Unatoč inherentnoj otpornosti na koroziju cijevi od nehrđajućeg čelika, cijevi od nehrđajućeg čelika postavljene u morskom okruženju podložne su različitim vrstama korozije tijekom očekivanog vijeka trajanja.Ova korozija može dovesti do fugitivnih emisija, gubitaka proizvoda i potencijalnih rizika.Vlasnici i operateri offshore platformi mogu smanjiti rizik od korozije specificiranjem jačih materijala cijevi koji pružaju bolju otpornost na koroziju.Nakon toga, moraju ostati oprezni pri pregledu vodova za ubrizgavanje kemikalija, hidrauličkih i impulsnih vodova, te procesnih instrumenata i instrumenata kako bi osigurali da korozija ne prijeti cjelovitosti instaliranih cjevovoda ili ugrožava sigurnost.
Lokalizirana korozija može se naći na mnogim platformama, brodovima, brodovima i offshore cjevovodima.Ova korozija može biti u obliku rupičaste korozije ili korozije u pukotinama, a oba mogu nagrizati stijenku cijevi i uzrokovati ispuštanje tekućine.
Rizik od korozije se povećava kako se povećava radna temperatura primjene.Toplina može ubrzati degradaciju zaštitnog vanjskog pasivnog oksidnog filma cijevi, čime se potiče stvaranje rupa.
Nažalost, lokaliziranu rupičastu i pukotinsku koroziju teško je otkriti, što otežava prepoznavanje, predviđanje i projektiranje ovih vrsta korozije.S obzirom na ove rizike, vlasnici platformi, operateri i ovlaštene osobe moraju biti oprezni pri odabiru najboljeg materijala cjevovoda za svoju primjenu.Odabir materijala njihova je prva linija obrane od korozije, tako da je vrlo važno da bude ispravan.Srećom, mogu odabrati vrlo jednostavnu, ali vrlo učinkovitu mjeru lokalizirane otpornosti na koroziju, Ekvivalentni broj otpornosti na udarce (PREN).Što je veća PREN vrijednost metala, veća je njegova otpornost na lokaliziranu koroziju.
Ovaj članak će pogledati kako prepoznati rupičastu i pukotinsku koroziju, kao i kako optimizirati izbor materijala cijevi za primjenu nafte i plina u moru na temelju PREN vrijednosti materijala.
Lokalizirana korozija javlja se na malim područjima u usporedbi s općom korozijom, koja je ravnomjernija po metalnoj površini.Jamičasta i pukotinska korozija počinje se stvarati na cijevima od nehrđajućeg čelika 316 kada se vanjski sloj pasivnog oksida bogat kromom razgrađuje zbog izlaganja korozivnim tekućinama, uključujući slanu vodu.Morsko okruženje bogato kloridima, kao i visoke temperature, pa čak i onečišćenje površine cijevi, povećavaju vjerojatnost degradacije ovog pasivacijskog filma.
Jamičasta korozija Jamičasta korozija nastaje kada se pasivacijski film na dijelu cijevi razbije, stvarajući male šupljine ili jame na površini cijevi.Takve će jame vjerojatno rasti kako se odvijaju elektrokemijske reakcije, uslijed kojih se željezo u metalu otapa u otopini na dnu jame.Otopljeno željezo tada će difundirati do vrha jame i oksidirati u željezni oksid ili hrđu.Kako se jama produbljuje, elektrokemijske reakcije se ubrzavaju, korozija se povećava, što može dovesti do perforacije stijenke cijevi i dovesti do curenja.
Cijevi su osjetljivije na pojavu rupičaste mrlje ako je njihova vanjska površina onečišćena (Slika 1).Na primjer, kontaminanti iz postupaka zavarivanja i brušenja mogu oštetiti sloj pasiviziranog oksida cijevi, stvarajući i ubrzavajući piting.Isto vrijedi i za jednostavno rješavanje onečišćenja iz cijevi.Osim toga, kako kapljice soli isparavaju, mokri kristali soli koji se stvaraju na cijevima štite oksidni sloj i mogu dovesti do udubljenja.Kako biste spriječili ove vrste kontaminacije, održavajte svoje cijevi čistima tako da ih redovito ispirete svježom vodom.
Slika 1. Cijev od nehrđajućeg čelika 316/316L onečišćena kiselinom, slanom otopinom i drugim naslagama vrlo je osjetljiva na pojavu rupičaste mrlje.
pukotinska korozija.U većini slučajeva rukovatelj može lako otkriti rupičastu pojavu.Međutim, pukotinsku koroziju 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 stisnute jedna uz drugu.Kada slana otopina prodre u pukotinu, s vremenom se u tom području stvara kemijski agresivna zakiseljena otopina željezovog klorida (FeCl3) koja uzrokuje ubrzanje korozije pukotine (slika 2).Budući da sama pukotina povećava rizik od korozije, do korozije u pukotinama može doći na temperaturama mnogo nižim od rupičaste korozije.
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 razmaku.
Pukotina korozije obično prvo simulira piting u razmaku formiranom između dijela cijevi i potpornog prstena cijevi.Međutim, zbog porasta koncentracije Fe++ u tekućini unutar pukotine, početni lijevak postaje sve veći i veći dok ne prekrije cijelu pukotinu.U konačnici, korozija u pukotinama može dovesti do perforacije cijevi.
Guste pukotine predstavljaju najveći rizik od korozije.Stoga su obujmice za cijevi koje okružuju veći dio opsega cijevi sklonije biti riskantnije od otvorenih obujmica, koje minimiziraju kontaktnu površinu između cijevi i obujmice.Servisni tehničari mogu pomoći smanjiti mogućnost oštećenja ili kvara uslijed korozije u pukotinama redovitim otvaranjem stezaljki i provjeravanjem korozije na površini cijevi.
Rupičasta i pukotinska korozija mogu se spriječiti odabirom odgovarajuće metalne legure za primjenu.Specifikatori moraju pažljivo birati optimalni materijal za cjevovod kako bi smanjili rizik od korozije ovisno o okruženju procesa, uvjetima procesa i drugim varijablama.
Kako bi pomogli specifikacijama da optimiziraju odabir materijala, mogu usporediti PREN vrijednosti metala kako bi odredili njihovu otpornost na lokaliziranu koroziju.PREN se može izračunati iz kemije legure, uključujući sadržaj kroma (Cr), molibdena (Mo) i dušika (N), kako slijedi:
PREN se povećava s udjelom elemenata otpornih na koroziju kroma, molibdena i dušika u leguri.Omjer PREN temelji se na kritičnoj temperaturi pitinga (CPT) – najnižoj temperaturi na kojoj dolazi do pitinga – za razne nehrđajuće čelike ovisno o kemijskom sastavu.U biti, PREN je proporcionalan CPT-u.Stoga više vrijednosti PREN-a ukazuju na veću otpornost na piting.Malo povećanje PREN-a samo je ekvivalentno malom povećanju CPT-a u usporedbi sa slitinom, dok veliko povećanje PREN-a ukazuje na značajno poboljšanje performansi u odnosu na značajno viši CPT.
Tablica 1 uspoređuje PREN vrijednosti za različite legure koje se obično koriste u naftnoj i plinskoj industriji na moru.Pokazuje kako specifikacija može znatno poboljšati otpornost na koroziju odabirom kvalitetnije legure cijevi.PREN blago raste od 316 SS do 317 SS.Super Austenitic 6 Mo SS ili Super Duplex 2507 SS idealni su za značajno povećanje 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 prednost odabrati nehrđajuće čelike s višim udjelom nikla, jer ovaj element pomaže ponovno pasivizirati površine koje pokazuju znakove lokalne korozije.Nikal stabilizira austenit i sprječava stvaranje martenzita pri savijanju ili hladnom izvlačenju 1/8 krute cijevi.Martenzit je nepoželjna kristalna faza u metalima koja smanjuje otpornost nehrđajućeg čelika na lokaliziranu koroziju, kao i na pucanje izazvano naprezanjem kloridom.Viši sadržaj nikla od najmanje 12% u čeliku 316/316L također je poželjan za primjene visokotlačnog vodika.Minimalna koncentracija nikla potrebna za ASTM 316/316L nehrđajući čelik je 10%.
Lokalna korozija može se pojaviti bilo gdje na cijevima koje se koriste u morskom okruženju.Međutim, vjerojatnije je da će se rupičasta korozija pojaviti u područjima koja su već kontaminirana, dok je veća vjerojatnost da će se pojaviti korozija u pukotinama u područjima s uskim razmacima između cijevi i instalacijske opreme.Koristeći PREN kao osnovu, specifikator može odabrati najbolju leguru cijevi kako bi smanjio rizik od bilo koje vrste lokalizirane korozije.
Međutim, imajte na umu da postoje druge varijable koje mogu utjecati na rizik od korozije.Na primjer, temperatura utječe na otpornost nehrđajućeg čelika na piting.Za vruće morske klime treba ozbiljno razmotriti super austenitni 6 molibden čelik ili super duplex 2507 cijevi od nehrđajućeg čelika jer ti materijali imaju izvrsnu otpornost na lokaliziranu koroziju i pucanje klorida.Za hladnije klime, cijev 316/316L može biti dovoljna, posebno ako postoji povijest uspješne uporabe.
Vlasnici i operateri offshore platformi također mogu poduzeti korake za smanjenje rizika od korozije nakon postavljanja cijevi.Oni bi trebali održavati cijevi čistima i redovito ih ispirati slatkom vodom kako bi smanjili rizik od udubljenja.Također bi trebali dati tehničarima za održavanje otvaranje cijevnih stezaljki tijekom rutinskih pregleda kako bi provjerili postoji li korozija u pukotinama.
Slijedeći gore navedene korake, vlasnici platformi i operateri 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.
Journal of Petroleum Technology je vodeći časopis Društva naftnih inženjera, koji sadrži autoritativne sažetke i članke o napretku u uzvodnoj tehnologiji, problemima industrije nafte i plina te vijesti o SPE-u i njegovim članovima.