JGA-209-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов низкого и среднего давления»
Целью разработки технического руководства JGA-209-03 является установление технических норм для проектирования внутригородских газопроводов среднего и низкого давления, повышение уровня сейсмоустойчивости газопроводов и обеспечение тем самым безопасной подачи газа и безопасности газифицированных районов. Основанием для разработки данного документа являлись результаты анкетирования «О состоянии защиты от землетрясений в газовой отрасли», проведенного в апреле 1971 г. Комитетом по Инспекции предприятий газовой отрасли в крупных городах.
Техническое руководство JGA-209-03 применяется при проектировании вновь сооружаемых сейсмоустойчивых подземных газопроводов давлением до 1 МПа.
При строительстве трубопроводов на сейсмоактивных территориях используются трубы из различных материалов: пластиковые трубы, стальные трубы и трубы чугуннные.
При производстве работ по проектированию газопроводов, помимо проектирования свойств сейсмоустойчивости, необходимо соблюдать правила стандартов и руководств, которые регламентируют проведение контроля качества и процесса работ (контроль сварочных работ, проверка герметичности).
В данном стандарте приведена терминология и необходимые пояснения для проектирования трубопроводных систем на сейсмоактивных территориях.
Основные термины:
трубопроводные системы; гибкость; вводимые смещения грунта; способность поглощать смещения грунта; прогнозируемые смещения грунта; стандартные прогнозируемые смещения грунта; стандартная деформация; стандартные смещения; условия подземной прокладки; трубопроводные системы в трехмерном пространстве; коэффициент эквивалентной упругости.
В «Основной раздел» JGA-209-03 входят:
– основные идеи, используемые при проектировании устойчивых к землетрясению газопроводов;
– способ оценки и оцениваемые параметры при определении степени устойчивости к землетрясениям;
– расчетные смещения грунта;
– задание условий при проектировании подземных газопроводов;
– способность прямых газопроводов поглощать перемещения грунта параллельно направлению газопроводов;
– способность прямых газопроводов поглощать перемещения грунта перпендикулярно направлению газопроводов;
– способность газопроводов, расположенных в трехмерном пространстве, поглощать колебания грунта;
– значения стандартных (допустимых) искривлений для газопроводов, изготовленных из различных материалов, и эквивалентный коэффициент упругости;
– стандартные (допустимые) перемещения соединительных элементов.
Основной идеей JGA-209-03, которая используется при проектировании сейсмоустойчивых газопроводов, является уменьшение ущерба газопроводам среднего и низкого давления при землетрясении за счет повышения гибкости газопроводных систем. Оценка сейсмоустойчивости газопроводных систем осуществляется путем сравнения их способности поглощать смещения грунта с расчетными смещениями грунта, которые задаются с учетом типов трубопроводов, условий подземной прокладки трубопроводов.
Расчет прогнозируемых смещений грунта, которые используются для оценки гибкости трубопроводов, в JGA-209-03 производится по следующим формулам:
1) в горизонтальном направлении (по оси трубопровода):
U = a1· a2· U0;
2) в вертикальном направлении (перпендикулярно оси трубопровода):
V = ½ U.
Здесь, a1 ― вспомогательный коэффициент, задающий условия района. В зависимости от района a1 берется равным 1,0; 0,8; 0,6; 0,4.
Вспомогательный коэффициент условий района (а1) установлен на основании документа JGA-206-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов высокого давления».
a2 ― поправочный коэффициент, который вводит в расчетную формулу тип труб и условия подземной прокладки трубопровода. Коэффициент a2 определя-ется по табл. 1.
U0 ― стандартное расчетное смещение грунта, устанавливается на уровне 5,0 см.
Таблица 1. Вспомогательный коэффициент типа труб и условий подземной прокладки (a2)
Условия подземной прокладки газопроводов зависят от грунта на территории строительства, а также от частных условий прокладки. Эти условия задаются следующими группами.I. Районы, в которых грунт в основном представлен одним из перечисленных ниже, или районы, в которых наблюдается смешение грунтов нижеприведенных типов:
1. Грунт дотретичного периода (скалистый грунт).
2. Делювиальные отложения.
3. Делювиальные отложения с толщиной слоя не более 10 м или рыхлые слои с толщиной слоя не более 5 м.
II. Районы, в которых преобладают делювиальные отложения с толщиной слоя свыше 10 м или рыхлые слои с толщиной слоя свыше 5 м.
III. Грунты и районы, представленные ниже:
1. Грунты, указанные в пунктах I и II, присутствуют одновременно или смешиваются.
2. Районы, указанные в пункте II, при условии, что в этих районах имеются сооружения большого масштаба, ограничивающие перемещение грунта, или районы, где перемещения грунта носят прерывистый характер.
Необходимые параметры для расчета способности материала труб поглощать смещение грунта: стандартная деформация материала труб (ε0) и коэффициент эквивалентной эластичности (Е). Согласно JGA-209-03, для разных типов труб принимаются значения этих параметров, указанные в табл. 2.
Таблица 2. Стандартная деформация (ε0) и коэффициент эквивалентной эластичности (Е) труб из различных материалов согласно JGA-209-03
Стандартные значения деформации для гибких соединений, полученных без применения сварки (механические и вставные соединительные муфты, присоединяемые к чугунным трубам, механические, резьбовые соединения стальных и иных трубопроводов) определяют опытным путем, проводя испытания. Стандартная деформация в этом случае принимается за деформацию на момент разгерметизации газопровода, повреждения или значительной деформации соединительного элемента.
В отдельном разделе JGA-209-03 приводятся примеры задания условий для проектирования подземных газопроводов; расчета способности прямых газопроводов поглощать продольные и поперечные перемещения грунта; расчета способности газопроводов, расположенных в трехмерном пространстве, поглощать колебания грунта.
JGA-206-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов высокого давления»
Для проектирования газопроводов, устойчивых к землетрясению первого уровня, руководство JGA-206-03 содержит разделы, освещающие следующие вопросы:
– прочность и способность к деформации различных видов материалов для строительства трубопроводов;
– порядок работ при проектировании трубопровода, устойчивого к землетрясению первого уровня;
– рассмотрение коэффициентов значимости параметров при проектировании трубопроводов, устойчивых к землетрясению ;
и другие (всего 16 основных разделов)
Ниже перечислены материалы JGA-206-03 для проектирования газопроводов, устойчивых к землетрясению второго уровня:
– порядок работ при проектировании трубопровода устойчивого к землетрясению второго уровня;
– скорость возникновения ответной реакции при наступлении землетрясения второго уровня (на основании анализа данных, зафиксированных во время землетрясения в южной части преф. Хёго);
– программирование землетрясения второго уровня (проектируемое землетрясение II) шельфового типа;
– программирование районов применения для землетрясения второго уровня шельфового и материкового типа;
– рассмотрение скорости Vs волны распространения тангенциального напряжения и упругости после влияния нелинейных ответных реакций грунта при возникновении землетрясения второго уровня;
– деформация неглубокого неровного слоя грунта при землетрясении второго уровня;
– сравнение результата исследования деформаций прямых трубопроводов методом конечного элемента и методом простого расчета;
– сравнение результата исследования деформаций трубопроводов особой формы методом конечных элементов и методом простого расчета;
– количество повторений деформаций при землетрясении второго уровня;
– вид газопроводов высокого давления при деформации 3%.
В JGA-206-03 есть примеры расчета деформации трубопровода при землетрясении первого и второго уровня.
В настоящее время ОАО «Газпром промгаз» осуществляет перевод JGA-209-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов низкого и среднего давления» и JGA-206-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов высокого давления».
Авторы: Юрий Хрустов, Владислав Коврига
Литература
1. Dash, S.R. and Jain S.K. IITK-GSDMA Guidelines for seismic design of buried pipelines: provisions with commentary and explanatory examples. – National Information Center of Earthquake Engineering, Kanpur, India, 2007.
2. BS EN 1998-4:2006 EUROCODE 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 4: Silos, tanks and pipelines. European Committee for Standard.
3. Коврига В.В. Полиэтиленовые трубы выдерживают землетрясение. – Полимерные трубы – Украина, № 3, 2007, с. 58-59.
4. JGA-209-03 «Руководство по проектированию антисейсмических газопроводов низкого и среднего давления».
5. JGA-206-03 «Руководство по проектированию газопроводов высокого давления».