Παρά την εγγενή αντοχή στη διάβρωση των σωλήνων από ανοξείδωτο χάλυβα, οι σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα που εγκαθίστανται σε θαλάσσια περιβάλλοντα υπόκεινται σε διάφορους τύπους διάβρωσης κατά τη διάρκεια της αναμενόμενης διάρκειας ζωής τους.Αυτή η διάβρωση μπορεί να οδηγήσει σε ανεξέλεγκτες εκπομπές, απώλειες προϊόντων και πιθανούς κινδύνους.Οι ιδιοκτήτες και οι χειριστές υπεράκτιων πλατφορμών μπορούν να μειώσουν τον κίνδυνο διάβρωσης καθορίζοντας ισχυρότερα υλικά σωλήνων που παρέχουν καλύτερη αντοχή στη διάβρωση.Στη συνέχεια, πρέπει να παραμείνουν σε εγρήγορση κατά την επιθεώρηση των γραμμών έγχυσης χημικών, των υδραυλικών και παλμικών γραμμών και των οργάνων επεξεργασίας και των οργάνων για να διασφαλίσουν ότι η διάβρωση δεν απειλεί την ακεραιότητα των εγκατεστημένων σωληνώσεων ή δεν θέτει σε κίνδυνο την ασφάλεια.
Η τοπική διάβρωση μπορεί να βρεθεί σε πολλές πλατφόρμες, πλοία, πλοία και υπεράκτιους αγωγούς.Αυτή η διάβρωση μπορεί να έχει τη μορφή διάβρωσης με κοιλότητες ή ρωγμές, οι οποίες μπορεί να διαβρώσουν το τοίχωμα του σωλήνα και να προκαλέσουν απελευθέρωση υγρού.
Ο κίνδυνος διάβρωσης αυξάνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία λειτουργίας της εφαρμογής.Η θερμότητα μπορεί να επιταχύνει την αποικοδόμηση της προστατευτικής εξωτερικής μεμβράνης παθητικού οξειδίου του σωλήνα, προάγοντας έτσι τη δημιουργία κοιλοτήτων.
Δυστυχώς, η εντοπισμένη διάβρωση με κοιλότητες και ρωγμές είναι δύσκολο να ανιχνευθεί, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό, την πρόβλεψη και το σχεδιασμό αυτών των τύπων διάβρωσης.Δεδομένων αυτών των κινδύνων, οι ιδιοκτήτες πλατφόρμας, οι χειριστές και οι εντολοδόχοι πρέπει να είναι προσεκτικοί στην επιλογή του καλύτερου υλικού αγωγών για την εφαρμογή τους.Η επιλογή υλικού είναι η πρώτη γραμμή άμυνάς τους ενάντια στη διάβρωση, επομένως είναι πολύ σημαντικό να το κάνετε σωστά.Ευτυχώς, μπορούν να επιλέξουν ένα πολύ απλό αλλά πολύ αποτελεσματικό μέτρο τοπικής αντοχής στη διάβρωση, τον Ισοδύναμο Αριθμό Αντίστασης Διάτρησης (PREN).Όσο υψηλότερη είναι η τιμή PREN ενός μετάλλου, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή του στην τοπική διάβρωση.
Αυτό το άρθρο θα εξετάσει τον τρόπο αναγνώρισης της διάβρωσης με κοιλότητες και ρωγμές, καθώς και πώς να βελτιστοποιήσετε την επιλογή υλικού σωλήνων για εφαρμογές υπεράκτιων πετρελαίου και αερίου με βάση την τιμή PREN του υλικού.
Η τοπική διάβρωση εμφανίζεται σε μικρές περιοχές σε σύγκριση με τη γενική διάβρωση, η οποία είναι πιο ομοιόμορφη στην επιφάνεια του μετάλλου.Η διάβρωση με λακκούβες και ρωγμές αρχίζει να σχηματίζεται σε σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα 316 όταν η εξωτερική μεμβράνη παθητικού οξειδίου του μετάλλου πλούσια σε χρώμιο διασπάται λόγω έκθεσης σε διαβρωτικά υγρά, συμπεριλαμβανομένου του αλμυρού νερού.Τα θαλάσσια περιβάλλοντα πλούσια σε χλωρίδια, καθώς και οι υψηλές θερμοκρασίες, ακόμη και η μόλυνση της επιφάνειας του σωλήνα, αυξάνουν την πιθανότητα υποβάθμισης αυτού του φιλμ παθητικοποίησης.
pitting Η διάβρωση διάτρησης εμφανίζεται όταν το φιλμ παθητικοποίησης σε ένα τμήμα του σωλήνα διασπάται, σχηματίζοντας μικρές κοιλότητες ή κοιλώματα στην επιφάνεια του σωλήνα.Τέτοιοι λάκκοι είναι πιθανό να αναπτυχθούν καθώς προχωρούν ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, με αποτέλεσμα ο σίδηρος στο μέταλλο να διαλύεται σε διάλυμα στον πυθμένα του λάκκου.Ο διαλυμένος σίδηρος θα διαχυθεί στη συνέχεια στην κορυφή του λάκκου και θα οξειδωθεί για να σχηματίσει οξείδιο σιδήρου ή σκουριά.Καθώς το λάκκο βαθαίνει, οι ηλεκτροχημικές αντιδράσεις επιταχύνονται, η διάβρωση αυξάνεται, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε διάτρηση του τοιχώματος του σωλήνα και να οδηγήσει σε διαρροές.
Οι σωλήνες είναι πιο επιρρεπείς στο τρύπημα εάν η εξωτερική τους επιφάνεια είναι μολυσμένη (Εικόνα 1).Για παράδειγμα, οι προσμείξεις από τις εργασίες συγκόλλησης και λείανσης μπορούν να καταστρέψουν το στρώμα οξειδίου παθητικοποίησης του σωλήνα, σχηματίζοντας και επιταχύνοντας έτσι κοιλώματα.Το ίδιο ισχύει και για την απλή αντιμετώπιση της ρύπανσης από σωλήνες.Επιπλέον, καθώς τα σταγονίδια αλατιού εξατμίζονται, οι υγροί κρύσταλλοι αλατιού που σχηματίζονται στους σωλήνες προστατεύουν το στρώμα του οξειδίου και μπορεί να οδηγήσουν σε διάτρηση.Για να αποτρέψετε αυτούς τους τύπους μόλυνσης, διατηρήστε τους σωλήνες σας καθαρούς ξεπλένοντάς τους τακτικά με γλυκό νερό.
Σχήμα 1. Ο σωλήνας από ανοξείδωτο χάλυβα 316/316L που έχει μολυνθεί με οξέα, φυσιολογικό ορό και άλλα ιζήματα είναι πολύ ευαίσθητος σε σκασίματα.
διάβρωση σχισμής.Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο χειριστής μπορεί εύκολα να ανιχνεύσει το άνοιγμα.Ωστόσο, η διάβρωση των ρωγμών δεν είναι εύκολο να εντοπιστεί και ενέχει μεγαλύτερο κίνδυνο για τους χειριστές και το προσωπικό.Αυτό συμβαίνει συνήθως σε σωλήνες που έχουν στενά κενά μεταξύ των γύρω υλικών, όπως σωλήνες που συγκρατούνται στη θέση τους με σφιγκτήρες ή σωλήνες που είναι σφιχτά συσκευασμένοι ο ένας δίπλα στον άλλο.Όταν η άλμη εισχωρεί στη σχισμή, με την πάροδο του χρόνου, σχηματίζεται σε αυτήν την περιοχή ένα χημικά επιθετικό οξινισμένο διάλυμα χλωριούχου σιδήρου (FeCl3), το οποίο προκαλεί την επιτάχυνση της διάβρωσης της σχισμής (Εικ. 2).Δεδομένου ότι η ίδια η ρωγμή αυξάνει τον κίνδυνο διάβρωσης, η διάβρωση της σχισμής μπορεί να συμβεί σε θερμοκρασίες πολύ χαμηλότερες από τις ρωγμές.
Εικόνα 2 – Διάβρωση ρωγμών μπορεί να αναπτυχθεί μεταξύ του σωλήνα και του στηρίγματος του σωλήνα (πάνω) και όταν ο σωλήνας εγκατασταθεί κοντά σε άλλες επιφάνειες (κάτω) λόγω του σχηματισμού ενός χημικά επιθετικού οξινισμένου διαλύματος χλωριούχου σιδήρου στο διάκενο.
Η διάβρωση από ρωγμές συνήθως προσομοιώνει το άνοιγμα πρώτα στο διάκενο που σχηματίζεται μεταξύ του τμήματος του σωλήνα και του κολάρου στήριξης του σωλήνα.Ωστόσο, λόγω της αύξησης της συγκέντρωσης του Fe++ στο υγρό μέσα στο κάταγμα, η αρχική χοάνη γίνεται όλο και μεγαλύτερη μέχρι να καλύψει ολόκληρο το κάταγμα.Τελικά, η διάβρωση της ρωγμής μπορεί να οδηγήσει σε διάτρηση του σωλήνα.
Οι πυκνές ρωγμές αντιπροσωπεύουν τον μεγαλύτερο κίνδυνο διάβρωσης.Επομένως, οι σφιγκτήρες σωλήνων που περιβάλλουν ένα μεγαλύτερο τμήμα της περιφέρειας του σωλήνα τείνουν να είναι πιο επικίνδυνοι από τους ανοιχτούς σφιγκτήρες, οι οποίοι ελαχιστοποιούν την επιφάνεια επαφής μεταξύ σωλήνα και σφιγκτήρα.Οι τεχνικοί σέρβις μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση της πιθανότητας ζημιάς ή αστοχίας λόγω διάβρωσης από τη ρωγμή ανοίγοντας τακτικά τους σφιγκτήρες και ελέγχοντας την επιφάνεια του σωλήνα για διάβρωση.
Η διάβρωση με διάτρηση και ρωγμές μπορεί να αποφευχθεί επιλέγοντας το σωστό κράμα μετάλλων για την εφαρμογή.Οι προσδιοριστές πρέπει να επιδεικνύουν τη δέουσα επιμέλεια στην επιλογή του βέλτιστου υλικού σωληνώσεων για να ελαχιστοποιήσουν τον κίνδυνο διάβρωσης ανάλογα με το περιβάλλον της διαδικασίας, τις συνθήκες της διαδικασίας και άλλες μεταβλητές.
Για να βοηθήσουν τους προσδιοριστές να βελτιστοποιήσουν την επιλογή υλικού, μπορούν να συγκρίνουν τις τιμές PREN των μετάλλων για να προσδιορίσουν την αντοχή τους στην τοπική διάβρωση.Το PREN μπορεί να υπολογιστεί από τη χημεία του κράματος, συμπεριλαμβανομένης της περιεκτικότητάς του σε χρώμιο (Cr), μολυβδαίνιο (Mo) και άζωτο (Ν), ως εξής:
Το PREN αυξάνεται με την περιεκτικότητα του κράματος σε ανθεκτικά στη διάβρωση στοιχεία σε χρώμιο, μολυβδαίνιο και άζωτο.Η αναλογία PREN βασίζεται στην κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης (CPT) – τη χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει το άνοιγμα – για διάφορους ανοξείδωτους χάλυβες ανάλογα με τη χημική σύνθεση.Ουσιαστικά, το PREN είναι ανάλογο του CPT.Επομένως, υψηλότερες τιμές PREN υποδεικνύουν υψηλότερη αντίσταση στο άνοιγμα.Μια μικρή αύξηση στο PREN ισοδυναμεί μόνο με μια μικρή αύξηση του CPT σε σύγκριση με το κράμα, ενώ μια μεγάλη αύξηση του PREN υποδηλώνει σημαντική βελτίωση στην απόδοση σε σχέση με ένα σημαντικά υψηλότερο CPT.
Ο Πίνακας 1 συγκρίνει τις τιμές PREN για διάφορα κράματα που χρησιμοποιούνται συνήθως στην υπεράκτια βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου.Δείχνει πώς οι προδιαγραφές μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την αντοχή στη διάβρωση επιλέγοντας ένα κράμα σωλήνων υψηλότερης ποιότητας.Το PREN αυξάνεται ελαφρώς από 316 SS σε 317 SS.Το Super Austenitic 6 Mo SS ή το Super Duplex 2507 SS είναι ιδανικά για σημαντική αύξηση της απόδοσης.
Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις νικελίου (Ni) στον ανοξείδωτο χάλυβα αυξάνουν επίσης την αντοχή στη διάβρωση.Ωστόσο, η περιεκτικότητα σε νικέλιο του ανοξείδωτου χάλυβα δεν αποτελεί μέρος της εξίσωσης PREN.Σε κάθε περίπτωση, είναι συχνά πλεονεκτικό να επιλέγουμε ανοξείδωτους χάλυβες με υψηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο, καθώς αυτό το στοιχείο βοηθά στην επαναπαθητικοποίηση επιφανειών που παρουσιάζουν σημάδια τοπικής διάβρωσης.Το νικέλιο σταθεροποιεί τον ωστενίτη και αποτρέπει το σχηματισμό μαρτενσίτη κατά την κάμψη ή το κρύο τράβηγμα άκαμπτου σωλήνα 1/8.Ο μαρτενσίτης είναι μια ανεπιθύμητη κρυσταλλική φάση σε μέταλλα που μειώνει την αντίσταση του ανοξείδωτου χάλυβα στην τοπική διάβρωση καθώς και στη ρηγμάτωση που προκαλείται από το χλώριο.Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο τουλάχιστον 12% στον χάλυβα 316/316L είναι επίσης επιθυμητή για εφαρμογές αερίου υδρογόνου υψηλής πίεσης.Η ελάχιστη συγκέντρωση νικελίου που απαιτείται για τον ανοξείδωτο χάλυβα ASTM 316/316L είναι 10%.
Η τοπική διάβρωση μπορεί να συμβεί οπουδήποτε σε σωλήνες που χρησιμοποιούνται σε θαλάσσιο περιβάλλον.Ωστόσο, η διάβρωση είναι πιο πιθανό να συμβεί σε περιοχές που είναι ήδη μολυσμένες, ενώ η διάβρωση με ρωγμές είναι πιο πιθανό να συμβεί σε περιοχές με στενά κενά μεταξύ του σωλήνα και του εξοπλισμού εγκατάστασης.Χρησιμοποιώντας το PREN ως βάση, ο προσδιοριστής μπορεί να επιλέξει το καλύτερο κράμα σωλήνων για να ελαχιστοποιήσει τον κίνδυνο οποιουδήποτε είδους τοπικής διάβρωσης.
Ωστόσο, λάβετε υπόψη ότι υπάρχουν και άλλες μεταβλητές που μπορούν να επηρεάσουν τον κίνδυνο διάβρωσης.Για παράδειγμα, η θερμοκρασία επηρεάζει την αντίσταση του ανοξείδωτου χάλυβα στα σκασίματα.Για ζεστά θαλάσσια κλίματα, οι σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα σούπερ ωστενιτικού 6 μολυβδαινίου ή σούπερ διπλής όψης 2507 θα πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόψη, καθώς αυτά τα υλικά έχουν εξαιρετική αντοχή σε τοπική διάβρωση και ρωγμές με χλωριούχα.Για ψυχρότερα κλίματα, ένας σωλήνας 316/316L μπορεί να είναι αρκετός, ειδικά εάν υπάρχει ιστορικό επιτυχημένης χρήσης.
Οι ιδιοκτήτες και οι χειριστές υπεράκτιων πλατφορμών μπορούν επίσης να λάβουν μέτρα για να ελαχιστοποιήσουν τον κίνδυνο διάβρωσης μετά την εγκατάσταση του σωλήνα.Θα πρέπει να διατηρούν τους σωλήνες καθαρούς και να ξεπλένονται τακτικά με γλυκό νερό για να μειώσουν τον κίνδυνο δημιουργίας κοιλωμάτων.Θα πρέπει επίσης να έχουν τους τεχνικούς συντήρησης να ανοίγουν σφιγκτήρες σωλήνων κατά τη διάρκεια επιθεωρήσεων ρουτίνας για έλεγχο διάβρωσης από τις ρωγμές.
Ακολουθώντας τα παραπάνω βήματα, οι ιδιοκτήτες και οι χειριστές πλατφόρμας μπορούν να μειώσουν τον κίνδυνο διάβρωσης σωλήνων και σχετικών διαρροών στο θαλάσσιο περιβάλλον, να βελτιώσουν την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα και να μειώσουν την πιθανότητα απώλειας προϊόντος ή εκπομπών.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Το Journal of Petroleum Technology είναι το κορυφαίο περιοδικό του Society of Petroleum Engineers, το οποίο περιλαμβάνει έγκυρες περιλήψεις και άρθρα σχετικά με την πρόοδο της τεχνολογίας, τα θέματα της βιομηχανίας πετρελαίου και φυσικού αερίου και ειδήσεις για την SPE και τα μέλη της.