على الرغم من مقاومة التآكل المتأصلة في أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ ، فإن أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المثبتة في البيئات البحرية تخضع لأنواع مختلفة من التآكل خلال فترة الخدمة المتوقعة.يمكن أن يؤدي هذا التآكل إلى انبعاثات هاربة وخسائر في المنتج ومخاطر محتملة.يمكن لمالكي ومشغلي المنصات البحرية تقليل مخاطر التآكل من خلال تحديد مواد أنابيب أقوى توفر مقاومة أفضل للتآكل.بعد ذلك ، يجب أن يظلوا يقظين عند فحص خطوط الحقن الكيميائي ، والخطوط الهيدروليكية وخطوط الدفع ، وأدوات العملية والأجهزة للتأكد من أن التآكل لا يهدد سلامة الأنابيب المثبتة أو يضر بالسلامة.
يمكن العثور على تآكل موضعي في العديد من المنصات والسفن والسفن وخطوط الأنابيب البحرية.يمكن أن يكون هذا التآكل على شكل تأليب أو تآكل شق ، ويمكن أن يؤدي أي منهما إلى تآكل جدار الأنبوب والتسبب في إطلاق السائل.
يزداد خطر التآكل مع زيادة درجة حرارة التشغيل للتطبيق.يمكن للحرارة أن تسرع من تدهور طبقة الأكسيد السلبي الخارجية الواقية للأنبوب ، وبالتالي تعزيز التنقر.
لسوء الحظ ، يصعب اكتشاف التنقر الموضعي وتآكل الشقوق ، مما يجعل من الصعب تحديد هذه الأنواع من التآكل والتنبؤ بها وتصميمها.بالنظر إلى هذه المخاطر ، يجب على مالكي المنصات والمشغلين والمكلفين توخي الحذر في اختيار أفضل مواد خطوط الأنابيب لتطبيقهم.اختيار المواد هو خط دفاعهم الأول ضد التآكل ، لذا من المهم جدًا تصحيحها.لحسن الحظ ، يمكنهم اختيار مقياس بسيط للغاية ولكنه فعال للغاية لمقاومة التآكل المحلية ، وهو الرقم المكافئ لمقاومة التنقر (PREN).كلما زادت قيمة PREN للمعدن ، زادت مقاومته للتآكل الموضعي.
ستنظر هذه المقالة في كيفية التعرف على تأكل الشقوق والتآكل ، بالإضافة إلى كيفية تحسين اختيار مواد الأنابيب لتطبيقات النفط والغاز البحرية بناءً على قيمة PREN للمادة.
يحدث التآكل الموضعي في مناطق صغيرة مقارنة بالتآكل العام ، وهو أكثر اتساقًا على سطح المعدن.يبدأ تآكل الشقوق والتآكل في التكون على 316 أنبوبًا من الفولاذ المقاوم للصدأ عندما ينكسر فيلم الأكسيد السلبي الخارجي الغني بالكروم للمعدن بسبب التعرض للسوائل المسببة للتآكل ، بما في ذلك المياه المالحة.البيئات البحرية الغنية بالكلوريدات ، وكذلك درجات الحرارة المرتفعة وحتى تلوث سطح الأنبوب ، تزيد من احتمالية تدهور فيلم التخميل هذا.
يحدث تآكل تأليب عندما ينكسر فيلم التخميل على جزء من الأنبوب ، مكونًا تجاويف أو حفر صغيرة على سطح الأنبوب.من المحتمل أن تنمو هذه الحفر مع استمرار التفاعلات الكهروكيميائية ، ونتيجة لذلك يذوب الحديد الموجود في المعدن في محلول أسفل الحفرة.ينتشر الحديد المذاب بعد ذلك إلى أعلى الحفرة ويتأكسد ليشكل أكسيد الحديد أو الصدأ.مع تعمق الحفرة ، تتسارع التفاعلات الكهروكيميائية ، ويزيد التآكل ، مما قد يؤدي إلى انثقاب جدار الأنبوب ويؤدي إلى حدوث تسريبات.
تكون الأنابيب أكثر عرضة للتنقر إذا كان سطحها الخارجي ملوثًا (الشكل 1).على سبيل المثال ، يمكن أن تتسبب الملوثات الناتجة عن عمليات اللحام والطحن في إتلاف طبقة أكسيد التخميل في الأنبوب ، مما يؤدي إلى تكوين التنقر وتسريع عملية التنقر.الشيء نفسه ينطبق على مجرد التعامل مع التلوث من الأنابيب.بالإضافة إلى ذلك ، عندما تتبخر قطرات الملح ، فإن بلورات الملح الرطبة التي تتشكل على الأنابيب تحمي طبقة الأكسيد ويمكن أن تؤدي إلى التنقر.لمنع هذه الأنواع من التلوث ، حافظ على نظافة الأنابيب الخاصة بك عن طريق شطفها بانتظام بالمياه العذبة.
الشكل 1. إن الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ 316 / 316L الملوثة بالحمض ، والمحلول الملحي ، ورواسب أخرى شديدة التأثر بالتنقر.
تآكل شق.في معظم الحالات ، يمكن للمشغل اكتشاف التنقر بسهولة.ومع ذلك ، ليس من السهل اكتشاف تآكل الشقوق ويشكل خطرًا أكبر على المشغلين والموظفين.يحدث هذا عادةً على الأنابيب التي تحتوي على فجوات ضيقة بين المواد المحيطة ، مثل الأنابيب المثبتة في مكانها بمشابك أو أنابيب معبأة بإحكام بجانب بعضها البعض.عندما يتسرب المحلول الملحي إلى الشق ، بمرور الوقت ، يتشكل محلول كلوريد الحديديك المحمض كيميائيًا (FeCl3) في هذه المنطقة ، مما يؤدي إلى تسريع تآكل الشق (الشكل 2).نظرًا لأن الشق نفسه يزيد من خطر التآكل ، يمكن أن يحدث تآكل الشق في درجات حرارة أقل بكثير من التنقر.
الشكل 2 - يمكن أن يحدث تآكل الشقوق بين الأنبوب ودعامة الأنبوب (أعلى) وعندما يتم تثبيت الأنبوب بالقرب من الأسطح الأخرى (أسفل) بسبب تكوين محلول حمضي كيميائيًا قويًا من كلوريد الحديديك في الفجوة.
عادةً ما يحاكي تآكل الشقوق التنقر أولاً في الفجوة المتكونة بين قسم الأنبوب وطوق دعم الأنبوب.ومع ذلك ، نظرًا للزيادة في تركيز Fe ++ في السائل داخل الكسر ، يصبح القمع الأولي أكبر وأكبر حتى يغطي الكسر بأكمله.في النهاية ، يمكن أن يؤدي تآكل الشقوق إلى انثقاب الأنبوب.
تمثل الشقوق الكثيفة أكبر مخاطر التآكل.لذلك ، تميل مشابك الأنابيب التي تحيط بجزء أكبر من محيط الأنبوب إلى أن تكون أكثر خطورة من المشابك المفتوحة ، مما يقلل من سطح التلامس بين الأنبوب والمشابك.يمكن لفنيي الخدمة المساعدة في تقليل فرصة حدوث تلف ناتج عن صدع أو فشل من خلال فتح المشابك بانتظام وفحص سطح الأنبوب بحثًا عن التآكل.
يمكن منع تأكل الشقوق والتآكل باختيار السبيكة المعدنية المناسبة للتطبيق.يجب أن يمارس المحددون العناية الواجبة في اختيار مواد الأنابيب المثلى لتقليل مخاطر التآكل اعتمادًا على بيئة العملية وظروف العملية والمتغيرات الأخرى.
لمساعدة محددات المواصفات على تحسين اختيار المواد ، يمكنهم مقارنة قيم PREN للمعادن لتحديد مقاومتها للتآكل الموضعي.يمكن حساب PREN من كيمياء السبيكة ، بما في ذلك محتوى الكروم (Cr) والموليبدينوم (Mo) والنيتروجين (N) ، على النحو التالي:
يزيد PREN مع محتوى العناصر المقاومة للتآكل من الكروم والموليبدينوم والنيتروجين في السبيكة.تعتمد نسبة PREN على درجة حرارة التنقر الحرجة (CPT) - أدنى درجة حرارة يحدث فيها التنقر - لمختلف أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ اعتمادًا على التركيب الكيميائي.بشكل أساسي ، يتناسب PREN مع CPT.لذلك ، تشير قيم PREN الأعلى إلى مقاومة تأليب أعلى.الزيادة الصغيرة في PREN تعادل فقط زيادة طفيفة في CPT مقارنة بالسبيكة ، بينما تشير الزيادة الكبيرة في PREN إلى تحسن كبير في الأداء مقارنة بـ CPT أعلى بكثير.
يقارن الجدول 1 قيم PREN لمختلف السبائك المستخدمة بشكل شائع في صناعة النفط والغاز البحرية.إنه يوضح كيف يمكن للمواصفات أن تحسن بشكل كبير مقاومة التآكل عن طريق اختيار سبيكة أنابيب عالية الجودة.يزيد PREN بشكل طفيف من 316 SS إلى 317 SS.تعتبر Super Austenitic 6 Mo SS أو Super Duplex 2507 SS مثالية لزيادة كبيرة في الأداء.
كما أن التركيزات العالية من النيكل (Ni) في الفولاذ المقاوم للصدأ تزيد من مقاومة التآكل.ومع ذلك ، فإن محتوى النيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ ليس جزءًا من معادلة PREN.على أي حال ، غالبًا ما يكون من المفيد اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي على نسبة أعلى من النيكل ، حيث يساعد هذا العنصر في إعادة تنشيط الأسطح التي تظهر عليها علامات التآكل الموضعي.يستقر النيكل في الأوستينيت ويمنع تكون المارتينزيت عند الانحناء أو السحب البارد 1/8 أنبوب جامد.Martensite هو مرحلة بلورية غير مرغوب فيها في المعادن تقلل من مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الموضعي وكذلك تكسير الإجهاد الناجم عن الكلوريد.محتوى النيكل الأعلى بنسبة 12٪ على الأقل في الفولاذ 316 / 316L مرغوب فيه أيضًا لتطبيقات غاز الهيدروجين عالي الضغط.الحد الأدنى لتركيز النيكل المطلوب للفولاذ المقاوم للصدأ ASTM 316 / 316L هو 10٪.
يمكن أن يحدث التآكل الموضعي في أي مكان على الأنابيب المستخدمة في البيئات البحرية.ومع ذلك ، من المرجح أن يحدث التنقر في المناطق الملوثة بالفعل ، بينما من المرجح أن يحدث تآكل الشقوق في المناطق ذات الفجوات الضيقة بين الأنبوب ومعدات التركيب.باستخدام PREN كأساس ، يمكن أن يختار المحدد أفضل سبيكة أنابيب لتقليل مخاطر أي نوع من 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 للتنقر.بالنسبة للمناخات البحرية الحارة ، يجب التفكير بجدية في أنابيب الصلب الأوستنيتي 6 الموليبدينوم الفائق أو أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ سوبر دوبلكس 2507 لأن هذه المواد تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل الموضعي وتكسير الكلوريد.بالنسبة للمناخات الأكثر برودة ، قد يكون أنبوب 316 / 316L كافيًا ، خاصةً إذا كان هناك تاريخ من الاستخدام الناجح.
يمكن لمالكي ومشغلي المنصات البحرية اتخاذ خطوات لتقليل مخاطر التآكل بعد تركيب الأنابيب.يجب عليهم الحفاظ على الأنابيب نظيفة وغسلها بانتظام بالمياه العذبة لتقليل مخاطر التنقر.يجب أن يكون لديهم أيضًا فنيي الصيانة مشابك أنابيب مفتوحة أثناء عمليات التفتيش الروتينية للتحقق من تآكل الشقوق.
باتباع الخطوات المذكورة أعلاه ، يمكن لمالكي ومشغلي المنصات تقليل مخاطر تآكل الأنابيب والتسريبات ذات الصلة في البيئة البحرية ، وتحسين السلامة والكفاءة ، وتقليل فرصة فقد المنتج أو الانبعاث المتسرب.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
مجلة تكنولوجيا البترول هي المجلة الرائدة لجمعية مهندسي البترول ، وتضم ملخصات ومقالات موثوقة حول التطورات في تكنولوجيا التنقيب والإنتاج ، وقضايا صناعة النفط والغاز ، وأخبار حول SPE وأعضائها.