Uprkos inherentnoj otpornosti cijevi od nehrđajućeg čelika na koroziju, cijevi od nehrđajućeg čelika instalirane u morskom okruženju podložne su raznim vrstama korozije tokom svog očekivanog vijeka trajanja. Ova korozija može dovesti do fugitivnih emisija, gubitka proizvoda i potencijalnih rizika. Vlasnici i operateri offshore platformi mogu smanjiti rizik od korozije tako što će od samog početka odabrati jače materijale za cijevi radi bolje otpornosti na koroziju. Nakon toga, moraju ostati oprezni prilikom pregleda vodova za ubrizgavanje hemikalija, hidrauličnih i impulsnih vodova, te procesne instrumentacije i instrumenata kako bi se osiguralo da korozija ne ugrozi integritet instaliranih cjevovoda ili sigurnost.
Lokalizirana korozija može se naći na mnogim platformama, brodovima i priobalnim cjevovodima. Ova korozija može biti u obliku rupičaste ili pukotinske korozije, od kojih bilo koja može nagristi stijenku cijevi i uzrokovati ispuštanje tekućine.
Rizik od korozije se povećava s porastom radne temperature primjene. Toplota može ubrzati degradaciju zaštitnog vanjskog pasivnog oksidnog filma cijevi, čime se potiče korozija.
Nažalost, lokaliziranu koroziju u obliku rupica i pukotina teško je otkriti, što otežava identifikaciju, predviđanje i projektovanje ovih vrsta korozije. S obzirom na ove rizike, vlasnici platformi, operateri i imenovana lica moraju biti oprezni pri odabiru najboljeg materijala za cjevovode za svoju primjenu. Odabir materijala je njihova prva linija odbrane od korozije, tako da je pravilan odabir vrlo važan. Srećom, mogu koristiti vrlo jednostavnu, ali vrlo efikasnu mjeru lokalizirane otpornosti na koroziju, Ekvivalentni broj otpornosti na rupice (PREN). Što je veća PREN vrijednost metala, to je veća njegova otpornost na lokaliziranu koroziju.
Ovaj članak će se baviti time kako identificirati koroziju u obliku rupa i pukotina te kako optimizirati odabir materijala za cijevi za primjene u naftnoj i plinskoj industriji na moru na temelju PREN vrijednosti materijala.
Lokalizirana korozija se javlja na malim površinama u poređenju s općom korozijom, koja je ravnomjernija po površini metala. Točkasta i pukotinska korozija počinju se formirati na cijevima od nehrđajućeg čelika 316 kada vanjski pasivni oksidni film metala bogat hromom pukne usljed izlaganja korozivnim tekućinama, uključujući slanu vodu. Morska okruženja bogata kloridima, kao i visoke temperature, pa čak i kontaminacija površine cijevi, povećavaju vjerovatnoću degradacije ovog pasivizacijskog filma.
Točkasta korozija Točkasta korozija nastaje kada se pasivizirajući film na dijelu cijevi pokvari, formirajući male šupljine ili udubljenja na površini cijevi. Takve udubljenja vjerovatno rastu kako se elektrohemijske reakcije odvijaju, usljed čega se željezo u metalu rastvara u rastvoru na dnu udubljenja. Rastvoreno željezo će zatim difundirati do vrha udubljenja i oksidirati formirajući željezni oksid ili hrđu. Kako se udubljuje, elektrohemijske reakcije se ubrzavaju, a korozija se povećava, što može dovesti do perforacije zida cijevi i curenja.
Cijevi su podložnije koroziji ako im je vanjska površina kontaminirana (Slika 1). Na primjer, kontaminanti od zavarivanja i brušenja mogu oštetiti pasivizacijski oksidni sloj cijevi, čime se formira i ubrzava korozija. Isto važi i za jednostavno rješavanje zagađenja iz cijevi. Osim toga, kako kapljice soli isparavaju, vlažni kristali soli koji se formiraju na cijevima štite oksidni sloj i mogu dovesti do korozije. Da biste spriječili ove vrste kontaminacije, održavajte cijevi čistima redovnim ispiranjem svježom vodom.
Slika 1. Cijev od nehrđajućeg čelika 316/316L kontaminirana kiselinom, slanom otopinom i drugim naslagama vrlo je podložna koroziji.
korozija u pukotinama. U većini slučajeva, operater može lako otkriti koroziju u pukotinama. Međutim, koroziju u pukotinama nije lako otkriti i predstavlja veći rizik za operatere i osoblje. To se obično događa na cijevima koje imaju uske razmake između okolnih materijala, kao što su cijevi pričvršćene stezaljkama ili cijevi koje su čvrsto zbijene jedna uz drugu. Kada slana voda prodre u razmak, vremenom se u tom području formira hemijski agresivna zakiseljena otopina željeznog klorida (FeCl3), što uzrokuje ubrzanu koroziju razmaka (Slika 2). Budući da korozija u pukotinama po svojoj prirodi povećava rizik od korozije, korozija u pukotinama može se pojaviti na mnogo nižim temperaturama od korozije u pukotinama.
Slika 2 – Korozija u pukotinama može se razviti između cijevi i nosača cijevi (gore) i kada je cijev postavljena blizu drugih površina (dolje) zbog stvaranja hemijski agresivnog zakiseljenog rastvora željeznog hlorida u praznini.
Korozija pukotina obično simulira koroziju prvo u praznini formiranoj između dijela cijevi i nosača cijevi. Međutim, zbog povećanja koncentracije Fe++ u fluidu unutar pukotine, početni lijevak postaje sve veći i veći dok ne prekrije cijelu pukotinu. Konačno, korozija pukotina može dovesti do perforacije cijevi.
Guste pukotine predstavljaju najveći rizik od korozije. Stoga su obujmice za cijevi koje okružuju veliki dio obima cijevi obično rizičnije od otvorenih obujmica, koje minimiziraju kontaktnu površinu između cijevi i obujmice. Serviseri mogu pomoći u smanjenju rizika od oštećenja ili kvara usljed korozije u pukotinama redovnim otvaranjem priključaka i pregledom površina cijevi na koroziju.
Točkasta i pukotinska korozija mogu se spriječiti odabirom prave metalne legure za specifičnu primjenu. Proizvođači moraju postupati s dužnom pažnjom pri odabiru optimalnog materijala za cijevi kako bi smanjili rizik od korozije, ovisno o radnom okruženju, procesnim uvjetima i drugim varijablama.
Kako bi pomogli specifikatorima da optimiziraju izbor materijala, mogu uporediti PREN vrijednosti metala kako bi odredili njihovu otpornost na lokaliziranu koroziju. PREN se može izračunati iz hemijskog sastava legure, uključujući sadržaj hroma (Cr), molibdena (Mo) i azota (N), na sljedeći način:
PREN se povećava sa sadržajem elemenata otpornih na koroziju, hroma, molibdena i azota, u leguri. PREN omjer se zasniva na kritičnoj temperaturi korozije (CPT) – najnižoj temperaturi na kojoj dolazi do korozije – za različite nehrđajuće čelike, ovisno o hemijskom sastavu. U suštini, PREN je proporcionalan CPT-u. Stoga, veće vrijednosti PREN-a ukazuju na veću otpornost na koroziju. Malo povećanje PREN-a ekvivalentno je samo malom povećanju CPT-a u poređenju sa legurom, dok veliko povećanje PREN-a ukazuje na značajno poboljšanje performansi u odnosu na mnogo veću CPT.
Tabela 1 upoređuje PREN vrijednosti za različite legure koje se obično koriste u offshore naftnoj i plinskoj industriji. Pokazuje kako specifikacija može značajno poboljšati otpornost na koroziju odabirom legure za cijevi višeg kvaliteta. PREN se neznatno povećava sa 316 SS na 317 SS. Super austenitne 6Mo SS ili super dupleks 2507 SS su idealne za značajno poboljšanje performansi.
Veće koncentracije nikla (Ni) u nehrđajućem čeliku također povećavaju otpornost na koroziju. Međutim, sadržaj nikla u nehrđajućem čeliku nije dio PREN jednadžbe. U svakom slučaju, često je povoljno odabrati nehrđajuće čelike s većim sadržajem nikla, jer ovaj element pomaže u repasivizaciji površina koje pokazuju znakove lokalizirane korozije. Nikl stabilizira austenit i sprječava stvaranje martenzita pri savijanju ili hladnom vučenju krutih cijevi promjera 1/8. Martenzit je neželjena kristalna faza u metalima koja smanjuje otpornost nehrđajućeg čelika na lokaliziranu koroziju, kao i na pucanje uslijed napona uzrokovano kloridima. Veći sadržaj nikla od najmanje 12% u čeliku 316/316L također je poželjan za primjene s vodikovim plinom pod visokim pritiskom. Minimalna koncentracija nikla potrebna za nehrđajući čelik ASTM 316/316L je 10%.
Lokalizirana korozija može se pojaviti bilo gdje u cjevovodu koji se koristi u morskom okruženju. Međutim, rupičasta korozija vjerovatnije će se pojaviti u područjima koja su već kontaminirana, dok će se korozija u pukotinama vjerovatnije pojaviti u područjima s uskim razmacima između cijevi i instalacijske opreme. Koristeći PREN kao osnovu, specifikator može odabrati najbolju klasu cijevi kako bi se smanjio rizik od bilo kakve lokalizirane korozije.
Međutim, imajte na umu da postoje i druge varijable koje mogu utjecati na rizik od korozije. Na primjer, temperatura utječe na otpornost nehrđajućeg čelika na koroziju. Za vruće pomorske klime, cijevi od super austenitnog molibdenskog čelika 6 ili super dupleks nehrđajućeg čelika 2507 treba ozbiljno razmotriti jer ovi materijali imaju odličnu otpornost na lokaliziranu koroziju i pucanje klorida. Za hladnije klime, cijevi od čelika 316/316L mogu biti dovoljne, posebno ako postoji historija uspješne upotrebe.
Vlasnici i operateri platformi na moru također mogu poduzeti korake kako bi smanjili rizik od korozije nakon ugradnje cijevi. Trebali bi održavati cijevi čistima i redovno ih ispirati slatkom vodom kako bi smanjili rizik od korozije. Također bi trebali zamoliti tehničare za održavanje da otvore stezaljke tokom rutinskih pregleda kako bi provjerili koroziju u pukotinama.
Slijedeći gore navedene korake, vlasnici i operateri platformi mogu smanjiti rizik od korozije cijevi i povezanih curenja u morskom okruženju, poboljšati sigurnost i efikasnost te smanjiti mogućnost gubitka proizvoda ili fugitivnih emisija.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Časopis za naftnu tehnologiju, vodeći časopis Društva naftnih inženjera, pruža autoritativne sažetke i članke o napretku u tehnologiji proizvodnje, pitanjima naftne i plinske industrije, te vijesti o SPE-u i njegovim članovima.