Evaluación del comportamiento de grietas en ductos api 5l x70 psl2 para transporte de hidrocarburos mediante elementos finitos
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Date
2016
Authors
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo
Abstract
Structural integrity assessment in hydrocarbon transportation systems has become critical especially in very old pipes and due to the diverse geography of Peru, which produces unexpected load conditions. In many situations, the flaws that cause structural failure are cracks. Modern inspection methods allow locating and sizing flaws in pipes; however, we need to know how they respond to the various operating conditions. In this work, models based on fracture parameters are developed, taking into account the different conditions around the crack tip to explain the behavior of cracks in pipes. It is used the failure assessment diagrams (FAD) method, which is similar to other procedures in the literature. This allows us to consider the interaction between two important modes of failure: fracture mechanics and plastic collapse. Fracture models are implemented using software based on finite element method to calculate the stress intensity factor in cracks located in the base material of pipes. The used methodology involves different calibration stages of models which allow progressively estimate the appropriate mesh characteristics to obtain approximate existing solutions in literature. Models of increasing complexity are developed, from 2D plate with a throughthickness centered crack, 3D plate with a through-thickness centered crack, 3D plate with a semi-elliptical surface crack, to 3D pipe with a semi-elliptical surface crack, verifying their validity. Validated models are applied to the case of severity assessment of outer semi-elliptical surface cracks in Camisea gas pipelines, proving its utility in making decisions regarding safe operating conditions.
Description
La evaluación de la integridad estructural en sistemas de transporte de hidrocarburos se ha vuelto de vital importancia sobre todo en ductos de mucha antigüedad y debido a la geografía diversa del Perú, que somete a situaciones inesperadas de carga. En muchas situaciones los defectos responsables del fallo estructural son las grietas. Los modernos métodos de inspección permiten localizar y dimensionar los defectos en los ductos; sin embargo, se necesita conocer cómo responden estos ante las variadas condiciones de operación. En el presente trabajo se desarrollan modelos basados en parámetros fracto-mecánicos, teniendo en cuenta las distintas condiciones alrededor del vértice de la grieta, para explicar el comportamiento de grietas en ductos. Se utiliza el enfoque del diagrama de evaluación de falla (FAD), presentado en el procedimiento estándar API 579, el cual es similar a otros procedimientos presentes en la literatura. Esto nos permite tener en cuenta la interacción entre dos importantes modos de falla: fractura mecánica y colapso plástico. Se implementan modelos de fractura usando software basado en el método de elementos finitos, para el cálculo del factor de intensidad de tensiones en grietas ubicadas en el material base de los ductos. La metodología utilizada involucra distintas etapas de calibración de modelos, las cuales permiten estimar progresivamente las características de mallado adecuadas para obtener soluciones aproximadas a las existentes en la literatura. Se desarrollan modelos de complejidad creciente, desde placas con grietas centrales pasantes 2D, placas con grietas centrales pasantes 3D, placas con grietas superficiales semi-elípticas 3D, hasta ductos con grietas superficiales semi-elípticas 3D, verificando su validez. Los modelos validados son aplicados al caso práctico de evaluación de severidad de grietas superficiales externas en ductos de transporte de gas de Camisea, demostrando su utilidad en la toma de decisiones respecto a las condiciones de operación seguras de las líneas.
Keywords
Evaluación del comportamiento de grietas en ductos api 5l x70 psl2