Vaatamata roostevabast terasest torude loomupärasele korrosioonikindlusele kogevad merekeskkonda paigaldatud roostevabast terasest torud oma eeldatava eluea jooksul erinevat tüüpi korrosiooni. See korrosioon võib põhjustada lenduvaid heitkoguseid, tootekadu ja võimalikke riske. Avamereplatvormide omanikud ja operaatorid saavad korrosiooniohtu vähendada, valides tugevamad torumaterjalid, mis pakuvad paremat korrosioonikindlust. Pärast seda peavad nad kemikaalide sissepritse, hüdraulika- ja impulssliinide ning protsessiinstrumentide ja andurite kontrollimisel olema valvsad, et tagada korrosioonioht paigaldatud torustiku terviklikkusele ega ohutusele.
Lokaliseeritud korrosiooni võib leida paljudel platvormidel, alustel, laevadel ja torustikel avamererajatistes. See korrosioon võib esineda punkt- või pragukorrosioonina, mis mõlemad võivad toru seina kahjustada ja põhjustada vedeliku lekkimist.
Korrosioonioht suureneb rakenduse töötemperatuuri tõustes. Kuumus võib kiirendada toru kaitsva välimise passiivse oksiidikihi hävimist, soodustades seeläbi punktkorrosiooni teket.
Kahjuks võib lokaliseeritud punkt- ja pragukorrosiooni olla raske tuvastada, mistõttu on seda tüüpi korrosiooni raskem tuvastada, ennustada ja projekteerimisel arvesse võtta. Neid riske arvestades peaksid platvormide omanikud, operaatorid ja volitatud isikud olema oma rakenduse jaoks parima torustikumaterjali valimisel ettevaatlikud. Materjali valik on nende esimene kaitseliin korrosiooni vastu, seega on õige valik oluline. Õnneks saavad nad valida väga lihtsa, kuid väga tõhusa lokaliseeritud korrosioonikindluse mõõtmise mõõdu, punktkorrosioonikindluse ekvivalentnumbri (PREN). Mida kõrgem on metalli PREN-väärtus, seda suurem on selle vastupidavus lokaliseeritud korrosioonile.
See artikkel annab ülevaate, kuidas tuvastada punkt- ja pragukorrosiooni ning kuidas optimeerida torumaterjali valikut avamere nafta- ja gaasirakenduste jaoks materjali PREN-väärtuse põhjal.
Lokaliseeritud korrosioon esineb väikestel aladel võrreldes üldise korrosiooniga, mis on metallpinnal ühtlasem. 316 roostevabast terasest torudel hakkavad punkt- ja pragukorrosioon tekkima siis, kui metalli välimine kroomirikas passiivoksiidi kile rebeneb kokkupuutel söövitavate vedelikega, sealhulgas soolase veega. Kloriidirikas avamere- ja maismaakeskkond, samuti kõrge temperatuur ja isegi toru pinna saastumine suurendavad selle passiivkihi lagunemise potentsiaali.
Punktkorrosioon. Punktkorrosioon tekib siis, kui torutükil olev passiivkiht hävib, moodustades toru pinnale väikesed õõnsused või süvendid. Sellised süvendid kasvavad tõenäoliselt elektrokeemiliste reaktsioonide käigus, põhjustades metallis oleva raua lahustumist süvendi põhjas olevasse lahusesse. Lahustunud raud difundeerub seejärel süvendi ülaossa ja oksüdeerub, moodustades raudoksiidi või rooste. Süvenedes elektrokeemilised reaktsioonid kiirenevad, korrosioon intensiivistub ja võib viia toru seina perforatsioonini ning lekete tekkeni.
Torud on punktkorrosioonile vastuvõtlikumad, kui nende välispind on saastunud (joonis 1). Näiteks keevitamise ja lihvimise käigus tekkiv saaste võib kahjustada toru passiivivat oksiidikihti, moodustades ja kiirendades seeläbi punktkorrosiooni. Sama kehtib ka torudest pärineva saastumise kohta. Lisaks, kui soolveetilgad aurustuvad, teevad torudele moodustunud märjad soolakristallid sama, et kaitsta oksiidikihti ja võivad põhjustada punktkorrosiooni. Selliste saasteainete vältimiseks hoidke torusid puhtana, loputades neid regulaarselt värske veega.
Joonis 1 – 316/316L roostevabast terasest toru, mis on saastunud happe, soolvee ja muude ladestistega, on punktkorrosioonile väga vastuvõtlik.
Pragukorrosioon. Enamasti saab operaator punktkorrosiooni kergesti tuvastada. Pragukorrosiooni pole aga lihtne tuvastada ja see kujutab endast suuremat ohtu operaatoritele ja personalile. Tavaliselt esineb see torudel, mille ümbritsevate materjalide vahel on kitsad vahed, näiteks klambritega kinnitatud torudel või tihedalt kõrvuti paigaldatud torudel. Kui soolvesi imbub pragusse, tekib aja jooksul selles piirkonnas keemiliselt agressiivne hapestatud raud(III)kloriidi (FeCl3) lahus, mis kiirendab pragukorrosiooni (joonis 2). Kuna praod ise suurendavad korrosiooniohtu, võib pragukorrosioon tekkida palju madalamatel temperatuuridel kui punktkorrosioon.
Joonis 2 – Toru ja torutoe vahele (ülemine osa) ning toru paigaldamisel teiste pindade lähedale (alumine osa) võib tekkida praokorrosioon, kuna praosse tekib keemiliselt agressiivne hapestatud raud(III)kloriidi lahus.
Pilukorrosioon simuleerib tavaliselt punktkorrosiooni esmalt toruosa ja toru tugiklambri vahel tekkinud praos. Kuid prao sees oleva vedeliku suureneva Fe++ kontsentratsiooni tõttu muutub esialgne kraater aina suuremaks, kuni see katab kogu prao. Lõppkokkuvõttes võib praokorrosioon toru läbistada.
Suurim korrosioonioht on kitsad praod. Seetõttu kujutavad toruklambrid, mis ümbritsevad suuremat osa toru ümbermõõdust, endast suuremat ohtu kui avatud klambrid, mis minimeerivad toru ja klambri vahelist kontaktpinda. Hooldustehnikud saavad aidata vähendada pragude korrosiooni tekitatava kahjustuse või rikke tõenäosust, avades klambreid regulaarselt ja kontrollides toru pinda korrosiooni suhtes.
Täpp- ja pragukorrosiooni saab kõige paremini vältida õige metallisulami valimisega. Spetsifikaatorite koostajad peaksid hoolikalt valima optimaalse torustiku materjali, et minimeerida korrosiooniohtu, lähtudes töökeskkonnast, protsessitingimustest ja muudest muutujatest.
Materjalivaliku optimeerimise hõlbustamiseks saavad spetsifikatsioonide koostajad võrrelda metallide PREN-väärtusi, et määrata nende vastupidavust lokaalsele korrosioonile. PREN-i saab arvutada sulami keemilise koostise, sealhulgas kroomi (Cr), molübdeeni (Mo) ja lämmastiku (N) sisalduse põhjal järgmiselt:
PREN suureneb koos sulamis sisalduvate korrosioonikindlate elementide kroomi, molübdeeni ja lämmastiku sisaldusega. PREN-i seos põhineb kriitilisel punktkorrosioonitemperatuuril (CPT) – madalaimal temperatuuril, mille juures punktkorrosiooni täheldatakse – erinevate roostevabade teraste keemilise koostise suhtes. Põhimõtteliselt on PREN proportsionaalne CPT-ga. Seega näitavad kõrgemad PREN-i väärtused suuremat punktkorrosioonikindlust. PREN-i väike suurenemine on samaväärne vaid väikese CPT suurenemisega võrreldes sulamiga, samas kui PREN-i suur suurenemine näitab jõudluse olulist paranemist oluliselt kõrgema CPT-ni.
Tabel 1 võrdleb avamere nafta- ja gaasirakendustes tavaliselt kasutatavate erinevate sulamite PREN-väärtusi. See näitab, kuidas spetsifikatsioon saab oluliselt parandada korrosioonikindlust, valides kõrgema klassi torusulami. PREN suureneb vaid veidi, kui minnakse üle 316 roostevabalt teraselt 317. Märkimisväärse jõudluse suurendamiseks on ideaalne kasutada 6 Mo superausteniitset roostevaba terast või 2507 superdupleks roostevaba terast.
Roostevaba terase suurem nikli (Ni) kontsentratsioon suurendab ka korrosioonikindlust. Roostevaba terase nikli sisaldus ei ole aga PREN-võrrandi osa. Igal juhul on sageli kasulik määrata roostevabad terased suurema nikli kontsentratsiooniga, kuna see element aitab repasiveerida pindu, millel on lokaalse korrosiooni tunnused. Nikkel stabiliseerib austeniiti ja hoiab ära martensiidi tekke 1/8 kõva toru painutamisel või külmtõmbamisel. Martensiit on metallides soovimatu kristalliline faas, mis vähendab roostevaba terase vastupidavust nii lokaalsele korrosioonile kui ka kloriidist põhjustatud pingepragunemisele. Kõrgem nikli sisaldus, vähemalt 12% 316/316L-s, on soovitav ka rakenduste jaoks, mis hõlmavad kõrgsurve gaasilist vesinikku. ASTM-standardi spetsifikatsioonis on 316/316L roostevaba terase minimaalne nikli kontsentratsioon 10%.
Lokaliseeritud korrosioon võib esineda kõikjal merekeskkonnas kasutatavatel torudel. Siiski on punktkorrosioon tõenäolisem juba saastunud piirkondades, samas kui pragukorrosioon on tõenäolisem piirkondades, kus toru ja kinnitusdetailide vahel on kitsad vahed. Kasutades PREN-i alusena, saab spetsifikatsiooni koostaja valida parima torusulami, et minimeerida igasuguse lokaliseeritud korrosiooni ohtu.
Siiski tuleb meeles pidada, et korrosiooniriski võivad mõjutada ka muud muutujad. Näiteks mõjutab temperatuur roostevaba terase punktkorrosioonikindlust. Kuuma merekeskkonna jaoks tuleks tõsiselt kaaluda 6 molübdeenist superausteniitse või 2507 superdupleks roostevabast terasest torusid, kuna neil materjalidel on suurepärane vastupidavus lokaalsele korrosioonile ja kloriidipõhistele pragudele. Jahedama kliima jaoks võib piisata 316/316L torudest, eriti kui on olemas eduka kasutamise ajalugu.
Avamereplatvormide omanikud ja operaatorid saavad pärast torude paigaldamist astuda samme korrosiooniohu minimeerimiseks. Nad peaksid torusid puhtana hoidma ja regulaarselt mageveega loputama, et vähendada punktkorrosiooni ohtu. Samuti peaksid nad laskma hooldustehnikutel tavapäraste kontrollide käigus toruklambreid avada, et kontrollida pragukorrosiooni olemasolu.
Järgides ülaltoodud samme, saavad platvormide omanikud ja operaatorid vähendada torude korrosiooni ja sellega seotud lekete ohtu merekeskkonnas, parandades ohutust ja tõhusust ning vähendades samal ajal tootekao või lenduvate heitkoguste tekkimise võimalust.
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 on Naftainseneriühingu lipulaevajakiri, mis pakub autoriteetseid lühiülevaateid ja lugusid uurimis- ja tootmistehnoloogia edusammude, nafta- ja gaasitööstuse teemade ning SPE ja selle liikmete uudiste kohta.