Uprkos inherentnoj otpornosti na koroziju cijevi od nehrđajućeg čelika, cijevi od nehrđajućeg čelika instalirane u morskom okruženju su podložne različitim vrstama korozije tokom svog očekivanog vijeka trajanja.Ova korozija može dovesti do fugitivnih emisija, gubitaka proizvoda i potencijalnih rizika.Vlasnici i operateri platformi na moru mogu smanjiti rizik od korozije specificiranjem jačih materijala cijevi koji pružaju bolju otpornost na koroziju.Nakon toga, oni moraju biti oprezni prilikom inspekcije vodova za ubrizgavanje kemikalija, hidrauličnih i impulsnih vodova, te procesnih instrumenata i instrumenata kako bi osigurali da korozija ne ugrozi integritet instaliranog cjevovoda ili ugrozi sigurnost.
Lokalizirana korozija može se naći na mnogim platformama, brodovima, brodovima i kopnenim cjevovodima.Ova korozija može biti u obliku korozije u obliku šupljina ili pukotina, od kojih bilo koja od njih može erodirati zid cijevi i uzrokovati oslobađanje tekućine.
Rizik od korozije raste kako se radna temperatura aplikacije povećava.Toplota može ubrzati degradaciju zaštitnog vanjskog pasivnog oksidnog filma cijevi, čime se promoviše pitting.
Nažalost, lokaliziranu koroziju udubljenja i pukotina je teško otkriti, što otežava identificiranje, predviđanje i dizajniranje ovih vrsta korozije.Imajući u vidu ove rizike, vlasnici platformi, operateri i oni koji su zaduženi moraju biti oprezni pri odabiru najboljeg materijala za cjevovode za njihovu primjenu.Odabir materijala je njihova prva linija obrane od korozije, tako da je vrlo važno da se pravilno izvrši.Na sreću, oni mogu izabrati vrlo jednostavnu, ali vrlo efikasnu mjeru lokalizirane otpornosti na koroziju, Ekvivalentni broj otpornosti na točenje (PREN).Što je veća PREN vrijednost metala, veća je njegova otpornost na lokaliziranu koroziju.
Ovaj članak će razmotriti kako identificirati koroziju udubljenja i pukotina, kao i kako optimizirati odabir materijala za cijevi za primjenu nafte i plina na moru na osnovu PREN vrijednosti materijala.
Lokalizirana korozija se javlja na malim površinama u odnosu na opću koroziju, koja je ravnomjernija po površini metala.Na cijevi od nehrđajućeg čelika 316 počinju se formirati udubljenja i korozija kada se vanjski sloj pasivnog oksida bogatog kromom razbije zbog izlaganja korozivnim tekućinama, uključujući slanu vodu.Morsko okruženje bogato hloridima, kao i visoke temperature, pa čak i kontaminacija površine cijevi, povećavaju vjerovatnoću degradacije ovog pasivacionog filma.
piting Piting korozija nastaje kada se pasivacijski film na dijelu cijevi pokvari, formirajući male šupljine ili rupice na površini cijevi.Takve jame će vjerovatno rasti kako se odvijaju elektrohemijske reakcije, zbog čega se željezo u metalu rastvara u otopini na dnu jame.Otopljeno željezo će zatim difundirati do vrha jame i oksidirati da bi formirao željezni oksid ili rđu.Kako se jama produbljuje, elektrohemijske reakcije se ubrzavaju, korozija se povećava, što može dovesti do perforacije stijenke cijevi i curenja.
Cijevi su podložnije pittingu ako je njihova vanjska površina kontaminirana (slika 1).Na primjer, zagađivači iz operacija zavarivanja i brušenja mogu oštetiti pasivizirajući oksidni sloj cijevi, čime se formiraju i ubrzavaju rupe.Isto vrijedi 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 rupica.Da biste spriječili ove vrste kontaminacije, održavajte svoje cijevi čistima tako što ćete ih redovito ispirati svježom vodom.
Slika 1. Cijev od nehrđajućeg čelika 316/316L kontaminirana kiselinom, slanom otopinom i drugim naslagama je vrlo osjetljiva na udubljenje.
pukotina korozije.U većini slučajeva operater može lako otkriti udubljenje.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 koje se drže na mjestu pomoću stezaljki ili cijevi koje su čvrsto zbijene jedna pored druge.Kada salamura prodre u pukotinu, s vremenom se u ovom području formira kemijski agresivna zakiseljena otopina željeznog klorida (FeCl3), što uzrokuje ubrzavanje korozije u pukotinama (slika 2).Budući da pukotina sama po sebi povećava rizik od korozije, korozija pukotina može se pojaviti na temperaturama mnogo nižim od udubljenja.
Slika 2 – Korozija pukotina može se razviti između cijevi i nosača cijevi (gore) i kada je cijev postavljena blizu drugih površina (dolje) zbog stvaranja kemijski agresivne zakiseljene otopine željeznog klorida u procjepu.
Korozija pukotina obično simulira udubljenje prvo u zazoru koji se formira između dijela cijevi i prstena za potporu cijevi.Međutim, zbog povećanja koncentracije Fe++ u tekućini unutar frakture, početni lijevak postaje sve veći i veći dok ne pokrije cijelu frakturu.Na kraju krajeva, korozija u pukotinama može dovesti do perforacije cijevi.
Guste pukotine predstavljaju najveći rizik od korozije.Stoga su stezaljke za cijevi koje okružuju veći dio obima cijevi rizičnije od otvorenih obujmica, koje minimiziraju kontaktnu površinu između cijevi i obujmice.Servisni tehničari mogu pomoći da se smanji mogućnost oštećenja ili kvara od korozije u pukotinama redovnim otvaranjem stezaljki i provjeravanjem površine cijevi na koroziju.
Korozija udubljenja i pukotina može se spriječiti odabirom odgovarajuće metalne legure za primjenu.Specifikatori moraju pažljivo odabrati optimalni materijal za cijevi kako bi se smanjio rizik od korozije u zavisnosti od okruženja procesa, uslova procesa i drugih varijabli.
Kako bi pomogli specifikacijama da optimiziraju odabir materijala, mogu uporediti PREN vrijednosti metala kako bi odredili njihovu otpornost na lokaliziranu koroziju.PREN se može izračunati iz hemije legure, uključujući njen sadržaj hroma (Cr), molibdena (Mo) i dušika (N), kako slijedi:
PREN se povećava sa sadržajem elemenata otpornih na koroziju hroma, molibdena i dušika u leguri.Omjer PREN temelji se na kritičnoj temperaturi udubljenja (CPT) – najnižoj temperaturi na kojoj se javlja pitting – za različite nehrđajuće čelike ovisno o kemijskom sastavu.U suštini, PREN je proporcionalan CPT.Stoga, više vrijednosti PREN ukazuju na veću otpornost na pitting.Malo povećanje PREN-a samo je ekvivalentno malom povećanju CPT-a u poređenju sa legurom, dok veliko povećanje PREN-a ukazuje na značajno poboljšanje performansi u odnosu na značajno veći CPT.
Tabela 1 uspoređuje PREN vrijednosti za različite legure koje se obično koriste u industriji nafte i plina na moru.Pokazuje kako specifikacija može uvelike poboljšati otpornost na koroziju odabirom legure cijevi višeg kvaliteta.PREN se neznatno povećava sa 316 SS na 317 SS.Super Austenitic 6 Mo SS ili Super Duplex 2507 SS su idealni za značajno povećanje performansi.
Veće koncentracije nikla (Ni) u nerđajućem čeliku takođe povećavaju otpornost na koroziju.Međutim, sadržaj nikla u nehrđajućem čeliku nije dio PREN jednadžbe.U svakom slučaju, često je korisno odabrati nehrđajući čelik s većim sadržajem nikla, jer ovaj element pomaže u ponovnoj pasivizaciji površina koje pokazuju znakove lokalizirane korozije.Nikl stabilizuje austenit i sprečava stvaranje martenzita pri savijanju ili hladnom izvlačenju 1/8 krute cevi.Martenzit je nepoželjna kristalna faza u metalima koja smanjuje otpornost nehrđajućeg čelika na lokaliziranu koroziju, kao i na pucanje izazvano hloridima.Veći sadržaj nikla od najmanje 12% u čeliku 316/316L je također poželjan za primjene u plinovitom vodoniku pod visokim pritiskom.Minimalna koncentracija nikla potrebna za ASTM 316/316L nerđajući čelik je 10%.
Lokalizirana korozija može se pojaviti bilo gdje na cijevima koje se koriste u morskom okruženju.Međutim, vjerojatnije je da će se udubljenja pojaviti u područjima koja su već kontaminirana, dok je korozija u pukotinama vjerojatnija u područjima s uskim prazninama između cijevi i opreme za ugradnju.Koristeći PREN kao osnovu, specificator može odabrati najbolju leguru cijevi kako bi se smanjio rizik od bilo koje vrste 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 udubljenje.Za vruće morske klime, super austenitne 6 molibdenske cijevi ili super duplex 2507 cijevi od nehrđajućeg čelika treba ozbiljno razmotriti jer ovi materijali imaju odličnu otpornost na lokaliziranu koroziju i pucanje klorida.Za hladnije klime može biti dovoljna cijev 316/316L, posebno ako postoji istorija uspješne upotrebe.
Vlasnici i operateri platformi na moru također mogu poduzeti korake kako bi minimizirali rizik od korozije nakon postavljanja cijevi.Trebaju održavati cijevi čistima i redovito ispirati svježom vodom kako bi se smanjio rizik od udubljenja.Takođe bi trebalo da imaju tehničare za održavanje da otvaraju stezaljke cevi tokom rutinskih pregleda kako bi proverili da li postoji korozija u pukotinama.
Prateći gore navedene korake, vlasnici platformi i operateri mogu smanjiti rizik od korozije cijevi i povezanih curenja u morskom okruženju, poboljšati sigurnost i učinkovitost i 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.
Journal of Petroleum Technology je vodeći časopis Društva naftnih inženjera, koji sadrži autoritativne sažetke i članke o napretku u tehnologiji uzvodne, naftne i plinske industrije, te vijesti o SPE i njenim članovima.