Tổng quan
Giãn nở trong các đường ống do áp lực chất bên trong và chênh lệch nhiệt độ giữa chất vận chuyển trong ống với nhiệt độ môi trường xung quanh. Trong đồ án xác định giãn nở cho đường ống dẫn khí 406,4mm dài 55,2km từ Hàm Rồng – Thái Bình.
Giãn nở đường ống Tiêu chuẩn
Chiều dài giãn nở trong đường ống có thể được tính bằng cách xét lực căng trong tuyến ống và tích hợp trên chiều dài toàn tuyến. Thành phần tạo lên lực căng là áp lực, nhiệt độ và ma sát, trạng thái cân bằng đạt được khi tổng bằng không. Biểu đồ thể hiện:
Hình 3-18: Biến dạng đường ống
Hình 3-19: Sơ đồ tính giãn nở tuyến ống
Áp lực căng
Những lực căng bao gồm hai thành phần, tương ứng theo chiều dọc lực căng trực tiếp “end-cap”, và hiệu ứng Poisson.
a) Biến dạng do hiệu ứng “End-cap”
ống gây ra lực căng liên tục theo phương dọc trục từ đó gây ra sự giãn nở đường ống: i e C 1 S P P .A E.A (3-38) Trong đó:
1: Biến dạng gây ra hiệu ứng “end-cap”;
Pi: Áp lực trong, Pi = 10 MPa;
Pe: Áp lực ngoài;
AC: Diện tích bên trong ống;
AS: Diện tích thép ống;
E: Modul thép.
b) Biến dạng do hiệu ứng Poisson
Biến dạng này xảy ra do chênh lệch áp suất bên trong và áp suất bên ngoài gây ra ứng suất vòng và biến dạng tương ứng trên phương chu vi. Trên phương chu vị sự giãn nở/biến dạng dẫn đến chiều dài đường ống bị co lại theo chiều dọc ống. Kết quả của hiệu ứng Poisson là làm co đường ống theo phương dọc ống ngược lại hiệu ứng “End- cap”: i e 2 P P . .D 2.t.E (3-39) Trong đó:
2: Biến dạng gây ra bởi hiệu ứng Poisson;
: Hệ số Poisson, = 0,3;
D: Đường kính ngoài của đường ống, D = 0,4064 m.
c) Kết hợp 2 thành phần lực dọc: C p 1 2 S A P .D E A 2.t
Giãn nở do sự chênh lệch nhiệt độ
Biến dạng do hiệu ứng nhiệt. Biến dạng này xảy ra do sự chênh lệch giữa nhiệt độ vận hành tối đa và nhiệt độ môi trường bên ngoài ống. Biến dạng theo chiều dài ống tỷ lệ với độ lớn của chênh lệch nhiệt độ:
t Tp Ta
(3-40)
Trong đó:
t: Biến dạng do nhiệt độ
α: Hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính cho vật liệu ống, α = 1,17E-05;
Tp: Nhiệt độ của chất vận chuyển trong ống, Tp = 60oC; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ta: Nhiệt độ môi trường xung quanh (nhiệt độ nước biển thấp nhất), Ta = 21,9 oC.
Lực ma sát
Biến dạng phụ thuộc vào đặc điểm ma sát của đay biển. Giãn nở theo chiều dài ống bị hạn chế bởi lực ma sát trục giữa đường ống và gây ra lực nén khi đường ống bị giãn nở. Điều này tạo ra biến dạng nén chống lại biến dạng giãn nở:
S f S .W .x A .E (3-41) Trong đó: f: Biến dạng do ma sát; : Hệ số ma sát, = 0,35;
Ws: Trọng lượng trong nước của 1m ống;
AS: Diện tích thép;
E: Modul đàn hồi của thép, E = 207000 MPa;
x: Khoảng cách xét;
L: Khoảng cách từ đầu đến cuối đường ống, L = 55200 m.
Tổng biến dạng
Tổng biến dạng được đưa ra bởi biểu thức sau: p t f
Kết quả tính toán
Bảng 3-37: Số liệu đầu vào bài toán giãn nở
D t Pi Pe E α Tp Ta Ws
m m MPa MPa MPa - - - oC oC kg/m
Bảng 3-38: Kết quả tính bài toán giãn nở
1 2 t f L L
2,97E-05 1,99E-05 4,46E-05 2,37E-07 5,42E-05 55200 2,99
Kết luận:
Tổng biến dạng = 5,42E-05
Tổng chiều dài biến dạng L = 2,99 m