على الرغم من مقاومة التآكل الكامنة في أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المثبتة في البيئات البحرية تتعرض لأنواع مختلفة من التآكل خلال عمرها المتوقع. يمكن أن يؤدي هذا التآكل إلى انبعاثات هاربة وفقدان المنتج ومخاطر محتملة. يمكن لمالكي ومشغلي المنصات البحرية تقليل خطر التآكل من خلال تحديد مواد أنابيب أقوى توفر مقاومة أفضل للتآكل. بعد ذلك، يجب أن يظلوا يقظين عند فحص خطوط الحقن الكيميائي والخطوط الهيدروليكية والنبضية وأجهزة المعالجة ومعدات الاستشعار لضمان عدم تهديد التآكل لسلامة الأنابيب المثبتة والمساس بالسلامة.
يمكن العثور على التآكل الموضعي على العديد من المنصات والسفن والسفن والأنابيب في المنشآت البحرية. يمكن أن يكون هذا التآكل في شكل تآكل حفر أو شقوق، ويمكن لأي منهما أن يؤدي إلى تآكل جدار الأنبوب ويسبب انطلاق السوائل.
يصبح خطر التآكل أكبر عندما ترتفع درجة حرارة تشغيل التطبيق. يمكن للحرارة أن تؤدي إلى تسريع تدمير طبقة الأكسيد السلبي الخارجية الواقية للأنبوب، وبالتالي تعزيز تكوين التآكل النقطي.
لسوء الحظ، قد يكون من الصعب اكتشاف التآكل الحفري الموضعي والتآكل في الشقوق، مما يجعل تحديد هذه الأنواع من التآكل والتنبؤ بها وتصميمها أكثر صعوبة. ونظرًا لهذه المخاطر، يجب على مالكي المنصات والمشغلين والمعينين توخي الحذر عند اختيار أفضل مادة للأنابيب لتطبيقاتهم. يعد اختيار المواد هو خط الدفاع الأول ضد التآكل، لذا فإن الحصول عليها بشكل صحيح أمر مهم. ولحسن الحظ، يمكنهم اختيار استخدام مقياس بسيط للغاية ولكنه فعال للغاية لمقاومة التآكل الموضعي، وهو رقم مكافئ مقاومة التآكل الحفري (PREN). كلما زادت قيمة PREN للمعدن، زادت مقاومته للتآكل الموضعي.
ستستعرض هذه المقالة كيفية تحديد التآكل الحفري والشقوق وكيفية تحسين اختيار مادة الأنابيب لتطبيقات النفط والغاز البحرية بناءً على قيمة PREN للمادة.
يحدث التآكل الموضعي في مناطق صغيرة مقارنة بالتآكل العام، والذي يكون أكثر اتساقًا على سطح المعدن. يبدأ التآكل النقطي والشقوقي في التكون على أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ 316 عندما يتمزق فيلم أكسيد السلبي الغني بالكروم الخارجي للمعدن بسبب التعرض للسوائل المسببة للتآكل، بما في ذلك المياه المالحة. تعمل البيئات البحرية الغنية بالكلوريد في البحر وعلى الشاطئ، بالإضافة إلى درجات الحرارة المرتفعة وحتى تلوث سطح الأنابيب، على زيادة احتمالية تدهور فيلم التخميل هذا.
يحدث التآكل النقطي عندما يتم تدمير فيلم التخميل على طول الأنبوب، مما يشكل تجاويف أو حفر صغيرة على سطح الأنبوب. من المرجح أن تنمو مثل هذه الحفر مع حدوث تفاعلات كهروكيميائية، مما يتسبب في إذابة الحديد الموجود في المعدن في المحلول الموجود في قاع الحفرة. ثم ينتشر الحديد المذاب نحو أعلى الحفرة ويتأكسد لتكوين أكسيد الحديد أو الصدأ. ومع تعمق الحفرة، تتسارع التفاعلات الكهروكيميائية، ويزداد التآكل، ويمكن أن يؤدي إلى ثقب جدار الأنبوب ويؤدي إلى التسربات.
تكون الأنابيب أكثر عرضة للتآكل النقطي عندما يكون سطحها الخارجي ملوثًا (الشكل 1). على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي التلوث الناتج عن عمليات اللحام والطحن إلى إتلاف طبقة الأكسيد الخاملة للأنبوب، وبالتالي تكوين وتسريع التآكل النقطي. وينطبق الشيء نفسه على التعامل ببساطة مع التلوث الناتج عن الأنابيب. بالإضافة إلى ذلك، عندما تتبخر قطرات المحلول الملحي، فإن بلورات الملح الرطبة التي تتشكل على الأنابيب تفعل الشيء نفسه لحماية طبقة الأكسيد ويمكن أن تؤدي إلى التآكل النقطي. لمنع هذه الأنواع من التلوث، حافظ على نظافة أنابيبك عن طريق شطفها بانتظام بالماء العذب.
الشكل 1 - أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ 316/316L الملوث بالأحماض والمحلول الملحي والرواسب الأخرى معرض بشكل كبير للتآكل النقطي.
تآكل الشقوق. في معظم الحالات، يمكن للمشغل التعرف بسهولة على التآكل الحفري. ومع ذلك، ليس من السهل اكتشاف تآكل الشقوق ويشكل خطرًا أكبر على المشغلين والموظفين. يحدث عادةً في الأنابيب التي تحتوي على مساحات ضيقة بين المواد المحيطة، مثل الأنابيب المثبتة في مكانها بمشابك أو الأنابيب المثبتة بإحكام جنبًا إلى جنب. عندما يتسرب المحلول الملحي إلى الشق، يتكون محلول كلوريد الحديديك الحمضي العدواني كيميائيًا (FeCl3) في المنطقة بمرور الوقت ويسبب تآكل الشقوق المتسارع (الشكل 2). نظرًا لأن الشقوق نفسها تزيد من خطر التآكل، يمكن أن يحدث تآكل الشقوق في درجات حرارة أقل بكثير من تآكل الحفر.
الشكل 2 - قد يتطور التآكل في الشقوق بين الأنبوب ودعامة الأنبوب (أعلى) وعندما يتم تركيب الأنبوب بالقرب من الأسطح الأخرى (أسفل) بسبب تكوين محلول كلوريد الحديديك الحمضي العدواني كيميائيًا في الشق.
عادةً ما يحاكي تآكل الشقوق تآكل الحفر أولاً في الشق المتشكل بين طول الأنبوب ومشبك دعم الأنبوب. ومع ذلك، بسبب زيادة تركيز Fe ++ في السائل داخل الكسر، تصبح الحفرة الأولية أكبر وأكبر حتى تغطي الكسر بالكامل. في النهاية، يمكن أن يؤدي تآكل الشقوق إلى ثقب الأنبوب.
الشقوق الضيقة هي أعظم خطر للتآكل. لذلك، تميل المشابك الأنبوبية التي تلتف حول معظم محيط الأنبوب إلى تقديم خطر أكبر من المشابك المفتوحة، والتي تقلل من سطح التلامس بين الأنبوب والمشبك. يمكن لفنيي الصيانة المساعدة في تقليل احتمالية تسبب التآكل في الشقوق في حدوث أضرار أو فشل عن طريق فتح المشابك بانتظام وفحص سطح الأنبوب بحثًا عن التآكل.
يمكن منع التآكل الحفري والشقوق بشكل أفضل عن طريق اختيار سبيكة معدنية مناسبة للتطبيق. يجب على واضعي المواصفات ممارسة العناية الواجبة لاختيار مادة الأنابيب المثالية لتقليل مخاطر التآكل بناءً على بيئة التشغيل وظروف العملية والمتغيرات الأخرى.
لمساعدة واضعي المواصفات على تحسين اختيار المواد، يمكنهم مقارنة قيم PREN للمعادن لتحديد مقاومتها للتآكل الموضعي. يمكن حساب PREN من التركيب الكيميائي للسبائك، بما في ذلك محتواها من الكروم (Cr) والموليبدينوم (Mo) والنيتروجين (N)، على النحو التالي:
تزداد قيمة PREN مع محتوى العناصر المقاومة للتآكل الكروم والموليبدينوم والنيتروجين في السبائك. تعتمد علاقة PREN على درجة حرارة التآكل الحرج (CPT) - أدنى درجة حرارة يتم عندها ملاحظة التآكل الحرج - لمختلف أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ فيما يتعلق بالتركيب الكيميائي. بشكل أساسي، تتناسب قيمة PREN مع قيمة CPT. لذلك، تشير قيم PREN الأعلى إلى مقاومة أعلى للتآكل الحرج. إن الزيادة الطفيفة في PREN تعادل فقط زيادة طفيفة في قيمة CPT مقارنة بالسبائك، في حين أن الزيادة الكبيرة في PREN تشير إلى تحسن كبير في الأداء إلى قيمة CPT أعلى بكثير.
يقارن الجدول 1 قيم PREN لمختلف السبائك المستخدمة عادة في تطبيقات النفط والغاز البحرية. وهو يوضح كيف يمكن للمواصفات تحسين مقاومة التآكل بشكل كبير عن طريق اختيار سبيكة أنابيب ذات درجة أعلى. تزداد PREN قليلاً فقط عند الانتقال من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 إلى 317. للحصول على زيادة كبيرة في الأداء، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق الأوستنيتي 6 Mo أو الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق المزدوج 2507 بشكل مثالي.
كما تعمل التركيزات العالية من النيكل (Ni) في الفولاذ المقاوم للصدأ على تعزيز مقاومة التآكل. ومع ذلك، فإن محتوى النيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ ليس جزءًا من معادلة PREN. على أي حال، غالبًا ما يكون من المفيد تحديد الفولاذ المقاوم للصدأ بتركيزات أعلى من النيكل، حيث يساعد هذا العنصر على إعادة تخميل الأسطح التي تظهر علامات التآكل الموضعي. يعمل النيكل على تثبيت الأوستينيت ويمنع تكوين المارتنسيت عند ثني أو سحب الأنابيب الصلبة على البارد مقاس 1/8. المارتنسيت هو مرحلة بلورية غير مرغوب فيها في المعادن تقلل من مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الموضعي بالإضافة إلى التشقق الإجهادي الناتج عن الكلوريد. كما أن محتوى النيكل الأعلى بنسبة 12٪ على الأقل في 316/316L مرغوب فيه أيضًا للتطبيقات التي تنطوي على الهيدروجين الغازي عالي الضغط. الحد الأدنى لتركيز النيكل المطلوب للفولاذ المقاوم للصدأ 316/316L في مواصفات ASTM القياسية هو 10٪.
يمكن أن يحدث التآكل الموضعي في أي مكان في الأنابيب المستخدمة في البيئات البحرية. ومع ذلك، من المرجح أن يحدث التآكل النقطي في المناطق الملوثة بالفعل، في حين أن التآكل الشقوقي من المرجح أن يحدث في المناطق ذات الفجوات الضيقة بين الأنبوب وأدوات التثبيت. باستخدام PREN كأساس، يمكن للمحدد اختيار أفضل سبيكة أنابيب لتقليل مخاطر أي نوع من أنواع التآكل الموضعي.
ومع ذلك، ضع في اعتبارك أن هناك متغيرات أخرى يمكن أن تؤثر على خطر التآكل. على سبيل المثال، تؤثر درجة الحرارة على مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل. بالنسبة للمناخات البحرية الحارة، يجب النظر بجدية في أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق الأوستنيتي 6 الموليبدينوم أو 2507 الفائق الدوبلكس لأن هذه المواد تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل الموضعي وتشقق الإجهاد الكلوريدي. بالنسبة للمناخات الباردة، قد تكون أنابيب 316/316L كافية، خاصة إذا تم إنشاء تاريخ من الاستخدام الناجح.
يمكن لمالكي ومشغلي المنصات البحرية أيضًا اتخاذ خطوات لتقليل مخاطر التآكل بعد تركيب الأنابيب. يجب عليهم الحفاظ على نظافة الأنابيب وشطفها بالماء العذب بانتظام لتقليل مخاطر التآكل النقطي. يجب عليهم أيضًا أن يطلبوا من فنيي الصيانة فتح مشابك الأنابيب أثناء عمليات التفتيش الروتينية للبحث عن وجود تآكل في الشقوق.
باتباع الخطوات الموضحة أعلاه، يمكن لأصحاب المنصات ومشغليها تقليل مخاطر تآكل الأنابيب والتسربات ذات الصلة في البيئات البحرية، وتحسين السلامة والكفاءة، مع تقليل فرصة فقدان المنتج أو إطلاق الانبعاثات الهاربة.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
مجلة تكنولوجيا البترول هي المجلة الرائدة لجمعية مهندسي البترول، حيث تقدم تقارير ومقالات موثوقة حول التقدم في تكنولوجيا الاستكشاف والإنتاج، وقضايا صناعة النفط والغاز، والأخبار حول SPE وأعضائها.