למרות העמידות המובנית בפני קורוזיה של צינורות נירוסטה, צינורות נירוסטה המותקנים בסביבות ימיות נתונים לסוגים שונים של קורוזיה במהלך חיי השירות הצפויים שלהם.קורוזיה זו עלולה להוביל לפליטות נמלטות, אובדן מוצרים וסיכונים פוטנציאליים.בעלים ומפעילי פלטפורמות מהחוף יכולים להפחית את הסיכון לקורוזיה על ידי ציון חומרי צינור חזקים יותר המספקים עמידות טובה יותר בפני קורוזיה.לאחר מכן, עליהם לשמור על ערנות בעת בדיקת קווי הזרקה כימיים, קווי הידראוליים ואימפולסים, ומכשור ומכשור תהליכי כדי להבטיח שהקורוזיה לא מאיימת על שלמות הצנרת המותקנת או תפגע בבטיחות.
ניתן למצוא קורוזיה מקומית בפלטפורמות רבות, ספינות, ספינות וצינורות ימיים.קורוזיה זו יכולה להיות בצורה של קורוזיה או חריצים, שכל אחד מהם יכול לשחוק את דופן הצינור ולגרום לשחרור נוזל.
הסיכון לקורוזיה עולה ככל שטמפרטורת הפעולה של היישום עולה.חום יכול להאיץ את השפלה של סרט התחמוצת הפאסיבי החיצוני המגן של הצינור, ובכך לקדם את הבור.
למרבה הצער, קשה לזהות קורוזיה מקומית וחריצים, מה שמקשה על זיהוי, חיזוי ותכנון של סוגי קורוזיה אלה.בהתחשב בסיכונים אלו, בעלי הפלטפורמה, המפעילים והמתוכננים חייבים לנקוט משנה זהירות בבחירת חומר הצינור הטוב ביותר עבור היישום שלהם.בחירת החומרים היא קו ההגנה הראשון שלהם מפני קורוזיה, ולכן חשוב מאוד לעשות את זה נכון.למרבה המזל, הם יכולים לבחור מדד פשוט מאוד אך יעיל מאוד של עמידות בפני קורוזיה מקומית, ה-PREN Resistance Equivalent Number.ככל שערך ה-PREN של מתכת גבוה יותר, כך עמידותה בפני קורוזיה מקומית גבוהה יותר.
מאמר זה יבחן כיצד לזהות קורוזיה של חרקים וחריצים, כמו גם כיצד לייעל את בחירת חומרי הצינורות עבור יישומי נפט וגז בים בהתבסס על ערך ה-PREN של החומר.
קורוזיה מקומית מתרחשת באזורים קטנים בהשוואה לקורוזיה כללית, שהיא אחידה יותר על פני המתכת.קורוזיה וחריצים מתחילים להיווצר על צינורות נירוסטה 316 כאשר סרט התחמוצת הפסיבי החיצוני עשיר בכרום של המתכת מתפרק עקב חשיפה לנוזלים מאכלים, כולל מי מלח.סביבות ימיות עשירות בכלורידים, כמו גם טמפרטורות גבוהות ואפילו זיהום של פני הצינור, מגבירים את הסבירות להתדרדרות של סרט הפסיבציה הזה.
בור קורוזיה מתרחשת כאשר סרט הפסיבציה על קטע של צינור מתקלקל, ויוצר חללים קטנים או בורות על פני השטח של הצינור.בורות כאלה צפויים לגדול ככל שמתמשכות תגובות אלקטרוכימיות, וכתוצאה מכך הברזל במתכת מומס בתמיסה בתחתית הבור.לאחר מכן הברזל המומס יתפזר לראש הבור ויתחמצן ליצירת תחמוצת ברזל או חלודה.ככל שהבור מעמיק, תגובות אלקטרוכימיות מואצות, קורוזיה גוברת, מה שעלול להוביל לניקוב דופן הצינור ולהוביל לדליפות.
צינורות רגישים יותר לגורות אם פני השטח החיצוניים שלהם מזוהמים (איור 1).לדוגמה, מזהמים מפעולות ריתוך וטחינה עלולים לפגוע בשכבת תחמוצת הפסיבציה של הצינור, ובכך ליצור ולהאיץ בור.כך גם בטיפול פשוט בזיהום מצינורות.בנוסף, כאשר טיפות המלח מתאדות, גבישי המלח הרטובים שנוצרים על הצינורות מגנים על שכבת התחמוצת ועלולים להוביל לבור.כדי למנוע סוגים אלה של זיהום, שמור על הצינורות שלך נקיים על ידי שטיפתם באופן קבוע במים מתוקים.
איור 1. צינור נירוסטה 316/316L המזוהם בחומצה, מלוחים ומשקעים אחרים רגיש מאוד לגורות.
קורוזיה של חריצים.ברוב המקרים, המפעיל יכול לזהות בקלות פיתולים.עם זאת, לא קל לזהות קורוזיה של חריצים ומהווה סיכון גדול יותר למפעילים ולצוות.זה קורה בדרך כלל בצינורות שיש להם מרווחים צרים בין החומרים הסובבים, כגון צינורות המוחזקים במקומם עם מלחציים או צינורות ארוזים בחוזקה זה ליד זה.כאשר התמלחת מחלחלת לתוך הנקיק, עם הזמן, נוצרת באזור זה תמיסת כלוריד ברזל מחומצה אגרסיבית מבחינה כימית (FeCl3), הגורמת להאצת קורוזיה של חריצים (איור 2).מכיוון שהחריץ עצמו מגביר את הסיכון לקורוזיה, קורוזיה של חריצים יכולה להתרחש בטמפרטורות נמוכות בהרבה מבור.
איור 2 - קורוזיה של חריצים יכולה להתפתח בין הצינור לתמיכת הצינור (למעלה) וכאשר הצינור מותקן קרוב למשטחים אחרים (התחתון) עקב היווצרות תמיסה חומצית אגרסיבית מבחינה כימית של כלוריד ברזל במרווח.
קורוזיה של חריצים מדמה בדרך כלל פיתול ראשון במרווח שנוצר בין קטע הצינור לצווארון תומך הצינור.עם זאת, עקב העלייה בריכוז Fe++ בנוזל שבתוך השבר, המשפך הראשוני הופך גדול יותר ויותר עד שהוא מכסה את השבר כולו.בסופו של דבר, קורוזיה של חריצים עלולה להוביל לניקוב הצינור.
סדקים צפופים מייצגים את הסיכון הגדול ביותר לקורוזיה.לכן, מהדקים של צינורות המקיפים חלק גדול יותר מההיקף של הצינור נוטים להיות מסוכנים יותר מאשר מהדקים פתוחים, אשר ממזערים את משטח המגע בין הצינור ומהדק.טכנאי שירות יכולים לסייע בהפחתת הסיכוי לנזק קורוזיה או כישלון של חריצים על ידי פתיחה קבועה של מהדקים ובדיקת משטח הצינור לאיתור קורוזיה.
ניתן למנוע קורוזיה וחריצים על ידי בחירת סגסוגת המתכת הנכונה עבור היישום.על המפרטים לנקוט גילוי נאות בבחירת חומר הצנרת האופטימלי כדי למזער את הסיכון לקורוזיה בהתאם לסביבת התהליך, תנאי התהליך ומשתנים אחרים.
כדי לעזור למפרטים לייעל את בחירת החומרים, הם יכולים להשוות את ערכי ה-PREN של מתכות כדי לקבוע את עמידותן בפני קורוזיה מקומית.ניתן לחשב את PREN מהכימיה של הסגסוגת, כולל תכולת הכרום (Cr), מוליבדן (Mo) וחנקן (N), כדלקמן:
PREN עולה עם התוכן של אלמנטים עמידים בפני קורוזיה של כרום, מוליבדן וחנקן בסגסוגת.יחס ה-PREN מבוסס על טמפרטורת הבור הקריטית (CPT) - הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה מתרחשת פיתולים - עבור פלדות אל חלד שונות בהתאם להרכב הכימי.בעיקרו של דבר, PREN פרופורציונלי ל-CPT.לכן, ערכי PREN גבוהים יותר מצביעים על התנגדות גבוהה יותר לבור.עלייה קטנה ב-PREN שווה רק לעלייה קטנה ב-CPT בהשוואה לסגסוגת, בעוד שעלייה גדולה ב-PREN מעידה על שיפור משמעותי בביצועים לעומת CPT גבוה משמעותית.
טבלה 1 משווה ערכי PREN עבור סגסוגות שונות הנפוצות בתעשיית הנפט והגז הימית.זה מראה כיצד מפרט יכול לשפר מאוד את עמידות בפני קורוזיה על ידי בחירת סגסוגת צינור באיכות גבוהה יותר.PREN עולה מעט מ-316 SS ל-317 SS.Super Austenitic 6 Mo SS או Super Duplex 2507 SS הם אידיאליים לעלייה משמעותית בביצועים.
ריכוזי ניקל (Ni) גבוהים יותר בנירוסטה גם מגבירים את העמידות בפני קורוזיה.עם זאת, תכולת הניקל של נירוסטה אינה חלק ממשוואת PREN.בכל מקרה, לרוב כדאי לבחור בפלדות אל חלד בעלות תכולת ניקל גבוהה יותר, שכן אלמנט זה עוזר להפסיבי מחדש משטחים המראים סימני קורוזיה מקומית.ניקל מייצב אוסטניט ומונע היווצרות מרטנזיט בעת כיפוף או משיכה קרה של צינור קשיח 1/8.מרטנזיט הוא שלב גבישי לא רצוי במתכות המפחית את העמידות של נירוסטה בפני קורוזיה מקומית כמו גם פיצוח מתח הנגרם מכלוריד.תכולת הניקל הגבוהה יותר של לפחות 12% בפלדה 316/316L רצויה גם ליישומי גז מימן בלחץ גבוה.ריכוז הניקל המינימלי הנדרש עבור פלדת אל חלד ASTM 316/316L הוא 10%.
קורוזיה מקומית יכולה להתרחש בכל מקום בצינורות המשמשים בסביבות ימיות.עם זאת, סבירות גבוהה יותר להתרחש בור באזורים שכבר מזוהמים, בעוד שקורוזיה בסדקים צפויה להתרחש באזורים עם מרווחים צרים בין הצינור לציוד ההתקנה.באמצעות PREN כבסיס, המפרט יכול לבחור את סגסוגת הצינור הטובה ביותר כדי למזער את הסיכון לכל סוג של קורוזיה מקומית.
עם זאת, זכור כי ישנם משתנים נוספים שיכולים להשפיע על הסיכון לקורוזיה.לדוגמה, הטמפרטורה משפיעה על עמידות הנירוסטה בפני בור.עבור אקלים ימי חם, יש לשקול ברצינות צינורות מפלדת מוליבדן סופר אוסטניטית 6 או סופר דופלקס 2507 מפלדת אל חלד, שכן לחומרים אלו יש עמידות מצוינת בפני קורוזיה מקומית ופיצוח כלוריד.לאקלים קריר יותר, צינור 316/316L עשוי להספיק, במיוחד אם יש היסטוריה של שימוש מוצלח.
בעלים ומפעילי פלטפורמות בים יכולים גם לנקוט בצעדים כדי למזער את הסיכון לקורוזיה לאחר התקנת צינורות.הם צריכים לשמור על ניקיון הצינורות ולשטוף אותם בקביעות במים מתוקים כדי להפחית את הסיכון להתפרצות.הם צריכים גם לטכנאי תחזוקה לפתוח מהדקי צינור במהלך בדיקות שגרתיות כדי לבדוק אם יש קורוזיה בנקקים.
על ידי ביצוע השלבים לעיל, בעלי ומפעילי פלטפורמה יכולים להפחית את הסיכון לקורוזיה בצנרת ולדליפות נלוות בסביבה הימית, לשפר את הבטיחות והיעילות ולהפחית את הסיכוי לאובדן מוצר או פליטות נמלטות.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
The Journal of Petroleum Technology הוא כתב העת המוביל של האגודה למהנדסי נפט, המציג סיכומים ומאמרים מוסמכים על התקדמות בטכנולוגיה במעלה הזרם, סוגיות של תעשיית הנפט והגז וחדשות על SPE וחבריה.