RU2372596C2 - Способ обнаружения протечки до появления разрыва в трубопроводе - Google Patents

Способ обнаружения протечки до появления разрыва в трубопроводе Download PDF

Info

Publication number
RU2372596C2
RU2372596C2 RU2005124118/28A RU2005124118A RU2372596C2 RU 2372596 C2 RU2372596 C2 RU 2372596C2 RU 2005124118/28 A RU2005124118/28 A RU 2005124118/28A RU 2005124118 A RU2005124118 A RU 2005124118A RU 2372596 C2 RU2372596 C2 RU 2372596C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crack
analysis
cracks
curve
fad
Prior art date
Application number
RU2005124118/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2005124118A (ru
Inventor
Мин ГАО (US)
Мин Гао
Серхио ЛИМОН (US)
Серхио ЛИМОН
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of RU2005124118A publication Critical patent/RU2005124118A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2372596C2 publication Critical patent/RU2372596C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/28—Investigating ductility, e.g. suitability of sheet metal for deep-drawing or spinning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0062—Crack or flaws
    • G01N2203/0064—Initiation of crack
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0062—Crack or flaws
    • G01N2203/0066—Propagation of crack
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/0202—Control of the test
    • G01N2203/0212—Theories, calculations
    • G01N2203/0218—Calculations based on experimental data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/026—Specifications of the specimen
    • G01N2203/0262—Shape of the specimen
    • G01N2203/0274—Tubular or ring-shaped specimens

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники и направлено на обеспечение возможности определения протечек до появления разрыва. Этот результат обеспечивается за счет того, что способ согласно изобретению включает использование оценочной кривой оценочной диаграммы отказов от появления трещин на основе анализа оценочных диаграмм для анализа трещин в материале. Предусмотрено также использование анализа пластичного разрушения в сочетании с оценочной кривой оценочной диаграммы для обнаружения трещин, проявляющих, по меньшей мере, одно свойство из устойчивости по отношению к пластичному разрушению и склонности к разрывной неустойчивости при увеличении трещины. 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу обнаружения протечки до появления разрыва, более конкретно к способу обнаружения протечки до появления разрыва с использованием подхода на основе разрывной неустойчивости в применениях, связанных с трубопроводами.
Трещины или области трещин могут инициироваться и увеличиваться в трубопроводе под действием коррозионного растрескивания под напряжением, усталости или коррозионной усталости. Трубопровод протекает, если одна из трещин распространяется по всей толщине стенки. Безотлагательное обнаружение протечки может служить в качестве раннего предупреждения, и могут быть предприняты действия по ремонту для предотвращения последующего катастрофического отказа. Следовательно, требуется разработка способов анализа, которые предсказывают условия "протечки до появления разрыва".
Первый случай внешнего коррозионного растрескивания под напряжением (SCC) на трубопроводе для природного газа произошел в середине 1960-х годов, причем с тех пор произошли сотни отказов. Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) представляет собой образование хрупких трещин в обычно доброкачественном материале при одновременном воздействии разрывного напряжения и коррозивной окружающей среды.
Оценка протечки до появления разрыва для содержащего трещины трубопровода представляет собой область, которая должна быть связана с оценкой целостности. В настоящее время промышленные стандарты на основе механики трещинообразования, такие как API 579-2000, предусматривают подробные процедуры для оценок протечки до появления разрыва с использованием анализа на основе оценочных диаграмм (FAD) отказов II или III уровня. Поскольку эти процедуры предсказывают скорее только инициирование трещин, чем катастрофический отказ для материалов, которые проявляют устойчивое увеличение трещин под действием пластичного разрушения, результаты не согласуются со случаями протечек, наблюдаемыми в области.
Критерии для протечек до появления разрыва требуют, чтобы (1) самый большой начальный размер трещины, остающейся в структуре (например, в стенке трубопровода), не приводил к появлению трещины при использовании компонента и (2) самая большая длина сквозной трещины в стенке была меньшей, чем та, при которой произойдет катастрофический разрыв, для всех применимых случаев нагрузки с использованием способа оценки FAD II или III уровня. Однако процедура FAD для анализа критического размера, то есть самого большого приемлемого размера трещины, в API 579 не совпадает с критериями инициирования трещин в литературе, например в I.Milne, R.A.Ainsworth, A.R.Dowling и A.T.Stewart. "Определение целостности конструкций, содержащих дефекты", доклад ЦЭЭУ R/H/R6 - редакция 3, 1986, и M.Janssen, J.Zuidema, и R.J.H.Wanhill. "Механика упругопластического разрушения", Механика разрушения, часть III, глава 8, Delft University Press, 2002, с.198-203.
Процедура FAD в API 579 для анализа критического размера является более приемлемой, когда ожидается, что отказ материала либо является хрупким, либо ему предшествует только ограниченная величина пластичного разрушения. Для материала, проявляющего значительное пластичное разрушение до отказа, предсказание условий протечки или разрыва является консервативным и не обеспечивает результатов, согласующихся с наблюдаемыми в области случаями "протечек до появления разрыва". Это связано с тем, что возникающее увеличение прочности, сопровождающее увеличение трещин, не учитывается при анализе.
Соответственно, имеется необходимость в способе обнаружения протечек до появления разрыва, который учитывает вклад значительного пластичного разрушения, который обеспечивает более точное предсказание, принимая во внимание увеличение прочности материала при появлении трещин, связанное с ростом трещин, посредством механизма пластичного разрушения.
Как обсужденные выше, так и другие неудобства и недостатки преодолеваются или ослабляются в способе обнаружения протечек до появления разрыва с использованием подхода на основе пластичного разрушения и разрывной неустойчивости в применениях, связанных с трубопроводами.
В примерном варианте осуществления способ определения протечек до появления разрыва включает в себя использование оценочной кривой оценочной диаграммы (FAD) отказов от появления трещин на основе анализа FAD для анализа трещин в материале и использование анализа пластичного разрушения в сочетании с оценочной кривой FAD для обнаружения трещин, проявляющих, по меньшей мере, одно свойство из устойчивости к пластичному разрушению и склонности к разрывной неустойчивости при увеличении трещины.
В другом варианте осуществления способ обнаружения протечек до появления разрыва из трещины в материале трубопровода, который проявляет устойчивое увеличение трещин посредством пластичного разрушения, включает в себя использование оценочной кривой оценочной диаграммы (FAD) отказов от появления трещин на основе анализа FAD для анализа трещин в материале и использование анализа пластичного разрушения в сочетании с оценочной кривой FAD для обнаружения трещин, проявляющих, по меньшей мере, одно свойство из устойчивости к пластичному разрушению и склонности к разрывной неустойчивости при увеличении трещины, причем анализ пластичного разрушения учитывает увеличение прочности материала при появлении трещины при ее увеличении.
Вышеописанные и другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятны и оценены специалистами в данной области из последующего подробного описания и чертежей.
Теперь обратимся к чертежам, на которых одинаковые элементы имеют одинаковые ссылочные позиции:
фиг.1 - график зависимости напряжения от длины трещины, иллюстрирующий медленный рост трещины в условиях плоского напряжения для пластичного материала;
фиг.2 - обычная R-кривая, иллюстрирующая условия для начала распространения трещин и разрывной неустойчивости (разрыва);
фиг.3 - график зависимости Japp от длины распространяющейся трещины, иллюстрирующий J-R кривую в сочетании с различными движущими силами;
фиг.4 - обычная J-R кривая материала, иллюстрирующая восемь оценочных точек;
фиг.5 - оценочная диаграмма (FAD) отказов для анализа пластичного разрушения и разрывной неустойчивости с использованием Jmat, полученного из J-R кривой с фиг.4 в соответствии с примером варианта осуществления;
фиг.6 - другая оценочная диаграмма (FAD) отказов для анализа пластичного разрушения и разрывной неустойчивости, иллюстрирующая устойчивое увеличение трещины, как и на фиг.5, без роста трещины, и пластичную неустойчивость в соответствии с примером варианта осуществления;
фиг.7 - оценочная диаграмма уровня III, изображающая критические размеры трещин при давлении 896 фунтов/кв.дюйм (максимально допустимое рабочее давление (МДРД)) в трубопроводе X-52 с внутренним диаметром 16 дюймов;
фиг.8 - реальная J-R кривая секции, вырезанной из трубопровода с внутренним диаметром 16 дюймов в соответствии с примером варианта осуществления;
фиг.9 - FAD для анализа пластичного разрушения сквозной трещины в стенке, с различной длиной, в трубопроводе с внутренним диаметром 16 дюймов, при МДРД 896 фунтов/кв.дюйм;
фиг.10 - анализ FAD уровня III для пластичного разрушения из сквозной трещины в стенке, с различной длиной, в трубопроводе с внутренним диаметром 26 дюймов, при МДРД 832 фунта/кв.дюйм;
фиг.11 - анализ FAD уровня III для пластичного разрушения различной длины из глубокой трещины SSC (то есть 90 мас.%) из колонии в трубопроводе из X-52.
Критерий приемлемости для содержащих трещины структур в соответствии с процедурой оценок API 579 и связанных с ней процедур оценок, таких как R6 и BS7910, анализируется скорее относительно начала распространения трещин, чем относительно неустойчивости (разрыва) трещин. Поскольку пластичный материал в условиях нагрузки с плоским напряжением (например, тонкие стенки из ферритных сталей для линейных участков трубопроводов на верхней части кривой перехода пластичность - хрупкость) часто показывает большую пластичную деформацию перед разрывом, методология оценок в таком случае может быть исключительно консервативной и может не соответствовать предсказаниям реальных условий отказа, подобного протечкам до появления разрыва.
Для разработки модели разрывной неустойчивости для оценок протечек до появления разрыва рассматривается процесс пластичного разрушения и возникновения разрывной неустойчивости. Этот процесс графически показан на фиг.1, где трещина с начальной длиной a0 начинает распространяться при ai (например, начало увеличения трещины) при определенном напряжении σi. Если напряжение поддерживается при σi, то при этом напряжении дальнейшего роста трещины не происходит, так как G=R, где G является движущей силой и R является сопротивлением материала по отношению к распространению трещин. Затем небольшое увеличение напряжения требуется для дополнительного распространения трещин, однако трещина остается устойчивой, так как после приращения напряжения опять устанавливается новое равновесие G=R. В то время как продолжается этот процесс, имеется устойчивое увеличение трещин в области 10 между первой кривой 12 напряжений и второй кривой 14 напряжений, сопровождающийся увеличением напряжения, до тех пор пока не будет достигнута критическая комбинация напряжения σc и длины ac трещины на второй кривой 14. В этот момент возникает неустойчивость роста трещин. Первая кривая 12 представляет напряжение σi для начала распространения трещин, в то время как вторая кривая 14 представляет критическое напряжение σc для разрывной неустойчивости с образованием разрывов. Область 10 между первой и второй кривыми представляет устойчивое медленное увеличение трещин в области пластичного разрушения.
Процесс пластичного разрушения и разрывной неустойчивости будет описан яснее со ссылкой на фиг.2 с использованием концепции R-кривой. Сопротивление материала по отношению к распространению трещин отображается как восходящая кривая 16, то есть R-кривая с вертикальным сегментом 18, соответствующим отсутствию распространения трещин при низком уровне напряжений (то есть при низкой движущей силе G). Движущая сила G для распространения трещин отображается как прямые линии 20 и 22 (то есть G-линии Gσi и Gc), проходящие через начало координат. При уровне напряжений σi начинается распространение трещин, на что указывает уровень напряжения, причем дальнейшее распространение трещин происходить не может, так как линия 20 Gσi находится под R-кривой 16, то есть Gσi<R. Дальнейшее распространение может происходить только тогда, когда Gσ становится чуть выше, чем Ri, следуя R-кривой, и устойчивые условия роста поддерживаются при каждом приращении Gσ. Этот медленный рост трещин посредством пластичного разрушения осуществляется устойчиво до тех пор, пока σc и ac не достигают точки 26 пересечения линии 22 Gc и R-кривой 16. После этой точки 26 Gσ становится большим, чем R, на что указывает линия 22 Gc, и происходит неустойчивое разрушение (то есть разрыв). Следовательно, условия для неустойчивого разрушения выражаются как
Figure 00000001
и
Figure 00000002
Сейчас, как правило, для пластичного материала при условиях плоского напряжения специалисты в данной области считают, что подходы на основе J-интеграла и первоначального смещения (COD) трещины обеспечивают правильное описание поведения упруго-пластичного появления трещины, которое обычно включает в себя устойчивый рост трещины. В настоящем описании используется только подход на основе J-интеграла. J-интеграл широко используется в качестве меры прочности инженерных сплавов по отношению к упруго-пластичному появлению трещин. Движущая сила для распространения трещин и сопротивление материала по отношению к росту трещин выражаются как Japp и Jmat соответственно.
На фиг.3 R-кривая 16 с фиг.2 теперь устанавливается в терминах зависимости Jmat от длины распространения трещины (a) на кривой 30 J-R, и движущая сила для распространения трещин выражается как Japp.Затем критерии разрывной неустойчивости выражаются как
Figure 00000003
и
Figure 00000004
Затем изложенный выше подход служит в качестве основы для разработки критерия для оценок протечек до появления разрыва, описанного более подробно ниже.
Кривые FAD на основе R6, API 579 или BS7910 и связанная с этим процедура широко используются для оценок приемлемости трещиноподобных признаков, присутствующих в структурах. Если точка оценки располагается вне безопасной области FAD на основе критерия появления трещин, трещина является недопустимой. Однако это не всегда указывает на условия отказа. Для материала, который проявляет устойчивый рост трещин посредством пластичного разрушения, прочность по отношению к появлению трещин увеличивается с ростом трещины. Подобно вышеупомянутым уравнениям (3) и (4) для разрывной неустойчивости, трещина будет оставаться устойчивой до тех пор, пока
Figure 00000005
Для демонстрации того, как именно трещина остается устойчивой, анализ пластичного разрушения осуществляется посредством вычисления Lr и Kr для некоторого диапазона постулируемого распространения трещины, Δa, начиная от начальной длины трещины a0, где Kr является Kr, отношение применяемых J-интегралов для прочности материала по отношению к появлению трещины
Figure 00000006
.
На фиг.5 и 6 ось x определена как отношение Lr напряжений (или отношение пластичного коллапса), которое представляет собой отношение эталонного напряжения σref (функция приложенного напряжения и размера трещины) к предельному напряжению
Figure 00000007
.
Jmat получают из кривых (J-R) сопротивления материала J с фиг.4 для приращения Δa роста трещины. Japp вычисляется на основе приложенной нагрузки, формы структуры и геометрии трещины. При условиях постоянной нагрузки и температуры для изолированной трещины начальная оценочная точка 38 первоначально находится вне области FAD 36 на фиг.5. В результате распространения трещины как
Figure 00000008
, так и
Figure 00000009
будут увеличиваться.
Однако пока остается верным неравенство выражения (5), Kr будет уменьшаться. В то же время Lr будет несколько увеличиваться в результате роста трещин, по этой причине положение точек оценок 40 для FAD 36 будет смещаться в основном вниз (см. кривую AB) от точки 38, соответствующей начальной длине трещины a0, с фиг.5.
Фиг.5 и 6 также показывают, что точки 42 оценок, вероятно, опускаются ниже кривой 36 оценок в результате пластичного разрушения, и, таким образом, распространение трещин, вероятно, приостановится, как показывают «пустые» оценочные точки под FAD 36 на фиг.6. Для этих трещин, даже если они начинаются вне оценочной кривой 36 и проявляют некоторый уровень устойчивого распространения трещин, трещины не приводят к отказу посредством разрыва при рабочем давлении с точки зрения отказа посредством разрыва, даже если имеется определенная величина приращения трещины.
На основе указанного выше анализа имеются две возможных ситуации по отношению к кривой AB. Во-первых, если трещина с фиг.5 представляет собой сквозную трещину в стенке, протечка является ожидаемой, так как точки оценок, вероятно, опустятся ниже оценочной кривой 36, указывая на то, что трещина является устойчивой и не будет вызывать разрыва, даже если оценочная точка 38 сначала находится вне оценочной кривой 36 FAD. Во-вторых, если трещина представляет собой поверхностную трещину, трещина может проникать сквозь стенку при постоянной приложенной нагрузке, приводя к протечке из-за распространения устойчивой трещины, если трещина является относительно глубокой, и распространение трещины происходит, прежде всего, в направлении поперек стенки.
Для полноты анализа на фиг.6 показаны еще два примера. Кривая CD расположена полностью под оценочной кривой 36, и, таким образом, при приложенной нагрузке не происходит распространения трещин. Кривая EF начинается над кривой 36, а затем становится касательной к оценочной кривой 36 в точке 46 касания. Это означает, что уровень нагрузки для данной конкретной трещины представляет собой предельный случай. Любая нагрузка, большая, чем данная нагрузка, привела бы к катастрофическому отказу. Наоборот, любая нагрузка, меньшая, чем данная нагрузка оценочной точки 46, опустилась бы ниже, вероятно, оценочной кривой 36 в результате пластичного разрушения, и увеличение трещины прекратилось бы. Кроме того, могла бы возникнуть протечка, если трещина была бы или стала бы сквозной трещиной в стенке вместо растрескивания.
Будет понятно, что приведенный выше анализ рассматривает пластичное разрушение, связанное только с приложением определенной нагрузки. Предполагается, что никакая форма докритического увеличения трещин не участвует при образовании разрывов. Если эти механизмы увеличения трещин не могут быть исключены, данный анализ должен применяться только к условиям перегрузки. Разумеется, докритическое увеличение трещин при нормальном рабочем давлении должно учитываться для оценки размеров трещин после определенного времени службы и должно использоваться для вычисления срока использования на основе скорости докритического увеличения трещин и критического размера, оцениваемого из анализа на основе разрывной неустойчивости. Кроме того, ясно, что соотношение J-R должно устанавливаться экспериментально для материала, содержащего трещинообразные признаки, при оценке температуры для осуществления анализа разрывной неустойчивости.
Ниже представлены два примера для проверки эффективности подхода на основе разрывной неустойчивости для оценок протечек до появления описанного выше разрыва. Во-первых, небольшую протечку, связанную со сквозной трещиной SCC в стенке, обнаружили в соединении трубопровода с внутренним диаметром 16 дюймов. Трубопровод с внутренним диаметром 16 дюймов был изготовлен в 1961 г. из стали X-52 API сорта 5L и предназначен для работы при максимальном допустимом рабочем давлении (МДРД) 896 фунтов/кв. дюйм. Во-вторых, сквозную трещину в стенке обнаружили во время недавнего раскапывания трубопровода с внутренним диаметром 26 дюймов, изготовленного в 1956 г. из стали X-52 сорта API 5L и работавшего при МДРД 832 фунта/кв. дюйм.
Анализ FAD и оценки разрывной неустойчивости осуществлялись затем с целью оценивания критического размера трещин для начала распространения трещин и протечек до появления разрыва. Оценки предполагали, что трещины представляют собой отдельные изолированные трещины, то есть взаимодействия между трещинами в области трещин не рассматривались. Перед проведением оценок истинная кривая напряжение - деформация для материала, кривые Jmat и J-R измерялись в соответствии со стандартами ASTM E646, E833 и El820 для осуществления FAD высокого уровня (способ D расчета материала) и оценок разрывной неустойчивости.
На фиг.7 показаны результаты оценок способа D уровня III (упоминаемого как API 579), указывающие на то, что сквозные трещины в стенке с размером, большим чем 2 дюйма, находятся вне кривой 100 оценок и являются неприемлемыми для обслуживания на основе критерия инициирования трещин.
Однако оценки разрывной неустойчивости показывают, что сквозные трещины в стенке с размером, меньшим чем 6,5 дюйма, не привели бы к катастрофическому отказу. На фиг.8 показана измеренная кривая J-R 110, а на фиг.9 показан анализ FAD 112 пластичного разрушения. Кроме того, в 2001 г. посредством исследования была обнаружена небольшая протечка и последующее исследование определило, что размер трещины, связанной с протечкой, соответствует 2,2-дюймовой сквозной трещине в стенке. Сходная оценка осуществлялась на 26-дюймовом трубопроводе во втором примере. Со ссылкой на фиг.10 анализ пластичного разрушения говорит о том, что сквозная трещина в стенке с размером, меньшим чем 4,9 дюйма, не вызвала бы разрыва. Этот анализ согласуется с наблюдением за областью, где сквозная трещина в стенке была обнаружена при раскапывании. Трещина имела 3,6 дюйма в длину, при этом часть трещины проходила через всю стенку. На фиг.10 показаны результаты анализа FAD.
Приведенный выше анализ основывается на предположении об изолированной трещине. Однако трещины, формируемые SCC, часто характеризуются как колонии трещин или поля трещин. Как правило, колонии SCC состоят из трещин различных размеров с промежутками между ними. Анализ механики трещинообразования говорит о том, что отказ начинается с одной из самых худших трещин, вызываемых SCC, а затем она соединяется с другими с образованием трещины большего размера, что в конечном счете приводит либо к протечке или разрыву, либо к протечке, а затем к разрыву в зависимости от размеров трещин, расстояний между трещинами, условий нагружения и свойств материала.
Например, если имеется очень глубокая трещина SCC (например, 90 мас.%) в колонии SCC в трубопроводе из X-52, и трещина длиннее, чем критический размер для начала распространения, но короче, чем размер для разрыва в соответствии с анализом FAD уровня III, тогда эта трещина могла бы начать увеличиваться посредством пластичного разрушения, если присутствуют благоприятные условия нагружения (например, рабочее давление). Пластичное разрушение происходило бы в основном в самой глубокой точке трещины, где интенсивность напряжений является самой высокой. Трещина могла бы легко пройти по оставшейся связке стенки и привести к протечке. Разрыв мог бы, наконец, произойти в результате соединения этой вновь образуемой сквозной трещины в стенке с соседними трещинами с образованием трещин большего размера. Произойдет ли разрыв или нет, зависит от размера соединяющейся трещины (например, с длиной, большей чем 4,5 дюйма, на основе анализа разрывной неустойчивости с фиг.11) в сочетании с условиями локального нагружения и температуры (то есть перегрузки, вызываемой флуктуациями давления). Однако время для такого перехода нельзя предсказать с легкостью - он мог бы продолжаться в течение месяцев или нескольких дней или часов. Однако фактографический анализ для данного конкретного случая показывает, что переход от протечки до разрыва мог бы продолжаться в течение времени того же порядка, что и время доведения температуры соединения (примерно по 15 футов в каждую сторону от места возникновения трещины) до температуры (CVN) перехода Чарпи. Для мелкой, сильно вытянутой в длину трещины (например, трещины глубиной <60 мас.%) взаимное соединение с соседними трещинами представляет собой главный процесс для пластичного разрушения. По этой причине разрыв, как ожидается на основе анализа разрывной неустойчивости, будет преобладать среди большей части отказов этих типов трещин.
Приведенное выше описание предусматривает критерий протечек до появления разрыва с использованием подхода на основе анализа пластичного разрушения и разрывной неустойчивости. Этот критерий учитывает значительное пластичное разрушение и устойчивое распространение трещин, которые могут происходить до катастрофического отказа. Оценки на основе этого критерия обеспечивают более точные предсказания и согласуются с ограниченными в настоящее время исследованиями области. Предварительные результаты с использованием этого критерия оценок показывают, что вероятность появления протечек до появления разрыва в трубопроводе, содержащем трещины, вызванные SCC, может и не быть низкой, например, трещины с глубиной 90 мас.% и длиной, меньшей чем 4,5 дюйма, будут, вероятнее всего, давать протечки до появления разрыва для сортовой стали сорта X-52. Эти данные говорят о том, что в дополнение к широко используемому в настоящее время "анализу появления трещин на основе FAD" для оценок целостности должен использоваться анализ пластичного разрушения, если протечки до появления разрыва представляют собой проблему. Данные также говорят о том, что напряжение само по себе не может служить для предсказания протечек до появления разрыва или наоборот. Сочетание напряжений, свойств материала, температуры и размеров трещин определяет критические условия для отказа из-за протечки или разрыва.
Хотя настоящее изобретение описывалось со ссылками на примеры вариантов осуществления, специалисту в данной области будет понятно, что могут быть проделаны различные изменения и могут быть использованы эквиваленты для замены его элементов без отклонения от рамок настоящего изобретения. В дополнение к этому может быть проведено множество модификаций для адаптации конкретной ситуации или материала к концепции настоящего изобретения, не выходя из объема настоящего изобретения. По этой причине предполагается, что настоящее изобретение не ограничено конкретным вариантом осуществления, описанным как наилучший способ его осуществления, но что настоящее изобретение будет включать в себя все варианты осуществления, находящиеся в объеме прилагаемой формулы изобретения.

Claims (10)

1. Способ определения протечек до появления разрыва, включающий в себя использование оценочной кривой (36, 100) оценочной диаграммы (FAD) отказов от появления трещин на основе анализа FAD для анализа трещин в материале и использование анализа (112) пластичного разрушения в сочетании с оценочной кривой (36, 100) FAD для обнаружения трещин, проявляющих, по меньшей мере, одно свойство из устойчивости по отношению к пластичному разрушению и склонности к разрывной неустойчивости при увеличении трещины.
2. Способ по п.1, при котором анализ (112) пластичного разрушения учитывает увеличение прочности материала при появлении трещины при ее увеличении.
3. Способ по п.2, дополнительно включающий в себя использование подхода на основе J-интеграла для описания поведения материала, имеющего трещину, при упругопластичном возникновении трещины, при котором Japp = движущая сила для увеличения трещины, и Jmat = сопротивление материала увеличению трещины.
4. Способ по п.3, при котором критерий разрывной неустойчивости, указывающий на разрыв, включает в себя условия
Figure 00000010
и
Figure 00000011
.
5. Способ по п.4, при котором увеличение трещины является устойчивым, когда Japp≤Jmat и
Figure 00000012
.
6. Способ по п.5, при котором анализ (112) пластичного разрушения включает в себя построение графика оценочной кривой (36, 100) FAD, вычисление отношения (Lr) напряжений и отношения
Figure 00000006

(Kr) для некоторого диапазона приращений (Δа) увеличения трещины, соответствующих оценочным точкам (38, 40, 42), и построение графика зависимости оценочных точек (38, 40, 42, 46) Kr от Lr для анализа пластичного разрушения и разрывной неустойчивости.
7. Способ по п.6, при котором Lr представляет собой отношение эталонного напряжения (σref) к предельному напряжению (σy) (то есть
Figure 00000007
), причем указанное (σref) является функцией от приложенного напряжения и размера трещины.
8. Способ по п.6, при котором указанный Jmat получают из J-R кривой (30, 110) для сопротивления материала, для некоторого диапазона приращений (Δа) увеличения трещины.
9. Способ по п.8, при котором J-R кривая (30, 110) устанавливается экспериментально для материала при температуре, соответствующей температуре оценки.
10. Способ по п.6, при котором указанный Japp вычисляют на основе приложенной нагрузки и формы трещины.
RU2005124118/28A 2004-07-29 2005-07-28 Способ обнаружения протечки до появления разрыва в трубопроводе RU2372596C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/710,702 US7039528B2 (en) 2004-07-29 2004-07-29 Method for detecting leak before rupture in a pipeline
US10/710,702 2004-07-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005124118A RU2005124118A (ru) 2007-02-10
RU2372596C2 true RU2372596C2 (ru) 2009-11-10

Family

ID=35427454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005124118/28A RU2372596C2 (ru) 2004-07-29 2005-07-28 Способ обнаружения протечки до появления разрыва в трубопроводе

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7039528B2 (ru)
EP (1) EP1621862A3 (ru)
JP (1) JP4907917B2 (ru)
CN (1) CN1727891A (ru)
CA (1) CA2512425C (ru)
MX (1) MXPA05008203A (ru)
RU (1) RU2372596C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554676C2 (ru) * 2009-12-07 2015-06-27 Нуово Пиньоне С.п.А. Способ проектирования подводного оборудования, подверженного вызванному водородом растрескиванию под напряжением
RU2665354C1 (ru) * 2017-11-01 2018-08-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа Полипластик" Способ оценки способности полимерной трубы к пластическому разрушению

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7698076B2 (en) * 2005-10-07 2010-04-13 Veolia Es Industrial Services, Inc. System to manage maintenance of a pipeline structure, program product, and related methods
US20110106457A1 (en) * 2005-11-21 2011-05-05 Mcnealy Richard C Methods, systems, and computer program products for performing structural screening
RU2452779C2 (ru) 2007-02-27 2012-06-10 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Сварные конструкции из коррозионно-устойчивых сплавов в конструкциях из углеродистой стали и трубопроводах, выдерживающие высокие осевые пластические деформации
US20100042379A1 (en) * 2007-03-20 2010-02-18 Karel Minnaar Framework to Determine the Capacity of A Structure
WO2008115320A1 (en) * 2007-03-20 2008-09-25 Exxonmobil Upstream Research Company Method to measure tearing resistance
JP4886623B2 (ja) * 2007-07-09 2012-02-29 株式会社東芝 破壊評価方法
US7706988B2 (en) * 2008-03-14 2010-04-27 Blade Energy Partners, Inc. Method for improved crack detection and discrimination using circumferential magnetic flux leakage
US8256086B2 (en) * 2009-06-25 2012-09-04 Lockheed Martin Corporation Method of producing missile nose cones
JP5333039B2 (ja) * 2009-08-19 2013-11-06 株式会社Ｉｈｉ 破壊指標値補正方法、破壊指標値補正装置、溶接構造体の破壊特性評価方法及び溶接構造体の破壊特性評価装置
CN101975695B (zh) * 2010-10-15 2013-07-10 华东理工大学 含裂纹类缺陷承压设备的安全评定方法
JP5505280B2 (ja) * 2010-11-25 2014-05-28 Ｊｆｅスチール株式会社 鋼構造物の使用限界予測手法
US9558453B1 (en) 2015-12-21 2017-01-31 International Business Machines Corporation Forecasting leaks in pipeline network
CN109255136B (zh) * 2017-07-12 2023-04-18 天津大学 高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测方法
CN109255137B (zh) * 2017-07-12 2023-04-18 天津大学 高温管道中含椭圆形周向外表面裂纹的孕育期预测方法
EA033928B1 (ru) * 2017-10-23 2019-12-10 Белорусский Государственный Университет (Бгу) Способ определения характеристик трещиностойкости материалов при статическом упругопластическом деформировании
CN110806191B (zh) * 2018-09-29 2021-07-13 北京科力华安地质灾害监测技术有限公司 基于应变监测的环焊缝缺陷管道安全评定方法
CN111859616B (zh) * 2020-06-12 2024-09-27 中国石油天然气集团有限公司 一种高压天然气管道断裂临界尺寸及使用寿命评估方法
CN112214920B (zh) * 2020-10-22 2023-08-22 岭澳核电有限公司 一种管道损伤后lbb评估处理方法
CN112393667B (zh) * 2020-10-30 2022-05-03 广船国际有限公司 一种夏比冲击试样侧膨胀量测量装置
CN112525692B (zh) * 2020-11-30 2022-12-02 中国石油天然气集团有限公司 一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法
CN118134930B (zh) * 2024-05-08 2024-07-09 上海叁零肆零科技有限公司 管道平面型缺陷评估方法、装置、电子设备、系统及芯片

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT405849B (de) * 1993-07-13 1999-11-25 Hilti Ag Verfahren zur oberflächenbehandlung von zu beschichtenden werkstücken

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
I.MILNE, R.A.AINSWORTH, A.R.DOWLING, A.T.STEWART, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛОСТНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ, СОДЕРЖАЩИХ ДЕФЕКТЫ, ДОКЛАД ЦЭЭУ R/H/R6, 3 РЕДАКЦИЯ, 1986. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554676C2 (ru) * 2009-12-07 2015-06-27 Нуово Пиньоне С.п.А. Способ проектирования подводного оборудования, подверженного вызванному водородом растрескиванию под напряжением
RU2665354C1 (ru) * 2017-11-01 2018-08-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа Полипластик" Способ оценки способности полимерной трубы к пластическому разрушению

Also Published As

Publication number Publication date
JP4907917B2 (ja) 2012-04-04
US7039528B2 (en) 2006-05-02
EP1621862A2 (en) 2006-02-01
US20060025937A1 (en) 2006-02-02
JP2006038868A (ja) 2006-02-09
CN1727891A (zh) 2006-02-01
CA2512425A1 (en) 2006-01-29
EP1621862A3 (en) 2007-01-10
CA2512425C (en) 2013-09-24
RU2005124118A (ru) 2007-02-10
MXPA05008203A (es) 2006-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2372596C2 (ru) Способ обнаружения протечки до появления разрыва в трубопроводе
Chen An overview of near-neutral pH stress corrosion cracking in pipelines and mitigation strategies for its initiation and growth
Vishnuvardhan et al. A review on pipeline failures, defects in pipelines and their assessment and fatigue life prediction methods
Cosham et al. Best practice for the assessment of defects in pipelines–Corrosion
Al-Owaisi et al. An experimental investigation of the effect of defect shape and orientation on the burst pressure of pressurised pipes
Hasan et al. Probability assessment of burst limit state due to internal corrosion
Mokhtari et al. Reliability of the conventional approach for stress/fatigue analysis of pitting corroded pipelines–development of a safer approach
Nahal et al. Pipelines reliability analysis under corrosion effect and residual stress
Hertelé et al. Structural integrity of corroded girth welds in vintage steel pipelines
Polasik et al. Review of engineering fracture mechanics model for pipeline applications
Niazi et al. Crack Growth Sensitivity to the Magnitude and Frequency of Load Fluctuation in Stage 1b of High-pH Stress Corrosion Cracking
Pluvinage Pipe-defect assessment based on the limit analysis, failure-assessment diagram, and subcritical crack growth
Amano et al. Evaluation of leak/rupture behavior for axially part-through-wall notched high-strength line pipes
Polasik et al. Effective modeling of fatigue crack growth in pipelines
Stewart et al. Accounting for Flaws in the Burst Strength of OCTG
JP5505280B2 (ja) 鋼構造物の使用限界予測手法
Zhu et al. Corrosion assessment models for predicting remaining strength of corroded thick-walled pipelines
Iranpour et al. The state-of-the-art review of risers’ VIV fatigue
Wilkowski et al. Predicting the brittle-to-ductile fracture initiation transition temperature for surface-cracked pipe from Charpy data
Righiniotis A comparative study of fatigue inspection methods
Moulin et al. A practical method based on stress evaluation (σ d criterion) to predict initiation of crack under creep and creep-fatigue conditions
Leis et al. STEP IMPROVEMENTS IN METAL-LOSS ASSESSMENT CRITIRIA FOR PIPELINES
RU2240469C1 (ru) Способ аналитической диагностики разрушающего давления трубопроводов с поверхностными дефектами
Fonzo et al. Industrial Application of SENT and Segment Testing on Deepwater Buckle Arrestor Assembly Installed by S-Lay
Sukpe et al. Experimental Investigation of Crack Tip Constraint Effects on Fracture Assessment of API 5L X65 Steel Grade for Low-Temperature Applications (− 120° C)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130729