Þrátt fyrir meðfædda tæringarþol ryðfría stálpípa eru ryðfríu stálpípur sem settar eru upp í sjónum háðar mismunandi gerðum tæringar á væntanlegum líftíma sínum. Þessi tæring getur leitt til flóttaútblásturs, vörutaps og hugsanlegrar áhættu. Eigendur og rekstraraðilar hafspalla geta dregið úr hættu á tæringu með því að velja sterkari pípuefni sem veita betri tæringarþol. Að því loknu verða þeir að vera vakandi við skoðun efnainnspýtingar, vökva- og hvataleiðslur og ferlismæla og skynjunarbúnaðar til að tryggja að tæring ógni ekki heilleika uppsettra pípa og skerði öryggi.
Staðbundin tæring getur fundist á mörgum pöllum, skipum, skipum og pípum í mannvirkjum á hafi úti. Þessi tæring getur verið í formi gryfju- eða sprungutæringar, sem geta rofið pípuvegginn og valdið vökvalosun.
Hætta á tæringu er meiri þegar rekstrarhitastig notkunarinnar eykst. Hiti getur flýtt fyrir eyðingu verndandi ytri oxíðfilmu rörsins og þannig stuðlað að myndun gryfjutæringar.
Því miður getur verið erfitt að greina staðbundna tæringu í holum og sprungum, sem gerir þess konar tæringu erfiðara að greina, spá fyrir um og hanna fyrir. Í ljósi þessarar áhættu ættu eigendur, rekstraraðilar og tilnefndir aðilar verkvanga að gæta varúðar þegar þeir velja besta pípulagnaefnið fyrir notkun sína. Efnisval er fyrsta varnarlínan þeirra gegn tæringu, svo það er mikilvægt að gera það rétt. Sem betur fer geta þeir valið með því að nota mjög einfalda en mjög áhrifaríka mælikvarða á staðbundna tæringarþol, PREN (Pitting Resistance Equivalent Number). Því hærra sem PREN gildi málms er, því meiri er viðnám hans gegn staðbundinni tæringu.
Í þessari grein verður fjallað um hvernig hægt er að bera kennsl á tæringu í gryfjum og sprungum og hvernig hægt er að hámarka val á rörefni fyrir olíu- og gasnotkun á hafi úti út frá PREN-gildi efnisins.
Staðbundin tæring á sér stað á litlum svæðum samanborið við almenna tæringu, sem er jafnari á yfirborði málmsins. Holutæring og sprungutæring byrjar að myndast á 316 ryðfríu stálpípum þegar ytri krómrík, óvirk oxíðfilma málmsins springur vegna útsetningar fyrir ætandi vökvum, þar á meðal saltvatni. Klóríðríkt umhverfi á hafi úti og á landi, svo og hár hiti og jafnvel mengun á yfirborði rörsins, auka líkur á niðurbroti þessarar óvirkjunarfilmu.
Holur. Holur verða þegar óvirkjunarfilma á pípu eyðileggst og myndar litlar holur eða gryfjur á yfirborði pípunnar. Slíkar holur eru líklegri til að vaxa þegar rafefnafræðileg viðbrögð eiga sér stað, sem veldur því að járnið í málminum leysist upp í lausninni neðst í holunni. Uppleysta járnið dreifist síðan upp í átt að toppi holunnar og oxast til að mynda járnoxíð eða ryð. Þegar holan dýpkar hraða rafefnafræðileg viðbrögð, tæring magnast og getur leitt til götunar á pípuveggnum og leka.
Rör eru viðkvæmari fyrir tæringu vegna holutæringar þegar ytra yfirborð þeirra er mengað (Mynd 1). Til dæmis getur mengun frá suðu og slípun skemmt oxíðlag rörsins sem gerir það að verkum að það myndast og flýtir fyrir tæringu vegna holutæringar. Hið sama gildir um mengun frá rörum. Að auki, þegar saltvatnsdropar gufa upp, gera blautir saltkristallar sem myndast á rörunum það sama til að vernda oxíðlagið og geta leitt til tæringar vegna holutæringar. Til að koma í veg fyrir þessa tegund mengunar skaltu halda rörunum hreinum með því að skola þær reglulega með fersku vatni.
Mynd 1 – 316/316L ryðfrítt stálrör sem eru menguð af sýru, saltvatni og öðrum útfellingum eru mjög viðkvæm fyrir gryfjutæringu.
sprungutæring. Í flestum tilfellum er auðvelt fyrir rekstraraðila að greina holutæringu. Hins vegar er sprungutæring ekki auðvelt að greina og hún er meiri hætta fyrir rekstraraðila og starfsfólk. Hún kemur venjulega fyrir í pípum þar sem þröngt bil er á milli efna í kring, svo sem pípum sem eru festar með klemmum eða pípum sem eru þétt settar hlið við hlið. Þegar saltpækill síast inn í sprunguna myndast efnafræðilega árásargjarn sýrð járnklóríðlausn (FeCl3) á svæðinu með tímanum og veldur því að sprungutæring hraðar (Mynd 2). Vegna þess að sprungurnar sjálfar auka hættuna á tæringu getur sprungutæring komið fram við mun lægra hitastig en holutæring.
Mynd 2 – Sprungutæring getur myndast á milli pípunnar og pípustoðarinnar (efst) og þegar pípan er sett upp nálægt öðrum fleti (neðst) vegna myndunar efnafræðilega árásargjarnrar sýrðrar járnklóríðlausnar í sprungunni.
Sprungutæring líkir venjulega eftir gryfjutæringu fyrst í sprungunni sem myndast á milli pípulengdar og festingar pípunnar. Hins vegar, vegna aukinnar Fe++ styrkleika í vökvanum innan sprungunnar, stækkar upphafsgígurinn og stækkar þar til hann hylur allt sprunguna. Að lokum getur sprungutæring gatað pípuna.
Þröngar sprungur eru mesta hættan á tæringu. Þess vegna eru rörklemmur sem vefja sig utan um meginhluta rörsins yfirleitt meiri hætta en opnar klemmur, sem lágmarka snertiflötinn milli rörsins og klemmunnar. Viðhaldstæknimenn geta hjálpað til við að draga úr líkum á sprungutæringu sem veldur skemmdum eða bilun með því að opna klemmurnar reglulega og skoða yfirborð rörsins til að athuga hvort tæring sé til staðar.
Best er að koma í veg fyrir tæringu í holum og sprungum með því að velja rétta málmblöndu fyrir notkunina. Forskriftaraðilar ættu að gæta þess að velja besta pípulagnaefnið til að lágmarka hættu á tæringu út frá rekstrarumhverfi, ferlisskilyrðum og öðrum breytum.
Til að hjálpa forskriftaraðilum að hámarka efnisval geta þeir borið saman PREN gildi málma til að ákvarða viðnám þeirra gegn staðbundinni tæringu. PREN er hægt að reikna út frá efnasamsetningu málmblöndunnar, þar með talið króm (Cr), mólýbden (Mo) og köfnunarefnis (N), á eftirfarandi hátt:
PREN eykst með innihaldi tæringarþolnu frumefnanna króms, mólýbdens og köfnunarefnis í málmblöndunni. PREN-sambandið byggist á gagnrýninni tæringarhita (CPT) – lægsta hitastigi þar sem tæring sést – fyrir ýmis ryðfrítt stál í tengslum við efnasamsetningu. Í meginatriðum er PREN í réttu hlutfalli við CPT. Þess vegna benda hærri PREN-gildi til hærri tæringarþols. Lítil aukning á PREN jafngildir aðeins lítilli aukningu á CPT samanborið við málmblönduna, en mikil aukning á PREN gefur til kynna verulega bætta afköst með marktækt hærri CPT.
Tafla 1 ber saman PREN gildi ýmissa málmblanda sem almennt eru notaðar í olíu- og gasvinnslu á hafi úti. Hún sýnir hvernig forskriftin getur bætt tæringarþol verulega með því að velja hágæða rörblöndu. PREN eykst aðeins lítillega þegar skipt er úr 316 yfir í 317 ryðfrítt stál. Til að auka afköst verulega er best að nota 6 Mo ofur-austenítískt ryðfrítt stál eða 2507 ofur-tvíhliða ryðfrítt stál.
Hærri styrkur nikkels (Ni) í ryðfríu stáli eykur einnig tæringarþol. Hins vegar er nikkelinnihald ryðfríu stáls ekki hluti af PREN jöfnunni. Í öllum tilvikum er oft gagnlegt að tilgreina ryðfrítt stál með hærri nikkelþéttni, þar sem þetta frumefni hjálpar til við að endurvirkja yfirborð sem sýna merki um staðbundna tæringu. Nikkel stöðugar austenít og kemur í veg fyrir martensítmyndun við beygju eða kaltdrátt á 1/8 hörðum pípum. Martensít er óæskilegt kristallað fasa í málmum sem dregur úr viðnámi ryðfríu stáls gegn staðbundinni tæringu sem og klóríðvöldum spennusprungum. Hærra nikkelinnihald að minnsta kosti 12% í 316/316L er einnig æskilegt fyrir notkun sem felur í sér háþrýstingsgaskennt vetni. Lágmarks nikkelþéttni sem krafist er fyrir 316/316L ryðfrítt stál í ASTM staðlinum er 10%.
Staðbundin tæring getur komið fram hvar sem er á pípum sem notaðar eru í sjávarumhverfi. Hins vegar er líklegra að tæring vegna gryfju komi fram á svæðum sem eru þegar menguð, en tæring vegna sprungna er líklegri til að koma fram á svæðum með þröngum bilum milli pípunnar og festingarbúnaðarins. Með því að nota PREN sem grunn getur forskriftaraðilinn valið bestu pípumálmblönduna til að lágmarka hættu á hvers kyns staðbundinni tæringu.
Hafðu þó í huga að aðrir þættir geta haft áhrif á tæringarhættu. Til dæmis hefur hitastig áhrif á holuþol ryðfrítt stáls. Fyrir heitt sjávarloftslag ætti að íhuga alvarlega 6 mólýbden ofur-austenítísk eða 2507 ofur-tvíhliða ryðfrítt stálrör því þessi efni hafa framúrskarandi mótstöðu gegn staðbundinni tæringu og klóríðspennusprungum. Fyrir kaldara loftslag geta 316/316L pípur verið nægjanlegar, sérstaklega ef saga um farsæla notkun hefur verið staðfest.
Eigendur og rekstraraðilar palla á hafi úti geta einnig gripið til aðgerða til að lágmarka hættu á tæringu eftir að rörin eru sett upp. Þeir ættu að halda rörunum hreinum og skola reglulega með fersku vatni til að draga úr hættu á tæringu vegna holutæringar. Þeir ættu einnig að láta viðhaldstæknimenn opna klemmur á rörum við reglubundið eftirlit til að leita að sprungutæringu.
Með því að fylgja skrefunum sem lýst er hér að ofan geta eigendur og rekstraraðilar palla dregið úr hættu á tæringu í rörum og tengdum lekum í sjó, bætt öryggi og skilvirkni, en jafnframt dregið úr líkum á vörutapi eða losun flökkulosunar.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Tímaritið Journal of Petroleum Technology er aðaltímarit Félags olíuverkfræðinga og veitir áreiðanlegar yfirlitsgreinar og greinar um framfarir í olíuleit og framleiðslutækni, málefni olíu- og gasiðnaðarins og fréttir af SPE og meðlimum þess.