למרות עמידותם בפני קורוזיה הטבועה בצינורות נירוסטה, צינורות נירוסטה המותקנים בסביבות ימיות חווים סוגים שונים של קורוזיה במהלך חייהם הצפויים. קורוזיה זו עלולה להוביל לפליטות דליפות, אובדן מוצרים וסיכונים פוטנציאליים. בעלי ומפעילי אסדות ימיות יכולים להפחית את הסיכון לקורוזיה על ידי ציון חומרי צינור חזקים יותר המספקים עמידות טובה יותר בפני קורוזיה. לאחר מכן, עליהם להישאר ערניים בעת בדיקת הזרקה כימית, קווי הידראוליים ודחפים, ומכשור וציוד חישה לתהליכים, על מנת להבטיח שהקורוזיה לא תאיים על שלמות הצנרת המותקנת ותפגע בבטיחות.
קורוזיה מקומית ניתן למצוא על גבי פלטפורמות, כלי שיט, ספינות וצנרת רבים במתקנים ימיים. קורוזיה זו יכולה להיות בצורת קורוזיה של גומות או קורוזיה של חריצים, אשר שתיהן עלולות לשחוק את דופן הצינור ולגרום לשחרור נוזלים.
הסיכון לקורוזיה גדול יותר כאשר טמפרטורת ההפעלה של היישום עולה. חום יכול להאיץ את הרס שכבת התחמוצת הפסיבית החיצונית המגנה של הצינור, ובכך לקדם היווצרות קורוזיה נקודתית.
למרבה הצער, קורוזיה מקומית של חריצים וקורוזיה בסדקים יכולה להיות קשה לזיהוי, מה שהופך את סוגי הקורוזיה הללו לקשים יותר לזיהוי, חיזוי ותכנון. בהתחשב בסיכונים אלה, בעלי פלטפורמות, מפעילים ונציגים צריכים לנקוט משנה זהירות בבחירת חומר הצנרת הטוב ביותר עבור היישום שלהם. בחירת חומרים היא קו ההגנה הראשון שלהם מפני קורוזיה, ולכן חשוב לבחור נכון. למרבה המזל, הם יכולים לבחור באמצעות מדד פשוט מאוד אך יעיל מאוד לעמידות בפני קורוזיה מקומית, מספר שווה ערך לעמידות בפני חריצים (PREN). ככל שערך ה-PREN של מתכת גבוה יותר, כך עמידותה לקורוזיה מקומית גבוהה יותר.
מאמר זה יסקור כיצד לזהות קורוזיה של שקעים וחריצים וכיצד לייעל את בחירת חומרי הצינורות עבור יישומי נפט וגז ימיים בהתבסס על ערך ה-PREN של החומר.
קורוזיה מקומית מתרחשת באזורים קטנים בהשוואה לקורוזיה כללית, שהיא אחידה יותר על פני המתכת. קורוזיה של חריצים וחריצים מתחילה להיווצר בצינורות נירוסטה 316 כאשר שכבת התחמוצת הפסיבית החיצונית העשירה בכרום של המתכת נקרעת עקב חשיפה לנוזלים קורוזיביים, כולל מי מלח. סביבות ימיות עשירות בכלוריד, ימיות בים וביבשה, כמו גם טמפרטורות גבוהות ואפילו זיהום של פני הצינורות, מגבירים את הפוטנציאל להתדרדרות שכבת הפסיבציה הזו.
קורוזיה. קורוזיה כתוצאה מקורוזיה מתרחשת כאשר שכבת הפסיבציה על חתיכת צינור נהרסת, ויוצרת חללים קטנים או בורות על פני הצינור. בורות כאלה נוטים לגדול ככל שמתרחשות תגובות אלקטרוכימיות, מה שגורם לברזל במתכת להתמוסס בתמיסה בתחתית הבור. הברזל המומס יתפזר לכיוון ראש הבור ויתחמצן ליצירת תחמוצת ברזל או חלודה. ככל שהבור מעמיק, תגובות אלקטרוכימיות מואצות, הקורוזיה מתעצמת ויכולה להוביל לניקוב דופן הצינור ולדליפות.
צינורות רגישים יותר לקורוזיה עקב שקעים כאשר המשטח החיצוני שלהם מזוהם (איור 1). לדוגמה, זיהום מפעולות ריתוך והשחזה עלול לפגוע בשכבת התחמוצת הפסיבית של הצינור, ובכך ליצור ולהאיץ את קורוזיית השקעים. אותו הדבר נכון גם לגבי טיפול פשוט בזיהום מצינורות. בנוסף, כאשר טיפות המלח מתאדות, גבישי מלח רטובים הנוצרים על הצינורות עושים את אותו הדבר כדי להגן על שכבת התחמוצת ויכולים להוביל לקורוזיה עקב שקעים. כדי למנוע סוגים אלה של זיהום, שמרו על ניקיון הצינורות על ידי שטיפה קבועה שלהם במים מתוקים.
איור 1 - צינור נירוסטה 316/316L המזוהם בחומצה, מי מלח ומשקעים אחרים רגיש מאוד לקורוזיה נקודתית.
קורוזיה בסדקים. ברוב המקרים, קורוזיה בסדקים ניתנת לזיהוי בקלות על ידי המפעיל. עם זאת, קורוזיה בסדקים אינה קלה לזיהוי ומהווה סיכון גדול יותר למפעילים ולצוות. היא מתרחשת בדרך כלל בצינורות בעלי מרווחים צפופים בין החומרים הסובבים אותם, כגון צינורות המוחזקים במקומם באמצעות קליפסים או צינורות המותקנים זה לצד זה. כאשר מי מלח מחלחלים לסדק, נוצרת באזור תמיסת ברזל כלוריד חומצי (FeCl3) אגרסיבית כימית לאורך זמן וגורמת לקורוזיה מואצת בסדקים (איור 2). מכיוון שהסדקים עצמם מגבירים את הסיכון לקורוזיה, קורוזיה בסדקים יכולה להתרחש בטמפרטורות נמוכות בהרבה מקורוזיית סדקים.
איור 2 - קורוזיה בסדקים עלולה להתפתח בין הצינור לתומך הצינור (למעלה) וכאשר הצינור מותקן קרוב למשטחים אחרים (למטה) עקב היווצרות תמיסת ברזל כלורי חומצי אגרסיבית כימית בסדק.
קורוזיה בסדקים בדרך כלל מדמה קורוזיה נקודתית תחילה בסדק שנוצר בין חתיכת צינור לבין תושבת התמיכה של הצינור. עם זאת, עקב ריכוז ה-Fe++ הגובר בנוזל בתוך הסדק, המכתש הראשוני הולך וגדל עד שהוא מכסה את כל הסדק. בסופו של דבר, קורוזיה בסדקים עלולה לנקב את הצינור.
סדקים צרים הם הסיכון הגדול ביותר לקורוזיה. לכן, מהדקי צינורות העוטפים את רוב היקף הצינור נוטים להציג סיכון גדול יותר מאשר מהדקים פתוחים, אשר ממזערים את משטח המגע בין הצינור למהדק. טכנאי תחזוקה יכולים לסייע בהפחתת הסבירות לקורוזיה בסדקים הגורמת נזק או כשל על ידי פתיחה קבועה של המהדקים ובדיקת פני השטח של הצינור לאיתור קורוזיה.
ניתן למנוע בצורה הטובה ביותר קורוזיה של חריצים וקורוזיה בסדקים על ידי בחירת סגסוגת המתכת המתאימה ליישום. על המפרטים לנקוט בשקידה נאותה בבחירת חומר הצנרת האופטימלי כדי למזער את הסיכון לקורוזיה בהתבסס על סביבת ההפעלה, תנאי התהליך ומשתנים אחרים.
כדי לסייע למפרטים לייעל את בחירת החומרים, הם יכולים להשוות את ערכי ה-PREN של מתכות כדי לקבוע את עמידותן בפני קורוזיה מקומית. ניתן לחשב את ערכי ה-PREN מההרכב הכימי של הסגסוגת, כולל תכולת הכרום (Cr), המוליבדן (Mo) והחנקן (N), כדלקמן:
רמת ה-PREN עולה עם תכולת היסודות העמידים בפני קורוזיה כרום, מוליבדן וחנקן בסגסוגת. הקשר בין ה-PREN מבוסס על טמפרטורת ה-pitting הקריטית (CPT) - הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה נצפית קורוזיה כתוצאה מ-pitting - עבור פלדות אל חלד שונות ביחס להרכב הכימי. בעיקרו של דבר, PREN פרופורציונלי ל-CPT. לכן, ערכי PREN גבוהים יותר מצביעים על עמידות גבוהה יותר בפני pitting. עלייה קטנה ב-PREN שקולה רק לעלייה קטנה ב-CPT בהשוואה לסגסוגת, בעוד שעלייה גדולה ב-PREN מצביעה על שיפור משמעותי בביצועים ל-CPT גבוה משמעותית.
טבלה 1 משווה את ערכי ה-PREN של סגסוגות שונות הנמצאות בשימוש נפוץ ביישומי נפט וגז ימיים. היא מראה כיצד המפרט יכול לשפר משמעותית את עמידות הקורוזיה על ידי בחירת סגסוגת צינורות בדרגה גבוהה יותר. ה-PREN עולה רק במעט בעת המעבר מפלדת אל-חלד 316 ל-317. לשיפור משמעותי בביצועים, באופן אידיאלי, נעשה שימוש בפלדת אל-חלד סופר אוסטניטית 6 Mo או בפלדת אל-חלד סופר דופלקס 2507.
ריכוזים גבוהים יותר של ניקל (Ni) בפלדת אל-חלד משפרים גם הם את עמידות הקורוזיה. עם זאת, תכולת הניקל של פלדת אל-חלד אינה חלק ממשוואת ה-PREN. בכל מקרה, לעתים קרובות מועיל לציין פלדות אל-חלד עם ריכוזי ניקל גבוהים יותר, מכיוון שאלמנט זה מסייע בפסיבציה מחדש של משטחים המראים סימנים של קורוזיה מקומית. ניקל מייצב אוסטניט ומונע היווצרות מרטנזיט בעת כיפוף או משיכה קרה של צינור קשיח בגודל 1/8 אינץ'. מרטנזיט הוא פאזה גבישית לא רצויה במתכות המפחיתה את עמידות הפלדת אל-חלד בפני קורוזיה מקומית וכן בפני סדקי מאמץ הנגרמים על ידי כלוריד. תכולת ניקל גבוהה יותר של לפחות 12% בפלדת אל-חלד 316/316L רצויה גם עבור יישומים הכוללים מימן גזי בלחץ גבוה. ריכוז הניקל המינימלי הנדרש לפלדת אל-חלד 316/316L במפרט התקן ASTM הוא 10%.
קורוזיה מקומית יכולה להתרחש בכל מקום בצינורות המשמשים בסביבות ימיות. עם זאת, קורוזיה נקודתית נוטה יותר להתרחש באזורים שכבר מזוהמים, בעוד שקורוזיה בסדקים נוטה יותר להתרחש באזורים עם פערים צרים בין הצינור לחומרת ההרכבה. באמצעות PREN כבסיס, המפרט יכול לבחור את סגסוגת הצינורות הטובה ביותר כדי למזער את הסיכון לכל סוג של קורוזיה מקומית.
עם זאת, יש לזכור כי ישנם משתנים נוספים שיכולים להשפיע על הסיכון לקורוזיה. לדוגמה, הטמפרטורה משפיעה על עמידות הפלדה אל חלד בפני שקעים. עבור אקלים ימי חם, יש לשקול ברצינות צינור פלדה אל חלד 6 מוליבדן סופר אוסטניט או 2507 סופר דופלקס מכיוון שלחומרים אלה עמידות מצוינת בפני קורוזיה מקומית וסדקים כתוצאה ממאמץ כלורי. עבור אקלים קריר יותר, צינור 316/316L עשוי להספיק, במיוחד אם הוכחה היסטוריה של שימוש מוצלח.
בעלי ומפעילי אסדות ימיות יכולים גם לנקוט צעדים כדי למזער את הסיכון לקורוזיה לאחר התקנת הצינורות. עליהם לשמור על ניקיון הצינורות ולשטוף אותם במים מתוקים באופן קבוע כדי להפחית את הסיכון לקורוזיה מוחית. עליהם גם לבקש מטכנאי תחזוקה לפתוח את מלחצי הצינורות במהלך בדיקות שגרתיות כדי לחפש נוכחות של קורוזיה בסדקים.
בעקבות השלבים המפורטים לעיל, בעלי ומפעילי פלטפורמות יכולים להפחית את הסיכון לקורוזיה בצינורות ולדליפות נלוות בסביבות ימיות, לשפר את הבטיחות והיעילות, תוך הפחתת הסיכוי לאובדן מוצר או לשחרור פליטות נמלטות.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
כתב העת לטכנולוגיית נפט הוא מגזין הדגל של אגודת מהנדסי הנפט, המספק תקצירים וכתבות מוסמכים על התקדמות בטכנולוגיית חיפוש והפקה, סוגיות בתעשיית הנפט והגז, וחדשות על SPE וחבריה.