Unatoč inherentnoj otpornosti cijevi od nehrđajućeg čelika na koroziju, cijevi od nehrđajućeg čelika ugrađene u morskom okruženju podložne su raznim vrstama korozije tijekom svog očekivanog vijeka trajanja. Ta korozija može dovesti do fugitivnih emisija, gubitka proizvoda i potencijalnih rizika. Vlasnici i operateri offshore platformi mogu smanjiti rizik od korozije određivanjem jačih materijala za cijevi od samog početka radi bolje otpornosti na koroziju. Nakon toga moraju ostati budni prilikom pregleda vodova za ubrizgavanje kemikalija, hidrauličnih i impulsnih vodova te procesne instrumentacije i instrumenata kako bi osigurali da korozija ne ugrozi integritet ugrađenih cjevovoda ili sigurnost.
Lokalizirana korozija može se naći na mnogim platformama, brodovima i naftovodima na moru. Ova korozija može biti u obliku rupičaste ili pukotinske korozije, od kojih bilo koja može nagristi stijenku cijevi i uzrokovati ispuštanje tekućine.
Rizik od korozije povećava se s porastom radne temperature primjene. Toplina može ubrzati degradaciju zaštitnog vanjskog pasivnog oksidnog filma cijevi, čime se potiče korozija.
Nažalost, lokaliziranu koroziju uzrokovanu točkastom korozijom i koroziju u pukotinama teško je otkriti, što otežava identificiranje, predviđanje i projektiranje ovih vrsta korozije. S obzirom na ove rizike, vlasnici platformi, operateri i imenovane osobe moraju biti oprezni pri odabiru najboljeg materijala za cjevovode za svoju primjenu. Odabir materijala njihova je prva linija obrane od korozije, stoga je vrlo važno da ga pravilno odaberu. Srećom, mogu koristiti vrlo jednostavnu, ali vrlo učinkovitu mjeru lokalizirane otpornosti na koroziju, ekvivalentni broj otpornosti na točkastu koroziju (PREN). Što je veća PREN vrijednost metala, to je veća njegova otpornost na lokaliziranu koroziju.
Ovaj članak će se baviti time kako prepoznati koroziju u obliku rupa i pukotina te kako optimizirati odabir materijala za cijevi za primjene u naftnoj i plinskoj industriji na moru na temelju PREN vrijednosti materijala.
Lokalizirana korozija javlja se na malim područjima u usporedbi s općom korozijom, koja je ravnomjernija po površini metala. Točkasta i pukotinska korozija počinju se stvarati na cijevima od nehrđajućeg čelika 316 kada se vanjski pasivni oksidni film metala bogat kromom probije izlaganjem korozivnim tekućinama, uključujući slanu vodu. Morski okoliši bogati kloridima, kao i visoke temperature, pa čak i kontaminacija površine cijevi, povećavaju vjerojatnost degradacije ovog pasivizacijskog filma.
Točkasta korozija Točkasta korozija nastaje kada se pasivizirajući film na dijelu cijevi razgradi, stvarajući male šupljine ili udubine na površini cijevi. Takve udubine vjerojatno će rasti kako se elektrokemijske reakcije odvijaju, zbog čega se željezo u metalu otapa u otopini na dnu udubine. Otopljeno željezo zatim će difundirati do vrha udubine i oksidirati stvarajući željezov oksid ili hrđu. Kako se udubljuje, elektrokemijske reakcije se ubrzavaju, a korozija se povećava, što može dovesti do perforacije stijenke cijevi i propuštanja.
Cijevi su osjetljivije na koroziju ako im je vanjska površina kontaminirana (Slika 1). Na primjer, kontaminanti od zavarivanja i brušenja mogu oštetiti pasivizacijski oksidni sloj cijevi, čime se stvara i ubrzava korozija. Isto vrijedi i za jednostavno rješavanje onečišćenja iz cijevi. Osim toga, kako kapljice soli isparavaju, vlažni kristali soli koji se formiraju na cijevima štite oksidni sloj i mogu dovesti do korozije. Kako biste spriječili ove vrste onečišćenja, održavajte cijevi čistima redovitim ispiranjem slatkom vodom.
Slika 1. Cijev od nehrđajućeg čelika 316/316L kontaminirana kiselinom, slanom otopinom i drugim naslagama vrlo je osjetljiva na koroziju.
korozija u pukotinama. U većini slučajeva, operater može lako otkriti koroziju u pukotinama. Međutim, koroziju u pukotinama nije lako otkriti i predstavlja veći rizik za operatere i osoblje. To se obično događa na cijevima koje imaju uske razmake između okolnih materijala, kao što su cijevi pričvršćene stezaljkama ili cijevi koje su čvrsto zbijene jedna uz drugu. Kada slana otopina prodre u razmak, s vremenom se u tom području stvara kemijski agresivna zakiseljena otopina željeznog klorida (FeCl3), što uzrokuje ubrzanu koroziju razmaka (slika 2). Budući da korozija u pukotinama po svojoj prirodi povećava rizik od korozije, korozija u pukotinama može se pojaviti na mnogo nižim temperaturama od korozije u pukotinama.
Slika 2 – Korozija u pukotinama može se razviti između cijevi i nosača cijevi (gore) i kada je cijev postavljena blizu drugih površina (dolje) zbog stvaranja kemijski agresivne zakiseljene otopine željeznog klorida u praznini.
Korozija pukotina obično simulira koroziju koja se prvo formira u praznini između dijela cijevi i potpornog prstena cijevi. Međutim, zbog povećanja koncentracije Fe++ u tekućini unutar pukotine, početni lijevak postaje sve veći i veći dok ne prekrije cijelu pukotinu. U konačnici, korozija pukotina može dovesti do perforacije cijevi.
Guste pukotine predstavljaju najveći rizik od korozije. Stoga su obujmice za cijevi koje obuhvaćaju veliki dio opsega cijevi obično rizičnije od otvorenih obujmica, koje minimiziraju kontaktnu površinu između cijevi i obujmice. Serviseri mogu pomoći u smanjenju rizika od oštećenja ili kvara uzrokovanih korozijom u pukotinama redovitim otvaranjem spojnica i pregledom površina cijevi na koroziju.
Točkasta i pukotinska korozija mogu se spriječiti odabirom prave metalne legure za specifičnu primjenu. Proizvođači moraju postupati s dužnom pažnjom pri odabiru optimalnog materijala za cijevi kako bi smanjili rizik od korozije, ovisno o radnom okruženju, uvjetima procesa i drugim varijablama.
Kako bi pomogli specifikatorima da optimiziraju svoj izbor materijala, mogu usporediti PREN vrijednosti metala kako bi odredili njihovu otpornost na lokaliziranu koroziju. PREN se može izračunati iz kemijskog sastava legure, uključujući sadržaj kroma (Cr), molibdena (Mo) i dušika (N), na sljedeći način:
PREN se povećava s udjelom elemenata otpornih na koroziju, kroma, molibdena i dušika, u leguri. Omjer PREN-a temelji se na kritičnoj temperaturi korozije (CPT) – najnižoj temperaturi na kojoj dolazi do korozije – za različite nehrđajuće čelike, ovisno o kemijskom sastavu. U osnovi, PREN je proporcionalan CPT-u. Stoga, veće vrijednosti PREN-a ukazuju na veću otpornost na koroziju. Malo povećanje PREN-a ekvivalentno je samo malom povećanju CPT-a u usporedbi s legurom, dok veliko povećanje PREN-a ukazuje na značajno poboljšanje performansi u odnosu na puno veću CPT.
Tablica 1 uspoređuje PREN vrijednosti za različite legure koje se obično koriste u offshore naftnoj i plinskoj industriji. Pokazuje kako specifikacija može uvelike poboljšati otpornost na koroziju odabirom legure za cijevi više kvalitete. PREN se neznatno povećava s 316 SS na 317 SS. Super austenitni 6Mo SS ili super dupleks 2507 SS idealni su za značajno poboljšanje performansi.
Veće koncentracije nikla (Ni) u nehrđajućem čeliku također povećavaju otpornost na koroziju. Međutim, sadržaj nikla u nehrđajućem čeliku nije dio PREN jednadžbe. U svakom slučaju, često je povoljno odabrati nehrđajuće čelike s većim udjelom nikla, jer ovaj element pomaže u repasivizaciji površina koje pokazuju znakove lokalizirane korozije. Nikal stabilizira austenit i sprječava stvaranje martenzita pri savijanju ili hladnom vučenju krutih cijevi promjera 1/8. Martenzit je neželjena kristalna faza u metalima koja smanjuje otpornost nehrđajućeg čelika na lokaliziranu koroziju, kao i na pucanje pod naponom uzrokovano kloridima. Veći sadržaj nikla od najmanje 12% u čeliku 316/316L također je poželjan za primjene s vodikovim plinom pod visokim tlakom. Minimalna koncentracija nikla potrebna za nehrđajući čelik ASTM 316/316L je 10%.
Lokalizirana korozija može se pojaviti bilo gdje u cjevovodu koji se koristi u morskom okruženju. Međutim, korozija u obliku rupica vjerojatnija je u područjima koja su već kontaminirana, dok je korozija u pukotinama vjerojatnija u područjima s uskim razmacima između cijevi i instalacijske opreme. Koristeći PREN kao osnovu, specifikator može odabrati najbolju klasu cijevi kako bi se smanjio rizik od bilo kakve lokalizirane korozije.
Međutim, imajte na umu da postoje i druge varijable koje mogu utjecati na rizik od korozije. Na primjer, temperatura utječe na otpornost nehrđajućeg čelika na koroziju. Za vruće pomorske klime, treba ozbiljno razmotriti cijevi od super austenitnog molibdenskog čelika 6 ili super dupleks nehrđajućeg čelika 2507 jer ti materijali imaju izvrsnu otpornost na lokaliziranu koroziju i pucanje klorida. Za hladnije klime, cijev od nehrđajućeg čelika 316/316L može biti dovoljna, posebno ako postoji povijest uspješne upotrebe.
Vlasnici i operateri platformi na moru također mogu poduzeti korake za smanjenje rizika od korozije nakon ugradnje cijevi. Cijevi bi trebali održavati čistima i redovito ih ispirati slatkom vodom kako bi smanjili rizik od korozije. Također bi trebali zamoliti tehničare za održavanje da otvore stezaljke tijekom rutinskih pregleda kako bi provjerili ima li korozije u pukotinama.
Slijedeći gore navedene korake, vlasnici i operateri platformi mogu smanjiti rizik od korozije cijevi i povezanih curenja u morskom okolišu, poboljšati sigurnost i učinkovitost te smanjiti mogućnost gubitka proizvoda ili fugitivnih emisija.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Časopis za naftnu tehnologiju, vodeći časopis Društva naftnih inženjera, pruža autoritativne sažetke i članke o napretku u tehnologiji uzvodnih procesa, pitanjima naftne i plinske industrije te vijesti o SPE-u i njegovim članovima.