BORONIZING MITIGATE FAILURE MECHANISMS WITH EXTENDED LIFE IN OIL/GAS STEEL PIPING UNDER ACOUSTIC INDUCED VIBRATION (AIV) | ||
| Journal of Al-Azhar University Engineering Sector | ||
| Article 3, Volume 16, Issue 59, April 2021, Pages 252-263 PDF (2.59 M) | ||
| Document Type: Original Article | ||
| DOI: 10.21608/auej.2021.166638 | ||
| Authors | ||
| Marwa Mohamed Saeed1; Mohamed A Bayoumi2; Bakr M Rabeeh3 | ||
| 1Al-Azhar University, Faculty Of Engineering, Department Of Mechanical Engineering. | ||
| 2Al Azhar University, Faculty Of Engineering, Department Of Mechanical Engineering. | ||
| 3German University in Cairo (GUC), Faculty of Engineering and materials Science, Department Of Engineering and Materials Science | ||
| Abstract | ||
| Oil and gas piping systems suffer from acoustically induced vibration, AIV, that end with hearing losses and consuming personnel’s lives. However, Leak-Before-Break (LBB) methodology was developed to mitigate failure, the primary piping systems exhibit an extremely low probability of rupture (xLPR). For understanding of piping failure mechanisms under AIV, 3-point bending tests are conducted to study structural integrity in oil/gas piping (ASTM A333 Carbon Steel GR.6 Seamless). Besides, for ultra-fast surface hardening and strengthening, a non-traditional powder pack boronizing technique is introduced at 950oC for 10 and 30 minutes. Mechanical characterization as well as microstructural analysis are conducted for continuous and incremental bending tests. In addition, FE modeling, ANSYS, is conducted on actual “case study” of oil/gas piping to study the changes in dynamic characteristics for both as-received (AR) and boronized steel Under AIV(173 dB). Failure mechanisms is established in AR sample with clear banding and early localized micro-plasticity at 0.2 flexural stress (sf). Void coalescence induce crack initiation at 0.3 sf. Crack propagation (at 0.5 sf), crack evolution (at 0.7sf) and catastrophic failure are captured. Boronizing with the diffusion of Boron into the outer surface dominate functional-graded materials (FGM), with surface and bulk hardening. Surface hardening via boronizing mitigate fracture mechanisms with no clear micro-plasticity, but with clear twinning and banding elimination. In addition, to investigate the sustainability of piping and the effect of boronizing, under AIV, FE modeling is introduced with two different steel piping systems (AR with strength 580 MPa, and boronized steel with strength 1390 MPa). Failure mitigation is introduced with the increase of endurance limit as well as increase of piping life. تعاني أنظمة أنابيب النفط والغاز من الاهتزازات الناتجة عن الصوت ، AIV ، والتي تنتهي بفقدان السمع واستهلاک حياة العاملين. ومع ذلک ، تم تطوير منهجية التسرب قبل الکسر (LBB) للتخفيف من الفشل ، حيث تظهر أنظمة الأنابيب الأولية احتمالية منخفضة للغاية للتمزق . (xLPR) لفهم آليات فشل الأنابيب بموجب AIV ، تم إجراء اختبارات الانحناء من 3 نقاط لدراسة السلامة الهيکلية في أنابيب النفط / الغاز المستخدمة (ASTM A333 Carbon Steel GR.6 Seamless) . إلى جانب ذلک ، من أجل تغطية وتقوية السطح بسرعة فائقة ، تم تقديم تقنية التغطية بالبورون غير التقليدية عند درجة حرارة 950 درجة مئوية لمدة 10 و 30 دقيقة. تم إجراء التوصيف الميکانيکي وکذلک تحليل البنية المجهرية لاختبارات الأنابيب –الإنحناءات المستمرة والمتقطعة. بالإضافة إلى ذلک ، يتم إجراء نمذجة FE ،بإستخدام ANSYS ، على "دراسة حالة" فعلية لأنابيب النفط / الغاز لدراسة التغيرات في الخصائص الديناميکية لکل من الفولاذ المغطي بالبورون المستلم (AR) والفولاذ البورونى تحت AIV (173 ديسيبل). تم دراسة آليات الإنهيار في عينة AR مع النطاقات الواضحة واللدونة الدقيقة الموضعية المبکرة عند 0.2% إجهاد الانحناء . (sf) يؤدي الاندماج الفارغ إلى بدء الشروخ عند %0.3 . sfتم التقاط انتشار الشروخ (عند %0.5 sf) ، وتم إکتشاف تطور الشقوق (عند %0.7 sf) ثم الفشل الکارثي المفاجئ. تؤدي التغطية بالبورون إلى انتشار البورون علي السطح الخارجي تدريجيا ويؤدي إلى تکوين مواد مرکبة- المواد المتدرجة الوظيفية (FGM) ، مع تصلب السطح والکتل. تصلب السطح الخارجي يؤدي إلى تخفيف آليات الکسر وزيادة التصلد بالبورون مع عدم وجود لدونة دقيقة واضحة ، ولکن مع إزالة التوأمة والنطاقات الواضحة (Banding). بالإضافة إلى ذلک ، للتحقق من استدامة الأنابيب وتأثير البورون ، في إطار AIV ، تم تقديم نمذجة FE مع نظامين مختلفين للأنابيب الفولاذية (AR) بقوة 580 ميجا باسکال ، والفولاذ بالبورون بقوة 1390 ميجا باسکال). يتم تقديم تخفيف الأعطال من خلال زيادة حد التحمل بالإضافة إلى زيادة عمر الأنابيب) . | ||
| Keywords | ||
| Acoustic Induced Vibration (AIV); Banding; Boronizing; FE Modeling; FGM; Failure Mechanisms; LBB; Life Extension; Mitigation of Failure; Twinning; xLPR الاهتزازات المستحثة الصوتية (AIV) ، النطاقات ، البورون ، FE ، المواد المرکبة المتدرجة ، آليات الفشل ،التسرب قبل الکسر LBB ، تمديد الحياة ، ت | ||
|
Statistics Article View: 323 PDF Download: 460 |
||
