Damage to Special-Purpose Ring Wavy Springs under the Influence of Hydrogen Sulfide-Containing Media

Authors

  • Y. A. Chirkov Orenburg State University
  • A. S. Kirilenko Orenburg State University
  • S. Y. Reshetov Orenburg State University
  • G. A. Kleshchareva Orenburg State University
  • E. V. Kushnarenko Orenburg State University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-3-70-78

Keywords:

NACE solution, metallurgical studies, ring wave springs, hydrogen sulfide stress corrosion cracking (HSCC)

Abstract

Annular wavy springs are widely used in the oil and gas industry and most often serve either as compensators for temperature deformations or for mechanical seals of various joints in equipment transporting oil and gas media. These springs provide high load capacity with a relatively low draft, which ensures a compact design. Most often, such springs are made by stamping from sheet steel. When operating technological equipment that transport hydrogen sulfide-containing oil and gas media, hydrogen sulfide stress corrosion cracking occurs quite often, which can lead to failure of industrial equipment. In particular, damage to annular wavy springs can cause depressurization of elements of industrial equipment and cause significant harm not only to the environment, but also to maintenance personnel. The object of research was annular wavy springs made of steel type X15N7M2YU. The purpose of the study is to determine the resistance of the spring material to stress corrosion cracking. This article discusses the test results of special purpose annular wavy springs in an aggressive hydrogen sulfide-containing medium artificially prepared according to the recommendations of ANSI/NACE TM 0177. The results of hardness studies, strength calculations and metallographic studies of damage to a wavy spring are presented. The chemical composition of the metal of the spring fully corresponds to the steel type X15N7M2YU declared by the enterprise. According to the studies conducted in environments containing hydrogen sulfide, the wavy spring is not recommended for use in oil and gas equipment, since it is not resistant to hydrogen sulfide cracking under stress.

Author Biographies

Y. A. Chirkov, Orenburg State University

DSc in Engineering, Associate Professor

A. S. Kirilenko, Orenburg State University

PhD in Engineering

S. Y. Reshetov, Orenburg State University

PhD in Engineering, Associate Professor

G. A. Kleshchareva, Orenburg State University

PhD in Engineering, Associate Professor

E. V. Kushnarenko, Orenburg State University

PhD in Engineering

References

Фрактография и атлас фрактограмм : справочник / под ред. Дж. Феллоуза ; пер. с англ. Е. А. Шура. М. : Металлургия, 1982. 489 с.

Ботвина Л. Р. Основы фрактодиагностики : монография. М. : Техносфера, 2022. 394 с. ISBN 978-5-94836-637-1

Методы исследования процессов коррозионно-механического разрушения и наводороживания металлов (обзор) Ч. 2. Образование пассивных пленок и сероводородное растрескивание сталей / А. Б. Лаптев, Л. И. Закирова, О. А. Загорских, М. Р. Павлов, М. А. Горбовец // Труды ВИАМ. 2022. № 5 (111). С. 138-146. DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-5-138-146

Исследование металла, работающего в средах, вызывающих сероводородное растрескивание / Н. И. Габельченко, Е. Ю. Карпова, А. И. Габельченко, А. П. Рыжко // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2020. № 7 (242). С. 28-33. DOI: 10.35211/1990-5297-2020-7-242-28-33

Анализ и выбор методов испытания сталей на стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением в H2S-содержащих средах / А. В. Кравченко, С. Н. Мольцен, Ю. Н. Симонов, Р. М. Полежаев, Е. В. Погорелов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2021. Т. 23, № 2. С. 43-54. DOI: 10.15593/2224-9877/2021.2.06

Das S., Talukdar S., Solanki V. (2020) Breakage of Spring Steel During Manufacturing: A Metallurgical Investigation. J Fail. Anal. and Preven, vol. 20, pp. 1462-1469. Available at: https://doi.org/10.1007/s11668-020-00993-9 (accessed: 16.05.2024).

Влияние внутренних напряжений на интенсивность коррозионных процессов конструкционной стали / Р. А. Соколов, К. Р. Муратов, А. Н. Венедиктов, Р. А. Мамадалиев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2023. Т. 25, № 4. С. 167-179. DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25-4-167-179

Тупицин М. А., Тришкина И. А., Сторожева Е. И. К вопросу о причинах преждевременного разрушения пружин предохранительных клапанов на установках первичной переработки нефти // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89, № 7. С. 51-60. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-7-51-60

Moyle M.S., Haghdadi N., Luzin V., Salvemini F., Liao X.Z., Ringer S.P., Primig S. (2024) Correlation of microstructure, mechanical properties, and residual stress of 17-4 PH stainless steel fabricated by laser powder bed fusion. Journal of Materials Science & Technology, vol. 198, pp. 83-9. Available at: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.01.080 (accessed: 16.05.2024).

Пирогов С. П., Чуба А. Ю. Развитие теории колебаний манометрических трубчатых пружин // АгроЭкоИнфо: Электронный научно-производственный журнал. 2022 № 3. DOI: https://doi.org/10.51419/202123304

Причины повреждения манометра, установленного на технологическом трубопроводе / В. С. Репях, С. Ю. Решетов, Г. А. Клещарева, Е. В. Кушнаренко // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2024. Т. 27, № 1. С. 63-72. DOI: 10.22213/2413-1172-2024-1-63-72

Que Z., Ahonen M., Virkkunen I., Nevasmaa P., Rautala P., Reinvall H. (2022) Study of cracking and microstructure in Co-free valve seat hardfacing. Nuclear Materials and Energy, vol. 31, p. 101202. Available at: https://doi.org/10.1016/j.nme.2022.101202 (accessed: 16.05.2024).

Филистеев В. Г., Стеклова Е. О. Дуплексные стали для транспорта агрессивных сред, содержащих сероводород и двуокись углерода // Экспозиция Нефть Газ. 2023. № 1. С. 82-87. DOI: 10.24412/2076-6785-2023-1-82-87

Cui P., Xing G., Nong Z., Chen L., Lai Z., Liu Y., Zhu J. (2022) Recent Advances on Composition-Microstructure-Properties Relationships of Precipitation Hardening Stainless Steel Materials, vol. 15, p. 8443. Available at: https://doi.org/10.3390/ma15238443 (accessed: 16.05.2024).

Ravibharath R., Muthupandi V., Bala Srinivasan P., Devakumaran K. (2020) Characterization of Solidification Cracking in 304HCu. Trans Indian Inst Met 73, pp. 2345-2353. Available at: https://doi.org/10.1007/s12666-020-02028-1 (accessed: 16.05.2024).

Xing X.Q. (2021) Effect of environment-assisted cracking on the premature fatigue failure of high-strength valve springs. Engineering Failure Analysis, vol. 126, p. 105466. Available at: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105466 (accessed: 13.05.2024).

Причины повреждения муфт насосно-компрессорных труб / В. М. Кушнаренко, В. С. Репях, И. Ш. Тавтилов, С. Ю. Решетов // Известия высших учебных заведений. Технические науки. 2020. № 4 (56). С. 122-134. DOI: 10.21685/2072-3059-2020-4-10

Митрофанов А. В., Ломанцов В. А., Воронин С. П. Анализ причин поврежденности длительно эксплуатируемого трубопровода влажного сероводородсодержащего природного газа // Нефтегазовое дело. 2023. № 6. С. 109-133. DOI: 10.17122/ogbus-2023-6-109-133

Совершенствование способа пожарной безопасности трубопроводного транспорта сероводородсодержащих нефтегазовых сред / Р. Ф. Мамбетов, Ф. Ш. Хафизов, В. М. Кушнаренко, И. Ф. Хафизов, Л. В. Сорокина // Нефтегазовое дело. 2023. № 1. С. 84-106. DOI: 10.17122/ogbus-2023-1-84-106

Вагапов Р. К. Коррозионное разрушение стального оборудования и трубопроводов на объектах газовых месторождений в присутствии агрессивных компонентов // Технология металлов. 2021. № 3. С. 47-54. DOI: 10.31044/1684-2499-2021-0-3-47-54

Published

07.10.2024

How to Cite

Chirkov Ю. А., Kirilenko А. С., Reshetov С. Ю., Kleshchareva Г. А., & Kushnarenko Е. В. (2024). Damage to Special-Purpose Ring Wavy Springs under the Influence of Hydrogen Sulfide-Containing Media. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 27(3), 70–78. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-3-70-78

Issue

Section

Articles