Akademia Górniczo-Hutnicza
im. Stanisława Staszica
w Krakowie
Magazynowanie i Transport Ropy
Projekt
 Projekt odcinka rurociągu dalekiego zasięgu spełniającego postawione
wymagania
Piekielniak Kamil
Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu
Górnictwo i Geologia
Grupa: III
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
Spis Treści:
1. Temat projektu ................................................................................................................................ 3
2. Wytyczenie trasy rurociągu dalekiego zasięgu wraz z opisem ........................................................ 3
3. Określenie minimalnej średnicy wewnętrznej rurociągu przy zadanej przepustowości ................ 5
4. Dobór gatunku stali rur przewodowych .......................................................................................... 6
5. Określenie naprężenia w rurze rurociągu spowodowane ciśnieniem wewnętrznym tłoczonej
ropy & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ..6
6. Określenie minimalnej grubości ścianki rurociągu poddanego działaniu tylko ciśnienia
wewnętrznego tłoczonej ropy - metoda stanów granicznych .............................................................. 10
7. Określenie naprężenia w rurze rurociągu spowodowane ciśnieniem zewnętrznym . Wyznaczenie
maksymalnej grubości posadowienia rurociągu bez zmian przekroju rurociągu. ................................ 16
8. Określenie spadku ciśnienia w rurociągu ...................................................................................... 19
Strona 2
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
1. Temat projektu
Projekt odcinka rurociągu dalekiego zasięgu spełniającego podstawowe wymagania.
Dane projektowe:
Typ danych Wartości danych
19
Numer projektowy studenta
GÄ™stość wÅ‚aÅ›ciwa ropy naftowej w temp. 30 ºC Ár = 820 [kg/ m3]
Współczynnik lepkoÅ›ci kinematycznej w temp. 30 ºC ½r=5,1·10-5[m2/ s]
Długość rurociągu L = 20 km
Wydatek masowy przetłaczanej ropy naftowej M = 19000[ t/ dobę]
Maksymalna prędkość przepływu ropy przez rurociąg v= 4,3[ m/s]
Ciśnienie wewnątrz rurociągu (ciśnienie tłoczenia ropy) P= 6,7[ MPa]
Współczynnik warunków pracy rurociągu m = 0,8
Współczynnik parametrów wytrzymałościowych rurociągu łm =1,13
Współczynnik konsekwencji zniszczenia rurociągu łn = 1,03
Współczynnik obciążenia ciśnieniem wewnętrznym łf = 1,01
Współczynnik wytrzymałości spoiny w stosunku do ąsp = 0,9
obliczeniowej wytrzymałości materiałowej
Współczynnik korekcyjny · = 0,95
Współczynnik uwzglÄ™dniajÄ…cy różnicÄ™ pomiÄ™dzy granicÄ… º = 0,8
odkształceń R i granicą rozerwania R zależny od kategorii
e m
rurociÄ…gu
Współczynnik pulsacji: łp = 1,0
2. Wytyczenie trasy rurociągu dalekiego zasięgu wraz z opisem
Projektowany rurociąg ma przebiegać od miejscowości Busko- Zdrój do miejscowości
Żółcza. A
ączna długość rurociągu to 20 . Trasa rurociągu składa się z prostoliniowych odcinków,
bez jakiś charakterystycznych przegięć. Długość pierwszego odcinka rurociągu to 5,90 , jest to
odległość od Buska- Zdroju do miejscowości o nazwie Skotniki Małe. Kolejny odcinek ma długość
8,18 , jego koniec znajduje się na południe od miejscowości Żuków, ostatni odcinek rurociągu
ma długość 5,92 . Na trasie rurociągu nie napotykamy jakiś szczególnych przeszkód, brak na niej
lasów, gór. Jedyną przeszkodą jaką musimy pokonać to trzy niewielkie cieki wodne, o bardzo małej
szerokości oraz kilka dróg lokalnych. Trasa rurociągu została wytyczona tak aby na drodze rurociągu
nie napotkać chroniony obiektów przyrody, ponieważ czego niestety nie widać na rysunku
zamieszczonym poniżej na północ od miejscowości Owczary znajduje się Rezerwat Owczary oraz
południowy-wschód od miejscowości Skotniki Małe, mamy Rezerwat Kapturowa Góra. Wzdłuż całej
trasy rurociągu występują pola uprawne, co wiąże się z tym że przed przystąpieniem do realizacji
projektu niezbędne będzie uzyskanie zgód o właścicieli tych terenów na wykonywanie prac na ich
posiadłościach.
Strona 3
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
Strona 4
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
3. Określenie minimalnej średnicy wewnętrznej rurociągu przy
zadanej przepustowości
Obliczenie wydatku objętościowego przetłaczanej ropy:
= 19000 = 219,907[ ]
= [ ]
gdzie:
" - wydatek objętościowy przepływającej ropy [ ],
" - wydatek masowy przetłaczanej ropy [ ],
" - gęstość ropy [ ].
219,907
=
[ ]
820
= 0,268
Określenie minimalnej średnicy wewnętrznej rurociągu na podstawie minimalnego wymaganego
wydatku tłoczenia ropy naftowej oraz maksymalnej prędkości przepływu. Po przekształceniu wzoru
na wydatek objętościowy przetłaczanej ropy otrzymamy wyrażenie na minimalną średnicę
wewnętrzną rurociągu:
"
= " = "
4
4 "
= [ ]
,
"
gdzie:
"  minimalna średnica wewnętrzna rurociągu [ ],
,
" - wydatek objętościowy przepływającej ropy [ ],
" - maksymalna prędkość przepływu ropy naftowej przez rurociąg.
4 " 0,268
=
[ ]
,
" 4,3
[ ]
= 0,282
,
Strona 5
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
4. Dobór gatunku stali rur przewodowych
Do wykonania rurociągu zostały wybrane rury do mediów palnych z katalogu firmy Mistal o
parametrach podanych w tabeli:
Gatunek Górna Wytrzymałość Średnica Grubość Średnica
stali granica na wewnętrzna ścianki zewnętrzna
plastyczności rozciąganie [ ] [ ] [ ]
[ ] [ ]
L290NB 290 415 0,350 0,0125 0,375
5. Określenie naprężenia w rurze rurociągu spowodowane
ciśnieniem wewnętrznym tłoczonej ropy
Obliczenie parametrów i :
= [-]
gdzie:
" - promień zewnętrzny rury rurociągu: [ ];
" - promień zewnętrzny rury rurociągu: [ ].
0,188
= [-]
0,175
= 1,071 [-]
= [-]
gdzie:
" - promień zewnętrzny rury rurociągu: [ ];
,
,
" - odległość pkt. od osi rury = = = 0,141 [ ] .
0,188
= [-]
0,141
= 1,331 [-]
Strona 6
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
Obliczenie naprężeń osiowych:
1
= " [ ]
- 1
gdzie:
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ].
1
= 6,7 " [ ]
1,071 - 1
= 45,283 [ ]
Obliczenie naprężeń zredukowanych:
= "3 " " [ ]
- 1
gdzie:
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ].
1,331
= "3 " 6,7 "
[ ]
1,071 - 1
= 138,896 [ ]
Obliczenie naprężeń promieniowych w rurociągu na ściance wewnętrznej rury:
[ ]
= -
,
gdzie:
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ].
= -6,7 [ ]
,
Obliczenie naprężeń promieniowych w rurociągu na ściance zewnętrznej rury:
= 0 [ ]
,
Obliczenie naprężeń obwodowych w rurociągu na ściance wewnętrznej rury:
= + " [ ]
,
2 " " +
Strona 7
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
gdzie:
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ];
" - wewnętrzna średnica rury [ ];
" - grubość ścianki rury [ ].
0,350
= 6,7 + 6,7 "
[ ]
,
2 " 0,0125 " 0,350 + 0,0125
= 97,266 [ ]
,
Obliczenie naprężeń obwodowych w rurociągu na ściance zewnętrznej rury:
= " [ ]
,
2 " " +
gdzie:
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ];
" - wewnętrzna średnica rury [ ];
" - grubość ścianki rury [ ].
0,350
= 6,7 "
[ ]
,
2 " 0,0125 " 0,350 + 0,0125
= 90,566 [ ]
,
Obliczenie naprężeń osiowych w rurociągu:
= " [ ]
4 " " +
gdzie:
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ];
" - wewnętrzna średnica rury [ ];
" - grubość ścianki rury [ ].
0,350
= 6,7 "
[ ]
4 " 0,0125 " 0,350 + 0,0125
= 45,283 [ ]
Strona 8
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
Obliczenie naprężeń zredukowanych w rurociągu na ściance wewnętrznej rury:
= "3 " "
[ ]
,
4 " " -
gdzie:
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ];
" - grubość ścianki rury [ ];
" - zewnętrzna średnica rury [ ].
0,375
= "3 " 6,7 " [ ]
,
4 " 0,0125 " 0,375 - 0,0125
= 90,037 [ ]
,
Obliczenie naprężeń zredukowanych w rurociągu na ściance zewnętrznej rury:
= "3 " "
[ ]
,
4 " " +
gdzie:
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ];
" - wewnętrzna średnica rury [ ];
" - grubość ścianki rury [ ].
0,350
= "3 " 6,7 " [ ]
,
4 " 0,0125 " 0,350 - 0,0125
= 78,432 [ ]
,
Po przeanalizowaniu obliczeń powyżej widzimy że naprężenie spowodowane przepływającą ropą są
mniejsze od parametrów wytrzymałościowych dobranej rury. Na tej podstawie można stwierdzić że
do projektu została dobrana runa o odpowiednich parametrach.
Strona 9
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
6. Określenie minimalnej grubości ścianki rurociągu poddanego działaniu
tylko ciśnienia wewnętrznego tłoczonej ropy - metoda stanów
granicznych
Obliczenie zmodyfikowanej wytrzymałości na rozciąganie:
"
= [ ]
"
gdzie:
"  minimalna wytrzymałość stali na rozciąganie [ ];
" - współczynnik warunków pracy rurociągu [-];
" - współczynnik parametrów wytrzymałościowych rurociągu [-];
" - współczynnik konsekwencji zniszczenia rurociągu [-].
415 " 0,8
=
[ ]
1,13 " 1,03
= 285,248 [ ]
Obliczenie minimalnej grubości ścianki metodą stanów granicznych:
I stan graniczny
" Jednoosiowy stan naprężeń:
" "
=
[ ]
2 " " " + "
gdzie:
" - współczynnik obciążenia ciśnieniem wewnętrznym [-];
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ];
" - zewnętrzna średnica rury [ ];
" - zmodyfikowana wytrzymałość na rozciąganie [ ];
" - współczynnik wytrzymałości spoiny w stosunku do obliczeniowej wytrzymałości
materiałowej [-];
" - współczynnik pulsacji [-];
" - współczynnik obciążenia ciśnieniem wewnętrznym [-].
Strona 10
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
1,01 " 6,7 " 0,375
=
[ ]
2 " 285,248 " 0,9 " 1 + 1,01 " 6,7
= 4,8 " 10 [ ]
" Dwuosiowy stan naprężeń:
3 1
= 1 - " - "
4 2
gdzie:
" - parametr uwzględniający dwuosiowy stan naprężeń [-];
" - naprężenie osiowe w rurociągu [ ];
" - zmodyfikowana wytrzymałość na rozciąganie [ ].
3 45,283 1 45,283
= 1 - " - "
4 285,248 2 285,248
= 0,911
" "
=
[ ]
2 " " " " + "
gdzie:
" - współczynnik obciążenia ciśnieniem wewnętrznym [-];
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ];
" - zewnętrzna średnica rury [ ];
" - parametr uwzględniający dwuosiowy stan naprężeń [-];
" - zmodyfikowana wytrzymałość na rozciąganie [ ];
" - współczynnik wytrzymałości spoiny w stosunku do obliczeniowej wytrzymałości
materiałowej [-];
" - współczynnik pulsacji [-];
" - współczynnik obciążenia ciśnieniem wewnętrznym [-].
1,01 " 6,7 " 0,375
=
[ ]
2 " 0,911 " 285,248 " 0,9 " 1 + 1,01 " 6,7
= 5,2 " 10 [ ]
Strona 11
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
Liniowa prÄ™dkość korozji: 0,05 ÷ 0,1 .
Po 50 latach eksploatacji rurociÄ…gu 5 korozji:
= 5,2 " 10 + 5 " 10 = 10,2 " 10 [ ] wartość ta jest mniejsza od wybranej przez nas, więc
dobrze dobrano grubość ścianki rury rurociągu.
Ponadto przy doborze grubości ścianki należy spełnić dodatkowe warunki techniczne:
1
"
e" 140
4
1
" 0,375 = 2,6[ ]

e" 140
4
" Jednoosiowy układ naprężeń
Warunek: d"
- 2 "
= " "
[ ]
2 "
0,375 - 2 " 0,0125
= 1,01 " 6,7 "
[ ]
2 " 0,0125
= 108,580 [ ]
Sprawdzenie warunku:
108,580 [ ] d" 285,248[ ] warunek spełniony
" Dwuosiowy układ naprężeń
Warunek: d" "
- 2 "
= " "
[ ]
4 "
0,375 - 2 " 0,0125
= 1,01 " 6,7 "
[ ]
4 " 0,0125
= 87,246 [ ]
Strona 12
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
Sprawdzenie warunku:
[ ]
" = 0,911 " 285,248 = 259,898 [ ]
[ ]
87,246 [ ] d" 259,898 warunek spełniony
Warunek:
e" 0,75
Sprawdzenie warunku:
= 0.699 warunek nie spełniony, musimy sprawdzić II stan graniczny
II stan graniczny
" Jednoosiowy stan naprężeń
" "
=
[ ]
2 " " " " + "
gdzie:
" - współczynnik obciążenia ciśnieniem wewnętrznym [-];
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ];
" - współczynnik uwzględniający różnicę pomiędzy granicą odkształceń Re i granicą
rozerwania Rm [-];
" - współczynnik korekcyjny [-];
" - zewnętrzna średnica rury [ ];
" - zmodyfikowana wytrzymałość na rozciąganie [ ];
" - współczynnik wytrzymałości spoiny w stosunku do obliczeniowej wytrzymałości
materiałowej [-];
" - współczynnik pulsacji [-];
" - współczynnik obciążenia ciśnieniem wewnętrznym [-].
1,01 " 6,7 " 0,375
=
[ ]
0,8
2 " " 285,248 " 0,9 " 1 + 1,01 " 6,7
0,95
Strona 13
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
= 5,7 " 10 [ ]
" Dwuosiowy stan naprężeń
3 1
= 1 - " - "
4
" 2 "
gdzie:
" - parametr uwzględniający dwuosiowy stan naprężeń [-];
" - naprężenie osiowe w rurociągu [ ];
" - współczynnik uwzględniający różnicę pomiędzy granicą odkształceń Re i granicą
rozerwania Rm [-];
" - współczynnik korekcyjny [-];
" - zmodyfikowana wytrzymałość na rozciąganie [ ];
3 45,283 1 45,283
= 1 - " - "
0,8
4 2 285,248
" 285,248
0,95
= 0,817
" "
=
[ ]
2 " " " " " + "
gdzie:
" - współczynnik obciążenia ciśnieniem wewnętrznym [-];
"  nominalne ciśnienie wewnątrz rurociągu [ ];
" - zewnętrzna średnica rury [ ];
" - parametr uwzględniający dwuosiowy stan naprężeń [-];
" - współczynnik uwzględniający różnicę pomiędzy granicą odkształceń Re i granicą
rozerwania Rm [-];
" - współczynnik korekcyjny [-];
" - zmodyfikowana wytrzymałość na rozciąganie [ ];
Strona 14
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
" - współczynnik wytrzymałości spoiny w stosunku do obliczeniowej wytrzymałości
materiałowej [-];
" - współczynnik pulsacji [-];
" - współczynnik obciążenia ciśnieniem wewnętrznym [-].
1,01 " 6,7 " 0,375
=
[ ]
0,8
2 " 0,817 " " 285,248 " 0,9 " 1 + 1,01 " 6,7
0,95
= 6,9 " 10 [ ]
Po uwzględnieniu poprawki na korozję: = 6,9 " 10 + 5 " 10 = 11,9 " 10 [ ]
" Jednoosiowy układ naprężeń
Warunek: d" "
- 2 "
= " "
[ ]
2 "
0,375 - 2 " 0,0125
= 1,01 " 6,7 "
[ ]
2 " 0,0125
= 94,738 [ ]
Sprawdzenie warunku:
0,8
[ ]
" = " 285,248 = 240,209[ ]
0,95
94,738 [ ] d" 240,209[ ] warunek spełniony
" Dwuosiowy układ naprężeń
Warunek: d" " "
- 2 "
= " "
[ ]
4 "
0,375 - 2 " 0,0125
= 1,01 " 6,7 "
[ ]
4 " 0,0125
[ ]
= 47,369
Strona 15
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
Sprawdzenie warunku:
,
[ ]
" " = 0,817 " " 285,248 = 196,297 [ ]
,
[ ]
47,369 d" 196,297 [ ] warunek spełniony
7. Określenie naprężenia w rurze rurociągu spowodowane
ciśnieniem zewnętrznym . Wyznaczenie maksymalnej grubości
posadowienia rurociÄ…gu bez zmian przekroju rurociÄ…gu.
Obliczenie ciśnienia krytycznego, które powoduje spłaszczenie przekroju rurociągu:
2 "
= " [ ]
1 -
gdzie:
" - moduł Younga dla materiału rury [ ];
" - współczynnik Poissona dla stali [-];
" - grubość ścianki [ ];
" - średnia średnica rury [ ].
+
= [ ]
2
0,350 + 0,375
=
[ ]
2
= 0,363[ ]
2 " 2,1 " 10 0,0125
= " [ ]
1 - 0.3 0,363
= 18,924 [ ]
Obliczenie dopuszczalnego ciśnienia zewnętrznego :
d"
5
Strona 16
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
gdzie:
"  ciśnienie krytyczne powodujące spłaszczenie rurociągu [ ].
18,924
d"
[ ]
5
d" 3,785 [ ]
Obliczenie naprężeń pionowych w gruncie:
[ ]
= " " !
gdzie:
" - średnia gęstość właściwa nadkładu ;
" - przyspieszenie ziemskie ;
[ ]
" ! - średnia wysokość nadkładu .
[ ]
= 2000 " 8,60556 " 0,5
= 0,0098 [ ]
Obliczenie naprężeń poziomych w gruncie:
[ ]
= = "
gdzie:
" - współczynnik bocznego nacisku [-];
[ ]
" - naprężenie pionowe w gruncie .
[ ]
=
1 -
0,3
=
[-]
1 - 0,3
= 0,429 [-]
= = 0,429 " 0,0098 [ ]
= = 0,0042 [ ]
Strona 17
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
Lp. d g d h à à , à P P /5 à OK.?
w s sr sr z x y kryt kryt z
- mm mm mm m MPa MPa MPa MPa tak/nie
1 350 12,5 370 0,5 0,0098 0,0042 18,924 3,785 tak
2 350 12,5 370 0,8 0,016 0,0067 18,924 3,785 tak
3 350 12,5 370 1,0 0,020 0,0084 18,924 3,785 tak
4 350 12,5 370 1,2 0,024 0,010 18,924 3,785 tak
5 350 12,5 370 1,5 0,029 0,013 18,924 3,785 tak
6 350 12,5 370 2,0 0,039 0,017 18,924 3,785 tak
7 350 12,5 370 3,0 0,059 0,025 18,924 3,785 tak
8 350 12,5 370 5,0 0,098 0,042 18,924 3,785 tak
9 350 12,5 370 8,0 0,157 0,067 18,924 3,785 tak
10 350 12,5 370 10,0 0,196 0,084 18,924 3,785 tak
11 350 12,5 370 20 0,392 0,168 18,924 3,785 tak
12 350 12,5 370 50 0,981 0,420 18,924 3,785 tak
13 350 12,5 370 100 1,961 0,841 18,924 3,785 tak
14 350 12,5 370 200 3,923 1,681 18,924 3,785 nie
15 350 12,5 370 500 9,807 4,203 18,924 3,785 nie
Obliczenie maksymalnej głębokości posadowienia rurociągu bez zmian przekroju:
= " " !
! = [ ]
"
gdzie:
" - naprężenie pionowe równe dopuszczalnemu ciśnieniu zewnętrznemu [ ];
" - przyspieszenie ziemskie ;
" - średnia gęstość właściwa nadkładu .
18,924 " 10
! =
[ ]
9,80665 " 2000
! = 192,972 [ ]
Strona 18
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
8. Określenie spadku ciśnienia w rurociągu
Obliczenie średniej liniowej prędkości przepływu ropy:
4 "
= =
"
gdzie:
" - objętościowy wydatek przepływu ropy przez rurociąg ;
[ ]
"  pole przekroju poprzecznego rurociÄ…gu ;
[ ]
" - średnica wewnętrzna .
4 " 0,268
=
" 0,350
= 2,787
Obliczenie Liczby Reynoldsa:
"
= [-]
gdzie:
" - średnia liniowa prędkość przepływu ropy ;
[ ]
" - średnica wewnętrzna ;
"  kinematyczny współczynnik przetłaczanej ropy .
2,787 " 0,350
=
[-]
5,1 " 10
= 19130 przepływ przejściowy
Obliczenie współczynnika oporu przepływu :
0,3164
=
[-]
"
gdzie:
"  liczba Reynoldsa [-].
Strona 19
Magazynowanie i Transport Ropy  Projekt
0,3164
=
[-]
19130
"
= 0,027 [-]
Obliczenie spadku ciśnienia w rurociągu:
" "
[ ]
" = - = "
2 "
gdzie:
" - współczynnik oporu przepływu [-];
" - średnia liniowa prędkość przepływu ropy ;
[ ]
" - długość odcinka rurociągu ;
"  gęstość przetłaczanej ropy ;
[ ]
" - średnica wewnętrzna .
, " "
" = 0,027 "
[ ]
" ,
" = 4,897 [ ]
Obliczony spadek ciśnienia jest mniejszy od ciśnienia tłoczenia ropy, dzięki czemu nie będzie
problemów z przetłoczeniem ropy z miejscowości Busko-Zdrój do Żółcza.
Strona 20