Navzdory přirozené odolnosti nerezových trubek vůči korozi jsou trubky z nerezové oceli instalované v mořském prostředí během očekávané životnosti vystaveny různým typům koroze.Tato koroze může vést k fugitivním emisím, ztrátám produktu a potenciálním rizikům.Majitelé a provozovatelé pobřežních plošin mohou snížit riziko koroze specifikací pevnějších materiálů potrubí, které poskytují lepší odolnost proti korozi.Poté musí zůstat ostražití při inspekci potrubí chemického vstřikování, hydraulického a impulzního potrubí a procesní instrumentace a přístrojového vybavení, aby bylo zajištěno, že koroze neohrozí integritu instalovaného potrubí nebo neohrozí bezpečnost.
Lokalizovanou korozi lze nalézt na mnoha plošinách, lodích, lodích a pobřežních potrubích.Tato koroze může být ve formě důlkové nebo štěrbinové koroze, z nichž obě mohou erodovat stěnu potrubí a způsobit uvolnění kapaliny.
Riziko koroze se zvyšuje se zvyšující se provozní teplotou aplikace.Teplo může urychlit degradaci ochranného vnějšího pasivního oxidového filmu trubice, a tím podpořit důlkovou korozi.
Lokalizovanou důlkovou a štěrbinovou korozi je bohužel obtížné odhalit, což ztěžuje identifikaci, předvídání a návrh těchto typů koroze.Vzhledem k těmto rizikům musí majitelé, provozovatelé a zmocněnci platforem postupovat opatrně při výběru nejlepšího potrubního materiálu pro jejich aplikaci.Výběr materiálu je jejich první obrannou linií proti korozi, takže jeho správné provedení je velmi důležité.Naštěstí si mohou vybrat velmi jednoduché, ale velmi účinné měření lokalizované odolnosti proti korozi, tzv. Pitting Resistance Equivalent Number (PREN).Čím vyšší je hodnota PREN kovu, tím vyšší je jeho odolnost vůči lokální korozi.
Tento článek se bude zabývat tím, jak identifikovat důlkovou a štěrbinovou korozi, a také jak optimalizovat výběr materiálu potrubí pro aplikace ropy a zemního plynu na moři na základě hodnoty materiálu PREN.
Lokalizovaná koroze se vyskytuje na malých plochách ve srovnání s obecnou korozí, která je rovnoměrnější po povrchu kovu.Důlková a štěrbinová koroze se začnou tvořit na trubkách z nerezové oceli 316, když se vnější vrstva pasivního oxidu kovu bohatá na chrom rozbije v důsledku vystavení korozivním kapalinám, včetně slané vody.Mořské prostředí bohaté na chloridy, stejně jako vysoké teploty a dokonce i kontaminace povrchu hadičky zvyšují pravděpodobnost degradace tohoto pasivačního filmu.
důlková koroze Důlková koroze nastává, když se pasivační film na části trubky rozpadne a na povrchu trubky se vytvoří malé dutiny nebo důlky.Takové důlky pravděpodobně porostou, jak postupují elektrochemické reakce, v důsledku čehož se železo v kovu rozpouští v roztoku na dně důlku.Rozpuštěné železo pak difunduje do horní části jámy a oxiduje za vzniku oxidu železa nebo rzi.Jak se jáma prohlubuje, elektrochemické reakce se zrychlují, koroze se zvyšuje, což může vést k perforaci stěny potrubí a vést k netěsnostem.
Zkumavky jsou náchylnější k důlkové korozi, pokud je jejich vnější povrch kontaminován (obrázek 1).Například nečistoty ze svařování a broušení mohou poškodit pasivační oxidovou vrstvu trubky, a tím vytvářet a urychlovat důlkovou korozi.Totéž platí pro jednoduché řešení znečištění z potrubí.Kromě toho, jak se kapky soli odpařují, vlhké krystaly soli, které se tvoří na potrubí, chrání vrstvu oxidu a mohou vést k důlkové korozi.Abyste předešli těmto typům kontaminace, udržujte potrubí čisté a pravidelně je proplachujte čerstvou vodou.
Obrázek 1. Potrubí z nerezové oceli 316/316L znečištěné kyselinou, fyziologickým roztokem a jinými usazeninami je vysoce náchylné k důlkové korozi.
štěrbinová koroze.Ve většině případů může obsluha snadno detekovat důlkovou korozi.Štěrbinovou korozi však není snadné odhalit a představuje větší riziko pro obsluhu a personál.K tomu obvykle dochází u trubek, které mají úzké mezery mezi okolními materiály, jako jsou trubky držené na místě pomocí svorek nebo trubky, které jsou těsně utěsněny vedle sebe.Při prosakování solanky do štěrbiny se časem v této oblasti vytvoří chemicky agresivní okyselený roztok chloridu železitého (FeCl3), který způsobí urychlení štěrbinové koroze (obr. 2).Protože štěrbina sama o sobě zvyšuje riziko koroze, může štěrbinová koroze nastat při teplotách mnohem nižších než důlková koroze.
Obrázek 2 – Štěrbinová koroze se může vyvinout mezi trubkou a podpěrou trubky (nahoře) a když je trubka instalována blízko jiných povrchů (dole) v důsledku tvorby chemicky agresivního okyseleného roztoku chloridu železitého v mezeře.
Štěrbinová koroze obvykle nejprve simuluje důlkovou korozi v mezeře vytvořené mezi trubkovou částí a nosným límcem trubky.V důsledku zvýšení koncentrace Fe++ v tekutině uvnitř zlomeniny se však počáteční nálevka zvětšuje a zvětšuje, až pokryje celou zlomeninu.V konečném důsledku může štěrbinová koroze vést k perforaci trubky.
Největší riziko koroze představují husté trhliny.Objímky na trubky, které obepínají větší část obvodu trubky, bývají proto riskantnější než objímky otevřené, které minimalizují kontaktní plochu mezi trubkou a objímkou.Servisní technici mohou pomoci snížit riziko poškození nebo selhání štěrbinové koroze tím, že budou pravidelně otevírat svorky a kontrolovat povrch potrubí, zda není zkorodovaný.
Důlkové a štěrbinové korozi lze předejít výběrem správné kovové slitiny pro danou aplikaci.Specifikátoři musí věnovat náležitou pozornost výběru optimálního potrubního materiálu, aby se minimalizovalo riziko koroze v závislosti na procesním prostředí, podmínkách procesu a dalších proměnných.
Aby mohli specifikátoři optimalizovat výběr materiálu, mohou porovnávat hodnoty PREN kovů a určit jejich odolnost vůči lokalizované korozi.PREN lze vypočítat z chemického složení slitiny, včetně obsahu chrómu (Cr), molybdenu (Mo) a dusíku (N), následovně:
PREN se zvyšuje s obsahem korozivzdorných prvků chrómu, molybdenu a dusíku ve slitině.Poměr PREN je založen na kritické bodové teplotě (CPT) – nejnižší teplotě, při které dochází k důlkové korozi – pro různé nerezové oceli v závislosti na chemickém složení.PREN je v podstatě úměrná CPT.Vyšší hodnoty PREN tedy znamenají vyšší odolnost proti pittingu.Malé zvýšení PREN je ekvivalentní pouze malému zvýšení CPT ve srovnání se slitinou, zatímco velké zvýšení PREN ukazuje na výrazné zlepšení výkonu oproti výrazně vyššímu CPT.
Tabulka 1 porovnává hodnoty PREN pro různé slitiny běžně používané v ropném a plynárenském průmyslu na moři.Ukazuje, jak může specifikace výrazně zlepšit odolnost proti korozi výběrem kvalitnější slitiny trubek.PREN se mírně zvyšuje z 316 SS na 317 SS.Super Austenitic 6 Mo SS nebo Super Duplex 2507 SS jsou ideální pro výrazné zvýšení výkonu.
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 lokalizované koroze.Nikl stabilizuje austenit a zabraňuje tvorbě martenzitu při ohýbání nebo tažení za studena 1/8 tuhé trubky.Martenzit je nežádoucí krystalická fáze v kovech, která snižuje odolnost nerezové oceli vůči lokální korozi a také chloridům vyvolanému praskání napětím.Vyšší obsah niklu alespoň 12 % v oceli 316/316L je také žádoucí pro vysokotlaké aplikace plynného vodíku.Minimální koncentrace niklu požadovaná pro nerezovou ocel ASTM 316/316L je 10 %.
Lokalizovaná koroze se může vyskytnout kdekoli na trubkách používaných v mořském prostředí.Důlková koroze se však pravděpodobněji vyskytuje v oblastech, které jsou již kontaminované, zatímco štěrbinová koroze se pravděpodobněji vyskytuje v oblastech s úzkými mezerami mezi potrubím a instalačním zařízením.S použitím PREN jako základu může specifikátor vybrat nejlepší slitinu potrubí, aby se minimalizovalo riziko jakéhokoli druhu lokalizované koroze.
Mějte však na paměti, že existují další proměnné, které mohou ovlivnit riziko koroze.Například teplota ovlivňuje odolnost nerezové oceli vůči důlkové korozi.Pro horké přímořské klima by se mělo vážně uvažovat o superaustenitické 6-molybdenové oceli nebo superduplexní nerezové oceli 2507, protože tyto materiály mají vynikající odolnost vůči lokální korozi a chloridovému praskání.Pro chladnější klima může být dostačující potrubí 316/316L, zvláště pokud existuje historie úspěšného používání.
Majitelé a provozovatelé pobřežních plošin mohou také podniknout kroky k minimalizaci rizika koroze po instalaci potrubí.Měli by udržovat potrubí čisté a pravidelně proplachovat čerstvou vodou, aby se snížilo riziko vzniku důlků.Měli by také nechat technikům údržby otevřít svorky potrubí během rutinních kontrol, aby zkontrolovali štěrbinovou korozi.
Dodržením výše uvedených kroků mohou majitelé a provozovatelé platforem snížit riziko koroze potrubí a souvisejících netěsností v mořském prostředí, zlepšit bezpečnost a účinnost a snížit možnost 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.
Journal of Petroleum Technology je přední časopis Společnosti ropných inženýrů, který obsahuje autoritativní shrnutí a články o pokroku v upstream technologii, otázkách ropného a plynárenského průmyslu a zprávy o SPE a jejích členech.