Failure probability assessment of a corroding pipe to flange weld joint using enhanced Monte carlo simulation

Abstract

This study addresses the reliability assessment of corroding pipe-to-flange weld joints amidst the growing global demand for oil and the use of large-diameter, thin-walled pipelines. These pipelines, typically made from robust materials like API 5L steel, are prone to fatigue and corrosion-induced failures. The research employs advanced finite element modeling and enhanced Monte Carlo simulation to evaluate the time-dependent reliability of such weld joints, incorporating realistic corrosion parameters and operational conditions. In fact, findings indicate that high and moderate corrosion rates significantly increase the failure probability, underscoring the necessity of effective corrosion mitigation and proactive maintenance strategies. Additionally, residual stresses considerably heighten the risk of structural failure, and the interaction between service pressure and corrosion rates further impacts reliability. By integrating empirical mechanical behavior models with probabilistic approaches, the study provides a comprehensive framework for optimizing inspection schedules, maintenance plans, and risk management strategies, ensuring the long-term safety and integrity of pipeline networks. ---------------------------------------------------------------------------------- تتناول هذه الدراسة تقييم موثوقية وصلات اللحام بين الأنبوب المتآكل والشفة، في سياق الطلب العالمي المتزايد على النفط واستخدام خطوط الأنابيب ذات القطر الكبير والرفيعة. خطوط الأنابيب هذه، المصنوعة عادةً من مواد قوية مثل فولاذ API 5L، تكون عرضة للفشل الناجم عن التعب والتآكل. يستخدم البحث نمذجة العناصر المحدودة المتقدمة ومحاكاة مونت كارلو المحسنة لتقييم موثوقية وصلات اللحام هذه مع مرور الوقت، مع دمج معايير التآكل الواقعية وظروف التشغيل. تشير النتائج إلى أن معدلات التآكل العالية والمتوسطة تزيد بشكل كبير من احتمالية الفشل، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى التخفيف الفعال من التآكل واستراتيجيات الصيانة الاستباقية. بالإضافة إلى ذلك، تزيد الضغوط المتبقية بشكل كبير من خطر الفشل الهيكلي، كما يؤثر التفاعل بين ضغط التشغيل ومعدلات التآكل على الموثوقية. ومن خلال دمج نماذج السلوك الميكانيكية التجريبية مع الأساليب الاحتمالية، توفر الدراسة إطارًا شاملاً لتحسين جداول التفتيش وخطط الصيانة واستراتيجيات إدارة المخاطر، وبالتالي ضمان السلامة والنزاهة على المدى الطويل لشبكات الأنابيب. --------------------------------------------------------------------------------- Cette étude traite de l'évaluation de la fiabilité des joints de soudure entre un tuyau et une bride corrodés, dans le contexte de la demande mondiale croissante en pétrole et de l'utilisation de pipelines de grand diamètre à parois minces. Ces pipelines, généralement fabriqués à partir de matériaux robustes tels que l'acier API 5L, sont sujets à des défaillances induites par la fatigue et la corrosion. La recherche utilise une modélisation avancée par éléments finis et une simulation de Monte Carlo améliorée pour évaluer la fiabilité de ces joints de soudure en fonction du temps, en intégrant des paramètres réalistes de corrosion et des conditions opérationnelles. Les résultats indiquent que des taux de corrosion élevés et modérés augmentent significativement la probabilité de défaillance, soulignant la nécessité de stratégies efficaces de mitigation de la corrosion et de maintenance proactive. De plus, les contraintes résiduelles augmentent considérablement le risque de défaillance structurelle, et l'interaction entre la pression de service et les taux de corrosion impacte davantage la fiabilité. En intégrant des modèles de comportement mécanique empirique avec des approches probabilistes, l'étude fournit un cadre complet pour optimiser les calendriers d'inspection, les plans de maintenance et les stratégies de gestion des risques, garantissant ainsi la sécurité et l'intégrité à long terme des réseaux de pipelines.