МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ    ^гАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Всесоюзный научно-нсспедо&атепьский институт по строительству магистральных трубопроводов

-ВНИИСТ-

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ДИНАМИКИ ТЕПЛОВОГО И .МЕХАНИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТРУБОПРОВОДОВ С ПРОМЕРЗАЮЩИМИ И ПРОТАИВАЮЩИМИ ГРУНТАМИ

Р «09-86

Москва 1987

УДК 621.643.002,2:624.13(083.96)

В Рекомендациях изложена методика прогнозирования динамики теплового и механического взаимодеист -вин трубопроводов с промерзающими и протаивающими грунтами, по которой определяют движения фронтов промерзания и оттаивания вокруг трубы и перемещения изотермического сечения трубопровода в вертикальной плоскости в результате воздействия на него как процессов пучения грунтов, так и термокарстовых процессов. Приводятся алгоритм и программа расчета на ЭВМ серии ЕС теплового и механического взаимодействия трубопроводов с окружающей средой для различных конструктивных систем прокладок (подземной, наземной открытой, наземной закрытой) как для теплоизолированных трубопрово -дов, так и для трубопроводов без теплоизоляции.

Рекомендации разработаны сотрудниками отдела трубопроводов, сооружаемых в особых условиях (00У ВНИИСТа), кандидатами технических наук В.Б.Спиридоновым, А.С. Гехманом, А.Д.Перельмитером, А.С.Цуриковьш, Л.Г.Фига-ровым, директором ВНПГ.Игаздобыча А.В.Буераковым, начальником БД ВНППйгаздобыча Ю.А.Кривогузовым, руководителем группы ВЦ Вгшшгаздобыча В.В.Доваковской.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических .'аботников проектных и строительных организаций, осуществляющих сооружение магистральных трубопроводов.

Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (ВНИлСТ), 1987

!

ITS Целый Параметр, указывающий тип

процесса формирования в грунте фазового фронта вверх с поверхности трубопровода:

ITB-I - образование;

ITB-2 - разрушение;

ITB-3 - отсутствие

TF Вещеет-Сред немесячная температура венный поверхности грунта

^м ЕОВ(Ы) Тоже Формирование фазового фронта

сезонных образований с дневной поверхности вне зоны влияния трубопровода, рассчитывается по данной Рекомендации

EPB(n) " Формирование фазового фронта сезонных разрушений с дневной поверхности вне зоны влияния трубопровода, рассчитывается по данной Рекомендации

ХН2    ¹¹    Обобщенная переменная формиро

вания нижнего фазового фронта сезонных разрушений вне зоны влияния трубопровода

#трр - ЕВ « Обобщенная переменная, принимающая значение ЕОВ (N ) или EFB (ЛО

YQ(N)    "    Формирование фазового фронта

сезонных образований с дневной поверхности над трубопроводом, рассчитывается по данной Рекомендации

\_5_

и    У'Р(Ы) Вещест- Формирование фазового фронта

венный _{сезонньк} разрушений с дневной поверхности над трубопроводом, рассчитывается по данной Реко-мендадии

Обобщенная переменная, принимающая значение УО (/V) или УР (А/)

Число фронтов под трубопроводом

Параметр, указывающий тип процесса формирования в грунте фазового фронта в основании тру -бопровода:

JAKT=0 - отсутствие фронтов; JAKT=I - образование сезонных ореолов;

JAKT=2 - разрушение сезонных ореолов;

JAKT=3 - образование многолетних ореолов

Счетчик циклов промерзания -оттаивания грунта вокруг трубопровода по годам

Указатель знака t_2p :

I6R* I, если tgpZO;

IGR = -I, если iгр < О

Указатель знака i(N) :

TTN = I, если t(N)^O)

ITN = -I, если t(N)<Q>

15

!    3    1    »    1_5_

ITP Целый Указатель знака t_n(А/) :

ITP=I, если i_n(N)^0}

ITP=-I_f если i_n(N)<0.

N To же Переменная цикла по текущим месяцам года

RO(N) Вещест- Формирование фазового фронта венный _{сезонных} образований вверх с поверхности трубопровода (отсчет от верхней образующей трубопровода)! определяется по данной Рекомендации

Формирование фагового фронта сезонных разрушений вверх с поверхности трубопровода (отсчет от верхней образующей трубопровода), определяется по данной Рекомендации

Обобщенная переменная, принимающая значение RO (/V ) или RP{ N )

Обобщенная переменная, принимают я значения ROS (И), ROP(N), ШИШ). ROM (И) Формирование фазового фронта

сезонных образований в основании трубопровода (отсчет от нижней образующей трубопровода), определяется по данной Рекомендации

Формирование фазового фронта сезонных разрушений с поверхности трубопровода в его ос -новации (отсчет от швней об-

19

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящие Рекомендации разработаны в развитие глав СНиП 2.05.06-85 "Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования" [l ] , "Временных указаний по проектированию, строительству и эксплуатации объектов газовой и нефтяной промышленности в условиях вечной мерзлоты" (? 215-76^ [ Л ] и СНиП Г.-18-76 (часть П) "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.Нормы проектирования" [3 J .

Рекомендации распространяйтен на трубопроводы, эксплуатирующиеся в нестационарном установившемся режиме. Настоящие Рекомендации не позволяют рассчитывать переходные процессы, имеющие ыесто в первые часы с момента пуска трубопроводной системы.

1.2.    Проектирование трубопроводов (выбор конструкций, материалов, технологии строительства и эксплуатации) в районах распространения вечномерзлых грунтов следует осуществлять на основании выбора таких оптимальных решений, которые удовлетворяли бы температурным и деформативным ограниченьям труцяпро -водных систем, определяемым с помощью настоящего руководства, а также в соответствии с требованиями, д...:одснными в следую -щих нормативных документах: СНиП П-6-74 [ч] , СлиП 2.u2.С1-83

[5], СНиП 2.05.06-85 [i], С.-'иП Г.-18-76 [2] . ^{1 2}

I !    2

c_u    Мн/м⁸    Коэффициент постели мерзлого грунта. Рас

считывается по данной Рекомендации

Т    ч    Время промерзания грунта

Формирование фронта сезоннооттаивающего мерзлого грунта шшл трубой. В расчете теплового взаимодействия трубопроводов с грунтом этот параметр обозначен через J^**^fis* .

Формирование фронта многолетнего оттаивания мерзлого грунта в основании трубопровода

2. МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ ТЕПЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТРУБОПРОВОДА С ПРОМЕРЗАЮЩИМИ И ПРОТАИВАЮЩИМИ ГРУНТАМИ

2.1.    Расчет теплового взаимодействия трубопроводов с промерзающими и протаивающими грунтами осуществляют на основе приближенного решения задачи Стефана в классической постановке, когда предполагается наличие четких изотермических границ раздела фаз между талыми и мерзлыми зонами грунтов. Математически задача формулируется в виде системы дифференциальных уравнений теплопроводности, решаемых для талой и мерзлой зон грунта со следующими граничными условиями:

2.1.1.    Условиями теплового баланса Стефана на подвижных границах раздела фаз талой и мерзлой зон грунта.

2.1.2.    Граничными условиями 4-го рода на контакте неподвижных границ раздела различных слоев теплоизоляции трубопровода.

2.1.3.    Граничными условиями первого рода на контуре трубы и на внешней границе рассматриваемой области грунта, где тепловое воздействие трубопровода на естественное температур-

21

1.3.    Настоящие Рекомендации позволяют определять перемещения и нагрузки, действующие на трубопровод вследствие процессов пучения и осадки грунтов, и рассчитывать динамику фронтов промерзания и оттаивания вокруг трубопровода, Армирующихся как о дневной поверхности грунта, так и с поверхности трубопровода.

1.4.    Методика прогнозирования динамики теплового и механического взаимодействия трубопроводов с .ромерзаюцими и протаивающими грунтами, предложенная в не: тэадих Рекомендациях, позволит выбрать оптимальные конструктивные сиотемы прокладки и технологические режимы их зкеплуатации, обеспечивающие надежность их функционирования и сохранение природной среды.

1.5.    Основные условные обозначения в тексте Рекомендаций и в программе PIPES приводятся в табл.1.

1

Утверждены Ва^шСТом    ;Срок введении в

2

декабря 1986 г, j действие

j I мая 1987 г.

3