KFUPM ePrints

Impact of Combined Mechanical Damage on the Integrity of Pipelines

Al-Muslim, Husain Muhammad (2010) Impact of Combined Mechanical Damage on the Integrity of Pipelines. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF (Impcat of Combined Mechanical Damage on the Integrity of Pipelines-PhD Dissertation by Husain Al-Muslim-ME)
8Mb

Arabic Abstract

إن الإصابات الناجمة عن ضربات ميكانيكية تشكل خطرا على سلامة خطوط الأنابيب، و حيث أن انفجار أنابيب النفط و الغاز يؤدي الى اضرار بليغة على الإنسان و الاقتصاد و البيئة، أولت الهيئات الحكومية و الشركات العاملة في هذا المجال اهتماما خاصا لتحديد و تطوير الاليات التي يعتمد عليها لتقييم هذه الاصابات. هناك عدة عوامل تؤثر على شدة الضرر التي تسببه الإصابة الميكانيكية منها ما هو مرتبط بخواص الأنبوب المتضرر سواء مقاساته الهندسية او خصائص المادة الفولاذية المصنع منها، كما أن لمقاسات الإصابة الناتجة من عمق و طول و عرض أثرها الواضح، و كذلك الظروف التشغيلية مثل الضغط التشغيلي الثابت و المتغير لأثرها المباشر على الجهد و الانفعال. كما أن مما يزيد الأمور تعقيدا أن تكون الإصابة مركبة كأن يكون هناك هناك انبعاجا في موقع متصدئ او في موقع لحام. و لذلك فإنه من المستحيل تغطية جميع الحالات المحتملة للاصابات الميكانيكية البسيطة و المركبة سواء بالتجارب العملية او بالمحاكاة الرقمية، و هنا تبرز إمكانية استخدام التحليل المبني على المعلومات الاحصائية و دراسة الاحتمالات. إن الهدف من هذه الرسالة هو دراسة و تقييم أثر الإصابات المركبة على سلامة خطوط الأنابيب الفولاذية تحت عوامل الضغط التشغيلي الثابت و المتغير باستخدام تقنيات المحاكاة الرقمية بطريقة العنصر المحدد و كذلك التحليل المبني على دراسة الاحتمالات. إن نطاق البحث يشتمل على دراسات الانبعاجات الإحادية و المتعددة، و الانبعاجات الواقعة في منطقة متصدئة، و الانبعاجات الواقعة في منطقة لحام. و لمحاكاة الظروف الطبيعية، سيتم توليد 500 حالة مختلفة عشوائيا باستخدام تقنية مونتي كارلو و تحليلها رقميا بطريقة العنصر المحدد و ذلك لايجاد الجهود و الانفعالات و العمر الافتراضي لكل حالة على حدة. و سيتم تجميع النتائج و تحليلها احصائيا لايجاد العلاقات القائمة بين المدخلات و المخرجات من التحليل في صيغة علاقات رياضية. إن النتائج المستخلصة ممكن أن تستخدم في عمليات تقييم الضرر لإصابة محددة سواء المبنية على الجهد أو على الانفعال. كما إن احتمالات الفشل المستخلصة من دراسة الاحتمالات يمكن استخدامها في دراسة إدارة الخطر للأنابيب قيد الإنشاء. إن محصلة هذه الدراسة يجب أن تكون معايير عملية قابلة للتطبيق بواسطة مشغلي خطوط الأنابيب و لذلك لا بد أن تتوفر على ميزتين: الأولى أن تكون المعطيات المطلوبة ممكنة الجمع عن طريق أجهزة الفحص التي تمر داخل خطوط الأنابيب و الثانية أن تكون المعايير بصيغة رياضية يمكن تطبيقها اليا في برامج حاسبية.

English Abstract

Mechanical damage in transportation pipelines is a threat to its structural integrity. Failure in oil and gas pipelines is catastrophic as it leads to personal fatalities, injuries, property damage, loss of production and environmental pollution. Therefore, it is important to pipeline operators, government and regulatory agencies, and local communities to develop appropriate tools and procedures for assessment. There are many parameters that affect the severity of the mechanical damage related to the pipe geometry and material properties, the defect geometry and boundary conditions, and the pipe state of strain and stress. Moreover, the mechanical damage may be combined with another defect such as metal loss or weld. It is impossible to cover all combination of input parameters whether by full-scale tests or FEA as the parameters values and their combinations are random. Therefore, the use of probabilistic design analysis offers an excellent way to study the problem. The main objective of the current study is to assess the interaction of combined mechanical damage on the structural integrity of transportation pipelines under static and cyclic pressure loading using FEA and probabilistic design analysis. The scope of the study includes multiple dents, dents with metal loss, and dents interacting with residual stresses of welds. To simulate real-life situation, 500 cases are randomly generated using Monte Carlo simulations. All of those cases are analyzed using FEA to find the strain and stress fields as well as the stress range and fatigue life for every case. The statistical distribution of output parameters and correlation between output and input variables is presented. Moreover, regression analysis is conducted to derive mathematical formulas of the output variables in terms of practically measured variables. The results can be used into strain based assessment. Moreover, they can be coupled with fracture mechanics to assess cracks. Furthermore, the derived probabilities of failure can be used in risk assessment. The outcome of the study is practical qualitative and quantitative assessment criteria that can be applied by the pipeline operators to design against mechanical damage, assess severity of mechanical damage, rank and prioritize maintenance activities. The criteria developed have two features, input data are easily gathered by In-Line-Inspection tools and the assessment mathematical formulation can be automated.



Item Type:Thesis (PhD)
Date:25 May 2010
Date Type:Completion
Subjects:Mechanical
Civil Engineering > Structural Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Creators:Al-Muslim, Husain Muhammad
Email:husain.muslim.2@aramco.com
Committee Advisor:Arif, Abul Fazal M.
Committee Members:Eleiche, Abdel Salam M. and Sheikh, Anwar Khalil and Yilbas, Sami Bekir and Kalilmur Rahman, Muhammad
ID Code:136352
Deposited By:HUSAIN AL-MUSLIM (g199680940)
Deposited On:11 Oct 2010 13:46
Last Modified:24 Nov 2014 10:44

Repository Staff Only: item control page