RU2442114C2 - Method of assessing working capacity of steel oil-and-gas pipes in transit pipelines - Google Patents
Method of assessing working capacity of steel oil-and-gas pipes in transit pipelines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2442114C2 RU2442114C2 RU2010111134/28A RU2010111134A RU2442114C2 RU 2442114 C2 RU2442114 C2 RU 2442114C2 RU 2010111134/28 A RU2010111134/28 A RU 2010111134/28A RU 2010111134 A RU2010111134 A RU 2010111134A RU 2442114 C2 RU2442114 C2 RU 2442114C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- pipes
- pressure
- cyclic
- internal pressure
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам определения работоспособности газонефтепроводных стальных труб магистральных трубопроводов, а именно к определению циклической прочности сварных газонефтепроводных труб в исходном состоянии и с имитаторами дефектов: продольными надрезами и участками ремонта коррозионных повреждений, выполненных с использованием сварки, может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, например, при проверке качества трубной продукции на соответствие техническим требованиям (для экспериментальной оценки конструктивной прочности сварных труб, пластических свойств, вязкости разрушения, циклической прочности металла в составе труб в условиях двухосного нагружения с соотношением главных напряжений 2:1), или для установления предельного (допустимого) срока промышленной и экологически безопасной эксплуатации труб магистральных трубопроводов разных диаметров как после их изготовления, так и после длительной эксплуатации.The invention relates to methods for determining the health of gas and oil steel pipes of main pipelines, namely, to determine the cyclic strength of welded gas and oil pipes in the initial state and with imitators of defects: longitudinal incisions and repair sites for corrosion damage made using welding, can be used in the oil and gas industry , for example, when checking the quality of pipe products for compliance with technical requirements (for experimental evaluation and structural strength of welded pipes, plastic properties, fracture toughness, cyclic strength of metal in the composition of pipes under biaxial loading with a ratio of principal stresses of 2: 1), or to establish a limit (permissible) term for industrial and environmentally safe operation of pipes of main pipelines of different diameters as after their manufacture, and after prolonged use.
В настоящее время уровень требований к прочности, долговечности и экологичности магистральных трубопроводов возрос. Традиционные испытания труб статическим давлением для оценки конструктивной прочности уже недостаточны для проверки выполнения требований к трубам современных строящихся трубопроводов, эксплуатирующихся в сложных климатических условиях, условиях агрессивной внешней среды (морское дно) и при значительно возросших рабочих давлениях перекачиваемого продукта.Currently, the level of requirements for strength, durability and environmental friendliness of trunk pipelines has increased. Traditional tests of pipes by static pressure to assess structural strength are no longer sufficient to verify that the requirements for pipes of modern pipelines under construction are used, operating in difficult climatic conditions, aggressive environmental conditions (sea bottom) and at significantly increased working pressures of the pumped product.
Для строительства трубопроводов высоких параметров используются высокопрочные трубы с большой толщиной стенки. По техническим условиям на трубы для перспективных трубопроводов (например, Восточная Сибирь - Тихий Океан, Северный поток и др.) необходимо обеспечивать не только достаточно высокие показатели прочностных и вязких свойств материала труб при эксплуатационных температурах, но и достаточный запас их усталостной прочности. Данное требование обусловлено значительным повышением прочности металла труб по сравнению с традиционным уровнем прочности (до 550 МПа) почти в 2 раза. Как правило, с увеличением прочности металл становится более чувствительным к усталостным нагрузкам и концентраторам напряжений (дефекты, трещины, ремонтные швы), кроме того, при увеличении прочности металла труб растут и номинальные уровни разрешенного эксплуатационного внутреннего давления в магистральных газопроводах и, следовательно, увеличивается амплитуда циклической составляющей нагружения труб магистральных газопроводов.For the construction of pipelines of high parameters, high-strength pipes with a large wall thickness are used. According to the technical conditions for pipes for promising pipelines (for example, Eastern Siberia - Pacific Ocean, Nord Stream, etc.), it is necessary to ensure not only sufficiently high strength and viscous properties of the pipe material at operating temperatures, but also a sufficient margin of their fatigue strength. This requirement is due to a significant increase in the strength of pipe metal compared to the traditional strength level (up to 550 MPa) by almost 2 times. As a rule, with an increase in strength, the metal becomes more sensitive to fatigue loads and stress concentrators (defects, cracks, repair seams), in addition, with an increase in the strength of the pipe metal, the nominal levels of permitted operational internal pressure in the main gas pipelines also increase and, consequently, the amplitude increases the cyclic component of the loading of pipes of main gas pipelines.
Одновременно, для сварки труб упомянутых категорий прочности используются соответствующие этим категориям сварочные материалы и технологии, внося тем самым дополнительный вклад в тенденцию снижения циклической долговечности труб. Например, технология сварки высокопрочной стали может потребовать разработки и применения специальных малоэнергетических режимов сварки для снижения уровня послесварочной остаточной напряженности в кольцевых стыковых поворотных (заводских) и неповоротных (монтажных) сварных соединениях, а также выполнения дополнительных требований по снижению уровней концентрации напряжений на границах технологических (заводских) и монтажных швов.At the same time, welding materials and technologies corresponding to these categories are used for welding pipes of the mentioned strength categories, thereby making an additional contribution to the tendency to reduce the cyclic durability of pipes. For example, high-strength steel welding technology may require the development and application of special low-energy welding modes to reduce the level of post-welding residual tension in ring butt rotary (factory) and non-rotary (mounting) welded joints, as well as additional requirements to reduce stress concentration levels at the technological boundaries ( factory) and assembly seams.
Решение этих проблем вызывает необходимость проведения контрольных статических и ресурсных испытаний по специально разработанной программе, учитывающей специализацию труб категорий прочности К60, К70, Х70-Х100: обеспечение статической и циклической (ресурсной) прочности при нагружении труб внутренним давлением высоких параметров, в том числе труб с имитацией эксплуатационных повреждений и ремонта.The solution to these problems makes it necessary to carry out control static and life tests according to a specially developed program that takes into account the specialization of pipes of strength categories K60, K70, X70-X100: ensuring static and cyclic (resource) strength when loading pipes with high pressure internal pressure, including pipes with imitation of operational damage and repair.
Ближайшим по назначению способу контрольных испытаний газонефтепроводных труб является способ, описанный в статье «Комплексные исследования характеристик работоспособности спирально-шовных труб для магистральных газонефтепроводов», «Трубопроводный транспорт: теория и практика», №3(5), 2006 г., принятый за прототип (13). Основные результаты этих испытаний позволяют произвести:The closest to the intended method of control testing of gas and oil pipes is the method described in the article "Comprehensive studies of the performance characteristics of spiral-seam pipes for gas and oil pipelines", "Pipeline transport: theory and practice", No. 3 (5), 2006, adopted as a prototype (13). The main results of these tests allow:
- анализ механических свойств спирально-шовных труб в состоянии поставки;- analysis of the mechanical properties of spiral-seam pipes in the delivery state;
- оценку малоцикловой усталости спирально-шовных труб при комбинированном нагружении (циклические нагрузки внутренним давлением и изгибные);- assessment of low-cycle fatigue of spiral-seam pipes under combined loading (cyclic loads by internal pressure and bending);
- оценку поведения поперечных сварных швов рулонов при наличии концентраторов напряжений;- assessment of the behavior of transverse welds of coils in the presence of stress concentrators;
- оценку прочностных и пластических свойств труб с поперечным швом в состоянии поставки;- assessment of the strength and plastic properties of pipes with a transverse seam in the delivery state;
- определение остаточных прочностных свойств труб с поперечным швом;- determination of the residual strength properties of pipes with a transverse seam;
- анализ структуры поперечных швов труб.- analysis of the structure of the transverse joints of the pipes.
Данный способ-прототип, разработанный для определение служебных характеристик спирально-шовных труб с поперечным швом, по сравнению с другими аналогами обеспечивает получение полноценной экспериментальной информации о достигнутой технологией производства прочности и работоспособности труб при комбинированном нагружении внутренним давлением и изгибом. Недостатком данного способа-прототипа является отсутствие экспериментальных данных о работоспособности натурных труб в условиях циклического нагружения внутренним давлением высоких параметров, что делает результаты этих испытаний недостаточно полнымиThis prototype method, developed to determine the service characteristics of spiral-seam pipes with a transverse seam, in comparison with other analogues, provides complete experimental information on the achieved technology for the production of strength and pipe performance under combined loading by internal pressure and bending. The disadvantage of this prototype method is the lack of experimental data on the performance of full-scale pipes under cyclic loading of high parameters with internal pressure, which makes the results of these tests insufficiently complete
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение информативности и полноты оценки работоспособности трубопроводов за счет определения циклической прочности и надежности металла труб в условиях двухосного нагружения (с соотношением главных напряжений 2:1), а также установление предельного (допустимого) срока промышленной и экологически безопасной эксплуатации труб магистральных трубопроводов разных диаметров с большим сроком службы.The technical result of the invention is to increase the information content and completeness of the assessment of the performance of pipelines by determining the cyclic strength and reliability of the pipe metal under biaxial loading (with a ratio of main stresses of 2: 1), as well as setting a limit (permissible) term for industrial and environmentally safe operation of main pipes pipelines of different diameters with a long service life.
Технический результат достигается тем, что перед завершающим статическим разрушающим испытанием трубы внутренним давлением проводится ее предварительное циклическое ресурсное испытание по ступенчато-блочной программе нестационарного нагружения внутренним давлением, представляющей специально разработанный модельный спектр нагрузок, действующих на реальные трубопроводы во время полного срока их эксплуатации (см. чертеж и табл.1).The technical result is achieved by the fact that before the final static destructive testing of the pipe by internal pressure, its preliminary cyclic life test is carried out according to the step-by-block program of unsteady loading by internal pressure, which represents a specially developed model spectrum of loads acting on real pipelines during their full service life (see. drawing and table 1).
Предлагаемый способ проведения контрольных статических и ресурсных испытаний натурных труб большого диаметра основан на результатах анализа случаев аварий и основных повреждающих факторов труб магистральных трубопроводов во время длительной эксплуатации, а также циклических нагрузок от колебаний рабочего давления в трубах.The proposed method for carrying out control static and life tests of large-diameter full-size pipes is based on the results of the analysis of accidents and the main damaging factors of the pipes of the main pipelines during long-term operation, as well as cyclic loads from fluctuations in the working pressure in the pipes.
Испытываются специальным образом подготовленные трубы, в составе которых присутствуют заводские продольные и кольцевые стыковые сварные швы, выполненные по принятой для труб испытываемой категории технологии. Также испытываемая труба может иметь в своем составе кольцевой (стыковой) шов, сваренный по монтажной или ремонтной технологии специализированными сварочными материалами. Для труб одного типоразмера и категории прочности должны выполняться испытания 2-х подготовленных труб. Одновременно с трубами испытываются и примененные при их подготовке сварочные материалы и технологии.Tubes are specially prepared in a special way, which include factory longitudinal and circumferential butt welds, made according to the technology adopted for the tested category of pipes. Also, the tested pipe may include an annular (butt) seam, welded according to the installation or repair technology by specialized welding materials. For pipes of the same size and strength category, tests of 2 prepared pipes shall be performed. Along with the pipes, welding materials and technologies used in their preparation are also tested.
Для труб одного типоразмера и категории прочности должен проводиться следующий комплекс испытаний труб внутренним циклическим давлением (см. чертеж и таблицу 2).For pipes of the same size and strength category, the following set of pipe tests should be carried out with internal cyclic pressure (see drawing and table 2).
Длина подготовленной трубы должна быть не менее 6 метров, к концам трубы должны быть приварены специальные сферические заглушки, позволяющие уменьшить концевые эффекты повышения местных номинальных напряжений в стенках трубы (дополнительные растягивающие напряжения на поверхности трубы от изгибающего момента, возникающего вследствие ограничения радиальной деформации трубы жесткостью заглушки). Давление в трубе обеспечивается с помощью жидкости (воды), нагнетаемой компрессором.The length of the prepared pipe should be at least 6 meters, special spherical plugs should be welded to the pipe ends to reduce the end effects of increasing local nominal stresses in the pipe walls (additional tensile stresses on the pipe surface from bending moment arising from the restriction of the pipe radial deformation to the stiffness of the plug ) The pressure in the pipe is provided by a liquid (water) pumped by the compressor.
Основными результатами предлагаемого способа испытаний являются:The main results of the proposed test method are:
- циклическая прочность до образования трещины и циклический ресурс трубы;- cyclic strength to crack formation and the cyclic resource of the pipe;
- значение максимального давления в трубе перед ее статическим разрушением после циклического ресурсного испытания;- the value of the maximum pressure in the pipe before its static destruction after a cyclic life test;
- коэффициент снижения конструктивной прочности трубы при наличии дефектов после ресурсных испытаний;- the coefficient of decrease in the structural strength of the pipe in the presence of defects after life tests;
- установление очага разрушения относительно ближайшего торца трубы и заводского сварного шва;- establishing the source of destruction relative to the nearest pipe end and factory weld;
- результаты анализа механизма (типа) разрушения металла в очаге и на стадии распространения магистральной трещины;- the results of the analysis of the mechanism (type) of metal destruction in the source and at the stage of propagation of the main crack;
- характеристики интегральной пластичности металла трубы по удлинению периметров и локальной пластичности по утонению кромок в очаге разрушения и на стадии распространения магистральной трещины;- characteristics of the integral ductility of the metal of the pipe along the elongation of the perimeters and local ductility along the thinning of the edges in the fracture and at the stage of propagation of the main crack;
- установление степени снижения циклической несущей способности трубы с участком ремонта и наружным дефектом по сравнению с трубой в исходном состоянии- the establishment of the degree of reduction of the cyclic bearing capacity of the pipe with the repair section and the external defect compared to the pipe in the initial state
Таким образом, предлагаемый нормативный способ определения работоспособности и ресурса газонефтепроводных стальных труб магистральных трубопроводов по сравнению с прототипом позволяет обеспечить проверку надежности эксплуатации рассматриваемой номенклатуры труб большого диаметра соответствующего уровня прочности и пригодность примененных сварочных материалов и технологии ремонта, а также может использоваться для установления предельного (допустимого) срока промышленной и экологически безопасной эксплуатации труб магистральных трубопроводов разных диаметров с большим сроком службы или после длительной их эксплуатации.Thus, the proposed regulatory method for determining the health and resource of gas-and-oil steel pipes of main pipelines in comparison with the prototype allows to verify the reliability of operation of the considered nomenclature of large diameter pipes of the corresponding strength level and the suitability of the welding materials used and repair technology, and can also be used to establish the maximum (permissible ) the term of industrial and environmentally friendly operation of the main pipes pipelines of different diameters with a long service life or after prolonged use.
Источники информацииInformation sources
1. Методика полигонных натурных испытаний труб для оценки конструктивной прочности. ООО "Институт ВНИИСТ». 2007 г.1. The technique of polygon full-scale testing of pipes to assess structural strength. Institute VNIIST LLC. 2007
2. Методика полигонных натурных испытаний труб с надрезами. ООО «Иститут ВНИИСТ», 2007 г.2. The technique of polygon full-scale testing of pipes with notches. LLC “Institute VNIIST”, 2007
3. Стенд для испытания труб внутренним давлением и на изгиб и гидравлическая система стенда. Патент РФ №2222800, G01N 3/10, G01N 3/36, опубликовано: 27.01.2004 г.3. Stand for testing pipes with internal pressure and bending, and the hydraulic system of the stand. RF patent No. 2222800, G01N 3/10, G01N 3/36, published: 01/27/2004
4. Способ испытания сварных монтажных соединений или локальных участков трубопровода на прочность, патент РФ №2146359, G01N 3/12, опубликовано 10.03.2000 г.4. The method of testing the welded mounting joints or local sections of the pipeline for strength, RF patent No. 2146359, G01N 3/12, published on March 10, 2000.
5. Стенд для гидравлического испытания труб, авторское свидетельство СССР №667844, кл. G01М 3/08, 1979. Авторское свидетельство СССР №728009, кл. G01М 3/02, 1980, опубликовано 27.11.1997 г.5. Stand for hydraulic testing of pipes, USSR author's certificate No. 667844, class. G01M 3/08, 1979. USSR Copyright Certificate No. 728009, class. G01M 3/02, 1980, published 11/27/1997
6. Способ испытания трубы, заявка: 2005120812/28, 06.07.2005, опубликовано: 10.05.2007 г.6. The method of testing the pipe, application: 2005120812/28, 07/06/2005, published: 05/10/2007
7. Способ реабилитации и определения эксплуатационного ресурса магистрального трубопровода, осуществляемый при его нагружении повышенным давлением в полевых условиях, а, 02.10.1997. US 4909091 а, 20.03.1990 г.7. The method of rehabilitation and determination of the operational resource of the main pipeline, carried out when it is loaded with high pressure in the field, and, 02.10.1997. US 4909091 a, 03.20.1990
8. Установка для испытания труб, патент РФ №2327129, G01M 3/08, опубликовано 27.09.2008 г.8. Installation for testing pipes, RF patent No. 23237129, G01M 3/08, published September 27, 2008
9. Установка для испытания труб, патент РФ №2247957, G01M 3/08, опубликовано 10.03.2005 г.9. Installation for testing pipes, RF patent No. 2247957, G01M 3/08, published March 10, 2005
10. Установка для испытания труб, авт. свид. СССР №1370470, МПК G01M 3/08, опубликовано 30.01.1988 г.10. Installation for testing pipes, ed. testimonial. USSR No. 1370470, IPC G01M 3/08, published January 30, 1988
11. Установка для гидравлических испытаний труб, патент РФ №2150683, G01M 3/08, F17D 5/02, опубликовано 10.06.2000 г.11. Installation for hydraulic testing of pipes, RF patent No. 2150683, G01M 3/08, F17D 5/02, published on 10.06.2000
12. Устройство для монтажа и гидравлических испытаний трубопроводов, патент РФ №2122078, E03F 3/06, опубликовано 20.11.1998 г.12. Device for mounting and hydraulic testing of pipelines, RF patent No. 2122078, E03F 3/06, published on November 20, 1998.
13. «Комплексные исследования характеристик работоспособности спирально-шовных труб для магистральных газонефтепроводов», «Трубопроводный транспорт: теория и практика», №3(5), 2006 г.13. “Comprehensive studies of the performance characteristics of spiral-seam pipes for gas and oil pipelines”, “Pipeline transport: theory and practice”, No. 3 (5), 2006
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010111134/28A RU2442114C2 (en) | 2010-03-23 | 2010-03-23 | Method of assessing working capacity of steel oil-and-gas pipes in transit pipelines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010111134/28A RU2442114C2 (en) | 2010-03-23 | 2010-03-23 | Method of assessing working capacity of steel oil-and-gas pipes in transit pipelines |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010111134A RU2010111134A (en) | 2011-09-27 |
| RU2442114C2 true RU2442114C2 (en) | 2012-02-10 |
Family
ID=44803682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010111134/28A RU2442114C2 (en) | 2010-03-23 | 2010-03-23 | Method of assessing working capacity of steel oil-and-gas pipes in transit pipelines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2442114C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2531126C2 (en) * | 2012-10-25 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Method to test composite-coupling repair structure for pipes of manifold pipelines |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112781722B (en) * | 2021-01-20 | 2022-04-05 | 西安交通大学 | Pipeline vibration comprehensive detection prediction method based on limited measuring points |
-
2010
- 2010-03-23 RU RU2010111134/28A patent/RU2442114C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Трубопроводный транспорт/теория и практика", №3 (5), 2006. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2531126C2 (en) * | 2012-10-25 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Method to test composite-coupling repair structure for pipes of manifold pipelines |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010111134A (en) | 2011-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Effect of 3D random pitting defects on the collapse pressure of pipe—Part I: Experiment | |
| Al-Owaisi et al. | An experimental investigation of the effect of defect shape and orientation on the burst pressure of pressurised pipes | |
| Silva et al. | Correlation of fracture behavior in high pressure pipelines with axial flaws using constraint designed test specimens. Part II: 3-D effects on constraint | |
| Cai et al. | Residual ultimate strength of offshore metallic pipelines with structural damage–a literature review | |
| CN110765505B (en) | Prediction method for limiting internal pressure of oil-gas pipeline with surface scratch composite depression | |
| Bouledroua et al. | Inspections, statistical and reliability assessment study of corroded pipeline | |
| CN111929147B (en) | B-type sleeve bearing capacity inspection method for repairing circumferential weld defects of oil and gas pipeline | |
| Nykyforchyn et al. | Feature of stress corrosion cracking of degraded gas pipeline steels | |
| Netto et al. | Fatigue performance of pre-strained pipes with girth weld defects: Full-scale experiments and analyses | |
| Lacalle et al. | On the analysis of the causes of cracking in a wind tower | |
| RU2442114C2 (en) | Method of assessing working capacity of steel oil-and-gas pipes in transit pipelines | |
| Verstraete et al. | Pressure correction factor for strain capacity predictions based on Curved Wide Plate testing | |
| Moustabchir et al. | Fracture mechanics defect assessment diagram on pipe from steel P264GH with a notch | |
| Hosseini | Assessment of crack in corrosion defects in natural gas transmission pipelines | |
| de Miguel et al. | Hydrogen enhanced fatigue in full scale metallic vessel tests–Results from the MATHRYCE project | |
| Tandon et al. | Evaluation of existing fracture mechanics models for burst pressure predictions, theoretical and experimental aspects | |
| Fazzini et al. | Experimental determination of stress corrosion crack rates and service lives in a buried ERW pipeline | |
| Wormsen et al. | Fatigue testing and analysis of cathodically protected notched specimens tested in a fully aerated aqueous 3.5% NaCl solution | |
| MIHAIL et al. | Experimental stand for internal pressure testing of pipes | |
| Garmbis et al. | A Fracture Mechanics-Based Feasibility Study of Damped Steel Catenary Risers for Pre-Salt Field Developments | |
| JP5505280B2 (en) | Use limit prediction method of steel structure | |
| Vargas et al. | A level 3 BS7910 ECA for a titanium stress joint for use on a high motion floater in the Gulf of Mexico | |
| Tiku et al. | Improvement of Pipeline Fatigue Life Estimation | |
| Kuskov et al. | The peculiarities of fatigue failure for pipe steels of different strength classes (pipes with welds) | |
| Agala et al. | Method to relate degradation of fracture resistance due to corrosion with pipe leakage |