Navzdory inherentní odolnosti nerezových trubek proti korozi se nerezové trubky instalované v mořském prostředí během své očekávané životnosti setkávají s různými typy koroze. Tato koroze může vést k fugitivním emisím, ztrátám produktů a potenciálním rizikům. Majitelé a provozovatelé offshore platforem mohou snížit riziko koroze výběrem pevnějších materiálů pro potrubí, které poskytují lepší odolnost proti korozi. Poté musí zůstat ostražití při kontrole vstřikování chemikálií, hydraulických a impulzních potrubí a procesních přístrojů a senzorů, aby se zajistilo, že koroze neohrozí integritu instalovaného potrubí a nenaruší bezpečnost.
Lokální korozi lze nalézt na mnoha plošinách, plavidlech, lodích a potrubích v pobřežních instalacích. Tato koroze může mít formu bodové nebo štěrbinové koroze, které mohou narušit stěnu potrubí a způsobit únik kapaliny.
Riziko koroze se zvyšuje s rostoucí provozní teplotou aplikace. Teplo může urychlit destrukci ochranného vnějšího pasivního oxidového filmu trubky, a tím podpořit vznik bodové koroze.
Lokalizovanou bodovou a štěrbinovou korozi bohužel lze obtížně odhalit, což ztěžuje identifikaci, předvídání a navrhování těchto typů koroze. Vzhledem k těmto rizikům by majitelé, provozovatelé a pověřené osoby platforem měli při výběru nejlepšího potrubního materiálu pro svou aplikaci postupovat opatrně. Výběr materiálu je jejich první linií obrany proti korozi, takže je důležité jej správně vybrat. Naštěstí si mohou vybrat pomocí velmi jednoduchého, ale velmi účinného měřítka odolnosti proti lokální korozi, ekvivalentního čísla bodové odolnosti (PREN). Čím vyšší je hodnota PREN kovu, tím vyšší je jeho odolnost vůči lokální korozi.
Tento článek se zabývá tím, jak identifikovat bodovou a štěrbinovou korozi a jak optimalizovat výběr materiálu trubek pro aplikace v těžbě ropy a zemního plynu na moři na základě hodnoty PREN materiálu.
Lokální koroze se vyskytuje v malých oblastech ve srovnání s běžnou korozí, která je na povrchu kovu rovnoměrnější. Důlková a štěrbinová koroze se na trubkách z nerezové oceli 316 začíná tvořit, když vnější pasivní oxidový film bohatý na chrom praskne v důsledku vystavení korozivním kapalinám, včetně slané vody. Mořské prostředí bohaté na chloridy v pobřežních i pevninských mořích, stejně jako vysoké teploty a dokonce i kontaminace povrchu trubky zvyšují potenciál pro degradaci tohoto pasivačního filmu.
Důlková koroze. Důlková koroze nastává, když je pasivační film na úseku trubky zničen a na jeho povrchu vznikají malé dutiny nebo důlky. Takové důlky pravděpodobně rostou v důsledku elektrochemických reakcí, což způsobuje rozpuštění železa v kovu v roztoku na dně důlku. Rozpuštěné železo pak difunduje směrem k horní části důlku a oxiduje za vzniku oxidu železa nebo rzi. S prohlubováním důlku se elektrochemické reakce zrychlují, koroze se zesiluje a může vést k perforaci stěny trubky a netěsnostem.
Trubky jsou náchylnější k bodové korozi, pokud je jejich vnější povrch kontaminován (obrázek 1). Například kontaminace ze svařování a broušení může poškodit pasivační vrstvu oxidu v trubce, čímž vzniká a urychluje bodovou korozi. Totéž platí pro jednoduché řešení kontaminace z trubek. Navíc, jak se kapičky solanky odpařují, vlhké krystaly soli, které se tvoří na trubkách, chrání vrstvu oxidu a mohou vést k bodové korozi. Abyste těmto typům kontaminace zabránili, udržujte potrubí čisté pravidelným proplachováním čerstvou vodou.
Obrázek 1 – Trubka z nerezové oceli 316/316L kontaminovaná kyselinou, solankou a jinými usazeninami je vysoce náchylná k bodové korozi.
Štěrbinová koroze. Ve většině případů může obsluha snadno identifikovat bodovou korozi. Štěrbinová koroze se však obtížně detekuje a představuje větší riziko pro obsluhu a personál. Obvykle se vyskytuje na potrubích, která mají těsné mezery mezi okolními materiály, jako jsou potrubí držená na místě pomocí spon nebo potrubí, která jsou těsně instalována vedle sebe. Když se solanka dostane do štěrbiny, v průběhu času se v oblasti vytvoří chemicky agresivní okyselený roztok chloridu železitého (FeCl3), který způsobuje urychlenou štěrbinovou korozi (obrázek 2). Protože samotné štěrbiny zvyšují riziko koroze, může ke štěrbinové korozi docházet při teplotách mnohem nižších než bodová koroze.
Obrázek 2 – Štěrbinová koroze se může vyvinout mezi potrubím a jeho podpěrou (nahoře) a také při instalaci potrubí v blízkosti jiných povrchů (dole) v důsledku tvorby chemicky agresivního okyseleného roztoku chloridu železitého ve štěrbině.
Štěrbinová koroze obvykle simuluje bodovou korozi, která se nejprve tvoří ve štěrbině mezi úsekem trubky a podpěrnou objímkou ​​trubky. V důsledku rostoucí koncentrace Fe++ v kapalině uvnitř trhliny se však počáteční kráter zvětšuje a zvětšuje, až pokryje celou trhlinu. Štěrbinová koroze může nakonec trubku perforovat.
Největším rizikem koroze jsou těsné trhliny. Proto potrubní objímky, které obepínají většinu obvodu potrubí, představují větší riziko než otevřené objímky, které minimalizují kontaktní plochu mezi potrubím a objímkou. Údržbáři mohou pomoci snížit pravděpodobnost poškození nebo selhání štěrbinovou korozí pravidelným otevíráním objímek a kontrolou povrchu potrubí, zda nedošlo k korozi.
Bodové a štěrbinové korozi lze nejlépe předejít výběrem správné kovové slitiny pro danou aplikaci. Specifikátoři by měli s náležitou péčí vybrat optimální materiál potrubí, aby se minimalizovalo riziko koroze na základě provozního prostředí, procesních podmínek a dalších proměnných.
Aby specifikatoři mohli optimalizovat výběr materiálu, mohou porovnat hodnoty PREN kovů a určit jejich odolnost vůči lokální korozi. PREN lze vypočítat z chemického složení slitiny, včetně obsahu chromu (Cr), molybdenu (Mo) a dusíku (N), takto:
Hodnota PREN se zvyšuje s obsahem korozně odolných prvků chromu, molybdenu a dusíku ve slitině. Vztah PREN je založen na kritické teplotě důlkové koroze (CPT) – nejnižší teplotě, při které je pozorována důlková koroze – u různých nerezových ocelí v závislosti na chemickém složení. V podstatě je PREN úměrný CPT. Vyšší hodnoty PREN proto naznačují vyšší odolnost proti důlkové korozi. Malé zvýšení PREN je ekvivalentní pouze malému zvýšení CPT ve srovnání se slitinou, zatímco velké zvýšení PREN naznačuje významné zlepšení výkonu na výrazně vyšší CPT.
Tabulka 1 porovnává hodnoty PREN různých slitin běžně používaných v těžbě ropy a zemního plynu na moři. Ukazuje, jak specifikace může výrazně zlepšit odolnost proti korozi výběrem slitiny pro potrubí vyšší jakosti. PREN se při přechodu z nerezové oceli 316 na nerezovou ocel 317 zvyšuje jen mírně. Pro výrazné zvýšení výkonu se ideálně používá superaustenitická nerezová ocel 6Mo nebo superduplexní nerezová ocel 2507.
Vyšší koncentrace niklu (Ni) v nerezové oceli také zvyšují odolnost proti korozi. Obsah niklu v nerezové oceli však není součástí rovnice PREN. V každém případě je často výhodné specifikovat nerezové oceli s vyšší koncentrací niklu, protože tento prvek pomáhá repasivovat povrchy, které vykazují známky lokální koroze. Nikl stabilizuje austenit a zabraňuje tvorbě martenzitu při ohýbání nebo tažení za studena tvrdých trubek o průměru 1/8. Martenzit je nežádoucí krystalická fáze v kovech, která snižuje odolnost nerezové oceli vůči lokální korozi a také vůči praskání v důsledku působení chloridů. Vyšší obsah niklu, alespoň 12 % v oceli 316/316L, je také žádoucí pro aplikace zahrnující plynný vodík za vysokého tlaku. Minimální koncentrace niklu požadovaná pro nerezovou ocel 316/316L v normě ASTM je 10 %.
Lokalizovaná koroze se může vyskytnout kdekoli na potrubí používaném v mořském prostředí. Důlková koroze se však s větší pravděpodobností vyskytuje v oblastech, které jsou již kontaminované, zatímco štěrbinová koroze se s větší pravděpodobností vyskytuje v oblastech s úzkými mezerami mezi potrubím a montážními prvky. Na základě PREN může specifikátor vybrat nejlepší slitinu potrubí, aby se minimalizovalo riziko jakéhokoli druhu lokalizované koroze.
Mějte však na paměti, že existují i ​​další proměnné, které mohou ovlivnit riziko koroze. Například teplota ovlivňuje odolnost nerezové oceli proti bodové korozi. Pro horké mořské podnebí by měly být vážně zváženy trubky z nerezové oceli s molybdenovou superaustenitickou třídou 6 nebo z nerezové superduplexní oceli 2507, protože tyto materiály mají vynikající odolnost vůči lokální korozi a praskání v důsledku chloridového napětí. Pro chladnější podnebí může být postačující trubka 316/316L, zejména pokud je prokázána historie úspěšného používání.
Majitelé a provozovatelé offshore platforem mohou také podniknout kroky k minimalizaci rizika koroze po instalaci potrubí. Měli by udržovat potrubí čisté a pravidelně proplachovat sladkou vodou, aby se snížilo riziko bodové koroze. Měli by také nechat techniky údržby otevírat svorky potrubí během běžných kontrol, aby zkontrolovali přítomnost štěrbinové koroze.
Dodržováním výše uvedených kroků mohou majitelé a provozovatelé plošin snížit riziko koroze potrubí a souvisejících netěsností v mořském prostředí, zlepšit bezpečnost a efektivitu a zároveň snížit riziko ztráty produktu nebo úniku fugitivních emisí.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Časopis Journal of Petroleum Technology je vlajkovou lodí Společnosti ropných inženýrů (Society of Petroleum Engineers), která poskytuje autoritativní stručné informace a články o pokroku v technologiích průzkumu a těžby, otázkách ropného a plynárenského průmyslu a novinky o SPE a jejích členech.