Nepaisant nerūdijančio plieno vamzdžių būdingo atsparumo korozijai, jūrinėje aplinkoje montuojami nerūdijančio plieno vamzdžiai per savo numatomą eksploatavimo laiką patiria įvairių tipų koroziją. Dėl šios korozijos gali išsiskirti teršalai, atsirasti produktų nuostoliai ir kilti pavojus. Jūrinių platformų savininkai ir operatoriai gali sumažinti korozijos riziką, pasirinkdami tvirtesnes vamzdžių medžiagas, kurios užtikrina geresnį atsparumą korozijai. Vėliau jie turi būti budrūs tikrindami cheminių medžiagų įpurškimo, hidraulines ir impulsines linijas, proceso prietaisus ir jutimo įrangą, kad užtikrintų, jog korozija nekeltų grėsmės sumontuotų vamzdynų vientisumui ir saugumui.
Lokalinė korozija gali būti aptinkama daugelyje platformų, laivų ir vamzdynų jūrinėse instaliacijose. Ši korozija gali būti taškinės arba plyšinės korozijos pavidalu, kurios gali ardyti vamzdžio sienelę ir sukelti skysčio išsiskyrimą.
Korozijos rizika padidėja, kai padidėja veikimo temperatūra. Karštis gali pagreitinti vamzdžio apsauginės išorinės pasyviosios oksido plėvelės irimą, taip skatinant taškinės korozijos susidarymą.
Deja, lokalizuotą taškinę ir plyšinę koroziją gali būti sunku aptikti, todėl šių tipų koroziją sunkiau nustatyti, numatyti ir projektuoti. Atsižvelgiant į šią riziką, platformų savininkai, operatoriai ir paskirtieji asmenys turėtų būti atsargūs rinkdamiesi geriausią vamzdynų medžiagą savo reikmėms. Medžiagų pasirinkimas yra pirmoji jų gynybos linija nuo korozijos, todėl svarbu ją pasirinkti teisingai. Laimei, jie gali pasirinkti naudodami labai paprastą, bet labai veiksmingą lokalizuoto atsparumo korozijai matą – taškinės korozijos atsparumo ekvivalento skaičių (PREN). Kuo didesnė metalo PREN vertė, tuo didesnis jo atsparumas lokalizuotai korozijai.
Šiame straipsnyje apžvelgsime, kaip nustatyti taškinę ir plyšinę koroziją ir kaip optimizuoti vamzdžių medžiagos pasirinkimą jūrinėms naftos ir dujų gavybos reikmėms, remiantis medžiagos PREN verte.
Lokalizuota korozija atsiranda nedideliuose plotuose, palyginti su bendra korozija, kuri metalo paviršiuje yra tolygesnė. 316 nerūdijančio plieno vamzdžiuose pradeda formuotis taškinė ir plyšinė korozija, kai dėl sąlyčio su koroziniais skysčiais, įskaitant sūrų vandenį, plyšta išorinė metalo pasyviojo oksido plėvelė, kurioje gausu chromo. Jūrinė aplinka, kurioje gausu chloridų, taip pat aukšta temperatūra ir net vamzdžių paviršiaus užterštumas padidina šios pasyvavimo plėvelės degradacijos tikimybę.
Taškinė korozija. Taškinė korozija atsiranda, kai vamzdžio atkarpos pasyvavimo plėvelė yra suardoma, todėl vamzdžio paviršiuje susidaro mažos ertmės arba įdubimai. Tokios įdubimai gali didėti vykstant elektrocheminėms reakcijoms, todėl metale esanti geležis ištirpsta į tirpalą įdubimo dugne. Ištirpusi geležis tada difunduoja į įdubimo viršų ir oksiduojasi, sudarydama geležies oksidą arba rūdis. Duobei gilėjant, elektrocheminės reakcijos greitėja, korozija intensyvėja ir gali sukelti vamzdžio sienelės pradūrimą bei nuotėkius.
Vamzdžiai yra labiau jautrūs taškinei korozijai, kai jų išorinis paviršius yra užterštas (1 pav.). Pavyzdžiui, suvirinimo ir šlifavimo metu susidarę teršalai gali pažeisti vamzdžio pasyvuojantį oksido sluoksnį, taip suformuodami ir paspartindami taškinę koroziją. Tas pats pasakytina ir apie tiesiog vamzdžių užterštumo šalinimą. Be to, išgaruojant sūrymo lašeliams, ant vamzdžių susidarantys drėgni druskos kristalai apsaugo oksido sluoksnį ir gali sukelti taškinę koroziją. Norėdami išvengti tokio tipo užterštumo, reguliariai praplaukite vamzdžius gėlu vandeniu.
1 pav. – 316/316L nerūdijančio plieno vamzdis, užterštas rūgštimi, sūrymu ir kitomis nuosėdomis, yra labai jautrus taškinei korozijai.
Plyšinė korozija. Daugeliu atvejų operatorius gali lengvai nustatyti taškinę koroziją. Tačiau plyšinę koroziją nėra lengva aptikti ir ji kelia didesnę riziką operatoriams ir personalui. Paprastai ji atsiranda vamzdžiuose, tarp kurių yra ankštos erdvės, pavyzdžiui, vamzdžiuose, pritvirtintuose spaustukais, arba vamzdžiuose, kurie yra sandariai sumontuoti vienas šalia kito. Kai sūrymas patenka į plyšį, laikui bėgant toje vietoje susidaro chemiškai agresyvus parūgštintas geležies chlorido (FeCl3) tirpalas, kuris pagreitina plyšinę koroziją (2 pav.). Kadangi patys plyšiai padidina korozijos riziką, plyšinė korozija gali atsirasti daug žemesnėje temperatūroje nei taškinė korozija.
2 pav. – Plyšinė korozija gali atsirasti tarp vamzdžio ir vamzdžio atramos (viršuje) ir kai vamzdis montuojamas arti kitų paviršių (apačioje) dėl chemiškai agresyvaus parūgštinto geležies chlorido tirpalo susidarymo plyšyje.
Plyšinė korozija paprastai imituoja taškinę koroziją, pirmiausia susidarančią plyšyje tarp vamzdžio atkarpos ir vamzdžio atramos spaustuko. Tačiau dėl didėjančios Fe++ koncentracijos skystyje lūžio metu pradinis krateris vis didėja, kol padengia visą lūži. Galiausiai plyšinė korozija gali pradurti vamzdį.
Didžiausią korozijos riziką kelia siauri įtrūkimai. Todėl vamzdžių spaustukai, apvyniojantys didžiąją vamzdžio perimetrą, kelia didesnį pavojų nei atviri spaustukai, kurie sumažina vamzdžio ir spaustuko sąlyčio paviršių. Techninės priežiūros technikai gali padėti sumažinti plyšinių korozijos sukeltos žalos ar gedimo tikimybę reguliariai atidarydami spaustukus ir tikrindami vamzdžio paviršių, ar nėra korozijos.
Geriausiai taškinės ir plyšinės korozijos galima išvengti parenkant tinkamą metalo lydinį konkrečiam atvejui. Specifikatoriai turėtų kruopščiai pasirinkti optimalią vamzdynų medžiagą, kad sumažintų korozijos riziką, atsižvelgdami į darbo aplinką, proceso sąlygas ir kitus kintamuosius.
Kad padėtų specifikacijų rengėjams optimizuoti medžiagų pasirinkimą, jie gali palyginti metalų PREN vertes, kad nustatytų jų atsparumą lokalizuotai korozijai. PREN galima apskaičiuoti pagal lydinio cheminę sudėtį, įskaitant chromo (Cr), molibdeno (Mo) ir azoto (N) kiekį, taip:
PREN didėja didėjant lydinio korozijai atsparių elementų chromo, molibdeno ir azoto kiekiui. PREN santykis pagrįstas kritine taškinės korozijos temperatūra (CPT) – žemiausia temperatūra, kurioje stebima taškinė korozija – įvairiems nerūdijantiems plienams, atsižvelgiant į cheminę sudėtį. Iš esmės PREN yra proporcingas CPT. Todėl didesnės PREN vertės rodo didesnį atsparumą taškinei korozijai. Nedidelis PREN padidėjimas yra lygus tik nedideliam CPT padidėjimui, palyginti su lydiniu, o didelis PREN padidėjimas rodo reikšmingą eksploatacinių savybių pagerėjimą iki žymiai didesnio CPT.
1 lentelėje palyginamos įvairių lydinių, dažniausiai naudojamų jūrinėse naftos ir dujų gavybos srityse, PREN vertės. Joje parodyta, kaip pasirinkus aukštesnės kokybės vamzdžių lydinį, specifikacija gali žymiai pagerinti atsparumą korozijai. Pereinant nuo 316 prie 317 nerūdijančio plieno, PREN padidėja tik nežymiai. Norint žymiai padidinti našumą, idealiai tinka 6 Mo superaustenitinis nerūdijantis plienas arba 2507 superdupleksinis nerūdijantis plienas.
Didesnė nikelio (Ni) koncentracija nerūdijančiame pliene taip pat padidina atsparumą korozijai. Tačiau nikelio kiekis nerūdijančiame pliene nėra PREN lygties dalis. Bet kokiu atveju dažnai naudinga nurodyti nerūdijantį plieną su didesne nikelio koncentracija, nes šis elementas padeda pakartotinai pasyvuoti paviršius, kuriuose yra lokalizuotos korozijos požymių. Nikelis stabilizuoja austenitą ir neleidžia susidaryti martensitui lenkiant arba šaltai tempiant 1/8 kieto vamzdžio. Martensitas yra nepageidaujama kristalinė fazė metaluose, kuri sumažina nerūdijančio plieno atsparumą lokalizuotai korozijai, taip pat chloridų sukeltiems įtrūkimams. Didesnis nikelio kiekis, bent 12 %, 316/316L pliene taip pat pageidautinas, kai naudojamas aukšto slėgio dujinis vandenilis. Minimali nikelio koncentracija, reikalinga 316/316L nerūdijančiam plienui pagal ASTM standarto specifikaciją, yra 10 %.
Lokalinė korozija gali atsirasti bet kurioje jūrinėje aplinkoje naudojamų vamzdžių vietoje. Tačiau taškinė korozija labiau tikėtina jau užterštose vietose, o plyšinė korozija – tose vietose, kur tarp vamzdžio ir tvirtinimo detalių yra siauri tarpai. Remdamasis PREN kaip pagrindu, specifiškatorius gali pasirinkti geriausią vamzdžių lydinį, kad sumažintų bet kokios lokalizuotos korozijos riziką.
Tačiau nepamirškite, kad yra ir kitų kintamųjų, kurie gali turėti įtakos korozijos rizikai. Pavyzdžiui, temperatūra turi įtakos nerūdijančio plieno atsparumui taškiniam įtrūkimui. Karštam jūriniam klimatui reikėtų rimtai apsvarstyti 6 molibdeno superaustenitinį arba 2507 superdupleksinį nerūdijančio plieno vamzdžius, nes šios medžiagos pasižymi puikiu atsparumu lokalizuotai korozijai ir chloridų įtrūkimams. Vėsesniam klimatui gali pakakti 316/316L vamzdžio, ypač jei yra sėkmingo naudojimo istorija.
Jūrinių platformų savininkai ir operatoriai taip pat gali imtis priemonių korozijos rizikai sumažinti po vamzdžių montavimo. Jie turėtų palaikyti vamzdžių švarą ir reguliariai juos praplauti gėlu vandeniu, kad sumažintų taškinės korozijos riziką. Jie taip pat turėtų paprašyti priežiūros specialistų atidaryti vamzdžių spaustukus įprastinių patikrinimų metu, kad patikrintų, ar nėra plyšinės korozijos.
Laikydamiesi aukščiau aprašytų veiksmų, platformų savininkai ir operatoriai gali sumažinti vamzdžių korozijos ir susijusių nuotėkių riziką jūrinėje aplinkoje, pagerindami saugą ir efektyvumą, kartu sumažindami produktų praradimo ar neorganizuotų išmetamųjų teršalų išleidimo tikimybę.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
„Journal of Petroleum Technology“ yra pagrindinis Naftos inžinierių draugijos žurnalas, teikiantis autoritetingus straipsnius ir straipsnius apie žvalgybos ir gavybos technologijų pažangą, naftos ir dujų pramonės problemas bei naujienas apie SPE ir jos narius.