Uprkos inherentnoj otpornosti cijevi od nehrđajućeg čelika na koroziju, cijevi od nehrđajućeg čelika instalirane u morskom okruženju podložne su različitim 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 odabirom jačih materijala za cijevi koji pružaju bolju otpornost na koroziju. Nakon toga, moraju ostati oprezni prilikom pregleda sistema za ubrizgavanje hemikalija, hidrauličnih i impulsnih vodova, te procesne instrumentacije i senzorske opreme kako bi se osiguralo da korozija ne ugrožava integritet instaliranih cjevovoda i sigurnost.
Lokalizirana korozija može se naći na mnogim platformama, plovilima, brodovima i cjevovodima u priobalnim instalacijama. 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 je veći kada se radna temperatura primjene poveća. Toplota može ubrzati uništavanje zaštitnog vanjskog pasivnog oksidnog filma cijevi, čime se podstiče stvaranje rupičaste korozije.
Nažalost, lokaliziranu koroziju u obliku tačkaste korozije i pukotina može biti teško otkriti, što otežava identifikaciju, predviđanje i projektovanje ovih vrsta korozije. S obzirom na ove rizike, vlasnici platformi, operateri i imenovana lica trebaju biti oprezni pri odabiru najboljeg materijala za cijevi za svoju primjenu. Odabir materijala je njihova prva linija odbrane od korozije, tako da je važno da se pravilno odabere. Srećom, mogu birati koristeći vrlo jednostavnu, ali vrlo efikasnu mjeru lokalizirane otpornosti na koroziju, ekvivalentni broj otpornosti na tačkastu koroziju (PREN). Što je veća PREN vrijednost metala, to je veća njegova otpornost na lokaliziranu koroziju.
Ovaj članak će pregledati 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 javlja se na malim površinama u usporedbi s općom korozijom, koja je ujednačenija na površini metala. Točkasta i pukotinska korozija počinju se formirati na cijevima od nehrđajućeg čelika 316 kada vanjski pasivni oksidni film bogat kromom pukne zbog izlaganja korozivnim tekućinama, uključujući slanu vodu. Morska okruženja bogata hloridom na moru i na kopnu, kao i visoke temperature, pa čak i kontaminacija površine cijevi, povećavaju potencijal za degradaciju ovog pasivizacijskog filma.
Točkasta korozija. Točkasta korozija nastaje kada se pasivizirajući film na dijelu cijevi uništi, formirajući male šupljine ili udubljenja na površini cijevi. Takve udubljenja vjerovatno rastu kako se odvijaju elektrohemijske reakcije, uzrokujući da se željezo u metalu otopi u otopini na dnu udubljenja. Rastvoreno željezo će zatim difundirati prema vrhu udubljenja i oksidirati formirajući željezni oksid ili hrđu. Kako se udubljuje, elektrohemijske reakcije se ubrzavaju, korozija se intenzivira i može dovesti do perforacije stijenke cijevi i curenja.
Cijevi su podložnije rupičastoj koroziji kada je njihova vanjska površina kontaminirana (Slika 1). Na primjer, kontaminacija od zavarivanja i brušenja može oštetiti pasivizirajući oksidni sloj cijevi, čime se formira i ubrzava rupičasta korozija. Isto važi i za jednostavno rješavanje kontaminacije iz cijevi. Osim toga, kako kapljice slane vode isparavaju, vlažni kristali soli koji se formiraju na cijevima čine isto kako bi zaštitili oksidni sloj i mogu dovesti do rupičaste 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 vodom i drugim naslagama vrlo je podložna rupičastoj koroziji.
Korozija pukotina. U većini slučajeva, operater može lako prepoznati koroziju u pukotinama. Međutim, koroziju u pukotinama nije lako otkriti i predstavlja veći rizik za operatere i osoblje. Obično se javlja na cijevima koje imaju uske prostore između okolnih materijala, kao što su cijevi pričvršćene kopčama ili cijevi koje su čvrsto postavljene jedna pored druge. Kada slana voda prodre u pukotinu, hemijski agresivna zakiseljena otopina željeznog klorida (FeCl3) s vremenom se formira u tom području i uzrokuje ubrzanje korozije pukotina (Slika 2). Budući da same pukotine povećavaju rizik od korozije, korozija u pukotinama može se pojaviti na temperaturama mnogo nižim od korozije u pukotinama.
Slika 2 – Korozija u pukotini 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 pukotini.
Korozija u pukotinama obično simulira koroziju u obliku tačkastih elemenata, prvo u pukotini formiranoj između dijela cijevi i nosača cijevi. Međutim, zbog povećane koncentracije Fe++ u tekućini unutar pukotine, početni krater postaje sve veći i veći dok ne prekrije cijelu pukotinu. Na kraju, korozija u pukotinama može probušiti cijev.
Uske pukotine predstavljaju najveći rizik od korozije. Stoga, obujmice za cijevi koje se omotavaju oko većeg dijela obima cijevi obično predstavljaju veći rizik od otvorenih obujmica, koje minimiziraju kontaktnu površinu između cijevi i obujmice. Tehničari za održavanje mogu pomoći u smanjenju vjerovatnoće da korozija pukotina uzrokuje oštećenje ili kvar redovnim otvaranjem obujmica i pregledom površine cijevi na koroziju.
Točkasta i pukotinska korozija se najbolje mogu spriječiti odabirom prave metalne legure za primjenu. Proizvođači radova trebaju postupati s dužnom pažnjom kako bi odabrali optimalni materijal za cijevi kako bi se smanjio rizik od korozije na osnovu radnog okruženja, procesnih uslova i drugih varijabli.
Kako bi pomogli specifikatorima da optimiziraju odabir materijala, mogu uporediti PREN vrijednosti metala kako bi odredili njihovu otpornost na lokaliziranu koroziju. PREN se može izračunati iz hemijskog sastava legure, uključujući njen 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 odnos se zasniva na kritičnoj temperaturi korozije (CPT) – najnižoj temperaturi na kojoj se uočava korozija usljed korozije – za različite nehrđajuće čelike u odnosu na hemijski sastav. U suštini, PREN je proporcionalan CPT. Stoga, veće vrijednosti PREN-a ukazuju na veću otpornost na koroziju. Malo povećanje PREN-a je ekvivalentno samo malom povećanju CPT-a u poređenju sa legurom, dok veliko povećanje PREN-a ukazuje na značajno poboljšanje performansi na znatno veći CPT.
Tabela 1 upoređuje PREN vrijednosti različitih legura koje se obično koriste u priobalnim naftnim i plinskim primjenama. Pokazuje kako specifikacija može značajno poboljšati otpornost na koroziju odabirom legure za cijevi višeg kvaliteta. PREN se samo neznatno povećava pri prelasku sa nehrđajućeg čelika 316 na nehrđajući čelik 317. Za značajno povećanje performansi, idealno se koristi superaustenitni nehrđajući čelik 6Mo ili superdupleks nehrđajući čelik 2507.
Veće koncentracije nikla (Ni) u nehrđajućem čeliku također poboljšavaju otpornost na koroziju. Međutim, sadržaj nikla u nehrđajućem čeliku nije dio PREN jednadžbe. U svakom slučaju, često je korisno specificirati nehrđajuće čelike s višim koncentracijama nikla, jer ovaj element pomaže u ponovnoj pasivizaciji površina koje pokazuju znakove lokalizirane korozije. Nikl stabilizira austenit i sprječava stvaranje martenzita pri savijanju ili hladnom vučenju cijevi tvrde 1/8. Martenzit je neželjena kristalna faza u metalima koja smanjuje otpornost nehrđajućeg čelika na lokaliziranu koroziju, kao i na pucanje pod naponom izazvano kloridima. Veći sadržaj nikla od najmanje 12% u 316/316L također je poželjan za primjene koje uključuju plinoviti vodik pod visokim tlakom. Minimalna koncentracija nikla potrebna za nehrđajući čelik 316/316L u ASTM standardnoj specifikaciji je 10%.
Lokalizirana korozija može se pojaviti bilo gdje na cijevima koje se koriste u morskom okruženju. Međutim, korozija u obliku tačkastih površina vjerovatnije će se pojaviti u područjima koja su već kontaminirana, dok će korozija u obliku pukotina vjerovatnije nastati u područjima s uskim razmacima između cijevi i montažnog materijala. Koristeći PREN kao osnovu, specifikator može odabrati najbolju leguru za 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 morske klime, cijevi od nehrđajućeg čelika 6 s molibdenskim superaustenitnim ili 2507 superdupleksnim molibdenskim superdupleksom treba ozbiljno razmotriti jer ovi materijali imaju odličnu otpornost na lokaliziranu koroziju i pucanje uslijed napona uzrokovano kloridima. Za hladnije klime, cijevi 316/316L mogu biti dovoljne, posebno ako je utvrđena 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 rupičaste korozije. Također bi trebali zamoliti tehničare za održavanje da otvaraju stezaljke za cijevi tokom rutinskih pregleda kako bi provjerili prisustvo korozije u pukotinama.
Slijedeći gore navedene korake, vlasnici i operateri platformi mogu smanjiti rizik od korozije cijevi i povezanih curenja u morskom okruženju, poboljšavajući sigurnost i efikasnost, a istovremeno smanjujući mogućnost gubitka proizvoda ili ispuštanja fugitivnih emisija.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Časopis za naftnu tehnologiju (Journal of Petroleum Technology) je vodeći časopis Društva naftnih inženjera (Society of Petroleum Engineers), koji pruža autoritativne sažetke i članke o napretku u tehnologiji istraživanja i proizvodnje, pitanjima naftne i plinske industrije, te vijesti o SPE-u i njegovim članovima.