Trods den iboende korrosionsbestandighed i rustfrit stålrør er rustfrit stålrør, der installeres i marine miljøer, udsat for forskellige typer korrosion i løbet af deres forventede levetid. Denne korrosion kan føre til flygtige emissioner, produkttab og potentielle risici. Ejere og operatører af offshore platforme kan reducere risikoen for korrosion ved at specificere stærkere rørmaterialer, der giver bedre korrosionsbestandighed. Bagefter skal de forblive årvågne, når de inspicerer kemisk injektion, hydrauliske og impulsledninger samt procesinstrumentering og sensorudstyr for at sikre, at korrosion ikke truer integriteten af ​​de installerede rør og kompromitterer sikkerheden.
Lokal korrosion kan findes på mange platforme, fartøjer, skibe og rør i offshoreinstallationer. Denne korrosion kan være i form af grubetæring eller spaltekorrosion, som begge kan erodere rørvæggen og forårsage væskefrigivelse.
Risikoen for korrosion er større, når driftstemperaturen for applikationen stiger. Varme kan fremskynde ødelæggelsen af ​​rørets beskyttende ydre passive oxidfilm og derved fremme dannelsen af ​​grubetæring.
Desværre kan lokaliseret grubetæring og spaltekorrosion være vanskelig at opdage, hvilket gør disse typer korrosion vanskeligere at identificere, forudsige og designe for. I betragtning af disse risici bør platformsejere, operatører og designede personer udvise forsigtighed, når de vælger det bedste rørmateriale til deres anvendelse. Materialevalg er deres første forsvarslinje mod korrosion, så det er vigtigt at gøre det rigtigt. Heldigvis kan de vælge ved hjælp af et meget simpelt, men meget effektivt mål for lokaliseret korrosionsbestandighed, Pitting Resistance Equivalent Number (PREN). Jo højere PREN-værdien af ​​et metal er, desto højere er dets modstandsdygtighed over for lokaliseret korrosion.
Denne artikel vil gennemgå, hvordan man identificerer grubetæring og spaltekorrosion, og hvordan man optimerer valget af rørmateriale til offshore olie- og gasapplikationer baseret på materialets PREN-værdi.
Lokal korrosion forekommer i små områder sammenlignet med generel korrosion, som er mere ensartet på metaloverfladen. Grubetæring og spaltekorrosion begynder at dannes på 316 rustfri stålrør, når metallets ydre kromrige passive oxidfilm brister på grund af eksponering for ætsende væsker, herunder saltvand. Kloridrige offshore- og onshore-havmiljøer, såvel som høje temperaturer og endda forurening af røroverfladen, øger potentialet for nedbrydning af denne passiveringsfilm.
Grubetæring. Grubetæring opstår, når passiveringsfilmen på et rørstykke ødelægges, hvilket danner små hulrum eller fordybninger på rørets overflade. Sådanne fordybninger vil sandsynligvis vokse, efterhånden som elektrokemiske reaktioner finder sted, hvilket får jernet i metallet til at opløses i opløsningen i bunden af ​​fordybningen. Det opløste jern vil derefter diffundere mod toppen af ​​fordybningen og oxidere for at danne jernoxid eller rust. Efterhånden som fordybningen bliver dybere, accelererer de elektrokemiske reaktioner, korrosionen intensiveres og kan føre til perforering af rørvæggen og lækager.
Rør er mere modtagelige for grubetæring, når deres ydre overflade er forurenet (figur 1). For eksempel kan forurening fra svejsning og slibning beskadige rørets passiverende oxidlag og derved danne og accelerere grubetæring. Det samme gælder for håndtering af forurening fra rør. Derudover beskytter våde saltkrystaller, der dannes på rørene, oxidlaget, når saltlagedråberne fordamper, og kan føre til grubetæring. For at forhindre disse typer forurening skal du holde dine rør rene ved regelmæssigt at skylle dem med ferskvand.
Figur 1 – 316/316L rustfrit stålrør forurenet med syre, saltlage og andre aflejringer er meget modtageligt for grubetæring.
spaltekorrosion. I de fleste tilfælde kan punktkorrosion let identificeres af operatøren. Spaltekorrosion er dog ikke let at opdage og udgør en større risiko for operatører og personale. Det forekommer normalt på rør med trange mellemrum mellem de omgivende materialer, såsom rør, der holdes på plads med klemmer eller rør, der er tæt installeret side om side. Når saltlage siver ind i spalten, dannes en kemisk aggressiv forsuret jernchloridopløsning (FeCl3) i området over tid, hvilket får spaltekorrosionen til at accelerere (Figur 2). Fordi spalter i sig selv øger risikoen for korrosion, kan spaltekorrosion forekomme ved temperaturer, der er meget lavere end punktkorrosion.
Figur 2 – Spaltekorrosion kan udvikle sig mellem røret og rørstøtten (øverst) og når røret installeres tæt på andre overflader (nederst) på grund af dannelsen af ​​en kemisk aggressiv, forsuret jernchloridopløsning i spalten.
Spaltekorrosion simulerer normalt først grubetæring i den sprække, der dannes mellem et rørstykke og rørstøtteklemmen. På grund af den stigende Fe++-koncentration i væsken i bruddet bliver det oprindelige krater dog større og større, indtil det dækker hele bruddet. I sidste ende kan spaltekorrosion perforere røret.
Tætte revner er den største risiko for korrosion. Derfor har rørklemmer, der vikles rundt om det meste af rørets omkreds, en tendens til at udgøre en større risiko end åbne klemmer, som minimerer kontaktfladen mellem røret og klemmen. Vedligeholdelsesteknikere kan hjælpe med at reducere sandsynligheden for, at spaltekorrosion forårsager skade eller svigt, ved regelmæssigt at åbne klemmerne og inspicere rørets overflade for korrosion.
Grubetæring og spaltekorrosion kan bedst forebygges ved at vælge den rigtige metallegering til anvendelsen. Specifikationsudstedere bør udvise omhu for at vælge det optimale rørmateriale for at minimere risikoen for korrosion baseret på driftsmiljø, procesforhold og andre variabler.
For at hjælpe specificeringsansvarlige med at optimere materialevalget kan de sammenligne metallers PREN-værdier for at bestemme deres modstandsdygtighed over for lokal korrosion. PREN kan beregnes ud fra legeringens kemiske sammensætning, herunder dens indhold af krom (Cr), molybdæn (Mo) og nitrogen (N), som følger:
PREN stiger med indholdet af de korrosionsbestandige elementer krom, molybdæn og nitrogen i legeringen. PREN-forholdet er baseret på den kritiske grubetæringstemperatur (CPT) – den laveste temperatur, hvor der observeres grubetæring – for forskellige rustfrie ståltyper i forhold til den kemiske sammensætning. I bund og grund er PREN proportional med CPT. Derfor indikerer højere PREN-værdier højere grubetæringsmodstand. En lille stigning i PREN svarer kun til en lille stigning i CPT sammenlignet med legeringen, hvorimod en stor stigning i PREN indikerer en betydelig forbedring i ydeevnen ved en betydeligt højere CPT.
Tabel 1 sammenligner PREN-værdierne for forskellige legeringer, der almindeligvis anvendes i offshore olie- og gasapplikationer. Den viser, hvordan specifikationen kan forbedre korrosionsbestandigheden betydeligt ved at vælge en rørlegering af højere kvalitet. PREN stiger kun en smule ved overgang fra 316 til 317 rustfrit stål. For en betydelig ydelsesforøgelse anvendes ideelt set 6 Mo super austenitisk rustfrit stål eller 2507 super duplex rustfrit stål.
Højere koncentrationer af nikkel (Ni) i rustfrit stål forbedrer også korrosionsbestandigheden. Nikkelindholdet i rustfrit stål er dog ikke en del af PREN-ligningen. Under alle omstændigheder er det ofte fordelagtigt at specificere rustfrit stål med højere nikkelkoncentrationer, da dette element hjælper med at repassivere overflader, der viser tegn på lokal korrosion. Nikkel stabiliserer austenit og forhindrer dannelse af martensit ved bøjning eller koldtrækning af 1/8 hårde rør. Martensit er en uønsket krystallinsk fase i metaller, der reducerer rustfrit ståls modstandsdygtighed over for lokal korrosion samt kloridinduceret spændingsrevnedannelse. Et højere nikkelindhold på mindst 12% i 316/316L er også ønskeligt til applikationer, der involverer gasformig hydrogen under højt tryk. Den minimale nikkelkoncentration, der kræves for 316/316L rustfrit stål i ASTM-standardspecifikationen, er 10%.
Lokal korrosion kan forekomme overalt på rør, der anvendes i marine miljøer. Grubetæring er dog mere tilbøjelig til at forekomme i områder, der allerede er forurenede, mens spaltekorrosion er mere tilbøjelig til at forekomme i områder med smalle mellemrum mellem røret og monteringsbeslagene. Ved at bruge PREN som grundlag kan specificatoren vælge den bedste rørlegering for at minimere risikoen for enhver form for lokal korrosion.
Husk dog på, at der er andre variabler, der kan påvirke korrosionsrisikoen. For eksempel påvirker temperaturen modstandsdygtigheden over for grubetæring i rustfrit stål. Til varme marine klimaer bør 6-molybdæn superaustenitisk eller 2507 superduplex rustfrit stålrør overvejes alvorligt, da disse materialer har fremragende modstandsdygtighed over for lokal korrosion og kloridspændingsrevnedannelse. Til køligere klimaer kan 316/316L-rør være tilstrækkeligt, især hvis der er etableret en historik med vellykket brug.
Ejere og operatører af offshore platforme kan også tage skridt til at minimere risikoen for korrosion, efter at rørene er installeret. De bør holde rørene rene og skylle dem regelmæssigt med ferskvand for at reducere risikoen for grubetæring. De bør også få vedligeholdelsesteknikere til at åbne rørklemmer under rutinemæssige inspektioner for at se efter tilstedeværelsen af ​​spaltekorrosion.
Ved at følge ovenstående trin kan platformsejere og -operatører reducere risikoen for rørkorrosion og relaterede lækager i marine miljøer, hvilket forbedrer sikkerhed og effektivitet, samtidig med at risikoen for produkttab eller udledning af flygtige emissioner reduceres.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology er flagskibsmagasinet for Society of Petroleum Engineers, der leverer autoritative briefinger og artikler om fremskridt inden for efterforsknings- og produktionsteknologi, problemstillinger inden for olie- og gasindustrien samt nyheder om SPE og dets medlemmer.