Проектирование и сооружение магистральных трубопроводов и резервуаров

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 
«Томский государственный архитектурно-строительный университет» 
 
 
 
 
В.И. Хижняков, А.В. Негодин, В.С. Калиниченко 
 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СООРУЖЕНИЕ 
МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ  
И РЕЗЕРВУАРОВ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Томск 
Издательство ТГАСУ 
2024 

УДК 621.643.053+621.642](075.8) 
ББК 39.71я73+35.514-309я73 
Х434 
 
Хижняков, В.И. 
Проектирование и сооружение магистральных трубопроводов 
и резервуаров : учебное пособие / В.И. Хижняков, А.В. Негодин, 
В.С. Калиниченко. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 
2024. – 144 с. – Текст : непосредственный. 
ISBN 978-5-6050247-2-9 
 
В учебном пособии рассмотрены вопросы прочностных расчетов различных 
трубопроводов и резервуаров, применяемых для транспорта и хранения нефти, газа 
и нефтепродуктов. С точки зрения метода предельных состояний даны расчеты отдельных 
элементов трубопроводов, трубопроводов, работающих в условиях самокомпенсации температурных воздействий, трубопроводов, укладываемых на опоры, подземных и надземных магистральных трубопроводов, колебаний трубопроводов, а также расчеты элементов 
листовых конструкций: резервуаров вертикальных стальных (РВС). 
В пособии приведены расчетные формулы, графики и таблицы, систематизирующие 
и облегчающие работу студентов в области расчета, проектирования и монтажа магистральных трубопроводов и резервуаров. 
Учебное пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Проектирование 
и сооружение магистральных трубопроводов и резервуаров» предназначено для студентов 
всех форм обучения по направлениям: 21.03.01 «Нефтегазовое дело»; 23.03.02 «Наземные 
транспортно-технологические комплексы»; 08.03.01 «Строительство». 
 
УДК 621.643.053+621.642](075.8) 
ББК 39.71я73+35.514-309я73 
 
Рецензенты: 
М.Ю. Попов, канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой строительных 
и дорожных машин, Томский государственный архитектурно-строительный университет; 
Н.В. Чухарева, канд. хим. наук, доцент отделения нефтегазового дела 
Инженерной школы природных ресурсов, Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 
 
 
 
ISBN 978-5-6050247-2-9 
© Томский государственный 
   архитектурно-строительный 
   университет, 2024 
© Хижняков В.И., Негодин А.В., 
   Калиниченко В.С., 2024 
Х434 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Введение ................................................................................................................. 3 
1. Основные положения проектирования магистральных  
трубопроводов ....................................................................................................... 8 
2. Расчётная часть .............................................................................................. 17 
2.1. Расчет трубопроводов на прочность ....................................................... 24 
2.1.1. Определение толщины стенки трубопровода ................................ 27 
2.1.2. Расчет на продольную устойчивость .............................................. 32 
2.1.3. Проверка трубопровода на прочность и недопустимость 
пластических деформаций в продольном направлении .......................... 37 
2.1.4. Расчет напряженного состояния трубопровода  
при изоляционно-укладочных работах ..................................................... 41 
2.1.5. Расчет напряженного состояния трубопровода  
при раздельном (симметричном) способе укладки ................................. 46 
2.1.6. Определение шага расстановки пригрузов  
при укладке трубопровода на заболоченных участках трассы ............... 49 
2.2. Пример расчета магистрального трубопровода на прочность  
и устойчивость ................................................................................................. 60 
2.2.1. Расчет толщины стенки трубы на участке Парабель – Томск ...... 61 
2.2.2. Расчет подземного участка газопровода Парабель – Томск  
на прочность и недопустимость пластических деформаций .................. 66 
2.2.3. Расчет подземного участка газопровода на устойчивость  
в продольном направлении прямолинейных и упругоизогнутых 
участков ....................................................................................................... 69 
2.2.4. Расчет участка надземного перехода газопровода  
на прочность и продольную устойчивость ............................................... 72 
2.2.5. Расчет напряженного состояния газопровода  
при изоляционно-укладочных работах совмещенным  
(раздельным) методом ................................................................................ 75 
2.2.6. Расчет шага расстановки пригрузов  
при строительстве магистрального газопровода Нижневартовск – 
Парабель – Кузбасс на заболоченных участках трассы .......................... 77 
2.2.7. Перечень тем для курсовых проектов по проектированию  
и сооружению магистральных трубопроводов ........................................ 78 
2.2.8. Содержание курсового проекта по проектированию  
и сооружению магистральных трубопроводов по разделам ................... 78 
Список рекомендуемой литературы для курсового проектирования 
магистральных трубопроводов ........................................................................... 79 

3. Проектирование и строительство листовых конструкций:  
резервуаров вертикальных стальных (РВС) ................................................ 81 
3.1. Расчет вертикальных цилиндрических резервуаров ............................. 84 
3.2. Определение оптимальных размеров вертикальных  
цилиндрических резервуаров ......................................................................... 88 
3.3. Предварительный расчет толщины стенки резервуара .............................. 92 
3.4. Расчёт стенки резервуара на прочность.................................................. 97 
3.5. Расчёт стенки резервуара на устойчивость .......................................... 102 
3.6. Основания и днища резервуаров ........................................................... 105 
3.7. Расчет узла сопряжения стенки с днищем ........................................... 110 
3.8. Конструкции покрытий вертикальных цилиндрических  
резервуаров .................................................................................................... 122 
3.9. Пример расчета вертикального цилиндрического резервуара ........... 126 
3.9.1. Расчет геометрических параметров резервуара ........................... 126 
3.9.2. Расчет толщины поясов стенки резервуара .................................. 128 
3.9.3. Расчет стенки резервуара на устойчивость .................................. 129 
3.9.4. Определение веса крыши ............................................................... 130 
3.9.5. Определение веса стенки резервуара ............................................ 130 
3.9.6. Определение осевых критических напряжений ........................... 131 
3.9.7. Определение снеговой нагрузки.................................................... 131 
3.9.8. Определение нагрузки от вакуума ................................................ 132 
3.9.9. Определение расчетных меридиональных (осевых)  
напряжений в каждом поясе стенки  
резервуара от вертикальной нагрузки ..................................................... 132 
3.9.10. Определение осевых критических напряжений ......................... 133 
3.9.11. Определение критических меридиональных (осевых) 
напряжений в каждом поясе стенки резервуара от вертикальной 
нагрузки ..................................................................................................... 134 
3.9.12. Определение кольцевых напряжений ......................................... 134 
3.9.13. Расчет сопряжения стенки резервуара с днищем ...................... 135 
3.9.14. Перечень исходных данных для курсовых проектов  
по проектированию и сооружению резервуаров для хранения  
нефти и нефтепродуктов .......................................................................... 139 
3.9.15. Содержание курсового проекта по проектированию  
и сооружению резервуаров по разделам ................................................. 140 
Список рекомендуемой литературы для курсового проектирования  
стальных вертикальных резервуаров ................................................................ 141 
Библиографический список ........................................................................... 143 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
Курсовой проект по учебной дисциплине «Проектирование 
и сооружение магистральных трубопроводов и резервуаров» играет ключевую роль в развитии навыков самостоятельной творческой работы студентов, способствует закреплению, углублению 
и обобщению знаний, полученных в процессе обучения в аудиториях и на производственной практике. 
Создание учебного пособия обусловлено необходимостью 
систематизации применения теоретических и практических знаний студентов по технологии и организации производственных 
процессов при проектировании и сооружении магистральных трубопроводов и резервуаров; развития и приобретения навыков выполнения выпускных квалификационных работ, а в дальнейшем − 
составления технологической документации по проектированию 
и сооружению магистральных трубопроводов и резервуаров. 
Задача состоит в подготовке инженера-механика к практической и творческой деятельности в качестве руководителя производства работ по проектированию и сооружению объектов трубопроводного транспорта нефти и газа с применением новейших 
технологий и технических средств, эффективных методов производства работ на базе индустриализации и комплексной механизации процессов. 
При выполнения курсового проекта перед студентом стоит 
задача приобрести, закрепить и углубить теоретические и практические знания, получить опыт работы со специальной литературой, развить навыки самостоятельной работы. Курсовой проект 
по проектированию и сооружению магистральных трубопроводов и резервуаров должен иметь следующие разделы: 
1. Технология проектирования и сооружения линейной части магистрального трубопровода, резервуаров и газгольдеров. 
2. Проектирование и организация сооружения магистральных трубопроводов, резервуаров и газгольдеров. 

3. Защита магистральных трубопроводов, резервуаров и газгольдеров от коррозии. 
4. Охрана окружающей среды при строительстве и эксплуатации магистральных трубопроводов, резервуаров и газгольдеров. 
Разработка и защита курсового проекта должны научить 
студента логически мыслить, четко, последовательно и грамотно 
излагать материал, а также совершенствоваться творчески. В процессе выполнения проекта студент должен показать умение самостоятельно, творчески решать конкретные задачи по теме проекта, которые могут быть направлены на рациональное и более 
полное использование строительной и дорожной техники, повышение качества строительства трубопроводов, снижение энергоемкости машин и механизмов, применение менее энергоемких 
процессов; внедрение комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. 
Состав курсового проекта должен отвечать требованиям, 
предъявляемым к проектам производства работ при сооружении 
магистральных трубопроводов и резервуаров. 
Основные элементы курсового проекта: титульный лист – 
1 стр. (не нумеруется), задание на курсовой проект (подписывает 
студент и руководитель), оглавление, введение, главы основной 
части, заключение, библиографический список, приложение. 
Во введении курсового проекта (3–5 стр.) студент должен 
показать степень разработанности темы в специальной литературе с указанием источников информации, процесс развития 
темы в историческом аспекте; обосновать необходимость выполнения работы; сформировать цель и задачи; отметить актуальность и значимость курсового проекта. 
Основная часть курсового проекта (20–25 стр.) состоит из 
двух частей: 
1) теоретической части, в которой в зависимости от характера и содержания темы курсового проекта рассматриваются 
и анализируются теоретические аспекты темы проекта (по индивидуальному заданию); 

2) практической части, в которой представлен прочностной 
расчет при сооружении магистрального трубопровода, резервуара для хранения нефти или газгольдера для хранения газа с занесением полученных расчетных данных в таблицы. 
Изложение материала курсового проекта должно быть конкретным и основываться не только на анализе научной литературы по данному вопросу, но и на материалах практической деятельности строительных организаций. При изложении в курсовом проекте спорных (дискуссионных) вопросов, прежде всего, 
следует привести мнения различных ученых и практиков. После 
чего необходимо обосновать свою позицию по данной проблеме, 
подтверждая результатами прочностного расчета. 
Заключение курсового проекта должно содержать краткие 
выводы о результатах выполненной работы, оценку технико-экономической эффективности, предложения и рекомендации по использованию результатов данной работы и их научной ценности. 
В список использованных источников входит нормативносправочная литература (государственные стандарты, строительные нормы и правила), учебные пособия, учебники, специализированные журналы и адреса интернет-ресурсов. 
В приложение должны быть включены материалы, уточняющие и дополняющие текст курсового проекта, которые по какимлибо причинам не могут быть представлены в основной части: 
– таблицы, схемы, графики, иллюстративный материал; 
– описание оборудования, аппаратуры и приборов, применяемых при прохождении практики; 
– инструкции, технологические процессы; 
– текст вспомогательного характера. 
Курсовой проект оформляется в виде пояснительной записки объемом 25–30 с., междустрочный интервал 1,5. 
 

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ  
МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ 
Магистральные трубопроводы – морально не стареющие 
капитальные инженерные сооружения, рассчитанные на длительный срок эксплуатации и предназначенные для бесперебойной транспортировки нефти, нефтепродуктов и газа от мест их 
добычи (производства) к местам потребления. Магистральный 
трубопроводный транспорт – важнейшая и неотъемлемая составляющая топливно-энергетического комплекса России. В настоящее время в России создана разветвленная сеть магистральных 
газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов. Протяженность магистральных трубопроводов в России превысила 
270 тыс. км, в том числе газопроводных магистралей – более 
200 тыс. км, нефтепроводных – более 50 тыс. км, нефтепродуктопроводных – около 20 тыс. км. С помощью магистрального 
трубопроводного транспорта перемещается 100 % добываемого 
природного газа, 99 % добываемой нефти, более 50 % производимой продукции нефтепереработки. 
Основной составляющей магистрального трубопровода является линейная часть – непрерывная нить, сваренная из отдельных труб и уложенная вдоль трассы. Выбор трассы трубопроводов должен производиться по критериям оптимальности. При выборе трассы следует учитывать условия строительства с тем, 
чтобы обеспечить применение наиболее эффективных, экономичных и высокопроизводительных методов производства строительно-монтажных работ (СМР). Одним из путей решения проблемы повышения надежности магистральных трубопроводов 
(МТ) является использование новых эффективных научно обоснованных технологий проектирования и строительства трубопроводных систем. Основной особенностью проектирования и сооружения трубопроводов является разнообразие природно-климатических и гидрологических характеристик местности вдоль 
трассы, что требует значительного разнообразия конструктивных 

и технологических решений при прокладке и эксплуатации линейной части трубопроводов. 
Магистральные трубопроводы сооружают, как правило, подземным способом (СНиП 2.05.06−85*). Заглубление трубопроводов до верха трубы надлежит принимать не менее 0,8 м при условном диаметре менее 1000 и 1,0 м для трубопроводов более 
1000 мм. Заглубление забалластированного трубопровода определяется как расстояние от поверхности земли до верха балластирующей конструкции (утяжелителя). При подземной укладке достигается максимальная механизация работ всех видов, не загромождается территория, после окончания строительства используются 
пахотные земли, отсутствует воздействие солнечной радиации 
и атмосферных осадков, трубопровод находится в стабильных 
температурных условиях. Однако на участках с вечномерзлыми, 
скальными и болотистыми грунтами данная схема укладки является неэкономичной из-за высокой стоимости земляных работ. 
Кроме того, необходимость специальной балластировки (особенно 
газопроводов) на участках с высоким стоянием грунтовых вод 
и обеспечения надежного антикоррозионного покрытия и средств 
электрохимической защиты от почвенной коррозии значительно 
увеличивает стоимость сооружения. 
Прокладка по поверхности земли в насыпи (наземная прокладка) и на опорах (надземная прокладка) допускается при дополнительном технико-экономическом обосновании. При наземной 
прокладке верхняя образующая трубопровода располагается выше 
отметок дневной поверхности, а нижняя образующая – ниже, на 
уровне или выше дневной поверхности. Для уменьшения объема 
насыпи и повышения устойчивости трубопровода в горизонтальной плоскости (особенно на криволинейных участках) рекомендуется проектировать прокладку трубопровода в неглубокую траншею глубиной 0,4– 0,8 м с последующим сооружением насыпи необходимых размеров. При всех ее преимуществах недостатком 
является слабая устойчивость грунта насыпи и необходимость 
устройства большого числа водопропускных сооружений. 

При надземной прокладке трубопровода объем земляных работ сводится к минимуму, отпадает необходимость в дорогостоящей пригрузке, а также в устройстве защиты от почвенной коррозии 
и блуждающих токов. Однако надземная укладка имеет недостатки: 
загроможденность территории, устройство опор, специальных проездов для техники и миграции животных и значительная подверженность трубопровода суточным и сезонным колебаниям температуры, что требует принятия специальных мер. 
Магистральные нефтепроводы (МН) и нефтепродуктопроводы в зависимости от диаметра подразделяются на четыре класса: 
I класс – при условном диаметре свыше 1000 до 1200 мм; 
II класс – свыше 500 до 1000 мм; 
III класс – свыше 300 до 500 мм; 
IV класс – 300 мм и менее. 
Магистральные газопроводы (МГ) в зависимости от давления в трубопроводе подразделяются на два класса: 
I класс – при рабочем давлении свыше 2,5 до 10 МПа; 
II класс – при рабочем давлении свыше 1,2 до 2,5 МПа. 
Чем выше класс трубопровода, тем большую опасность он 
представляет в случае разрушения и тем большие будут расстояния от оси трубопровода до близлежащих населенных пунктов, 
промышленных предприятий, а также отдельных зданий и сооружений. Для обеспечения нормальных условий эксплуатации 
и исключения возможности повреждения МТ и их объектов вокруг них устанавливаются охранные зоны. Независимо от диаметра магистрального нефтепровода и давления в магистральном газопроводе зона отчуждения равна 25 м в каждую сторону 
от оси. На подводных переходах охранная зона устанавливается 
вниз и вверх по течению на 100 м от крайних ниток (рис. 1.1). 
Охранная зона вокруг нефтеперекачивающих и компрессорных станций, резервуарных парков и газораспределительных 
станций устанавливается в виде участка земли, ограниченного замкнутой линией, отстоящей от границ территорий указанных 
объектов на 100 м во все стороны.