Нягледзячы на ​​ўласцівую ім каразійную ўстойлівасць труб з нержавеючай сталі, трубы з нержавеючай сталі, устаноўленыя ў марскім асяроддзі, падвяргаюцца розным відам карозіі на працягу свайго меркаванага тэрміну службы. Гэтая карозія можа прывесці да ўцекачоў, страты прадукцыі і патэнцыйных рызык. Уладальнікі і аператары марскіх платформаў могуць знізіць рызыку карозіі, выбіраючы больш трывалыя матэрыялы для труб, якія забяспечваюць лепшую каразійную ўстойлівасць. Пасля гэтага яны павінны заставацца пільнымі пры праверцы хімічных ін'екцый, гідраўлічных і імпульсных ліній, а таксама тэхналагічных прыбораў і датчыкаў, каб пераканацца, што карозія не пагражае цэласнасці ўсталяваных трубаправодаў і не парушае бяспеку.
Лакалізаваная карозія можа назірацца на многіх платформах, суднах, караблях і трубаправодах у афшорных установках. Гэтая карозія можа праяўляцца ў выглядзе кропкавай або шчыліннай карозіі, абодва з якіх могуць разбураць сценкі трубы і выклікаць выкід вадкасці.
Рызыка карозіі павялічваецца пры павышэнні рабочай тэмпературы прымянення. Цяпло можа паскорыць разбурэнне ахоўнай вонкавай пасіўнай аксіднай плёнкі трубкі, тым самым спрыяючы ўтварэнню кропкавай карозіі.
На жаль, лакалізаваную кропкавую і шчылінную карозію цяжка выявіць, што ўскладняе выяўленне, прагназаванне і праектаванне гэтых тыпаў карозіі. Улічваючы гэтыя рызыкі, уладальнікі платформаў, аператары і прызначаныя асобы павінны быць асцярожнымі пры выбары найлепшага матэрыялу для трубаправодаў для свайго прымянення. Выбар матэрыялу - гэта іх першая лінія абароны ад карозіі, таму важна зрабіць гэта правільна. На шчасце, яны могуць выбраць, выкарыстоўваючы вельмі просты, але вельмі эфектыўны паказчык лакалізаванай каразійнай устойлівасці - эквівалентны лік кропкавай устойлівасці (PREN). Чым вышэй значэнне PREN металу, тым вышэй яго ўстойлівасць да лакалізаванай карозіі.
У гэтым артыкуле будзе разгледжана, як вызначыць кропкавую і шчылінную карозію, а таксама як аптымізаваць выбар матэрыялу для труб для марской нафтагазавай здабычы на ​​аснове значэння PREN матэрыялу.
Лакалізаваная карозія ўзнікае на невялікіх участках у параўнанні з агульнай карозіяй, якая больш раўнамерна праяўляецца на паверхні металу. Кропкавая і шчылінная карозія пачынаюць утварацца на трубах з нержавеючай сталі 316, калі вонкавая пасіўная аксідная плёнка металу, багатая хромам, разрываецца з-за ўздзеяння агрэсіўных вадкасцей, у тым ліку салёнай вады. Марское асяроддзе, багатае хларыдам, у афшорных і наземных умовах, а таксама высокія тэмпературы і нават забруджванне паверхні труб павялічваюць патэнцыял для дэградацыі гэтай пасівацыйнай плёнкі.
Кропкавая карозія. Кропкавая карозія ўзнікае, калі пасівацыйная плёнка на адрэзку трубы разбураецца, утвараючы невялікія паражніны або ямкі на паверхні трубы. Такія ямкі, верагодна, будуць расці па меры правядзення электрахімічных рэакцый, у выніку чаго жалеза ў метале раствараецца ў растворы на дне ямкі. Растворанае жалеза затым будзе дыфундаваць да верху ямкі і акісляцца, утвараючы аксід жалеза або іржу. Па меры паглыблення ямкі электрахімічныя рэакцыі паскараюцца, карозія ўзмацняецца і можа прывесці да перфарацыі сценкі трубы і ўцечак.
Трубы больш схільныя да кропкавай карозіі, калі іх вонкавая паверхня забруджаная (малюнак 1). Напрыклад, забруджванне ад зваркі і шліфоўкі можа пашкодзіць пасівуючы аксідны пласт трубы, тым самым утвараючы і паскараючы кропкавую карозію. Тое ж самае тычыцца і простай барацьбы з забруджваннем з труб. Акрамя таго, па меры выпарэння кропель расола вільготныя крышталі солі, якія ўтвараюцца на трубах, робяць тое ж самае, каб абараніць аксідны пласт і могуць прывесці да кропкавай карозіі. Каб прадухіліць гэтыя віды забруджвання, падтрымлівайце трубы ў чысціні, рэгулярна прамываючы іх прэснай вадой.
Малюнак 1 – Труба з нержавеючай сталі 316/316L, забруджаная кіслатой, расолам і іншымі адкладамі, вельмі схільная да кропкавай карозіі.
Шчылінная карозія. У большасці выпадкаў аператар можа лёгка выявіць кропкавую карозію. Аднак шчылінную карозію няпроста выявіць, і яна ўяўляе большую рызыку для аператараў і персаналу. Звычайна яна ўзнікае на трубах з цеснымі прамежкамі паміж навакольнымі матэрыяламі, напрыклад, на трубах, замацаваных хамутамі, або на трубах, шчыльна ўсталяваных побач. Калі расол прасочваецца ў шчыліну, з часам у гэтай зоне ўтвараецца хімічна агрэсіўны падкіслены раствор хларыду жалеза (FeCl3), які выклікае паскораную шчылінную карозію (малюнак 2). Паколькі самі шчыліны павялічваюць рызыку карозіі, шчылінная карозія можа ўзнікаць пры тэмпературах, значна ніжэйшых за кропкавую карозію.
Малюнак 2 – Шчылінная карозія можа ўзнікнуць паміж трубой і апорай трубы (уверсе), а таксама пры ўсталёўцы трубы блізка да іншых паверхняў (унізе) з-за ўтварэння хімічна агрэсіўнага падкісленага раствора хларыду жалеза ў шчыліне.
Шчылінная карозія звычайна імітуе кропкавую карозію спачатку ў шчыліне, якая ўтварылася паміж адрэзкам трубы і апорным хамутом трубы. Аднак з-за павелічэння канцэнтрацыі Fe++ у вадкасці ўнутры расколіны першапачатковы кратэр становіцца ўсё большым і большым, пакуль не пакрые ўсю расколіну. У рэшце рэшт, шчылінная карозія можа прабіць трубу.
Найбольшую рызыку карозіі нясуць вузкія расколіны. Таму хамуты для труб, якія ахінаюць большую частку акружнасці трубы, як правіла, уяўляюць большую рызыку, чым адкрытыя хамуты, якія мінімізуюць паверхню кантакту паміж трубой і хамутом. Спецыялісты па тэхнічным абслугоўванні могуць дапамагчы знізіць верагоднасць пашкоджання або разбурэння шчыліннай карозіі, рэгулярна адкрываючы хамуты і правяраючы паверхню трубы на наяўнасць карозіі.
Найлепшым чынам прадухіліць кропкавую і шчылінную карозію можна, выбраўшы правільны металічны сплаў для канкрэтнага прымянення. Спецыялісты павінны старанна выбіраць аптымальны матэрыял для трубаправодаў, каб мінімізаваць рызыку карозіі ў залежнасці ад эксплуатацыйнага асяроддзя, умоў працэсу і іншых зменных.
Каб дапамагчы спецыялістам аптымізаваць выбар матэрыялу, яны могуць параўнаць значэнні PREN металаў, каб вызначыць іх устойлівасць да лакальнай карозіі. PREN можна разлічыць па хімічным складзе сплаву, у тым ліку па ўтрыманні хрому (Cr), малібдэна (Mo) і азоту (N), наступным чынам:
PREN павялічваецца з утрыманнем каразійна-ўстойлівых элементаў хрому, малібдэна і азоту ў сплаве. Суадносіны PREN заснаваны на крытычнай тэмпературы кропкавай карозіі (CPT) — самай нізкай тэмпературы, пры якой назіраецца кропкавая карозія — для розных нержавеючых сталей у залежнасці ад хімічнага складу. Па сутнасці, PREN прапарцыйны CPT. Такім чынам, больш высокія значэнні PREN паказваюць на больш высокую ўстойлівасць да кропкавай карозіі. Невялікае павелічэнне PREN эквівалентна толькі невялікаму павелічэнню CPT у параўнанні са сплавам, тады як вялікае павелічэнне PREN паказвае на значнае паляпшэнне характарыстык да значна больш высокай CPT.
У табліцы 1 параўноўваюцца значэнні PREN розных сплаваў, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў марской нафтагазавай здабычы. У ёй паказана, як спецыфікацыя можа значна палепшыць каразійную стойкасць пры выбары больш высокага класа трубнага сплаву. PREN павялічваецца толькі нязначна пры пераходзе з нержавеючай сталі 316 на нержавеючую сталь 317. Для значнага павышэння прадукцыйнасці ідэальна выкарыстоўваць супераўстэнітную нержавеючую сталь 6Mo або супердуплексную нержавеючую сталь 2507.
Больш высокая канцэнтрацыя нікеля (Ni) у нержавеючай сталі таксама павышае каразійную ўстойлівасць. Аднак утрыманне нікеля ў нержавеючай сталі не ўваходзіць у раўнанне PREN. У любым выпадку часта выгадна выбіраць нержавеючыя сталі з больш высокай канцэнтрацыяй нікеля, бо гэты элемент дапамагае рэпасіваваць паверхні, якія маюць прыкметы лакалізаванай карозіі. Нікель стабілізуе аўстэніт і прадухіляе ўтварэнне мартэнсіту пры згінанні або халодным валачэнні цвёрдых труб дыяметрам 1/8. Мартэнсіт - гэта непажаданая крышталічная фаза ў металах, якая зніжае ўстойлівасць нержавеючай сталі да лакалізаванай карозіі, а таксама да расколін пад напружаннем, выкліканых хларыдам. Больш высокае ўтрыманне нікеля, не менш за 12%, у сталі 316/316L таксама пажадана для прымянення, звязанага з газападобным вадародам пад высокім ціскам. Мінімальная канцэнтрацыя нікеля, неабходная для нержавеючай сталі 316/316L у стандартнай спецыфікацыі ASTM, складае 10%.
Лакалізаваная карозія можа ўзнікаць у любым месцы труб, якія выкарыстоўваюцца ў марскім асяроддзі. Аднак кропкавая карозія часцей узнікае ў зонах, якія ўжо забруджаныя, у той час як шчылінная карозія часцей узнікае ў зонах з вузкімі зазорамі паміж трубой і мантажнымі элементамі. Выкарыстоўваючы PREN у якасці асновы, спецыяліст можа выбраць найлепшы сплаў для труб, каб мінімізаваць рызыку любога віду лакалізаванай карозіі.
Аднак майце на ўвазе, што існуюць і іншыя зменныя, якія могуць паўплываць на рызыку карозіі. Напрыклад, тэмпература ўплывае на ўстойлівасць нержавеючай сталі да кропкавай карозіі. Для гарачага марскога клімату варта сур'ёзна разгледзець трубы з нержавеючай сталі маркі 6 з малібдэнам і супераўстэніту або 2507 з супердуплекснай сталі, паколькі гэтыя матэрыялы маюць выдатную ўстойлівасць да лакальнай карозіі і расколін пад напружаннем ад хларыду. Для больш халоднага клімату можа быць дастаткова труб маркі 316/316L, асабліва калі ёсць вопыт паспяховага выкарыстання.
Уладальнікі і аператары марскіх платформаў таксама могуць прыняць меры для мінімізацыі рызыкі карозіі пасля ўстаноўкі труб. Яны павінны падтрымліваць трубы ў чысціні і рэгулярна прамываць іх прэснай вадой, каб знізіць рызыку кропкавай карозіі. Яны таксама павінны даручаць тэхнікам па тэхнічным абслугоўванні адкрываць хамуты труб падчас рэгулярных праверак, каб праверыць наяўнасць шчыліннай карозіі.
Выконваючы вышэйзгаданыя крокі, уладальнікі і аператары платформаў могуць знізіць рызыку карозіі труб і звязаных з ёй уцечак у марскім асяроддзі, павысіць бяспеку і эфектыўнасць, адначасова змяншаючы верагоднасць страты прадукцыі або выкідаў некантралюемых рэчываў.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
«Часопіс нафтавай тэхналогіі» — флагманскі часопіс Таварыства інжынераў-нафтавікоў, які змяшчае аўтарытэтныя кароткія звесткі і артыкулы пра дасягненні ў тэхналогіях разведкі і здабычы, праблемы нафтагазавай прамысловасці, а таксама навіны пра Таварыства нафтагазавай прамысловасці і яго членаў.