Multi-physics microstructural modelling of a carbon steel pipe failure in sour gas service
Notice bibliographique
Résumé
This study presents a comprehensive failure analysis of an ASTM A106B steel pipe exposed to sour natural gas, focusing on degradation and cracking mechanisms. A range of experimental methodologies, including visual inspection, chemical spot tests, XRD analysis, SEM-EDS examination, metallographic analysis, and hardness testing, were employed to identify critical material deficiencies. The findings indicate that environmentally assisted cracking (EAC) initiated at the pipe’s outer diameter (OD) and propagated inward. The experiments also revealed a hardness gradient across the pipe’s thickness and a non-uniform distribution of microstructural inclusions. Additionally, a coupled chemo-mechano-damage finite element analysis (FEA) was conducted to simulate crack propagation driven by hydrogen embrittlement. The FEA used a phase-field approach to model interactions between hydrogen diffusion, mechanical stresses, and microstructural features such as non-uniform inclusion distribution and varying hardness across the pipe wall. The simulations successfully mimicked the crack growth path under sulphide stress cracking (SSC) conditions, demonstrating the influence of material inhomogeneity. The results confirmed that failure initiated at the OD and propagated inward due to hydrogen accumulation at inclusions. These inclusions caused higher gradients of hydrostatic stress, accelerating hydrogen accumulation and crack initiation in regions with a higher inclusion density. Regions of higher hardness were particularly susceptible to failure, as they exhibit lower fracture toughness, which is further degraded by hydrogen diffusion, accelerating the failure process. This study highlights the critical role of microstructural heterogeneities and hydrogen embrittlement in pipeline failure and suggests that the methods presented can be applied to pipelines in hydrogen blending or pure hydrogen transmission, offering key insights for improving material selection and design for pipelines in sour gas and hydrogen environments. • Conducted experimental failure analysis of ASTM A106B steel pipe exposed to sour gas. • Identified EAC initiation at the outer diameter due to hardness gradients and inclusions. • Simulated failure by integrating phase-field modeling and hydrogen diffusion. • Provided insights for pipeline integrity in sour and hydrogen environments.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».