Tuolta löytyy Nordstream (1?) hankkeen kuvaus, osa 4, tekninen osuus, joka liittyy hankkeen YVA-selvitykseen, 2009. Ohessa linkki (9 Mt, 135 s):
https://nord-stream.com/download/document/74/?language=fi
Se on hyvä tekninen selvitys Nordstream putken rakentamis- ja suunnitteluperiaatteista.
Esim. Sieltä löytyy putken suunnittelupaineelle ja terässeinämän paksuudelle alueittaiset vedenalaisen osuuden arvot 220 bar/34,6 mm, 200 bar/30,9 mm ja 170 bar/26,8 mm lähtien Venäjältä (220 bar) Viipurin paikkeilta kp: 0,5....300 km, keskipätkä (200 bar) kp: 300 .... 675 km ja viimeinen pätkä kp: 675 ... 1222 km Saksan rannikolla (170 bar).
Maan päällä: Venäjällä lähdössä kp: 0...0,5 km 220 bar/41 mm ja Saksassa rannassa kp: 1221,7...1222,2 km 170 bar/30,9 mm
(kp on "kilometrikohta"). Ohessa suunnittelupaine putkipituudella kuvana (viitteen s. 224/pdf s. 124):
Lainaus putkimateriaalista (s. 125 / pdf s. 25):
"
Virtausputket ovat kaksinkertaisella jauhekaarihitsauksella pitkittäin hitsattua yksisaumaista SAWL 485 I FD[1] -luokan hiiliteräsvirtausputkea DNV OS-F101 -normin mukaisesti (katso kappale Normit ja Standardit). Virtausputken nimellinen halkaisija on 48 tuumaa ja vakiosisähalkaisija 1 153 mm.
[1] Putkimateriaalin tietojen merkinnät: SAWL = valmistusprosessi (submerged-arc welding, one longitudinal weld seam eli jauhekaarihitsaus, yksi pitkittäinen hitsisauma), 485 = määritetty taipumisrasitusminimi (specified minimum yield stress, SMYS), MPa-yksikköinä, I = ainetta rikkomattoman testauksen taso (I = taso I) ja FD = lisävaatimukset (F = murtumanesto-ominaisuudet, D = tehostetut mitoitusvaatimukset).) "
[Ohessa hieman yksinkertaisia laskelmia, joten jos ne eivät kiinnosta, niin kannattaa lopettaa tämän viestin lukeminen ehkä tähän
.]
Noilla tiedoilla voi laskea arvion suunnittelurasituksille "pöljän pojan" pika-analyysilla normaalitilanteessa suunnittelupaineella (esimerkkinä viimeinen osuus 170 bar/26,8 mm, räjähdyskohta lienee noilla mitoilla).
Mittojen perusteella putki on ns. "ohut seinämäinen" t/rk = 26,8 mm/((1153+26,8)mm/2)=0,046 eli putken seinämän paksuus t<0,1*rk (rk keskisäde) ja voidaan laskea ns. kattilakaavalla seinämän keskimääräinen kehäjännitys ja käyttää sitä tarkastelussa tekemättä kovin suurta virhettä (virhe < 5 %).
kehäjännitys skehä = rk/t * p = (1153 + 26,8)mm/(2*26,8 mm) * 17 MPa= 374 MPa
Oletetaan pituussuuntainen jännitys =0, jolloin jää jäljelle sisäpinnassa kehäjännitys skehä = 374 MPa (vetoa), ja säteen suuntainen jännitys on ssäde=-p=-17 MPa (puristusta).
Vertailujännitykset tasojännitystilassa pääjännityksistä s1=skehä, s2=ssäde putken sisäpinnalla:
Trescan mukaan svert-Tresca = 374 MPa - (-17MPa)= 391 MPa ja varmuus n=Re/svert-Tresca=485 MPa/391 MPa=1,24 myötölujuuteen nähden.
Samaan tapaan von Mises vertailujännitys olisi svert-Mises=383 MPa ja varmuus myötöön n=485/383=1,27.
{Vertailujännityksien kaavat löytyvät lujuusopin kirjoista, taulukkokirjoista tai oheisesta linkistä kertauksena]:
https://mlahteen.fi/arkistot/luj2_pdf/hypot_k.pdf
Paineenkesto seinämän alkavaan myötäämiseen nähden olisi tarkastelukohdassa (putken loppuosalla) yksinkertaisen tarkastelun perusteella:
-Trescan vertailujännityksen mukaan 1,24*17 MPa=21,1 MPa=211 bar
- Von Mises vertailujännityksen mukaan 1,27*17 MPa=21,6 MPa=216 bar.
Alkeistarkastelun puutteet:
- aksiaalijännitys oletettu =0. Kyllä sitä varmaan jonkin verran on sekä normaalivoimana että taivutuksena, mutta aksiaalirasituksen suuruus on vaikea arvioida, esim. lämpöjännityksen osuus asennus vs. käyttölämpötila vs. putken kiinnitykset ja tuenta
- hitsausliitoksien huomiointi (ne heikentänevät hieman paikallisesti putkea, joka pitänee huomioida jollakin DNV- standardin edellyttämällä tavalla, oletan)
- putken valmistustoleranssit (seinämän paksuusvaihtelu ja putken poikkileikauksen soikeus). Standardi kertonee
- syöpymis-/korroosiovarat, vai luotetaanko pinnoituksiin? Standardi kertonee
- yksinkertaisen kattilakaavan käyttö --> < 5 % suhteellinen virhe kehäjännityksessä
+ veden hydrostaattista painetta ei ole huomioitu, joten siltä osin tarkastelu on varmalla puolella. Jos syvyys olisi h=100 m, niin hydrostaattinen paine olisi roo*g*h=1 MPa ulkopintaan. Laskut olisi pitänyt tehdä (17-1) MPa=16 MPa paineella, jos syvyys (esim. 100 m?) olisi huomioitu
-/+ laskuvirheet
- betonipinnoitus ja sen aiheuttamat lisärasitukset vs. putken tuenta, onko niillä merkitystä?
- viitetiedosto lienee Nordstream 1, joten onkohan Nordstream 2 tehty samoilla "putki"-teknisillä spekseillä
- muuta?
Arvelen kuvalainauksen tekstissä olevan ehkä jotain herkkää: "
Normaali käyttöpaine voi olla mitä tahansa välillä (suunnittelupaine + turvamarginaali) ja 100 barg".
Jos "turvamarginaali" on sama kuin varmuus, niin lause käytännössä syö varmuuden (turvamarginaalin) käyttöpaineen maksimin voidessa kohota arvoon (suunnittelupaine + turvamarginaali)??
Suunnittelupaineen pitäisi sisältää kaikki käyttötilanteiden (käyttöpaineen) tunnetut epävarmuudet ja turvamarginaalin mukainen varmuus jäisi kaikkein pahimman tilanteen pienien yllätyksien, lähtötietojen puutteiden, asennusvirheiden yms. varalle. Ei sitä tietoisesti voine varata "käyttöpaineelle".
Mahdollisiiin räjähdyksiin turvamarginaali ei tällä kertaa riittänyt.
Joku painelaitesuunnittelun sekä DNV-standardit ja niiden mukaiset materiaalit tunteva voinee tehdä teknisesti syvemmän ja paremman analyysin.
Esim. tuo turvamarginaali vs. varmuus myötöön nähden -asia olisi syytä selvittää DNV-standardista. Ehkä ymmärrän sen väärin ja "turvamarginaalilla" tarkoitetaan jotain muuta kuin suunnittelupaineen rasituksien varmuutta myötäämiseen nähden.
Samoin jos materiaalitiedoista löytyy putkimateriaalin murtumissitkeydelle K1c arvon, niin voisi ehkä arvioida murtumismekaniikan käsikirjakaavoillakin sitä, millainen särö (esim. hitsausvirhe pituussaumassa tai muu vika putken seinämässä) johtaisi vaurioon (ilman räjähdystä).
