Navzdory inherentní odolnosti nerezových trubek proti korozi jsou nerezové trubky instalované v mořském prostředí během své očekávané životnosti vystaveny různým typům koroze. Tato koroze může vést k fugitivním emisím, ztrátám produktů a potenciálním rizikům. Majitelé a provozovatelé offshore platforem mohou snížit riziko koroze tím, že od samého začátku specifikují pevnější materiály pro potrubí pro lepší odolnost proti korozi. Poté musí zůstat ostražití při kontrole potrubí pro vstřikování chemikálií, hydraulických a impulzních potrubí a procesních přístrojů a instrumentace, aby se zajistilo, že koroze neohrozí integritu instalovaného potrubí ani nenaruší bezpečnost.
Lokální koroze se může vyskytovat na mnoha plošinách, lodích a pobřežních potrubích. 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 degradaci ochranného vnějšího pasivního oxidového filmu trubky, a tím podpořit důlkovou korozi.
Lokalizovanou bodovou a štěrbinovou korozi je bohužel obtížné odhalit, což ztěžuje identifikaci, předpovídání a navrhování těchto typů koroze. Vzhledem k těmto rizikům musí majitelé, provozovatelé a pověřené osoby platforem postupovat opatrně při výběru nejlepšího materiálu pro potrubí pro svou aplikaci. Výběr materiálu je jejich první linií obrany proti korozi, takže je velmi důležité jej správně vybrat. Naštěstí mohou použít velmi jednoduché, ale velmi účinné měřítko odolnosti proti lokální korozi, ekvivalentní číslo bodové odolnosti (PREN). Čím vyšší je hodnota PREN kovu, tím vyšší je jeho odolnost vůči lokální korozi.
Tento článek se zaměří na to, 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 po povrchu kovu rovnoměrnější. Koroze v důlcích a štěrbinách se na trubkách z nerezové oceli 316 začíná tvořit, když je vnější pasivní oxidový film bohatý na chrom narušen vystavením korozivním kapalinám, včetně slané vody. Mořské prostředí bohaté na chloridy, stejně jako vysoké teploty a dokonce i kontaminace povrchu trubky zvyšují pravděpodobnost degradace tohoto pasivačního filmu.
Důlková koroze K důlkové korozi dochází, když se pasivační film na části potrubí rozpadne a na jeho povrchu se vytvoří malé dutiny nebo důlky. Tyto důlky pravděpodobně rostou s probíhajícími elektrochemickými reakcemi, v důsledku čehož se železo v kovu rozpouští v roztoku na dně důlku. Rozpuštěné železo pak difunduje k horní části důlku a oxiduje za vzniku oxidu železa nebo rzi. S prohlubováním důlku se elektrochemické reakce zrychlují a koroze se zvyšuje, což může vést k perforaci stěny potrubí a k netěsnostem.
Trubky jsou náchylnější k důlkové korozi, pokud je jejich vnější povrch kontaminován (obrázek 1). Například kontaminanty ze svařování a broušení mohou poškodit pasivační oxidovou vrstvu trubky, čímž vzniká a urychluje důlkovou korozi. Totéž platí pro jednoduché odstraňování znečištění z trubek. Kromě toho, jak se kapičky soli odpařují, vlhké krystaly soli, které se tvoří na trubkách, chrání oxidovou vrstvu a mohou vést k důlkové korozi. Abyste těmto typům kontaminace zabránili, udržujte trubky čisté pravidelným proplachováním čerstvou vodou.
Obrázek 1. Trubka z nerezové oceli 316/316L kontaminovaná kyselinami, solí a jinými usazeninami je vysoce náchylná k důlkové korozi.
štěrbinová koroze. Ve většině případů může obsluha snadno odhalit důlkovou korozi. Štěrbinová koroze se však odhaluje obtížně a představuje větší riziko pro obsluhu a personál. Obvykle k ní dochází u potrubí, které má úzké mezery mezi okolními materiály, jako jsou potrubí držená na místě pomocí svorek nebo potrubí, která jsou těsně vedle sebe. Když se solanka vsakuje do mezery, v průběhu času se v této oblasti vytvoří chemicky agresivní okyselený roztok chloridu železitého (FeCl3), který způsobuje urychlenou korozi mezery (obr. 2). Vzhledem k tomu, že štěrbinová koroze svou povahou zvyšuje riziko koroze, může k ní docházet při mnohem nižších teplotách než k důlkové korozi.
Obrázek 2 – Štěrbinová koroze se může vyvinout mezi trubkou a jejím podpěrou (nahoře) a také při instalaci trubky v blízkosti jiných povrchů (dole) v důsledku tvorby chemicky agresivního okyseleného roztoku chloridu železitého v mezeře.
Štěrbinová koroze obvykle simuluje nejprve důlkovou korozi v mezeře vytvořené mezi částí trubky a podpěrným límcem trubky. V důsledku zvýšení koncentrace Fe++ v kapalině uvnitř trhliny se však počáteční trychtýř zvětšuje a zvětšuje, až pokryje celou trhlinu. Štěrbinová koroze může nakonec vést k perforaci trubky.
Husté trhliny představují největší riziko koroze. Objímky potrubí, které obepínají velkou část obvodu potrubí, proto bývají rizikovější než otevřené objímky, které minimalizují kontaktní plochu mezi potrubím a objímkou. Servisní technici mohou pomoci snížit riziko poškození nebo selhání štěrbinovou korozí pravidelným otevíráním armatur a kontrolou povrchu potrubí, zda nedošlo k korozi.
Bodové a štěrbinové korozi lze zabránit výběrem správné kovové slitiny pro konkrétní aplikaci. Specifikátoři musí při výběru optimálního materiálu potrubí postupovat s náležitou péčí, aby minimalizovali riziko koroze v závislosti na provozním prostředí, procesních podmínkách a dalších proměnných.
Aby specifikatoři mohli optimalizovat výběr materiálů, mohou porovnat hodnoty PREN kovů a určit tak jejich odolnost vůči lokální korozi. PREN lze vypočítat z chemického složení slitiny, včetně obsahu chromu (Cr), molybdenu (Mo) a dusíku (N), takto:
PREN se zvyšuje s obsahem korozivzdorných prvků chromu, molybdenu a dusíku ve slitině. Poměr PREN je založen na kritické teplotě důlkové koroze (CPT) – nejnižší teplotě, při které dochází k důlkové korozi – pro různé nerezové oceli 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 oproti mnohem vyšší CPT.
Tabulka 1 porovnává hodnoty PREN pro různé slitiny běžně používané v ropném a plynárenském průmyslu na moři. Ukazuje, jak specifikace může výrazně zlepšit odolnost proti korozi výběrem kvalitnější slitiny pro potrubí. PREN se mírně zvyšuje z nerezové oceli 316 SS na nerezovou ocel 317 SS. Pro významné zvýšení výkonu jsou ideální superaustenitické nerezové oceli 6Mo nebo superduplexní nerezová ocel 2507 SS.
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 volit nerezové oceli s vyšším obsahem 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 pevných 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 s vysokotlakým vodíkovým plynem. Minimální požadovaná koncentrace niklu pro nerezovou ocel ASTM 316/316L je 10 %.
Lokální koroze se může vyskytnout kdekoli v potrubí používaném v mořském prostředí. K bodové korozi však s větší pravděpodobností dochází v oblastech, které jsou již kontaminované, zatímco štěrbinová koroze se s větší pravděpodobností vyskytuje v oblastech s úzkými mezerami mezi potrubím a instalačním zařízením. Na základě PREN může specifikátor vybrat nejlepší třídu potrubí, aby se minimalizovalo riziko jakéhokoli druhu lokální koroze.
Mějte však na paměti, že existují i ​​další proměnné, které mohou ovlivnit riziko koroze. Například teplota ovlivňuje odolnost nerezové oceli vůči bodové korozi. Pro horké přímořské podnebí by měly být vážně zváženy trubky z superaustenitické molybdenové oceli 6 nebo superduplexní nerezové oceli 2507, protože tyto materiály mají vynikající odolnost vůči lokální korozi a praskání chloridy. Pro chladnější podnebí může být postačující trubka 316/316L, zejména pokud existuje 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 důlkové koroze. Měli by také nechat techniky údržby otevírat svorky během běžných kontrol, aby zkontrolovali štěrbinovou korozi.
Dodržováním výše uvedených kroků mohou majitelé a provozovatelé plošin snížit riziko koroze potrubí a souvisejících netěsností v mořském prostředí, zlepšit bezpečnost a efektivitu a snížit pravděpodobnost ztráty produktu nebo fugitivních emisí.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Časopis Journal of Petroleum Technology, vlajková loď časopisu Society of Petroleum Engineers, poskytuje autoritativní stručné informace a články o pokroku v technologii upstream, otázkách ropného a plynárenského průmyslu a novinky o SPE a jejích členech.