스테인리스 스틸 파이프는 본질적으로 내식성이 있지만, 해양 환경에 설치된 스테인리스 스틸 파이프는 예상 수명 동안 다양한 유형의 부식을 겪습니다. 이러한 부식은 휘발성 배출, 제품 손실 및 잠재적 위험으로 이어질 수 있습니다. 해양 플랫폼 소유자 및 운영자는 더 나은 내식성을 제공하는 더 강한 파이프 재료를 지정하여 부식 위험을 줄일 수 있습니다. 그 후에는 화학 물질 주입, 유압 및 임펄스 라인, 공정 계측 및 감지 장비를 검사할 때 항상 경계하여 부식으로 인해 설치된 파이프의 무결성이 위협받지 않고 안전이 손상되지 않는지 확인해야 합니다.
국부 부식은 해상 설비의 많은 플랫폼, 선박, 배 및 배관에서 발견될 수 있습니다. 이 부식은 침식이나 틈새 부식의 형태로 나타날 수 있으며, 이는 파이프 벽을 침식시키고 유체 방출을 유발할 수 있습니다.
응용 프로그램의 작동 온도가 증가하면 부식의 위험도 커집니다. 열은 튜브의 보호 외부 수동 ​​산화 피막의 파괴를 가속화하여 점식 부식의 형성을 촉진할 수 있습니다.
불행히도 국부적인 피팅 및 틈새 부식은 감지하기 어려워 이러한 유형의 부식을 식별, 예측 및 설계하기가 더욱 어렵습니다.이러한 위험을 감안할 때 플랫폼 소유자, 운영자 및 지정자는 적용 분야에 가장 적합한 파이프 재료를 선택할 때 주의해야 합니다.재료 선택은 부식에 대한 첫 번째 방어선이므로 올바른 재료를 선택하는 것이 중요합니다.다행히도 국부 부식 저항성을 측정하는 매우 간단하지만 효과적인 척도인 피팅 저항 등가수(PREN)를 사용하여 선택할 수 있습니다.금속의 PREN 값이 높을수록 국부 부식에 대한 저항성이 높아집니다.
이 기사에서는 침식 및 틈새 부식을 식별하는 방법과 재료의 PREN 값을 기반으로 해상 석유 및 가스 응용 분야에서 튜빙 재료 선택을 최적화하는 방법을 살펴봅니다.
국부 부식은 일반 부식에 비해 작은 영역에서 발생하며, 일반 부식은 금속 표면에서 더 균일합니다. 부식성 유체(염수 포함)에 노출되어 금속 외부의 크롬이 풍부한 수동 산화 피막이 파열되면 316 스테인리스 스틸 파이프에 구멍 부식과 틈새 부식이 형성되기 시작합니다. 염화물이 풍부한 해상 및 육상 해양 환경과 고온, 심지어 튜빙 표면의 오염은 이러한 수동 산화 피막이 저하될 가능성을 높입니다.
피팅. 피팅 부식은 파이프의 일부에 있는 부동태화 필름이 파괴되어 파이프 표면에 작은 공동이나 구멍이 형성될 때 발생합니다. 이러한 피팅은 전기화학 반응이 일어나면서 커질 가능성이 높으며, 금속의 철이 피팅 바닥의 용액에 용해됩니다. 용해된 철은 피팅 위쪽으로 확산되어 산화되어 산화철이나 녹을 형성합니다. 피팅이 깊어질수록 전기화학 반응이 가속화되고 부식이 심화되어 파이프 벽에 구멍이 생기고 누수가 발생할 수 있습니다.
튜빙의 외부 표면이 오염된 경우, 피팅 부식에 더 취약합니다(그림 1). 예를 들어, 용접 및 연삭 작업으로 인한 오염은 파이프의 부동태화 산화층을 손상시켜 피팅 부식을 형성하고 가속화할 수 있습니다. 단순히 파이프의 오염을 처리하는 것도 마찬가지입니다. 또한, 염수 방울이 증발하면서 파이프에 형성되는 습한 소금 결정이 산화층을 보호하는 동일한 작용을 하여 피팅 부식으로 이어질 수 있습니다. 이러한 유형의 오염을 방지하려면 파이프를 정기적으로 깨끗한 물로 씻어 깨끗하게 유지하세요.
그림 1 – 산, 소금물 및 기타 침전물로 오염된 316/316L 스테인리스 스틸 파이프는 침식 부식에 매우 취약합니다.
틈새 부식.대부분의 경우, 작업자는 점식 부식을 쉽게 식별할 수 있습니다.그러나 틈새 부식은 감지하기 쉽지 않으며 작업자와 인력에게 더 큰 위험을 초래합니다.이는 일반적으로 주변 재료 사이에 좁은 공간이 있는 파이프, 예를 들어 클립으로 고정된 파이프나 나란히 단단히 설치된 파이프에서 발생합니다.염수가 틈새로 스며들면 시간이 지남에 따라 화학적으로 공격적인 산성화된 염화제이철(FeCl3) 용액이 해당 영역에 형성되어 가속된 틈새 부식을 일으킵니다(그림 2).틈새 자체가 부식 위험을 증가시키므로 틈새 부식은 점식 부식보다 훨씬 낮은 온도에서 발생할 수 있습니다.
그림 2 – 틈새 부식은 파이프와 파이프 지지대 사이(위)에서 발생할 수 있으며, 파이프가 다른 표면에 가까이 설치된 경우(아래) 틈새에 화학적으로 공격적인 산성화된 염화제이철 용액이 형성되어 발생할 수 있습니다.
틈새 부식은 일반적으로 파이프와 파이프 지지 클립 사이에 형성된 틈새에서 먼저 점식 부식을 시뮬레이션합니다. 그러나 균열 내 유체의 Fe++ 농도가 증가함에 따라 초기 크레이터가 점점 더 커져서 결국 균열 전체를 덮습니다. 궁극적으로 틈새 부식은 파이프를 뚫을 수 있습니다.
단단한 균열은 부식 위험이 가장 큽니다. 따라서 파이프 둘레의 대부분을 감싸는 파이프 클램프는 파이프와 클램프 사이의 접촉 표면을 최소화하는 열린 클램프보다 위험이 더 큰 경향이 있습니다. 유지 관리 기술자는 클램프를 정기적으로 열고 파이프 표면의 부식을 검사하여 틈새 부식으로 인한 손상이나 고장 가능성을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
침식 및 틈새 부식은 적용 분야에 적합한 금속 합금을 선택함으로써 가장 잘 방지할 수 있습니다. 지정자는 운영 환경, 공정 조건 및 기타 변수에 따라 부식 위험을 최소화하기 위해 최적의 배관 재료를 선택하기 위해 상당한 주의를 기울여야 합니다.
지정자가 재료 선택을 최적화하는 데 도움이 되도록 금속의 PREN 값을 비교하여 국부 부식에 대한 저항성을 확인할 수 있습니다. PREN은 다음과 같이 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 질소(N) 함량을 포함한 합금의 화학적 조성에서 계산할 수 있습니다.
PREN은 합금에 포함된 내식성 원소인 크롬, 몰리브덴, 질소의 함량에 따라 증가합니다. PREN 관계는 화학 조성과 관련된 다양한 스테인리스 강의 임계 피팅 온도(CPT)(피팅 부식이 관찰되는 가장 낮은 온도)를 기반으로 합니다. 기본적으로 PREN은 CPT에 비례합니다. 따라서 PREN 값이 높을수록 피팅 저항성이 높습니다. PREN이 약간 증가하면 합금에 비해 CPT가 약간만 증가하는 것과 같지만, PREN이 크게 증가하면 성능이 상당히 향상되어 CPT가 상당히 높아집니다.
표 1은 해상 석유 및 가스 응용 분야에서 일반적으로 사용되는 다양한 합금의 PREN 값을 비교합니다. 이는 더 높은 등급의 파이프 합금을 선택함으로써 사양이 내식성을 크게 향상시킬 수 있는 방법을 보여줍니다. PREN은 316에서 317 스테인리스 스틸로 전환할 때 약간만 증가합니다. 상당한 성능 향상을 위해서는 6Mo 슈퍼 오스테나이트 스테인리스 스틸 또는 2507 슈퍼 듀플렉스 스테인리스 스틸을 사용하는 것이 이상적입니다.
스테인리스 스틸의 니켈(Ni) 농도가 높을수록 내식성도 향상됩니다. 그러나 스테인리스 스틸의 니켈 함량은 PREN 방정식에 포함되지 않습니다. 어떤 경우든 국부 부식 징후가 나타나는 표면을 재수동화하는 데 도움이 되는 니켈 원소인 높은 니켈 농도의 스테인리스 스틸을 지정하는 것이 종종 유익합니다. 니켈은 오스테나이트를 안정화하고 1/8 경질 파이프를 굽히거나 냉간 인발할 때 마르텐사이트 형성을 방지합니다. 마르텐사이트는 금속의 바람직하지 않은 결정질 상으로서 스테인리스 스틸의 국부 부식 저항성과 염화물 유도 응력 균열에 대한 저항성을 감소시킵니다. 고압 기체 수소가 관련된 응용 분야에는 316/316L에서 최소 12%의 높은 니켈 함량도 바람직합니다. ASTM 표준 사양에서 316/316L 스테인리스 스틸에 필요한 최소 니켈 농도는 10%입니다.
국부 부식은 해양 환경에서 사용되는 파이프의 어느 곳에서나 발생할 수 있습니다. 그러나 점식 부식은 이미 오염된 곳에서 발생할 가능성이 더 높고, 틈새 부식은 파이프와 장착 하드웨어 사이의 틈이 좁은 곳에서 발생할 가능성이 더 높습니다. 지정자는 PREN을 기준으로 모든 종류의 국부 부식 위험을 최소화하기 위해 최상의 파이프 합금을 선택할 수 있습니다.
그러나 부식 위험에 영향을 줄 수 있는 다른 변수도 있다는 점을 명심하세요.예를 들어, 온도는 스테인리스 강의 피팅 저항성에 영향을 미칩니다.더운 해양 기후의 경우, 6몰리브덴 초오스테나이트 또는 2507 초듀플렉스 스테인리스 강 파이프를 진지하게 고려해야 합니다.이러한 재료는 국부 부식 및 염화물 응력 균열에 대한 저항성이 우수하기 때문입니다.더 시원한 기후의 경우, 특히 성공적인 사용 이력이 있는 경우 316/316L 파이프로 충분할 수 있습니다.
해양 플랫폼 소유자 및 운영자는 튜빙을 설치한 후에도 부식 위험을 최소화하기 위한 조치를 취할 수 있습니다. 부식의 위험을 줄이기 위해 파이프를 깨끗하게 유지하고 정기적으로 깨끗한 물로 씻어야 합니다. 또한 틈새 부식이 있는지 확인하기 위해 정기 검사 중에 유지 관리 기술자가 튜빙 클램프를 열어야 합니다.
위에 설명된 단계를 따르면 플랫폼 소유자와 운영자는 해양 환경에서 튜빙 부식 및 관련 누출 위험을 줄여 안전성과 효율성을 개선하는 동시에 제품 손실이나 휘발성 배출물의 방출 가능성을 줄일 수 있습니다.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
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