Structural integrity of steel hydrocarbon pipelines with local wall distortions

Abstract

Local distortions in the form of dents or buckles on the wall of steel hydrocarbon pipelines may constitute a threat for the structural integrity of the pipeline. In the present study, experimental research supported by numerical simulations has been conducted to investigate the structural integrity of smoothly dented and buckled steel pipes. A series of sixteen (16) full-scale experiments on 6-inch-diameter X52 pipes has been carried out, and numerical simulations have also been conducted. At first, the pipe specimens are dented or buckled. Subsequently, the dented/buckled steel pipes are subjected mainly to cyclic loading (bending or pressure) in order to estimate their residual strength and remaining fatigue life. Some specimens are also monotonically pressurized to burst. The finite element analyses simulate the experimental procedure for each specimen and loading case, in order to calculate the local stress and strain distributions at the dented region. Small-scale tests in bent strips are also conducted, and correlate very well with the experimental and numerical results. Based on the numerical results, a damage factor is computed and the fatigue life is predicted and compared successfully with the experimental results. The results of the present study are aimed at evaluating existing guidelines and methodologies towards proposing a simple and efficient assessment of local wall distortions in steel pipelines.

Τοπικές παραμορφώσεις στα τοιχώματα των αγωγών με τη μορφή υβώσεων ή εγκολπωμάτων συνιστούν απειλή για τη δομική ακεραιότητά και τη λειτουργία τους. Στην παρούσα έρευνα, πειραματική και αναλυτική διερεύνηση έχει πραγματοποιηθεί για την μελέτη της δομικής ακεραιότητας αγωγών που έχουν υποστεί ομαλές οδοντώσεις και υβώσεις στα τοιχώματά τους. Δεκάξι (16) πειράματα μεγάλης κλίμακας σε δοκίμια σωλήνων X52 6-ιντσών έχει πραγματοποιηθεί, και αριθμητικές προσομοιώσεις έχουν επίσης διεξαχθεί.Τα δοκίμια, αφού έχουν πρώτα υποστεί εγκολπώματα ή υβώσεις, υποβάλλονται σε κυκλική φόρτιση (κάμψη ή πίεση), προκειμένου να εκτιμηθεί απομένουσα αντοχή τους και η υπολειπόμενη διάρκεια ζωής. Παράλληλα πραγματοποιήθηκε ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων για την προσομοίωση της πειραματικής διαδικασίας για κάθε τύπο παραμόρφωσης και κάθε περίπτωση φόρτισης, προκειμένου να υπολογιστεί η κατανομή των τάσεων και η συγκέντρωση παραμορφώσεων στην κρίσιμη περιοχή. Με βάση τα αριθμητικά αποτελέσματα, εκτιμάται η αντοχή σε κόπωση σε σύγκριση με τα πειραματικά δεδομένα. Ο απώτερος στόχος της παρούσας έρευνας είναι η χρήση των πειραματικών και αριθμητικών αποτελεσμάτων για την ανάπτυξη αξιόπιστων μεθοδολογιών οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο αγωγών και την αξιολόγηση τοπικών παραμορφώσεων μορφής εγκολπώματος ή ύβωσης με στόχο την πιθανή επισκευή τους στο πλαίσιο μίας βέλτιστης διαδικασίας συντήρησης και της διατήρησης ενός αξιόπιστου επιπέδου λειτουργίας και ασφάλειας.