Research techniques of interaction features of deformed metal surfaces of pipelines with hydrogen-containing media
Keywords:
pipeline steels; hydrogen embrittlement of metal; metal hydrogenation; cathode polarization; hydrogen volume concentration; mechanical loading.Abstract
The new technique and technical means were applied to study hydrogenation peculiarities and determination
of hydrogen volume concentration in pipe steel; the volume concentration study is performed on the basis of
dynamic electrochemical laboratory VoltaLab40 (manufacturer – Radiometer Analytical SMS, France). The hydrogenation
process of pipeline structural steels, used for transmission of hydrogen-containing products, was studied.
This is gaseous hydrogen and other potentially hydrogen-containing media, able to generate hydrogen when interacting
with deformed metal; hydrogen becomes the result product of physical-chemical reactions (for example,
aqueous media, oil products, etc.). The proposed method is characterized by a few special features. First of all, it is
modeling of a free corroding system, which reflects the hydrogenation process of steels in real operating conditions.
As it is difficult to achieve the stable condition of hydrogenation under corrosion potential, the following procedure
was employed: first, the samples were hydrogenated at some constant potential of polarization Ecath = const, which
is slightly more negative than the corrosion potential. Then the hydrogenated metal was oxidized in 0.2 M solution
of NaOH (pH 12.4) under anodic potential Eanodic = +168 mV (SCE) during some defined time τdis . On the basis of
the received curve, the total amount of absorbed hydrogen was calculated. An example of the method realization
was made on the specimens with steel 20. The study was conducted in special solution NS4, which models the
underground water for neutral soils (pH 6.7). The description of the developed method and technical means were
presented. New special samples for study of metal hydrogenation under mechanical tensile stress having been applied,
were proposed and verified. Such tests reflect the effect of tensile stress σ = σexp , which arises in the pipe wall under
operational internal pressure pexp .
Downloads
References
газових трубопроводів та її запобігання [Текст]:
наук.-техн. посіб.: у 3-х томах / Є.І. Крижанівський,
Г.М. Никифорчин; за ред. В.В. Панасюка.
– Т. 2: Деградація нафтопроводів і резервуарів
та її запобігання. – Івано-Франківськ:
вид-во Івано-Франківського національного технічного
університету нафти і газу, 2011. – 447 с.
2 Корозійно-воднева деградація нафтових і
газових трубопроводів та її запобігання [Текст]:
наук.-техн. посіб.: у 3-х томах / Є.І. Крижанівський,
Г.М. Никифорчин; за ред. В.В. Панасюка.
– Т. 3: Деградація газопроводів та її запобігання.
– Івано-Франківськ: вид-во ІваноФранківського
національного технічного університету
нафти і газу, 2012. – 433 с.
3 Радкевич О.І. Пошкодження металу промислових
трубопроводів у сірководневому середовищі
/ О.І. Радкевич, Г.В. Чумало // Фізико-хімічна
механіка матеріалів. – 2003. – Т. 39,
№ 4. – С. 112–114.
4 Слободян З.В. Корозійна тривкість трубної
сталі у нафто-водних середовищах /
З.В. Слободян, Г.М. Никифорчин, О.І. Петрущак
// Фізико-хімічна механіка матеріалів. –
2002. – Т. 38, № 3. – С. 93–96.
5 Цирульник О.Т. Експлуатаційне окрихчення
сталі магістрального нафтопроводу /
О.Т. Цирульник, Г.М. Никифорчин, О.І. Звірко
[та ін.] // Фізико-хімічна механіка матеріалів. –
2004. – Т. 40, № 2. – С. 125–126.
6 Zagórski A. Corrosion and stress corrosion
cracking of exploited storage tank steel /
A. Zagórski, H. Matysiak, O. Tsyrulnyk [et al.] //
Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2004. –
Т. 40, № 3. – С. 113–117.
7 Корозійно-воднева деградація нафтових і
газових трубопроводів та її запобігання [Текст]:
наук.-техн. посіб.: у 3-х томах / Є.І. Крижанівський,
Г.М. Никифорчин; за ред. В.В. Панасюка.
– Т. 1: Основи оцінювання деградації
трубопроводів. – Івано-Франківськ: вид-во Івано-Франківського
національного технічного
університету нафти і газу, 2011. – 457 с.
8 Hanneken J.W. Hydrogen in metals and
other materials: a comprehensive reference to
books, bibliographies, workshops and conferences
/ John W. Hanneken // International Journal of
Hydrogen Energy. – 1999. – V. 24, Is. 10. –
P. 1005–1026.
9 Gadgil V.J. Effect of hydrogen on mechanical
behaviour / V.J. Gadgil // Materials Ageing and
Life Management (ISOMALM 2000): International
Symposium, 3-6 Oct. 2000: Proceedings. –
Kalpakkam (India): Allied Publishers Limited,
2000. – P. 1039–1044.
10 Carter T.J. Hydrogen in metals /
T.J. Carter, L.A. Cornish // Engineering Failure
Analysis. – 2001. – V. 8, Is. 2. – P. 113–121.
11 Katz Y. Nanomechanical probes as new
approaches to hydrogen/deformation interaction
studies / Y. Katz, N. Tymiak, W.W. Gerberich //
Engineering Fracture Mechanics. – 2001. – V. 68,
Is. 6. – P. 619–646.
12 Швачко В.І. Оборотна воднева крихкість
ОЦК-сплавів заліза – конструкційних сталей:
автореф. дис. на здобуття наук. ступеня дра
техн. наук: спец. 01.04.13 „Фізика металів” /
В.І. Швачко. – Харків, 2002. – 35 с.
13 Delafosse D. Dislocation-hydrogen interactions
during stress corrosion cracking in FCC
metals: experiments on single crystals and numerical
simulations / D. Delafosse, J.-P. Chateau,
A. Chambreuil, T. Magnin // Materials Science and
Engineering: A. – 1997. – V. 234–236. – P. 889–
892.
14 Lufrano J. Enhanced hydrogen concentrations
ahead of rounded notches and crackscompetition
between plastic strain and hydrostatic
stress / J. Lufrano, P. Sofronis // Acta Materialia. –
1998. – V. 46, Is. 5. – P. 1519–1526.
15 Sofronis P. Interaction of local elastoplasticity
with hydrogen: embrittlement effects /
P. Sofronis, J. Lufrano // Materials Science and
Engineering: A. – 1999. – V. 260, Is. 1–2. – P. 41–47.
16 Yokobori A.T. Numerical analysis on
hydrogen diffusion and concentration in solid with
emission around the crack tip / A. Toshimitsu
Yokobori Jr, Takenao Nemoto, Koji Satoh,
Tetsuya Yamada // Engineering Fracture Mechanics.
– 1996. – V. 55, Is. 1. – P. 47–60.
17 Chang T.L. Influence of gaseous hydrogen
on the notched tensile strength of D6ac steel /
T.L. Chang, L.W. Tsay, C. Chen // Materials
Science and Engineering: A. – 2001. – V. 316,
Is. 1–2. – P. 153–160.
18 Eliezer D. Positive effects of hydrogen in
metals / D. Eliezer, N. Eliaz, O.N. Senkov,
F.H. Froes // Materials Science and Engineering:
A. – 2000. – V. 280, Is. 1. – P. 220–224.
19 Takasugi T. The effects of partial pressure
and strain rate on water vapor- and hydrogen gasinduced
embrittlement of Co3Ti alloys /
T. Takasugi, A. Kimura, T. Sugimoto, H. Saitoh,
T. Misawa // Acta Materialia. – 1997. – V. 45,
Is. 11. – P. 4765–4773.
20 Azevedo C.R.F. Failure analysis of a crude
oil pipeline / Cesar R.F. Azevedo // Engineering
Failure Analysis. – 2007. – V. 14, Is. 6. – P. 978–
994.
21 Cheng Y.F. Analysis of electrochemical
hydrogen permeation through X-65 pipeline steel
and its implications on pipeline stress corrosion
cracking / Y.F. Cheng // International Journal of
Hydrogen Energy. – 2007. – V. 32, Is. 9. –
P. 1269–1276.
22 Cheng Y.F. Fundamentals of hydrogen evolution
reaction and its implications on near-neutral
pH stress corrosion cracking of pipelines /
Y.F. Cheng // Electrochimica Acta. – 2007. – V. 52,
Is. 7. – P. 2661–2667.
23 Cheng Y.F. Mechanism for hydrogen evolution
reaction on pipeline steel in near-neutral pH
solution / Y.F. Cheng, L. Niu // Electrochemistry
Communications. – 2007. – V. 9, Is. 4. – P. 558–
562.
24 Yan M. Study on hydrogen absorption of
pipeline steel under cathodic charging / Maocheng
Yan, Yongji Weng // Corrosion Science. – 2006. –
V. 48, Is. 2. – P. 432–444.
25 Dey S. Hydrogen entry into pipeline steel
under freely corroding conditions in two corroding
media / S. Dey, A. K. Mandhyan, S. K. Sondhi,
I. Chattoraj // Corrosion Science. – 2006. – V. 48,
Is. 9. – P. 2676–2688.
26 Capelle J. Sensitivity of pipelines with
steel API X52 to hydrogen embrittlement /
J. Capelle, J. Gilgert, I. Dmytrakh, G. Pluvinage //
International Journal of Hydrogen Energy. –
2008. – V. 33, Is. 24. – P. 7630–7641.
27 Дмитрах І.М. Проблеми міцності матеріалів
для систем транспортування водню
[Текст] / І.М. Дмитрах, Г.М. Никифорчин,
А.М. Сиротюк та ін. // Фундаментальні проблеми
водневої енергетики / І.Л. Андрійчук,
В.В. Березовець, О.Л. Білий та ін.; за ред.
В.Д. Походенка, В.В. Скорохода,
Ю.М. Солоніна. – К.: КІМ, 2010. – С. 309 – 323.
28 VoltaLab 40 (PGZ301 & VoltaMaster 4).
Dynamic Electrochemical Laboratory. Instruction.
– Radiometer Analytical, 2009. – 125 р.
29 Методы испытаний на растяжение
(ISO 6892–84): ГОСТ 1497–84. – [Действителен
с 01.01.86]. – М.: Издательство стандартов,
1985. – 22 с. – (Государственный стандарт
СССР).
30 Кислородомер АЖА-101М. Инструкция
эксплуатирования. – Минск (Белоруссия): ООО
„Антех”, 2005. – 37 с.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Авторські права....
1.png)
1.png){kind=logo}
