просадочных грунтов, оттаивания вечномерзлых грунтов и т.д.) надлежит определять на основании анализа грунтовых условий и их возможного изменения в процессе строительства и эксплуатации трубопроводов.
    
    2.15. Нормативные нагрузки и коэффициенты надежности по нагрузке от подвижного состава железных и автомобильных дорог следует определять согласно СНиП 2.05.03-84.

3. РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБ,
СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

    3.1. Расчетные сопротивления материала труб и соединительных деталей по временному сопротивлению и пределу текучести при расчетной температуре следует определять по формулам:
   

     ;                                                          (6)

.                                                         (7)

    3.2. Нормативные сопротивления и следует принимать равными минимальным значениям соответственно временного сопротивления и предела текучести материала труб и соединительных деталей по государственным стандартам или техническим условиям на трубы и соединительные детали, определяемым при нормальной температуре (20 °С).
    3.3. Значения коэффициента надежности по материалу труб и соединительных деталей надлежит принимать по табл.2. Значения коэффициентов надежности по материалу труб и соединительных деталей, изготовляемых по ряду государственных стандартов, допускается принимать по рекомендуемому приложению 2.

    

Таблица 2

    3.4. Значения поправочных коэффициентов надежности по материалу труб и соединительных деталей и при расчетной температуре эксплуатации трубопровода следует принимать по табл.3.

Таблица 3

   
    
    3.5. Расчетные сопротивления сварных швов, соединяющих между собой трубы и соединительные детали, выполненных любым видом сварки и прошедших контроль качества неразрушающими методами, следует принимать равными меньшим значениям соответствующих расчетных сопротивлений соединяемых элементов.
  
    При отсутствии этого контроля расчетные сопротивления сварных швов, соединяющих между собой трубы и соединительные детали, следует принимать с понижающим коэффициентом 0,85.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИН СТЕНОК ТРУБ И СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

    4.1. Расчетные толщины стенок труб и соединительных деталей следует определять:
    
     при  
    

,                                                          (8)

где
    

;                                                                      (9)

    при  

.                                                    (10)

    4.2. Трубопроводы с толщиной стенки, определенной согласно настоящим нормам, не допускается применять для транспортирования сред, оказывающих коррозионное воздействие на металл и сварные соединения труб, если в проекте не предусмотрены решения по защите их от коррозии (антикоррозионные покрытия, ингибиторы и пр.) .
 
    Увеличение толщины стенки трубопроводов (соединительных деталей) с целью защиты их от коррозии, а также трубопроводов, находящихся в особых условиях строительства или эксплуатации (например, при прокладке трубопроводов в сейсмических районах или особенностях технологии сварки, производства строительно-монтажных работ или значительных температурных перепадах в трубопроводе и др.), допускается только при условии, если это увеличение предусмотрено соответствующими нормативными документами, утвержденными или согласованными Госстроем СССР.    
         
    4.3. Значения коэффициента надежности по назначению трубопровода следует принимать по табл.4.

    

 Таблица 4

        
    
    4.4. Значения коэффициента условий работы трубопровода необходимо принимать по табл.5.
         
   

Таблица 5

     
    
     4.5. Коэффициент надежности для труб и соединительных деталей в расчетах по временному сопротивлению следует принимать равным 1,3.
    
    4.6. Значения коэффициента несущей способности труб и соединительных деталей, конструктивные решения которых приведены в рекомендуемом приложении 3, надлежит принимать:      
     

    для труб, заглушек и переходов ;

    
    для тройниковых соединений и отводов - по формуле

,                                                                 (11)

 
     Значения коэффициентов и в формуле (11) следует принимать: для тройниковых соединений - по табл.6; для отводов - по табл.7.

    

  Таблица 6
     

Таблица 7

      
    
    4.7. Для подземных трубопроводов, имеющих отношение или укладываемых на глубину более 3 м или менее 0,8 м, следует соблюдать условие
    

.                                       (12)

    Значения и (расчетное усилие и изгибающий момент в продольном сечении трубы единичной длины) необходимо определять в соответствии с правилами строительной механики с учетом отпора грунта от совместного воздействия давления грунта, нагрузок над трубой от подвижного состава железнодорожного и автомобильного транспорта, возможного вакуума и гидростатического давления грунтовых вод.

   

5. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДА

    5.1. Поверочный расчет трубопровода производится после выбора его основных размеров с учетом всех расчетных нагрузок и воздействий для всех расчетных случаев.

    5.2. Определение усилий от расчетных нагрузок и воздействий, возникающих в отдельных элементах трубопроводов, необходимо производить методами строительной механики расчета статически неопределимых стержневых систем.
 

    5.3. Расчетная схема трубопровода должна отражать действительные условия его работы, а метод расчета - учитывать возможность использования ЭВМ.

    5.4. В качестве расчетной схемы трубопровода следует рассматривать статически неопределимые плоские или пространственные, простые или разветвленные стержневые системы переменной жесткости с учетом взаимодействия трубопровода с опорными устройствами и окружающей средой (при укладке непосредственно в грунт). При этом коэффициенты повышения гибкости отводов и тройниковых соединений определяются согласно пп.5.5 и 5.6.     
    
    5.5. Значение коэффициента повышения гибкости гнутых и сварных отводов надлежит определять по табл.8.

Таблица 8

   Величина принимается по черт.1 в зависимости от геометрического параметра отвода и параметра внутреннего давления .
    

Черт.1. График для определения значений

    Значения параметров и следует определять по формулам:
 

;                                                                    (13)

.                                                           (14)

    5.6. Коэффициент гибкости тройниковых соединений необходимо принимать равным единице.
    
    5.7. Арматуру, расположенную на трубопроводе (краны, задвижки, обратные клапаны и т.д.), следует рассматривать в расчетной схеме как твердое недеформируемое тело.
     
    5.8. В каждом поперечном сечении трубопровода необходимо соблюдать условия:
    
    при эксплуатации:
         

;                                                             (15)

;                                                                   (16)

    при сооружении, испытании, пропуске очистных устройств, хранении и транспортировании труб (секций), сейсмических воздействиях, особых режимах эксплуатации, вызываемых резкими нарушениями технологического режима, временной неисправностью или поломкой оборудования,

.                                                               (17)

     
    При несоблюдении условий (15)-(17) необходимо изменить конструктивную схему трубопровода, технологический режим транспортируемого продукта или способ производства работ, а в исключительных случаях, приведенных в п.4.2, допускается увеличить толщину стенки трубопровода.     
     
    Номинальную толщину стенки труб и соединительных деталей надлежит принимать ближайшей большей по сравнению с расчетной по ГОСТу или ТУ на трубы, которые допускается применять для строительства соответствующих трубопроводов.
     
    Значения коэффициентов нагруженности поперечных сечений трубопровода , и cледует определять согласно пп.5.9 и 5.10.     
        

    5.9. Значения коэффициентов и следует определять по формулам:

,              (18)

где ;

     
    , - соответственно расчетные продольное усилие и крутящий момент в рассматриваемом сечении трубопровода от совместного действия веса трубопровода, изоляции, арматуры и обустройств, расположенных на трубопроводе, веса и внутреннего давления транспортируемой среды, снеговой, ветровой и гололедных нагрузок;
         

                        (19)

           
где , , , - соответственно расчетные продольное усилие, изгибающие моменты в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, крутящий момент в рассматриваемом поперечном сечении трубопровода от совместного действия веса трубопровода, изоляции, арматуры и обустройств, расположенных на трубопроводе, воздействия предварительного напряжения трубопровода (в том числе упругого изгиба по заданному профилю), веса, внутреннего давления и температурного воздействия транспортируемой среды, воздействия неравномерных деформаций грунта, снеговой, ветровой и гололедных нагрузок.

    Коэффициент интенсификации напряжений следует определять согласно п.5.11.
    
    5.10. Коэффициент для стадий сооружения, хранения и транспортирования необходимо вычислять по формуле
         

,                                       (20)

где , , , - соответственно расчетные продольное усилие, изгибающие моменты в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, крутящий момент в рассматриваемом поперечном сечении трубопровода от действия нагрузок, возникающих при принятом в проекте способе производства работ и транспортирования труб (секций).
  
    Значение коэффициента для стадий испытания и пропуска очистных устройств, при воздействиях, вызываемых резкими нарушениями технологического режима, временной неисправностью или поломкой оборудования, следует определять по формуле (19), в которой нормативные значения давления транспортируемой среды и температурного воздействия должны приниматься согласно принятой в проекте схеме испытания или режиму эксплуатации.
    
    Значение коэффициента для оценки прочности при сейсмических воздействиях следует вычислять по формуле (19), в которой при определении расчетных усилий и моментов к перечисленным нагрузкам и воздействиям добавляются сейсмические воздействия.
    
    5.11. Значения коэффициентов интенсификации напряжений следует принимать:
    
    для прямой трубы ;
    
    для отводов .

   
    Значение принимается по черт.2 в зависимости от параметров и , определяемых формулами (13) и (14);
    
    для тройникового соединения:
    
    магистральной части
      

;                                                   (21)

    ответвления .
  

Черт.2. График для определения значений коэффициента

    Значения принимаются по черт.2 в зависимости от параметров тройникового соединения, определяемых по формулам:

;                                                (22)

.                   (23)

    Примечание. При определении значений параметров магистральной части тройникового соединения и используются первые индексы, ответвления  тройникового соединения и   - вторые индексы.
    
    

    5.12. Определение пролетов надземных трубопроводов, укладываемых на опоры с самокомпенсацией температурных удлинений или с линзовыми компенсаторами, допускается производить согласно обязательному приложению 4.
         
    

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Обязательное

БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИН

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НАДЕЖНОСТИ ПО МАТЕРИАЛУ ТРУБ
И СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, ИЗГОТОВЛЯЕМЫХ  
ПО РЯДУ ГОСУДАРСТВЕННЫХ СТАНДАРТОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Рекомендуемое

КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТРУБОПРОВОДОВ

    Значения коэффициентов несущей способности, определяемые согласно п.4.6, следует учитывать в расчетах для следующих решений соединительных деталей.

    1. Равнопроходные и переходные тройниковые соединения (тройники):
    
    бесшовные, получаемые выдавливанием или экструзией ответвления в горячем состоянии, и штампосварные, получаемые сваркой по образующим двух несимметричных частей, одна из которых имеет цельноштампованное ответвление (черт.1,а). Радиус должен быть не менее толщины стенки тройника;
    
     сварные, получаемые путем врезки одной трубы (или трубной обечайки) в другую под прямым углом  (черт.1, б), и тройники сварные, усиленные накладками (черт.1, в),  которые целесообразно применять при мм. При этом для тройников с отношением диаметров ответвления к магистрали накладки не ставятся, а при накладка ставится только на магистрали. Ширина накладок (черт.1, в) должна быть на магистральной части тройника , на ответвлении - . Толщина накладок должна быть равна толщине стенки магистральной части тройника.

Черт.1. Тройники

а - бесшовный и штампосварной; б - сварной без усиливающих элементов; в - сварной, усиленный
накладками;  1 - магистральная часть тройника; 2 - ответвление; 3 - накладка

     
    
    2. Концентрические штампованные и штампосварные переходы, получаемые путем горячей штамповки (осадки) из цилиндрической заготовки или штамповки и сварки двух симметричных заготовок (черт.2). Величина угла должна быть не более 15°.

Черт.2. Концентрический переход

    3. Заглушки (днища) эллиптические (черт.3), получаемые горячей штамповкой и имеющие высоту эллиптической части не менее 0,2 диаметра заглушки.
    

Черт.3. Заглушка эллиптическая

    4. Отводы:
    
    бесшовные, получаемые путем горячей протяжки трубных заготовок, и отводы штампосварные, получаемые сваркой из двух горячештампованных симметричных заготовок (черт.4, а);
  
    сварные, которые должны иметь не менее трех секторов и двух полусекторов (черт.4, б). Отводы изготовляются с обязательной подваркой корня шва изнутри. Длина секторов по внутренней образующей должна быть не менее 0,15 .

Черт.4. Отводы

a - бесшовный и штампосварной; б - сварной

ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Обязательное

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЛЕТОВ НАДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

    1. Значения пролетов надземных трубопроводов, определяемые настоящим приложением, следует принимать для трубопроводов, укладываемых на опоры с самокомпенсацией температурных удлинений (например, путем установки П-образных или  -образных компенсаторов), и для трубопроводов с линзовыми компенсаторами.

    2. При определении пролетов трубопроводов различаются средние и крайние пролеты (см. чертеж) .
         

Схема прокладки трубопровода на опорах

1 - средние пролеты; 2 - крайние пролеты; 3 - компенсирующие устройства

     
    3. Средний пролет трубопровода при отсутствии резонансных колебаний трубопровода следует определять по формуле
         

.                (1)

    Для трубопроводов, подлежащих гидравлическому испытанию, расстояние между опорами трубопровода во время испытания должно быть не больше величины
    

.                         (2)

    Для газопроводов, в которых возможно образование конденсата при их отключении, средний пролет газопровода не должен превышать величины
    

.                                                     (3)

    4. Значения величин расчетных нагрузок на единицу длины трубопровода и необходимо определять по формулам:
    

;                                    (4)

.                                             (5)

    Нормативные нагрузки в формулах (4) и (5) следует принимать:
    
    от веса единицы длины трубопровода и от веса единицы длины изоляционного покрытия трубопровода - по СНиП 2.01.07-85;
    
    от веса транспортируемой среды - для жидкости - по формуле (1),  для газа - по формуле (2) настоящих норм;
         
    от снега или гололеда   - по формулам (3) или (4) настоящих норм,  при этом принимается нагрузка,  для которой величина произведения или больше;
         

    от веса воды в единице длины трубопровода   - по формуле (1) настоящих норм.

  
    5. Значения коэффициента уклона трубопровода следует принимать по таблице.

        
    
    6. При скоростях ветра, когда частота срыва вихрей совпадает с собственной частотой изгибных колебаний трубопровода, необходимо производить поверочный расчет трубопровода на вихревое возбуждение в направлении, перпендикулярном ветровому потоку, согласно СНиП 2.01.07-85.
     
    
    
Текст документа сверен по:
официальное издание
/ Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2001