Estimation of residual strength of pipeline's elbow with volumetric corrosion defect, which is developing

Abstract

Pipelines are used as one of the most practical and low cost methods for transmission of different liquid petroleum products and gases. Damage on the pipeline is capable to appear during operation due to the accumulation of fatigue and arising of corrosion. The Aim is estimation the residual strength of pipeline's elbow with volumetric surface defect development of which is modeled in time. Deformed state assessment of damaged elbow of pipelines was held in the framework of computer modeling by using finite-element method (FEM). Corrosion damage modeled explicitly as volumetric defect on the outside of the knee pipeline. Based on the results of the study the assessment of the residual strength of pipeline with increasing surface defects in operation from 10 to 45 years has been obtained. Besides, the areas in which there is localization of maximum equivalent stresses and respectively plastic deformation depending on the size of damage were defined. By obtained results may be noted that after 37 years of operation the pipelines with the corresponding defect on surface cannot withstand the maximum load.

Магістральні трубопроводи є найпоширенішим засобом транспортування нафтопродуктів або газу, їх призначено для тривалого використання. Під час експлуатації внаслідок дії агресивного середовища на поверхні трубопроводу можуть виникати та розвиватися поверхневі дефекти, які певною мірою впливають на міцність трубопроводу. Дослідження проводилося з метою оцінки залишкової міцності коліна трубопроводу з об’ємним дефектом, розвиток якого моделюється у часі. Оцінку характеристик напружено-деформованого стану пошкодженого елементу коліна трубопроводу проводили в рамках сучасних засобів комп’ютерного моделювання з використанням методу скінчених елементів (МСЕ). Корозійне пошкодження моделювали явно як об’ємний дефект на зовнішній поверхні коліна трубопроводу. На основі проведеного дослідження отримано результати з оцінки залишкової міцності магістрального трубопроводу зі зростаючим поверхневим дефектом в період експлуатації від 10 до 45 років. Визначено зони, в яких з’являється локалізація максимальних еквівалентних напружень та, відповідно, пластичних деформацій в залежності від розміру пошкодження. Опираючись на отримані результати можна зазначити, що в період експлуатації від 37 років трубопровід з відповідним дефектом не витримує можливе максимальне навантаження.