Reasons for Depressurization of a High-Pressure Cylinder

Authors

  • V. S. Repyakh Orenburg State University
  • Y. A. Chirkov 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/10.22213/2413-1172-2024-3-101-112

Keywords:

cracks in metal, stress concentration, residual stresses, cylinder depressurization, high pressure cylinder

Abstract

High-pressure cylinders are vessels for storing and transporting compressed gases under high pressure, which are necessary for use in various technological processes. These vessels are mainly made of steel or aluminum and have significant strength to withstand high (more than 400 kgf/cm2) pressure. Such cylinders have a wall of sufficiently large thickness and are used in various industries. The object of the study is a one-piece forged cylinder made of 38ХН3МФА steel. The purpose of this study is to determine the causes of cylinder depressurization, which occurred during filling the cylinder with helium at a speed of 7.5 m3/h at an operating pressure of 365 kgf/cm2. As is known, when operating process equipment operating under excess pressure, damage may occur due to the structure of the material and the features of its mechanical properties. This damage can lead not only to the failure of the vessel itself, but also to damage to other units and parts located nearby. And if people are working nearby, the cost of such an accident will be even higher. Therefore, the study in this article of the causes of destruction of a high-pressure cylinder is very relevant. A set of studies (visual and measuring control, factographic, metallographic and spectral analysis) was carried out, which helped to establish the cause of the destruction of the vessel body at the neck of the cylinder. The main conclusion on the causes of depressurization of the vessel in question is the presence of a stress concentrator, namely, a depression of the folds of the cylinder, which was formed during the formation of the neck of the cylinder in the transition area from the cylindrical part to the neck. During long-term operation, under the influence of residual technological stresses, a crack was formed, which spread from the inner surface of the cylinder to the outer one, up to its through damage, which led to depressurization.

Author Biographies

V. S. Repyakh, Orenburg State University

PhD in Engineering, Associate Professor

Y. A. Chirkov, Orenburg State University

DSc in Engineering, Associate Professor

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

Умбетов С. В., Пронин С. П. Классификация и анализ средств контроля коррозийных повреждений внутренних поверхностей подземного металлического трубопровода // Вестник Югорского государственного университета. 2020. № 2 (57). С. 27-38. DOI: 10.17816/byusu20200227-38

Классификация и определение размеров поверхностных дефектов трубопроводов на основе результатов комплексной диагностики ультразвуковым, вихретоковым, визуальным и измерительным методами неразрушающего контроля / Н. В. Крысько, С. В. Скрынников, Н. А. Щипаков, Д. М. Козлов, А. Г. Кусый // Дефектоскопия. 2023. № 12. С. 69-78. DOI: 10.31857/S0130308223120084

Соков В. Н., Шувалова Е. А., Землянко А. С. Коррозия под изоляцией как один из факторов сокращения срока службы промышленных трубопроводов // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2020. Т. 10, № 2 (33). С. 264-273. DOI: 10.21285/2227-2917-2020-2-264-273

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

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

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

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: 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

Анискович Е. В., Москвичев В. В., Черняев А. П. Оценка остаточного ресурса рабочих колес гидротурбин с эксплуатационной дефектностью // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. №. 89(6). С. 62-75. URL: https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-6-62-75 (дата обращения: 13.05.2024).

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

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

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

Das S., Talukdar S., Solanki V. (2020) Breakage of Spring Steel During Manufacturing: A Metallurgical Investigation. J. Failure Analysis and Prevent, vol. 20, pp. 1462-1469. Available at: https://doi.org/10.1007/s11668-020-00993-9 (accessed: 13.05.2024).

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

Пирогов С. П., Чуба А. Ю. Развитие теории колебаний манометрических трубчатых пружин // АгроЭкоИнфо. 2022. № 3. URL: https://doi.org/10.51419/202123304 (дата обращения: 13.05.2024).

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).

Zhanfeng Chen, Xuyao Li, Weiping Zhu (2020) Dynamic burst pressure analysis of cylindrical shells based on average shear stress yield criterion. Thin-Walled Structures March 2020. Available at: https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106498 (accessed: 13.05.2024).

Wu S.S., Dong X.L., Yu X.L. (2021) An investigating on explosive expanding fracture of 45 steel cylinders by SPH method. Explos Shock Waves, no. 41, pp. 67-77. DOI: 10.1186/s13099-021-00464-y

Published

07.10.2024

How to Cite

Repyakh В. С., Chirkov Ю. А., Reshetov С. Ю., Kleshchareva Г. А., & Kushnarenko Е. В. (2024). Reasons for Depressurization of a High-Pressure Cylinder. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 27(3), 101–112. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-3-101-112

Issue

Section

Articles