Технічне діагностування тривало експлуатованих магістральних газопроводів для тимчасового зберігання та транспортування вуглекислого газу

Є. І. Крижанівський; Р. C. Грабовський; В. Р. Ковальчук; В. В. Тирлич

doi:10.31471/2304-7399-2026-22(83)-210-221

Автор(и)

Є. І. Крижанівський Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу 76019, вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна
Р. C. Грабовський Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу 76019, вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна
В. Р. Ковальчук Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу 76019, вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна https://orcid.org/0009-0000-0252-6848
В. В. Тирлич Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу 76019, вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.31471/2304-7399-2026-22(83)-210-221

Ключові слова:

main gas pipeline pipe, axial semi-elliptical two-dimensional defect, external axial semi-ellipsoidal three-dimensional defect, critical stress intensity factor, critical fracture toughness, CO2.

Анотація

У статті досліджено умови руйнування тривало експлуатованих магістральних газопроводів із зовнішніми осьовими корозійними та тріщиноподібними дефектами. Постановка задачі охоплює зовнішні осьові півеліпсоїдні (3-D) корозійні виразки та осьові півеліптичні (2-D) тріщини з урахуванням деградації фізико-механічних властивостей металу після тривалого строку служби. Запропоновано експериментально-розрахункову процедуру, яка поєднує скінченно-елементне моделювання з локальним згущенням сітки і модулем Transient Structural для визначення напружено-деформованого стану в околі дефектів, а також підходи механіки руйнування для оцінки коефіцієнта інтенсивності напружень і критичної тріщиностійкості матеріалу. Модель застосовано до труби магістрального трубопроводу 1420×15,5 мм, виготовленого зі сталі 10Г2БТ; корозійну виразку моделювали видаленням півеліпсоїда, тріщину – півеліптичною щілиною на зовнішній поверхні. Отримано поля напружень, оцінено розміри пластичної зони та визначено умови переходу до пластичного руйнування для обох типів дефектів; встановлено критичні глибини дефектів. Результати придатні для інтерпретації технічного діагностування й оцінки залишкової міцності тривало експлуатованих магістральних газопроводів для можливого перепрофілювання під зберігання та транспортування CO₂.

Посилання

1. Kovalko, M. P., Hrudz, V. Y., Mykhalkiv, V. B., et al. (2002). Truboprovidnyi transport hazu [Pipeline transport of gas]. Agency for Rational Energy Use and Ecology. (in Ukrainian)

2. But, V. S., & Oliinyk, O. I. (2006). Stratehiia rozvytku tekhnolohii remontu diiuchykh mahistralnykh truboprovodiv [Strategy for the develop-ment of repair technologies for operating main pipelines]. In B. Y. Paton (Ed.), Problemy resursu i bezpeky ekspluatatsii konstruktsii, sporud ta mashyn (pp. 491–496). PWI of the NAS of Ukraine. (in Ukrainian)

3. Kryzhanivskyi, Y. I., & Nykyforchyn, H. M. (2011). Koroziino-vodneva dehradatsiia naftovykh i hazovykh truboprovodiv ta yii zapobihannia: T. 1. Osnovy otsiniuvannia dehradatsii truboprovodiv [Corrosion-hydrogen degradation of oil and gas pipelines and its prevention: Vol. 1. Fundamentals of assessing pipeline degradation] (V. V. Panasiuk, Ed.). IFNTUNG. (in Ukrainian)

4. Kryzhanivskyi, Y. I., & Nykyforchyn, H. M. (2012). Koroziino-vodneva dehradatsiia naftovykh i hazovykh truboprovodiv ta yii zapobihannia: T. 3. Dehradatsiia hazoprovodiv ta yii zapobihannia [Corrosion-hydrogen degradation of oil and gas pipelines and its prevention: Vol. 3. Degradation of gas pipelines and its prevention] (V. V. Panasiuk, Ed.). IFNTUNG. (in Ukrainian)

5. Tsyrulnyk, O. T., Hredil, M. I., Student, O. Z., et al. (2008). Otsini-uvannia robotozdatnosti stali 17H1S pislia tryvaloi ekspluatatsii na hazohoni [Evaluation of the working capacity of 17G1S steel after long-term operation on a gas pipeline]. Visnyk Ternopilskoho derzhavnoho tekhnichnoho universytetu, 13(4), 49–55. (in Ukrainian)

6. Tsyrulnyk, O. T., Nykyforchyn, H. M., Petryna, D. Y., et al. (2007). Vodneva dehradatsiia tryvalo ekspluatovanykh stalei mahistralnykh hazoprovodiv [Hydrogen degradation of long-term operated steels of main gas pipelines]. Fizyko-khimichna mekhanika materialiv, 43(5), 97–104. (in Ukrainian)

7. Dmytrakh, I. M., Tot, L., Bilyi, O. L., & Syrotiuk, A. M. (2012). Mekhanika ruinuvannia i mitsnist materialiv: T. 13. Pratsezdatnist materialiv i elementiv konstruktsii z hostrokintsevymy kontsentratoramy napruzhen [Frac-ture mechanics and strength of materials: Vol. 13. Working capacity of materi-als and structural elements with sharp-ended stress concentrators] (V. V. Panasiuk, Ed.). SPOLOM. (in Ukrainian)

8. Fu, A. Q., & Cheng, Y. F. (2010). Electrochemical polarization be-havior of X70 steel in thin carbonate/bicarbonate solution layers trapped under a disbonded coating and its implication on pipeline SCC. Corrosion Science, 52(7), 2511–2518. DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2010.03.019

9. Stebliuk, V. I., & Rozov, Y. H. (2019). Metodyka provedennia chyselnoho analizu v rozrakhunkakh na mitsnist z urakhuvanniam kontsentra-toriv napruzhen [Methodology for conducting numerical analysis in strength calculations taking into account stress concentrators]. Materials of the XX In-ternational Scientific and Technical Conference. Kherson. (in Ukrainian)

10. Newman, J. C., & Raju, I. S. (1980). Stress-intensity factors for in-ternal surface cracks in cylindrical pressure vessels. Journal of Pressure Vessel Technology, 102(4), 342–349. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3263352

11. GOST 25.506-85. Calculations and strength tests. Methods of me-chanical testing of metals. Determination of fracture toughness characteristics under static loading. (1985). Publishing House of Standards. (in Russian)

12. Panasyuk, V. V. (1991). Mekhanika kvazikhrupkogo razrusheniya materialov [Mechanics of quasi-brittle fracture of materials]. Naukova Dumka. (in Russian)

13. Kryzhanivskyy, Y., Tuts, O., Mandruk, O., Tyrlych, V., Artym, V., & Sapuzhak, Y. (2024). Impact of long-term operation on reliability and dura-bility of natural gas pipeline: Potential environmental consequences of acci-dents. Procedia Structural Integrity, 59, 112–119. DOI: https://doi.org/10.1016/j.prostr.2024.04.017

14. Smoliak, T. I., Kaptsov, I. I., Kholodov, V. I., Kobziev, V. A., & Konokhova, O. V. (2005). Rozrakhunok mitsnosti hazoprovodiv z korozi-inymy defektamy [Calculation of the strength of gas pipelines with corrosion defects]. Naftova i hazova promyslovist, (4), 31–33. (in Ukrainian)