Huolimatta ruostumattomien teräsputkien luontaisesta korroosionkestävyydestä, meriympäristöön asennetut ruostumattomat teräsputket altistuvat erilaisille korroosiolle odotetun käyttöikänsä aikana.Tämä korroosio voi johtaa hajapäästöihin, tuotehävikkiin ja mahdollisiin riskeihin.Offshore-lavan omistajat ja käyttäjät voivat vähentää korroosion riskiä määrittämällä vahvemmat putkimateriaalit, jotka tarjoavat paremman korroosionkestävyyden.Sen jälkeen heidän on pysyttävä valppaana tarkastaessaan kemikaalien ruiskutuslinjoja, hydrauli- ja impulssilinjoja sekä prosessiinstrumentteja ja instrumentteja varmistaakseen, että korroosio ei uhkaa asennetun putkiston eheyttä tai vaaranna turvallisuutta.
Paikallista korroosiota löytyy monilta laivoilta, laivoilta, laivoilta ja offshore-putkilinjoilta.Tämä korroosio voi olla piste- tai rakokorroosiota, joista kumpi tahansa voi syövyttää putken seinämää ja aiheuttaa nesteen vapautumista.
Korroosion riski kasvaa sovelluksen käyttölämpötilan noustessa.Lämpö voi nopeuttaa putken suojaavan ulkoisen passiivisen oksidikalvon hajoamista ja edistää siten pistesyöpymistä.
Valitettavasti paikallista piste- ja rakokorroosiota on vaikea havaita, minkä vuoksi tämäntyyppisten korroosioiden tunnistaminen, ennustaminen ja suunnittelu on vaikeaa.Nämä riskit huomioon ottaen alustan omistajien, operaattoreiden ja valtuutettujen on noudatettava varovaisuutta valitessaan parasta putkistomateriaalia sovelluksiinsa.Materiaalin valinta on heidän ensimmäinen puolustuslinjansa korroosiota vastaan, joten se on erittäin tärkeää.Onneksi he voivat valita erittäin yksinkertaisen, mutta erittäin tehokkaan paikallisen korroosionkestävyyden mittarin, Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) -arvon.Mitä korkeampi metallin PREN-arvo on, sitä parempi on sen kestävyys paikallista korroosiota vastaan.
Tässä artikkelissa tarkastellaan piste- ja rakokorroosion tunnistamista sekä putkimateriaalien optimointia offshore-öljy- ja kaasusovelluksiin materiaalin PREN-arvon perusteella.
Paikallista korroosiota esiintyy pienillä alueilla verrattuna yleiseen korroosioon, joka on tasaisempaa metallipinnalla.Piste- ja rakokorroosiota alkaa muodostua ruostumattomasta teräksestä valmistettuun 316-putkiin, kun metallin ulompi kromirikas passiivinen oksidikalvo hajoaa altistuessaan syövyttäville nesteille, mukaan lukien suolavesi.Meriympäristöt, joissa on runsaasti klorideja, sekä korkeat lämpötilat ja putken pinnan tasainen kontaminaatio lisäävät tämän passivointikalvon hajoamisen todennäköisyyttä.
pistekorroosio Pistekorroosiota syntyy, kun putkiosan passivointikalvo hajoaa muodostaen pieniä onteloita tai kuoppia putken pintaan.Tällaiset kuopat kasvavat todennäköisesti sähkökemiallisten reaktioiden edetessä, minkä seurauksena metallissa oleva rauta liukenee liuokseen kuopan pohjalla.Liuennut rauta diffundoituu sitten kuopan yläosaan ja hapettuu muodostaen rautaoksidia tai ruostetta.Kun kuoppa syvenee, sähkökemialliset reaktiot kiihtyvät, korroosio lisääntyy, mikä voi johtaa putken seinämän reikiintymiseen ja vuotojen muodostumiseen.
Putket ovat alttiimpia kuoppille, jos niiden ulkopinta on kontaminoitunut (kuva 1).Esimerkiksi hitsaus- ja hiontatoimenpiteistä aiheutuvat epäpuhtaudet voivat vahingoittaa putken passivointioksidikerrosta ja siten muodostaa ja nopeuttaa pistesyöpymistä.Sama pätee yksinkertaisesti putkien aiheuttaman saastumisen käsittelemiseen.Lisäksi suolapisaroiden haihtuessa putkiin muodostuvat märät suolakiteet suojaavat oksidikerrosta ja voivat aiheuttaa kuoppia.Estä tämäntyyppinen saastuminen pitämällä putket puhtaina huuhtelemalla ne säännöllisesti makealla vedellä.
Kuva 1. 316/316L ruostumattomasta teräksestä valmistettu putki, joka on saastunut hapolla, suolaliuoksella ja muilla kerrostumilla, on erittäin herkkä pistesyöpymiselle.
rakokorroosio.Useimmissa tapauksissa käyttäjä voi helposti havaita pistesyöpymisen.Rakokorroosiota ei kuitenkaan ole helppo havaita, ja se aiheuttaa suuremman riskin käyttäjille ja henkilökunnalle.Tämä tapahtuu yleensä putkissa, joissa on kapeita rakoja ympäröivien materiaalien välillä, kuten putkissa, jotka on pidetty paikoillaan puristimilla tai putkissa, jotka on pakattu tiiviisti vierekkäin.Kun suolaliuos tihkuu rakoon, ajan myötä tälle alueelle muodostuu kemiallisesti aggressiivista happamaa rautakloridiliuosta (FeCl3), mikä saa rakokorroosion kiihtymään (kuva 2).Koska rako itsessään lisää korroosion riskiä, ​​rakokorroosiota voi tapahtua paljon alhaisemmissa lämpötiloissa kuin pistekorroosiota.
Kuva 2 – Rakokorroosiota voi kehittyä putken ja putken tuen väliin (ylhäällä) ja kun putki asennetaan lähelle muita pintoja (alhaalla), koska rakoon muodostuu kemiallisesti aggressiivista happamaa rautakloridiliuosta.
Rakokorroosio yleensä simuloi pistesyöpymistä ensin putkiosan ja putken tukikauluksen väliin muodostuvassa rakossa.Kuitenkin johtuen murtuman sisällä olevan nesteen Fe++-pitoisuuden kasvusta, alkusuppilo kasvaa ja laajenee, kunnes se peittää koko murtuman.Viime kädessä rakokorroosio voi johtaa putken rei'ittämiseen.
Tiheät halkeamat ovat suurin korroosioriski.Siksi putken kiinnittimet, jotka ympäröivät suuremman osan putken kehästä, ovat yleensä riskialttiimpia kuin avoimet puristimet, jotka minimoivat putken ja puristimen välisen kosketuspinnan.Huoltoteknikot voivat auttaa vähentämään rakokorroosiovaurioiden tai -vikojen mahdollisuutta avaamalla säännöllisesti puristimet ja tarkistamalla putken pinnan korroosion varalta.
Piste- ja rakokorroosio voidaan estää valitsemalla sovellukseen sopiva metalliseos.Määrittäjien on noudatettava asianmukaista huolellisuutta valitessaan optimaalista putkimateriaalia korroosioriskin minimoimiseksi riippuen prosessiympäristöstä, prosessiolosuhteista ja muista muuttujista.
Auttaakseen määrittäjiä optimoimaan materiaalivalinnan, he voivat vertailla metallien PREN-arvoja määrittääkseen niiden kestävyyden paikallista korroosiota vastaan.PREN voidaan laskea lejeeringin kemiasta, mukaan lukien sen kromi (Cr), molybdeeni (Mo) ja typpi (N) pitoisuus, seuraavasti:
PREN lisääntyy korroosionkestävien kromin, molybdeenin ja typen pitoisuuden myötä seoksessa.PREN-suhde perustuu eri ruostumattomien terästen kemiallisesta koostumuksesta riippuen kriittiseen pistekorkeuslämpötilaan (CPT) – alhaisimpaan lämpötilaan, jossa pistekorjaus tapahtuu.Pohjimmiltaan PREN on verrannollinen CPT:hen.Siksi korkeammat PREN-arvot osoittavat suurempaa pistesyöpymisvastusta.Pieni lisäys PREN:ssä vastaa vain pientä lisäystä CPT:ssä metalliseokseen verrattuna, kun taas PREN:n suuri nousu osoittaa merkittävää suorituskyvyn parannusta huomattavasti korkeampaan CPT:hen verrattuna.
Taulukossa 1 verrataan PREN-arvoja useille offshore-öljy- ja kaasuteollisuudessa yleisesti käytettäville metalliseoksille.Se osoittaa, kuinka spesifikaatiot voivat parantaa merkittävästi korroosionkestävyyttä valitsemalla laadukkaamman putkiseoksen.PREN kasvaa hieman 316 SS:stä 317 SS:ään.Super Austenitic 6 Mo SS tai Super Duplex 2507 SS ovat ihanteellisia parantamaan suorituskykyä merkittävästi.
Korkeammat nikkelipitoisuudet (Ni) ruostumattomassa teräksessä lisäävät myös korroosionkestävyyttä.Ruostumattoman teräksen nikkelipitoisuus ei kuitenkaan ole osa PREN-yhtälöä.Joka tapauksessa on usein edullista valita ruostumattomia teräksiä, joissa on korkeampi nikkelipitoisuus, koska tämä elementti auttaa passivoimaan uudelleen pinnat, joissa on merkkejä paikallisesta korroosiosta.Nikkeli stabiloi austeniittia ja estää martensiitin muodostumista taivutettaessa tai kylmävetämällä 1/8 jäykkää putkea.Martensiitti on metallien ei-toivottu kiteinen faasi, joka vähentää ruostumattoman teräksen kestävyyttä paikallista korroosiota vastaan ​​sekä kloridin aiheuttamaa jännityshalkeilua.Korkeampi nikkelipitoisuus vähintään 12 % 316/316L-teräksessä on myös toivottavaa korkeapaineisissa vetykaasusovelluksissa.ASTM 316/316L ruostumattomasta teräksestä vaadittava nikkelipitoisuus on vähintään 10 %.
Paikallista korroosiota voi esiintyä missä tahansa meriympäristössä käytettävien putkien kohdalla.Kuitenkin pistekorroosiota esiintyy todennäköisemmin alueilla, jotka ovat jo saastuneita, kun taas rakokorroosiota esiintyy todennäköisemmin alueilla, joissa putken ja asennuslaitteiden välillä on kapeita rakoja.Käyttämällä PREN-menetelmää perustana määrittelijä voi valita parhaan putkiseoksen minimoimaan kaikenlaisen paikallisen korroosion riskin.
Muista kuitenkin, että on muitakin muuttujia, jotka voivat vaikuttaa korroosioriskiin.Esimerkiksi lämpötila vaikuttaa ruostumattoman teräksen kestävyyteen pistesyöpymistä vastaan.Kuumassa meri-ilmastossa superausteniittisen 6-molybdeeniteräksen tai super duplex 2507 ruostumattoman teräksen putkia tulisi harkita vakavasti, koska nämä materiaalit kestävät erinomaisesti paikallista korroosiota ja kloridihalkeilua.Viileämmässä ilmastossa 316/316L putki voi olla riittävä, varsinkin jos sitä on käytetty onnistuneesti.
Offshore-tason omistajat ja käyttäjät voivat myös ryhtyä toimiin korroosioriskin minimoimiseksi letkun asennuksen jälkeen.Heidän tulee pitää putket puhtaina ja huuhdella säännöllisesti makealla vedellä uurtumisriskin vähentämiseksi.Heidän tulee myös pyytää huoltoteknikoita avaamaan putkikiinnikkeet rutiinitarkastusten aikana rakokorroosion varalta.
Noudattamalla yllä olevia vaiheita alustan omistajat ja käyttäjät voivat vähentää putkien korroosion ja siihen liittyvien vuotojen riskiä meriympäristössä, parantaa turvallisuutta ja tehokkuutta sekä vähentää tuotteen häviämisen tai hajapäästöjen mahdollisuutta.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology on Petroleum Engineersin johtava aikakauslehti, joka sisältää arvovaltaisia ​​yhteenvetoja ja artikkeleita alkupään teknologian edistymisestä, öljy- ja kaasuteollisuuden kysymyksistä sekä uutisia SPE:stä ja sen jäsenistä.