Ruostumattomasta teräksestä valmistettujen putkien luontaisesta korroosionkestävyydestä huolimatta meriympäristöön asennetut ruostumattomasta teräksestä valmistetut putket altistuvat erityyppiselle korroosiolle odotetun käyttöikänsä aikana. Tämä korroosio voi johtaa hajapäästöihin, tuotehävikkiin ja mahdollisiin riskeihin. Offshore-lauttojen omistajat ja käyttäjät voivat vähentää korroosioriskiä valitsemalla vahvempia putkimateriaaleja, jotka tarjoavat paremman korroosionkestävyyden. Jälkeenpäin heidän on oltava valppaina tarkastaessaan kemikaalien ruiskutusta, hydrauliikka- ja impulssilinjoja sekä prosessilaitteita ja anturilaitteita varmistaakseen, ettei korroosio uhkaa asennettujen putkien eheyttä eikä vaaranna turvallisuutta.
Paikallista korroosiota voi esiintyä monilla lautoilla, aluksissa, laivoissa ja putkistoissa offshore-asennuksissa. Tämä korroosio voi olla piste- tai rakokorroosiota, joista kumpikin voi syövyttää putken seinämää ja aiheuttaa nesteen vapautumista.
Korroosioriski kasvaa sovelluksen käyttölämpötilan noustessa. Lämpö voi kiihdyttää putken suojaavan ulkoisen passiivisen oksidikalvon tuhoutumista ja edistää siten pistekorroosion muodostumista.
Valitettavasti paikallista piste- ja rakokorroosiota voi olla vaikea havaita, mikä tekee tällaisten korroosiotyyppien tunnistamisesta, ennustamisesta ja suunnittelusta vaikeampaa. Näiden riskien vuoksi putkiston omistajien, käyttäjien ja suunnittelijoiden tulisi noudattaa varovaisuutta valitessaan parasta putkimateriaalia sovellukseensa. Materiaalivalinta on heidän ensimmäinen puolustuslinjansa korroosiota vastaan, joten oikein valitseminen on tärkeää. Onneksi he voivat valita käyttämällä hyvin yksinkertaista mutta erittäin tehokasta paikallisen korroosionkestävyyden mittaria, pistekorroosionkestävyyden ekvivalenttilukua (PREN). Mitä korkeampi metallin PREN-arvo on, sitä parempi on sen kestävyys paikalliselle korroosiolle.
Tässä artikkelissa tarkastellaan, miten piste- ja rakokorroosio tunnistetaan ja miten putkimateriaalin valinta optimoidaan offshore-öljy- ja kaasusovelluksissa materiaalin PREN-arvon perusteella.
Paikallista korroosiota esiintyy pienillä alueilla verrattuna yleiseen korroosioon, joka on tasaisempaa metallin pinnalla. Piste- ja rakokorroosiota alkaa muodostua 316-ruostumattomasta teräksestä valmistettuihin putkiin, kun metallin ulompi kromirikas passiivinen oksidikalvo repeää altistuessaan syövyttäville nesteille, mukaan lukien suolavesi. Kloridipitoiset offshore- ja onshore-meriympäristöt sekä korkeat lämpötilat ja jopa putkipinnan saastuminen lisäävät tämän passivointikalvon hajoamisriskiä.
Pistekorroosio. Pistekorroosio tapahtuu, kun putken pätkän passivointikalvo tuhoutuu, jolloin putken pinnalle muodostuu pieniä onteloita tai kuoppia. Tällaiset kuopat todennäköisesti kasvavat sähkökemiallisten reaktioiden tapahtuessa, jolloin metallin rauta liukenee kuopan pohjalla olevaan liuokseen. Liuennut rauta diffundoituu sitten kuopan yläosaa kohti ja hapettuu muodostaen rautaoksidia tai ruostetta. Kuopan syventyessä sähkökemialliset reaktiot kiihtyvät, korroosio voimistuu ja voi johtaa putken seinämän puhkeamiseen ja vuotoihin.
Putket ovat alttiimpia pistekorroosiolle, kun niiden ulkopinta on likaantunut (kuva 1). Esimerkiksi hitsaus- ja hiontatoimenpiteistä johtuva likaantuminen voi vahingoittaa putken passivoivaa oksidikerrosta, muodostaen ja kiihdyttäen pistekorroosiota. Sama pätee yksinkertaisesti putkista peräisin olevan likaantumisen käsittelyyn. Lisäksi kun suolavesipisarat haihtuvat, putkiin muodostuvat märät suolakiteet tekevät samoin suojaten oksidikerrosta ja voivat johtaa pistekorroosioon. Tällaisten likaantumisten estämiseksi pidä putket puhtaina huuhtelemalla ne säännöllisesti makealla vedellä.
Kuva 1 – Hapolla, suolaliuoksella ja muilla kerrostumilla saastunut 316/316L ruostumattomasta teräksestä valmistettu putki on erittäin altis pistekorroosiolle.
rakokorroosio. Useimmissa tapauksissa käyttäjä voi helposti tunnistaa pistekorroosion. Rakokorroosiota ei kuitenkaan ole helppo havaita, ja se aiheuttaa suuremman riskin käyttäjille ja henkilöstölle. Sitä esiintyy yleensä putkissa, joissa on ahtaita rakoja ympäröivien materiaalien välissä, kuten putkissa, jotka on kiinnitetty paikoilleen klipseillä, tai putkissa, jotka on asennettu tiiviisti vierekkäin. Kun suolaliuosta pääsee rakoon, alueelle muodostuu ajan myötä kemiallisesti aggressiivinen happama rautakloridiliuos (FeCl3), joka kiihdyttää rakokorroosiota (kuva 2). Koska raot itsessään lisäävät korroosioriskiä, ​​rakokorroosiota voi esiintyä paljon alhaisemmissa lämpötiloissa kuin pistekorroosio.
Kuva 2 – Putken ja putkituen väliin (ylhäällä) ja putken lähelle muita pintoja (alhaalla) voi kehittyä rakokorroosiota kemiallisesti aggressiivisen, happaman rautakloridiliuoksen muodostumisen vuoksi rakoon.
Rakokorroosio simuloi yleensä pistekorroosiota ensin putken pätkän ja putken tukikiinnikkeen väliin muodostuvassa raossa. Kuitenkin murtuman sisällä olevan nesteen kasvavan Fe++-pitoisuuden vuoksi alkuperäinen kraatteri kasvaa ja kasvaa, kunnes se peittää koko murtuman. Lopulta rakokorroosio voi lävistää putken.
Tiukat halkeamat ovat suurin korroosioriski. Siksi putken ympärysmitan ympärille kiertävät putkikiinnikkeet aiheuttavat yleensä suuremman riskin kuin avoimet kiinnikkeet, jotka minimoivat putken ja kiinnikkeen välisen kosketuspinnan. Huoltoteknikot voivat auttaa vähentämään rakokorroosion aiheuttamien vaurioiden tai vikojen todennäköisyyttä avaamalla kiinnikkeet säännöllisesti ja tarkastamalla putken pinnan korroosion varalta.
Piste- ja rakokorroosiota voidaan parhaiten estää valitsemalla sovellukseen oikea metalliseos. Suunnittelijoiden on noudatettava asianmukaista huolellisuutta valitessaan optimaalisen putkimateriaalin korroosioriskin minimoimiseksi käyttöympäristön, prosessiolosuhteiden ja muiden muuttujien perusteella.
Materiaalivalinnan optimoimiseksi spesifikaattorit voivat vertailla metallien PREN-arvoja määrittääkseen niiden kestävyyden paikalliselle korroosiolle. PREN voidaan laskea seoksen kemiallisesta koostumuksesta, mukaan lukien sen kromi- (Cr), molybdeeni- (Mo) ja typpipitoisuus, seuraavasti:
PREN-arvo kasvaa seoksen korroosionkestävien alkuaineiden, kromin, molybdeenin ja typen, pitoisuuksien kasvaessa. PREN-suhde perustuu kriittiseen pistekorroosiolämpötilaan (CPT) – alimpaan lämpötilaan, jossa pistekorroosiota havaitaan – eri ruostumattomille teräksille suhteessa kemialliseen koostumukseen. Pohjimmiltaan PREN on verrannollinen CPT:hen. Siksi korkeammat PREN-arvot osoittavat parempaa pistekorroosionkestävyyttä. Pieni PREN-arvon nousu vastaa vain pientä CPT-arvon nousua seokseen verrattuna, kun taas suuri PREN-arvon nousu osoittaa merkittävämpää suorituskyvyn parannusta huomattavasti korkeamman CPT-arvon kohdalla.
Taulukossa 1 vertaillaan yleisesti offshore-öljy- ja kaasusovelluksissa käytettyjen eri seosten PREN-arvoja. Se osoittaa, kuinka spesifikaatio voi parantaa merkittävästi korroosionkestävyyttä valitsemalla korkeamman laatuluokan putkiseoksen. PREN kasvaa vain hieman siirryttäessä 316-teräksestä 317-teräkseen. Merkittävän suorituskyvyn parannuksen saavuttamiseksi on ihanteellista käyttää 6 Mo superausteniittista ruostumatonta terästä tai 2507 superduplex -terästä.
Ruostumattoman teräksen korkeammat nikkelipitoisuudet (Ni) parantavat myös korroosionkestävyyttä. Ruostumattoman teräksen nikkelipitoisuus ei kuitenkaan ole osa PREN-yhtälöä. Joka tapauksessa on usein hyödyllistä määrittää ruostumattomat teräkset, joissa on korkeampi nikkelipitoisuus, koska tämä alkuaine auttaa passivoimaan pintoja, joissa on merkkejä paikallisesta korroosiosta. Nikkeli stabiloi austeniittia ja estää martensiitin muodostumisen taivutettaessa tai kylmävedettäessä 1/8-kovaa putkea. Martensiitti on ei-toivottu kiteinen faasi metalleissa, joka heikentää ruostumattoman teräksen kestävyyttä paikalliselle korroosiolle sekä kloridin aiheuttamalle jännityshalkeilulle. Korkeampi, vähintään 12 %:n nikkelipitoisuus 316/316L-teräksessä on myös toivottava sovelluksissa, joissa käytetään korkeapaineista kaasumaista vetyä. ASTM-standardin mukaan 316/316L-ruostumattomalle teräkselle vaadittu vähimmäisnikkelipitoisuus on 10 %.
Paikallista korroosiota voi esiintyä missä tahansa meriympäristössä käytettävien putkien kohdissa. Pistekorroosiota esiintyy kuitenkin todennäköisemmin jo saastuneilla alueilla, kun taas rakokorroosiota esiintyy todennäköisemmin alueilla, joilla putken ja kiinnitysosien välillä on kapeat raot. Käyttämällä PREN-materiaalia pohjana suunnittelija voi valita parhaan putkiseoksen minimoimaan minkä tahansa paikallisen korroosion riskin.
Muista kuitenkin, että on olemassa muita muuttujia, jotka voivat vaikuttaa korroosioriskiin. Esimerkiksi lämpötila vaikuttaa ruostumattoman teräksen pistekorroosionkestävyyteen. Kuumassa meri-ilmastossa tulisi vakavasti harkita 6 molybdeeniä sisältävää superausteniittista tai 2507 superduplex -ruostumattomasta teräksestä valmistettua putkea, koska näillä materiaaleilla on erinomainen kestävyys paikalliselle korroosiolle ja kloridijännityshalkeilulle. Viileämmässä ilmastossa 316/316L-putki voi olla riittävä, varsinkin jos sitä on käytetty onnistuneesti aiemmissa olosuhteissa.
Offshore-lauttojen omistajat ja käyttäjät voivat myös ryhtyä toimiin korroosioriskin minimoimiseksi putkien asennuksen jälkeen. Heidän tulisi pitää putket puhtaina ja huuhdella ne säännöllisesti makealla vedellä pistekorroosioriskin vähentämiseksi. Heidän tulisi myös pyytää huoltoteknikkoja avaamaan putkien puristimia rutiinitarkastusten aikana rakokorroosion varalta.
Yllä esitettyjä ohjeita noudattamalla lauttojen omistajat ja käyttäjät voivat vähentää putkien korroosion ja siihen liittyvien vuotojen riskiä meriympäristöissä, parantaa turvallisuutta ja tehokkuutta sekä vähentää samalla tuotehävikin tai hajapäästöjen mahdollisuutta.
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 Society of Petroleum Engineers -järjestön lippulaivalehti, joka tarjoaa arvovaltaisia ​​​​katsauksia ja artikkeleita etsintä- ja tuotantoteknologian edistysaskeleista, öljy- ja kaasuteollisuuden kysymyksistä sekä uutisia SPE:stä ja sen jäsenistä.