Vaatamata roostevabast terasest torudele omasele korrosioonikindlusele on merekeskkondadesse paigaldatud roostevabast terasest torud eeldatava kasutusea jooksul allutatud erinevat tüüpi korrosioonile.See korrosioon võib põhjustada lenduvaid heitmeid, tootekadusid ja võimalikke riske.Avamereplatvormide omanikud ja operaatorid saavad korrosiooniohtu vähendada, määrates kindlaks tugevamad torumaterjalid, mis tagavad parema korrosioonikindluse.Seejärel peavad nad olema valvsad kemikaalide sissepritsetorude, hüdraulika- ja impulssliinide ning protsesside ja mõõteriistade kontrollimisel, et tagada, et korrosioon ei ohustaks paigaldatud torustiku terviklikkust ega ohustaks ohutust.
Lokaalset korrosiooni võib leida paljudel platvormidel, laevadel, laevadel ja avamere torujuhtmetel.See korrosioon võib esineda täppide või pragude korrosiooni kujul, millest kumbki võib toru seina erodeerida ja põhjustada vedeliku eraldumist.
Korrosioonioht suureneb rakenduse töötemperatuuri tõustes.Kuumus võib kiirendada toru kaitsva välise passiivse oksiidkile lagunemist, soodustades seeläbi aukude tekkimist.
Kahjuks on lokaalset punkti- ja pragukorrosiooni raske tuvastada, mistõttu on seda tüüpi korrosiooni raske tuvastada, prognoosida ja kavandada.Arvestades neid riske, peavad platvormi omanikud, operaatorid ja määratud isikud olema ettevaatlikud, valides oma rakenduse jaoks parima torujuhtme materjali.Materjalivalik on nende esimene kaitseliin korrosiooni vastu, seega on selle õige valimine väga oluline.Õnneks saavad nad valida väga lihtsa, kuid väga tõhusa lokaalse korrosioonikindluse mõõtmise, PREN-i (Pitting Resistance Equivalent Number).Mida kõrgem on metalli PREN väärtus, seda suurem on selle vastupidavus lokaalsele korrosioonile.
Selles artiklis vaadeldakse, kuidas tuvastada punkt- ja lõhekorrosiooni ning kuidas optimeerida torumaterjalide valikut avamere nafta- ja gaasirakenduste jaoks, lähtudes materjali PREN-väärtusest.
Kohalik korrosioon esineb väikestes piirkondades võrreldes üldise korrosiooniga, mis on metalli pinnal ühtlasem.316 roostevabast terasest torudel hakkab tekkima täpp- ja pragukorrosioon, kui metalli välimine kroomirikas passiivne oksiidkile laguneb kokkupuutel söövitavate vedelikega, sealhulgas soolase veega.Kloriidirikkad merekeskkonnad, samuti kõrged temperatuurid ja torupinna ühtlane saastumine suurendavad selle passiveerimiskile lagunemise tõenäosust.
Punktkorrosioon Punktkorrosioon tekib siis, kui mõnel torulõigul olev passiveerimiskile laguneb, moodustades toru pinnale väikesed õõnsused või süvendid.Sellised süvendid kasvavad tõenäoliselt elektrokeemiliste reaktsioonide käigus, mille tulemusena lahustub metallis olev raud süvendi põhjas lahuses.Seejärel hajub lahustunud raud süvendi ülaossa ja oksüdeerub, moodustades raudoksiidi või rooste.Kaevu süvenedes kiirenevad elektrokeemilised reaktsioonid, suureneb korrosioon, mis võib põhjustada toruseina perforatsiooni ja lekkeid.
Torud on vastuvõtlikumad aukudele, kui nende välispind on saastunud (joonis 1).Näiteks võivad keevitus- ja lihvimistöödel tekkivad saasteained kahjustada toru passiveerimisoksiidi kihti, moodustades ja kiirendades seeläbi täppide tekkimist.Sama kehtib lihtsalt torudest pärineva reostusega tegelemise kohta.Lisaks kaitsevad soolapiiskade aurustumisel torudele tekkivad märjad soolakristallid oksiidikihti ja võivad põhjustada täppide moodustumist.Seda tüüpi saastumise vältimiseks hoidke oma torud puhtad, loputades neid regulaarselt värske veega.
Joonis 1. 316/316L roostevabast terasest toru, mis on saastunud happe, soolalahuse ja muude sadestistega, on väga vastuvõtlik aukude tekkele.
pragude korrosioon.Enamikul juhtudel saab operaator auke kergesti tuvastada.Kuid pragukorrosiooni ei ole lihtne tuvastada ja see kujutab suuremat ohtu operaatoritele ja personalile.Tavaliselt juhtub see torudel, millel on kitsad vahed ümbritsevate materjalide vahel, näiteks torud, mida hoitakse paigal klambritega või torud, mis on tihedalt üksteise kõrval.Kui soolvesi imbub pilusse, tekib selles piirkonnas aja jooksul keemiliselt agressiivne hapendatud raudkloriidi lahus (FeCl3), mis põhjustab pragude korrosiooni kiirenemist (joonis 2).Kuna pragu ise suurendab korrosiooniohtu, võib pragukorrosioon tekkida ka punktkorrosioonist palju madalamatel temperatuuridel.
Joonis 2 – Toru ja torutoe (ülemine) ja toru paigaldamisel teiste pindade lähedale (alumine) võib tekkida pragukorrosioon, kuna pilus tekib keemiliselt agressiivne hapendatud raudkloriidi lahus.
Lõhekorrosioon simuleerib tavaliselt toruosa ja toru tugikrae vahele moodustatud pilus esmalt täppide tekkimist.Kuid luumurru sees oleva vedeliku Fe++ kontsentratsiooni suurenemise tõttu muutub esialgne lehter aina suuremaks, kuni katab kogu luumurru.Lõppkokkuvõttes võib pragude korrosioon põhjustada toru perforatsiooni.
Tihedad praod kujutavad endast suurimat korrosiooniohtu.Seetõttu kipuvad toruklambrid, mis ümbritsevad suuremat osa toru ümbermõõdust, olema riskantsemad kui lahtised klambrid, mis minimeerivad toru ja klambri kontaktpinda.Hooldustehnikud võivad aidata vähendada pragude korrosioonikahjustuste või rikke tõenäosust, avades regulaarselt klambrid ja kontrollides toru pinda korrosiooni suhtes.
Punktide ja pragude korrosiooni saab vältida, kui valite rakenduse jaoks õige metallisulami.Spetsifikaatorid peavad optimaalse torustiku materjali valimisel rakendama hoolsust, et minimeerida korrosiooniohtu sõltuvalt protsessikeskkonnast, protsessi tingimustest ja muudest muutujatest.
Et aidata spetsifikaatoritel materjalivalikut optimeerida, saavad nad võrrelda metallide PREN väärtusi, et määrata kindlaks nende vastupidavus lokaalsele korrosioonile.PREN-i saab arvutada sulami keemia, sealhulgas selle kroomi (Cr), molübdeeni (Mo) ja lämmastiku (N) sisalduse järgi järgmiselt:
PREN suureneb koos kroomi, molübdeeni ja lämmastiku korrosioonikindlate elementide sisaldusega sulamis.PREN-i suhe põhineb erinevate roostevabade teraste keemilisest koostisest sõltuvalt kriitilisel punktide tekke temperatuuril (CPT) – madalaimal temperatuuril, mille juures punktide moodustumine toimub.Põhimõtteliselt on PREN proportsionaalne CPT-ga.Seetõttu näitavad kõrgemad PREN väärtused suuremat täppide tekitamise takistust.PREN-i väike tõus võrdub ainult CPT väikese tõusuga võrreldes sulamiga, samas kui PREN-i suur tõus näitab jõudluse olulist paranemist võrreldes oluliselt kõrgema CPT-ga.
Tabelis 1 võrreldakse PREN väärtusi erinevate avamere nafta- ja gaasitööstuses tavaliselt kasutatavate sulamite jaoks.See näitab, kuidas spetsifikatsioon võib oluliselt parandada korrosioonikindlust, valides kvaliteetsema torusulami.PREN suureneb veidi 316 SS-lt 317 SS-le.Super Austenitic 6 Mo SS või Super Duplex 2507 SS sobivad ideaalselt jõudluse oluliseks suurendamiseks.
Roostevaba terase kõrgem nikli (Ni) kontsentratsioon suurendab ka korrosioonikindlust.Roostevaba terase niklisisaldus ei kuulu aga PREN võrrandisse.Igal juhul on sageli kasulik valida suurema niklisisaldusega roostevaba teras, kuna see element aitab uuesti passiveerida pindu, millel on lokaalse korrosiooni tunnused.Nikkel stabiliseerib austeniiti ja takistab martensiidi teket 1/8 jäiga toru painutamisel või külmtõmbamisel.Martensiit on metallide ebasoovitav kristalne faas, mis vähendab roostevaba terase vastupidavust lokaalsele korrosioonile ja kloriidi poolt põhjustatud pingepragudele.Kõrgsurvega vesinikgaasi rakenduste puhul on soovitav ka kõrgem niklisisaldus, vähemalt 12% 316/316L terases.ASTM 316/316L roostevaba terase minimaalne nõutav nikli kontsentratsioon on 10%.
Kohalik korrosioon võib tekkida kõikjal merekeskkonnas kasutatavates torudes.Siiski on süvendite teke tõenäolisem juba saastunud piirkondades, samas kui pragukorrosioon on tõenäolisem piirkondades, kus toru ja paigaldusseadmete vahel on kitsad vahed.Kasutades PREN-i alusena, saab spetsifikaator valida parima torusulami, et minimeerida igasuguse lokaalse korrosiooni ohtu.
Kuid pidage meeles, et on ka teisi muutujaid, mis võivad korrosiooniohtu mõjutada.Näiteks mõjutab temperatuur roostevaba terase vastupidavust täppide tekkele.Kuuma merekliima puhul tuleks tõsiselt kaaluda superausteniitsest 6-molübdeenterasest või superdupleks-2507 roostevabast terasest torusid, kuna need materjalid on suurepäraselt vastupidavad lokaalsele korrosioonile ja kloriidpragudele.Jahedama kliima jaoks võib piisata 316/316L torust, eriti kui seda on varem edukalt kasutatud.
Avamereplatvormide omanikud ja operaatorid saavad ka pärast torude paigaldamist võtta meetmeid korrosiooniriski minimeerimiseks.Nad peaksid hoidma torud puhtad ja neid regulaarselt värske veega loputama, et vähendada aukude tekke ohtu.Samuti peaksid hooldustehnikud rutiinse kontrolli käigus avama toruklambrid, et kontrollida pragude korrosiooni.
Järgides ülaltoodud samme, saavad platvormi omanikud ja operaatorid vähendada torude korrosiooni ja sellega seotud lekete ohtu merekeskkonnas, parandada ohutust ja tõhusust ning vähendada toote kadumise või lenduvate heitmete võimalust.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
The Journal of Petroleum Technology on naftainseneride ühingu juhtiv ajakiri, mis sisaldab autoriteetseid kokkuvõtteid ja artikleid tehnoloogia arengu, nafta- ja gaasitööstuse probleemide kohta ning uudiseid SPE ja selle liikmete kohta.