A rozsdamentes acélcsövek inherens korrózióállósága ellenére a tengeri környezetben beépített rozsdamentes acélcsövek várható élettartamuk során különböző típusú korróziónak vannak kitéve. Ez a korrózió diffúz kibocsátásokhoz, termékveszteséghez és potenciális kockázatokhoz vezethet. A tengeri platformok tulajdonosai és üzemeltetői csökkenthetik a korrózió kockázatát azáltal, hogy erősebb, jobb korrózióállóságot biztosító csőanyagokat határoznak meg. Ezt követően ébernek kell maradniuk a kémiai befecskendezés, a hidraulikus és impulzusvezetékek, valamint a folyamatirányítási műszerek és érzékelő berendezések ellenőrzésekor, hogy a korrózió ne veszélyeztesse a beépített csővezetékek integritását és ne csökkentse a biztonságot.
A lokalizált korrózió számos platformon, hajón, hajón és a tengeri létesítmények csővezetékein található. Ez a korrózió lehet lyukkorrózió vagy réskorrózió formájában, amelyek bármelyike ​​​​eroszolhatja a csőfalat és folyadékkiömlést okozhat.
A korrózió kockázata nagyobb, ha az alkalmazás üzemi hőmérséklete megnő. A hő felgyorsíthatja a cső külső védő passzív oxid filmjének pusztulását, ezáltal elősegítve a gödrös korrózió kialakulását.
Sajnos a lokalizált lyukkorrózió és réskorrózió nehezen észlelhető, ami megnehezíti az ilyen típusú korrózió azonosítását, előrejelzését és tervezését. Tekintettel ezekre a kockázatokra, a platform tulajdonosainak, üzemeltetőinek és kijelölt feleknek körültekintően kell eljárniuk a legjobb csővezeték-anyag kiválasztásakor. Az anyagválasztás az első védelmi vonal a korrózió ellen, ezért fontos, hogy jól válasszák ki. Szerencsére a lokalizált korrózióállóság egy nagyon egyszerű, de nagyon hatékony mérőszámával, a lyukkorrózió-ellenállás egyenértékű számával (PREN) választhatnak. Minél magasabb egy fém PREN-értéke, annál nagyobb az ellenállása a lokalizált korrózióval szemben.
Ez a cikk áttekintést nyújt arról, hogyan lehet azonosítani a lyukkorróziót és a réskorróziót, valamint hogyan optimalizálható a csőanyag kiválasztása a tengeri olaj- és gázipari alkalmazásokhoz az anyag PREN-értéke alapján.
A lokalizált korrózió kis területeken fordul elő az általános korrózióhoz képest, amely egyenletesebb a fém felületén. A 316-os rozsdamentes acél csöveken gödrös és réskorrózió akkor kezd kialakulni, amikor a fém külső krómban gazdag passzív oxid filmje megreped a korrozív folyadékoknak, beleértve a sós vizet is, való kitettség miatt. A kloridban gazdag tengeri és szárazföldi környezet, valamint a magas hőmérséklet és akár a csőfelület szennyeződése is növeli a passziváló film lebomlásának valószínűségét.
Gödrös korrózió. Gödrös korrózió akkor következik be, amikor a cső egy szakaszán lévő passziváló film megsemmisül, és apró üregeket vagy gödröket képez a cső felületén. Az ilyen gödrök valószínűleg növekedni fognak az elektrokémiai reakciók során, aminek következtében a fémben lévő vas feloldódik a gödör alján lévő oldatba. Az oldott vas ezután a gödör teteje felé diffundál, és oxidálódik, vas-oxidot vagy rozsdát képezve. Ahogy a gödör mélyül, az elektrokémiai reakciók felgyorsulnak, a korrózió fokozódik, és a csőfal perforációjához és szivárgásokhoz vezethet.
A csövek hajlamosabbak a lyukkorrózióra, ha külső felületük szennyezett (1. ábra). Például a hegesztési és csiszolási műveletekből származó szennyeződés károsíthatja a cső passziváló oxidrétegét, ezáltal lyukkorróziót képezve és felgyorsítva azt. Ugyanez vonatkozik a csövekből származó szennyeződések egyszerű kezelésére is. Ezenkívül, ahogy a sóoldatcseppek elpárolognak, a csöveken képződő nedves sókristályok ugyanígy védik az oxidréteget, és lyukkorrózióhoz vezethetnek. Az ilyen típusú szennyeződések megelőzése érdekében tartsa tisztán a csöveket rendszeres friss vízzel történő öblítéssel.
1. ábra – A savval, sólével és egyéb lerakódásokkal szennyezett 316/316L rozsdamentes acélcső rendkívül érzékeny a lyukkorrózióra.
réskorrózió. A legtöbb esetben a lyukkorróziót a kezelő könnyen azonosíthatja. A réskorrózió azonban nem könnyen észlelhető, és nagyobb kockázatot jelent a kezelők és a személyzet számára. Általában olyan csöveken fordul elő, amelyek között szűk rések vannak a környező anyagok között, például bilincsekkel rögzített csöveken vagy szorosan egymás mellé szerelt csöveken. Amikor sóoldat szivárog a résbe, idővel kémiailag agresszív, savas vas(III)-klorid (FeCl3) oldat képződik a területen, és felgyorsítja a réskorróziót (2. ábra). Mivel maguk a repedések növelik a korrózió kockázatát, a réskorrózió jóval alacsonyabb hőmérsékleten is előfordulhat, mint a lyukkorrózió.
2. ábra – Réskorrózió alakulhat ki a cső és a csőtartó között (felül), valamint akkor, ha a csövet más felületek közelében szerelik fel (alul), a résben kémiailag agresszív, savas vas(III)-klorid oldat képződése miatt.
A réskorrózió általában először a csődarab és a csőtartó bilincs között kialakuló résben szimulálja a lyukkorróziót. A törésben lévő folyadékban növekvő Fe++-koncentráció miatt azonban a kezdeti kráter egyre nagyobb lesz, amíg be nem fedi az egész törést. A réskorrózió végső soron átlyukaszthatja a csövet.
A szűk repedések jelentik a legnagyobb korrózióveszélyt. Ezért a cső kerületének nagy részét körülölelő csőbilincsek nagyobb kockázatot jelentenek, mint a nyitott bilincsek, amelyek minimalizálják a cső és a bilincs közötti érintkezési felületet. A karbantartó szakemberek segíthetnek csökkenteni a réskorrózió okozta károsodás vagy meghibásodás valószínűségét a bilincsek rendszeres kinyitásával és a cső felületének korrózió szempontjából történő ellenőrzésével.
A lyukkorrózió és a réskorrózió a legjobban a megfelelő fémötvözet kiválasztásával előzhető meg. A tervezőknek kellő gondossággal kell eljárniuk az optimális csővezeték-anyag kiválasztásánál, hogy minimalizálják a korrózió kockázatát az üzemi környezet, a folyamatfeltételek és egyéb változók alapján.
Az anyagválasztás optimalizálása érdekében a tervezők összehasonlíthatják a fémek PREN-értékeit, hogy meghatározzák azok lokális korrózióval szembeni ellenállását. A PREN az ötvözet kémiai összetételéből, beleértve a króm- (Cr), molibdén- (Mo) és nitrogén- (N) tartalmát, az alábbiak szerint számítható ki:
A PREN értéke a korrózióálló elemek, például a króm, molibdén és nitrogén tartalmával növekszik az ötvözetben. A PREN összefüggés a kritikus lyukkorróziós hőmérsékleten (CPT) – a legalacsonyabb hőmérsékleten, amelyen lyukkorrózió megfigyelhető – alapul a különböző rozsdamentes acélok kémiai összetételének függvényében. Lényegében a PREN arányos a CPT-vel. Ezért a magasabb PREN-értékek nagyobb lyukkorróziós ellenállást jeleznek. A PREN kis növekedése csak a CPT kis növekedésével egyenértékű az ötvözethez képest, míg a PREN nagy növekedése a teljesítmény jelentős javulását, ami jelentősen magasabb CPT-t eredményez.
Az 1. táblázat összehasonlítja a tengeri olaj- és gázipari alkalmazásokban általánosan használt különféle ötvözetek PREN-értékeit. Bemutatja, hogy a specifikáció hogyan javíthatja jelentősen a korrózióállóságot egy magasabb minőségű csőötvözet kiválasztásával. A PREN csak kis mértékben növekszik a 316-ról 317-es rozsdamentes acélra való áttéréskor. A jelentős teljesítménynövekedéshez ideális esetben 6 Mo szuperausztenites rozsdamentes acélt vagy 2507 szuperduplex rozsdamentes acélt használnak.
A rozsdamentes acél magasabb nikkel (Ni) koncentrációja szintén növeli a korrózióállóságot. A rozsdamentes acél nikkeltartalma azonban nem része a PREN egyenletnek. Mindenesetre gyakran előnyös magasabb nikkelkoncentrációjú rozsdamentes acélokat meghatározni, mivel ez az elem segít a lokalizált korrózió jeleit mutató felületek újrapassziválásában. A nikkel stabilizálja az ausztenitet és megakadályozza a martenzit képződését 1/8-os keménységű cső hajlításakor vagy hideghúzásakor. A martenzit egy nemkívánatos kristályos fázis a fémekben, amely csökkenti a rozsdamentes acél ellenállását a lokalizált korrózióval, valamint a klorid okozta feszültségrepedéssel szemben. A 316/316L acélban legalább 12%-os magasabb nikkeltartalom is kívánatos a nagynyomású gáznemű hidrogént tartalmazó alkalmazásokhoz. Az ASTM szabvány előírása szerint a 316/316L rozsdamentes acélhoz előírt minimális nikkelkoncentráció 10%.
A lokalizált korrózió a tengeri környezetben használt csöveken bárhol előfordulhat. A lyukkorrózió azonban nagyobb valószínűséggel fordul elő a már szennyezett területeken, míg a réskorrózió nagyobb valószínűséggel fordul elő olyan területeken, ahol szűk rések vannak a cső és a rögzítőelemek között. A PREN alapjául használva a tervező kiválaszthatja a legjobb csőötvözetet a lokalizált korrózió kockázatának minimalizálása érdekében.
Azonban ne feledje, hogy vannak más változók is, amelyek befolyásolhatják a korrózió kockázatát. Például a hőmérséklet befolyásolja a rozsdamentes acél korrózióállóságát. Forró tengeri éghajlat esetén komolyan meg kell fontolni a 6-os molibdén-szuperausztenites vagy a 2507-es szuperduplex rozsdamentes acélcső használatát, mivel ezek az anyagok kiválóan ellenállnak a lokalizált korróziónak és a kloridos feszültségrepedésnek. Hűvösebb éghajlat esetén a 316/316L cső elegendő lehet, különösen akkor, ha a sikeres használatról már van szó.
A tengeri platformok tulajdonosai és üzemeltetői a csövek beszerelése után is tehetnek lépéseket a korrózió kockázatának minimalizálása érdekében. A csöveket tisztán kell tartaniuk, és rendszeresen friss vízzel kell átöblíteniük a lyukkorrózió kockázatának csökkentése érdekében. A karbantartó technikusoknak a rutinszerű ellenőrzések során ki kell nyitniuk a csőbilincseket, hogy réskorrózió jelenlétét keressék.
A fent vázolt lépéseket követve a platformtulajdonosok és -üzemeltetők csökkenthetik a csövek korróziójának és a kapcsolódó szivárgások kockázatát a tengeri környezetben, javítva a biztonságot és a hatékonyságot, miközben csökkentik a termékveszteség vagy a diffúz kibocsátások kibocsátásának esélyét.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
A Journal of Petroleum Technology a Society of Petroleum Engineers zászlóshajó folyóirata, amely hiteles összefoglalókat és cikkeket közöl a feltárási és termelési technológia fejlődéséről, az olaj- és gáziparral kapcsolatos kérdésekről, valamint az SPE-vel és tagjaival kapcsolatos hírekről.