해저 CO2 파이프라인 부식 결함의 굽힘 용량

본 연구는 지속가능발전목표(SDG) 17의 친환경 기술의 일환으로, API 5L X52 해저 CO2 수송 파이프라인에 반타원형 부식 결함이 존재할 때 내부 압력과 굽힘 모멘트가 결합된 조건에서의 극한 굽힘 용량을 조사했습니다. 이를 위해 비선형 유한요소 모델을 개발하고, 직사각형 결함이 있는 부식 파이프에 대한 기존 4점 굽힘 시험 결과와 비교하여 검증했습니다. 검증된 모델링 절차를 활용하여 33가지 사례에 대한 결정론적 매개변수 연구를 수행했습니다. 부식 깊이 비율(0.1–0.8), 결함 길이 비율(0.2–1.2), 내부 압력(0–20 MPa)을 변화시키며 파이프라인의 거동을 분석했습니다. 연구 결과, 부식 깊이가 굽힘 용량 저하의 주요 요인임을 확인했습니다. 이는 잔여 벽 두께 감소, 국부 단면 강성 저하, 그리고 잔여 리가먼트의 쉘 안정성 감소로 이어집니다. 결함 길이가 증가함에 따라 굽힘 용량은 감소하다가 포화 영역에 도달하며, 이후에는 가장 약한 국부 단면에 의해 주로 결정됩니다. 특히, 내부 압력은 굽힘 용량을 감소시키는 것으로 나타났는데, 이는 압력 유도 원주 응력이 굽힘 유도 축 응력과 상호작용하여 부식된 리가먼트에서 조기 항복 및 국부 좌굴을 촉진하기 때문입니다. 이러한 결과는 부식된 CO2 파이프라인의 잔여 굽힘 용량을 평가할 때 금속 손실 형상, 압력 유도 막 응력, 그리고 국부 쉘 불안정성의 결합된 효과를 반드시 고려해야 함을 시사합니다. 본 연구는 특정 파이프 형상, 이상화된 단일 결함 형태, 재료 모델 및 하중 범위에 한정된 결정론적 추정치입니다.