Þrátt fyrir meðfædda tæringarþol ryðfría stálpípa eru ryðfríar stálpípur sem settar eru upp í sjónum háðar ýmsum gerðum tæringar á áætluðum 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 tilgreina sterkari pípuefni frá upphafi til að bæta tæringarþol. Því næst verða þeir að vera vakandi við skoðun efnainnspýtingarleiðslu, vökva- og hvataleiðslur og ferla og mælitækja til að tryggja að tæring ógni ekki heilleika uppsettra pípa eða skerði öryggi.
Staðbundin tæring getur fundist á mörgum pöllum, skipum, skipum og leiðslum á hafi úti. Þessi tæring getur verið í formi holutæringar eða sprungutæringar, sem geta rofið rörvegginn og valdið því að vökvi losnar.
Hætta á tæringu eykst eftir því sem rekstrarhiti notkunarinnar hækkar. Hiti getur hraðað niðurbroti verndandi ytri oxíðfilmu rörsins og þar með stuðlað að holumyndun.
Því miður er erfitt að greina staðbundna tæringu í holum og sprungum, sem gerir það erfitt að bera kennsl á, spá fyrir um og hanna þessa tegund tæringar. Í ljósi þessarar áhættu verða eigendur verkvanga, rekstraraðilar og tilnefndir aðilar að gæta varúðar við val á besta efni í leiðslum fyrir notkun sína. Efnisval er fyrsta varnarlínan þeirra gegn tæringu, svo það er mjög mikilvægt að gera það rétt. Sem betur fer geta þeir notað mjög einfalda en 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 bera megi 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 yfir yfirborð málmsins. Holutæring og sprungutæring byrja að myndast á 316 ryðfríu stálrörum þegar ytri krómríka oxíðfilman á málminum rofnar vegna snertingar við ætandi vökva, þar á meðal saltvatn. Sjávarumhverfi sem er ríkt af klóríðum, svo og hár hiti og jafnvel mengun á yfirborði rörsins, auka líkurnar á niðurbroti þessarar óvirkjuðu filmu.
Gröftur Gröfturtæring á sér stað þegar óvirkjunarfilma á hluta pípu brotnar niður og myndar litlar holur eða gryfjur á yfirborði pípunnar. Slíkar gryfjur eru líklegri til að stækka eftir því sem rafefnafræðileg viðbrögð eiga sér stað, sem leiðir til þess að járnið í málminum leysist upp í lausn neðst í gryfjunni. Uppleysta járnið dreifist síðan upp í efsta hluta gryfjunnar og oxast til að mynda járnoxíð eða ryð. Þegar gryfjan dýpkar hraða rafefnafræðileg viðbrögð, tæring eykst, sem getur leitt til götunar á pípuveggnum og leka.
Rör eru viðkvæmari fyrir dældum ef ytra yfirborð þeirra er mengað (Mynd 1). Til dæmis geta mengunarefni frá suðu og slípun skemmt oxíðlag rörsins, sem myndar og flýtir fyrir dældum. Hið sama gildir um mengun frá rörum. Þar að auki, þegar saltdropar gufa upp, vernda blautir saltkristallar sem myndast á rörunum oxíðlagið og geta leitt til dælda. 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 stálpípa sem er menguð af sýru, saltvatni og öðrum útfellingum er mjög viðkvæm fyrir dæld.
sprungutæring. Í flestum tilfellum er auðvelt fyrir rekstraraðila að greina holutæringu. Hins vegar er sprungutæring ekki auðvelt að greina og hún skapar meiri hættu fyrir rekstraraðila og starfsfólk. Þetta gerist venjulega í pípum sem hafa þröng bil milli umlykjandi efna, svo sem pípur sem eru festar með klemmum eða pípur sem eru þéttpakkaðar hver við aðra. Þegar saltpækillinn síast inn í bilið myndast með tímanum efnafræðilega árásargjarn sýrð járnklóríðlausn (FeCl3) á þessu svæði, sem veldur hraðari tæringu bilsins (Mynd 2). Þar sem sprungutæring eykur eðli sitt af tæringarhættu 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 sýrubundinnar lausnar af járnklóríði í bilinu.
Sprungutæring líkir venjulega eftir holumyndun fyrst í bilinu sem myndast á milli pípuhlutans og stuðningskragans. Hins vegar, vegna aukinnar styrks Fe++ í vökvanum inni í sprungunni, stækkar upphafstrektin og stækkar þar til hún þekur allt sprunguna. Að lokum getur sprungutæring leitt til götunar á pípunni.
Þéttar sprungur eru mesta hættan á tæringu. Þess vegna eru rörklemmur sem umlykja stóran hluta af ummáli rörsins yfirleitt áhættusamari en opnar klemmur, sem lágmarka snertiflötinn milli rörs og klemmu. Þjónustutæknimenn geta hjálpað til við að draga úr líkum á skemmdum eða bilunum vegna sprungutæringar með því að opna reglulega festingar og skoða yfirborð rörsins til að athuga hvort tæring sé fyrir hendi.
Hægt er að koma í veg fyrir tæringu í holum og sprungum með því að velja rétta málmblöndu fyrir tiltekna notkun. Forskriftaraðilar verða að gæta þess að velja besta pípulagnaefnið til að lágmarka hættu á tæringu, allt eftir rekstrarumhverfi, ferlisskilyrðum og öðrum breytum.
Til að hjálpa forskriftaraðilum að hámarka efnisval sitt 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 á meðal króminnihaldi (Cr), mólýbdeni (Mo) og köfnunarefnisinnihaldi (N), á eftirfarandi hátt:
PREN eykst með innihaldi tæringarþolinna þátta eins og króms, mólýbdens og köfnunarefnis í málmblöndunni. PREN hlutfallið er byggt á gagnrýninni holuhita (CPT) – lægsta hitastigi þar sem holumyndun á sér stað – fyrir ýmis ryðfrítt stál, allt eftir efnasamsetningu. Í meginatriðum er PREN í réttu hlutfalli við CPT. Þess vegna benda hærri PREN gildi til hærri holuþols. Lítil aukning á PREN jafngildir aðeins lítilli aukningu á CPT samanborið við málmblönduna, en mikil aukning á PREN gefur til kynna verulega bætta afköst miðað við mun hærri CPT.
Tafla 1 ber saman PREN gildi fyrir ýmsar málmblöndur sem almennt eru notaðar í olíu- og gasiðnaði á hafi úti. Hún sýnir hvernig forskrift getur bætt tæringarþol til muna með því að velja hágæða rörblöndu. PREN eykst lítillega úr 316 SS í 317 SS. Super Austenitic 6 Mo SS eða Super Duplex 2507 SS eru tilvalin fyrir verulega aukningu á afköstum.
Hærri nikkel (Ni) styrkur í ryðfríu stáli eykur einnig tæringarþol. Hins vegar er nikkelinnihald ryðfríu stáli ekki hluti af PREN jöfnunni. Í öllum tilvikum er oft hagkvæmt að velja ryðfrítt stál með hærra nikkelinnihaldi, þar sem þetta frumefni hjálpar til við að endurpassivera yfirborð sem sýna merki um staðbundna tæringu. Nikkel stöðugar austenít og kemur í veg fyrir martensítmyndun við beygju eða kaltdrátt á 1/8 stífum rörum. Martensít er óæskilegt kristallað fasa í málmum sem dregur úr viðnámi ryðfríu stáli gegn staðbundinni tæringu sem og klóríðvöldum spennusprungum. Hærra nikkelinnihald, að minnsta kosti 12% í 316/316L stáli, er einnig æskilegt fyrir notkun með vetnisgasi við háþrýsting. Lágmarks nikkelstyrkur sem krafist er fyrir ASTM 316/316L ryðfrítt stál er 10%.
Staðbundin tæring getur komið fram hvar sem er í leiðslum sem notaðar eru í sjávarumhverfi. Hins vegar er líklegra að holutæring eigi sér stað á svæðum sem eru þegar menguð, en sprungutæring er líklegri til að eiga sér stað á svæðum með þröngum bilum milli pípunnar og uppsetningarbúnaðar. Með PREN sem grunn getur forskriftaraðilinn valið bestu píputegundina til að lágmarka hættu á hvers kyns staðbundinni tæringu.
Hafðu þó í huga að aðrir þættir geta haft áhrif á hættu á tæringu. Til dæmis hefur hitastig áhrif á viðnám ryðfrítt stáls gegn holum. Fyrir heitt sjávarloftslag ætti að íhuga alvarlega rör úr súper-austenítískum 6 mólýbden stáli eða súper-duplex 2507 ryðfríu stáli því þessi efni hafa framúrskarandi viðnám gegn staðbundinni tæringu og klóríðsprungum. Fyrir kaldara loftslag getur 316/316L pípa verið nægileg, sérstaklega ef saga um farsæla notkun er til staðar.
Eigendur og rekstraraðilar hafspalla geta einnig gripið til aðgerða til að lágmarka hættu á tæringu eftir að rör hafa verið sett upp. Þeir ættu að halda rörunum hreinum og skola reglulega með fersku vatni til að draga úr hættu á holum. Þeir ættu einnig að láta viðhaldstæknimenn opna klemmuna við reglubundið eftirlit til að athuga hvort sprungur séu tærðar.
Með því að fylgja skrefunum hér að ofan geta eigendur og rekstraraðilar palla dregið úr hættu á tæringu í pípum og tengdum lekum í sjávarumhverfinu, bætt öryggi og skilvirkni og dregið úr líkum á vörutapi eða lekalosun.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology, flaggskipstímarit Félags olíuverkfræðinga, býður upp á áreiðanleg yfirlit og greinar um framfarir í uppstreymistækni, málefni olíu- og gasiðnaðarins og fréttir um SPE og meðlimi þess.