Neskatoties uz nerūsējošā tērauda cauruļu dabisko korozijas izturību, jūras vidē uzstādītās nerūsējošā tērauda caurules to paredzamā kalpošanas laika laikā ir pakļautas dažādiem korozijas veidiem. Šī korozija var izraisīt difūzas emisijas, produktu zudumus un potenciālus riskus. Jūras platformu īpašnieki un operatori var samazināt korozijas risku, norādot izturīgākus cauruļu materiālus, kas nodrošina labāku izturību pret koroziju. Pēc tam viņiem jābūt modriem, pārbaudot ķīmisko vielu iesmidzināšanu, hidrauliskās un impulsu līnijas, kā arī procesa instrumentus un sensoru iekārtas, lai nodrošinātu, ka korozija neapdraud uzstādīto cauruļvadu integritāti un drošību.
Lokalizēta korozija var rasties uz daudzām platformām, kuģiem, kuģiem un cauruļvadiem atklātā jūrā ierīkotās instalācijās. Šī korozija var izpausties kā punktveida vai spraugu korozija, kas var bojāt caurules sienu un izraisīt šķidruma noplūdi.
Korozijas risks palielinās, palielinoties lietojumprogrammas darba temperatūrai. Karstums var paātrināt caurules ārējās aizsargplēves iznīcināšanu, tādējādi veicinot punktveida korozijas veidošanos.
Diemžēl lokalizētu punktveida un spraugu koroziju var būt grūti atklāt, tāpēc šāda veida koroziju ir grūtāk identificēt, prognozēt un projektēt. Ņemot vērā šos riskus, platformu īpašniekiem, operatoriem un pilnvarotajām personām, izvēloties savam pielietojumam piemērotāko cauruļvadu materiālu, jāievēro piesardzība. Materiāla izvēle ir viņu pirmā aizsardzības līnija pret koroziju, tāpēc ir svarīgi to izdarīt pareizi. Par laimi, viņi var izvēlēties, izmantojot ļoti vienkāršu, bet ļoti efektīvu lokalizētās korozijas izturības mērījumu - punktveida izturības ekvivalento skaitli (PREN). Jo augstāka ir metāla PREN vērtība, jo augstāka ir tā izturība pret lokalizētu koroziju.
Šajā rakstā tiks apskatīts, kā identificēt punktveida un plaisu koroziju un kā optimizēt cauruļu materiāla izvēli naftas un gāzes ieguves lietojumprogrammām jūrā, pamatojoties uz materiāla PREN vērtību.
Lokalizēta korozija rodas nelielās zonās, salīdzinot ar vispārējo koroziju, kas uz metāla virsmas ir vienmērīgāka. 316 nerūsējošā tērauda caurulēs sāk veidoties punktveida un plaisu korozija, kad metāla ārējā hroma bagātā pasīvā oksīda plēve plīst korozīvu šķidrumu, tostarp sālsūdens, iedarbības dēļ. Hlorīdiem bagāta jūras un sauszemes vide, kā arī augsta temperatūra un pat cauruļu virsmas piesārņojums palielina šīs pasivācijas plēves degradācijas iespējamību.
Bedru korozija. Bedru korozija rodas, kad pasivācijas plēve uz caurules garuma tiek iznīcināta, veidojot mazus dobumus vai bedres uz caurules virsmas. Šādas bedres, visticamāk, palielināsies, notiekot elektroķīmiskām reakcijām, izraisot metālā esošā dzelzs izšķīšanu šķīdumā bedres apakšā. Izšķīdušais dzelzs pēc tam difundēs bedres augšdaļā un oksidēsies, veidojot dzelzs oksīdu vai rūsu. Bedrei padziļinoties, elektroķīmiskās reakcijas paātrinās, korozija pastiprinās un var izraisīt caurules sienas perforāciju un noplūdes.
Caurules ir vairāk pakļautas punktveida korozijai, ja to ārējā virsma ir piesārņota (1. attēls). Piemēram, metināšanas un slīpēšanas darbību radītais piesārņojums var sabojāt caurules pasivējošo oksīda slāni, tādējādi veidojot un paātrinot punktveida koroziju. Tas pats attiecas uz vienkāršu piesārņojuma novēršanu no caurulēm. Turklāt, sālsūdens pilieniem iztvaikojot, mitrie sāls kristāli, kas veidojas uz caurulēm, dara to pašu, lai aizsargātu oksīda slāni un var izraisīt punktveida koroziju. Lai novērstu šāda veida piesārņojumu, uzturiet caurules tīras, regulāri skalojot tās ar svaigu ūdeni.
1. attēls. Ar skābi, sālījumu un citiem nogulsnēm piesārņota 316/316L nerūsējošā tērauda caurule ir ļoti uzņēmīga pret punktveida koroziju.
Spraugu korozija. Vairumā gadījumu operators var viegli noteikt punktveida koroziju. Tomēr spraugu koroziju nav viegli atklāt, un tā rada lielāku risku operatoriem un personālam. Tā parasti rodas caurulēs, kurās starp apkārtējiem materiāliem ir šauras atstarpes, piemēram, caurulēs, kas nostiprinātas ar skavām, vai caurulēs, kas ir cieši uzstādītas blakus. Kad sālsūdens iesūcas spraugā, laika gaitā šajā vietā veidojas ķīmiski agresīvs paskābināts dzelzs hlorīda (FeCl3) šķīdums, kas paātrina spraugu koroziju (2. attēls). Tā kā pašas spraugas palielina korozijas risku, spraugu korozija var rasties temperatūrā, kas ir daudz zemāka nekā punktveida korozija.
2. attēls. Spraugu korozija var veidoties starp cauruli un caurules balstu (augšpusē), kā arī tad, ja caurule ir uzstādīta tuvu citām virsmām (apakšā), jo spraugā veidojas ķīmiski agresīvs paskābināts dzelzs hlorīda šķīdums.
Spraugu korozija parasti vispirms imitē punktveida koroziju spraugā, kas izveidojusies starp caurules gabalu un caurules atbalsta skavu. Tomēr, palielinoties Fe++ koncentrācijai šķidrumā lūzuma iekšpusē, sākotnējais krāteris kļūst arvien lielāks, līdz tas pārklāj visu lūzumu. Galu galā spraugu korozija var caurdurt cauruli.
Šauras plaisas rada vislielāko korozijas risku. Tāpēc cauruļu skavas, kas aptver lielāko daļu caurules apkārtmēra, mēdz radīt lielāku risku nekā atvērtas skavas, kas samazina saskares virsmu starp cauruli un skavu. Apkopes tehniķi var palīdzēt samazināt spraugu korozijas iespējamību, kas izraisa bojājumus vai atteici, regulāri atverot skavas un pārbaudot caurules virsmu, vai nav korozijas.
Vislabāk punktu un spraugu koroziju var novērst, izvēloties pareizo metāla sakausējumu konkrētajam pielietojumam. Speciālistiem rūpīgi jāizvēlas optimālais cauruļvadu materiāls, lai samazinātu korozijas risku, ņemot vērā darba vidi, procesa apstākļus un citus mainīgos lielumus.
Lai palīdzētu specifikatoriem optimizēt materiālu izvēli, viņi var salīdzināt metālu PREN vērtības, lai noteiktu to izturību pret lokalizētu koroziju. PREN var aprēķināt no sakausējuma ķīmiskā sastāva, tostarp hroma (Cr), molibdēna (Mo) un slāpekļa (N) satura, šādi:
PREN palielinās līdz ar korozijizturīgo elementu hroma, molibdēna un slāpekļa saturu sakausējumā. PREN sakarība ir balstīta uz kritisko punktveida korozijas temperatūru (CPT) – zemāko temperatūru, kurā novēro punktveida koroziju – dažādiem nerūsējošajiem tēraudiem attiecībā pret ķīmisko sastāvu. Būtībā PREN ir proporcionāls CPT. Tāpēc augstākas PREN vērtības norāda uz augstāku izturību pret punktveida koroziju. Neliels PREN pieaugums ir līdzvērtīgs tikai nelielam CPT pieaugumam salīdzinājumā ar sakausējumu, savukārt liels PREN pieaugums norāda uz ievērojamu veiktspējas uzlabojumu līdz ievērojami augstākam CPT.
1. tabulā ir salīdzinātas dažādu sakausējumu PREN vērtības, ko parasti izmanto naftas un gāzes ieguves jūrā. Tajā parādīts, kā specifikācija var ievērojami uzlabot korozijas izturību, izvēloties augstākas kvalitātes cauruļu sakausējumu. Pārejot no 316 uz 317 nerūsējošo tēraudu, PREN palielinās tikai nedaudz. Lai panāktu ievērojamu veiktspējas pieaugumu, ideāli ir izmantot 6 Mo superaustenīta nerūsējošo tēraudu vai 2507 superdupleksa nerūsējošo tēraudu.
Augstāka niķeļa (Ni) koncentrācija nerūsējošajā tēraudā arī uzlabo korozijas izturību. Tomēr nerūsējošā tērauda niķeļa saturs nav daļa no PREN vienādojuma. Jebkurā gadījumā bieži vien ir lietderīgi norādīt nerūsējošos tēraudus ar augstāku niķeļa koncentrāciju, jo šis elements palīdz atkārtoti pasivēt virsmas, kurām ir lokalizētas korozijas pazīmes. Niķelis stabilizē austenītu un novērš martensīta veidošanos, liekot vai auksti stiepjot 1/8 cieto cauruli. Martensīts ir nevēlama kristāliska fāze metālos, kas samazina nerūsējošā tērauda izturību pret lokalizētu koroziju, kā arī hlorīdu izraisītu sprieguma plaisāšanu. Augstāks niķeļa saturs vismaz 12% 316/316L ir vēlams arī lietojumos, kas saistīti ar augstspiediena gāzveida ūdeņradi. Minimālā niķeļa koncentrācija, kas nepieciešama 316/316L nerūsējošajam tēraudam ASTM standarta specifikācijā, ir 10%.
Lokalizēta korozija var rasties jebkurā vietā caurulēs, ko izmanto jūras vidē. Tomēr punktveida korozija, visticamāk, rodas vietās, kas jau ir piesārņotas, savukārt spraugu korozija, visticamāk, rodas vietās ar šaurām spraugām starp cauruli un stiprinājuma aparatūru. Izmantojot PREN kā pamatu, specifikators var izvēlēties labāko cauruļu sakausējumu, lai samazinātu jebkāda veida lokalizētas korozijas risku.
Tomēr paturiet prātā, ka pastāv arī citi mainīgie lielumi, kas var ietekmēt korozijas risku. Piemēram, temperatūra ietekmē nerūsējošā tērauda izturību pret punktveida koroziju. Karstā jūras klimatā nopietni jāapsver 6 molibdēna superaustenīta vai 2507 superdupleksa nerūsējošā tērauda caurules, jo šiem materiāliem ir lieliska izturība pret lokalizētu koroziju un hlorīdu sprieguma plaisāšanu. Vēsākā klimatā var būt pietiekama 316/316L caurule, īpaši, ja ir pierādīta veiksmīgas lietošanas vēsture.
Jūras platformu īpašnieki un operatori var arī veikt pasākumus, lai samazinātu korozijas risku pēc cauruļu uzstādīšanas. Viņiem jāuztur caurules tīras un regulāri jāskalo ar svaigu ūdeni, lai samazinātu punktveida korozijas risku. Viņiem arī jānodrošina, lai apkopes tehniķi regulāru pārbaužu laikā atvērtu cauruļu skavas, lai pārbaudītu spraugu korozijas klātbūtni.
Ievērojot iepriekš izklāstītos pasākumus, platformu īpašnieki un operatori var samazināt cauruļu korozijas un ar to saistīto noplūžu risku jūras vidē, uzlabojot drošību un efektivitāti, vienlaikus samazinot produktu zudumu vai difūzo emisiju izdalīšanās iespējamību.
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" ir Naftas inženieru biedrības (Society of Petroleum Technology) vadošais žurnāls, kas sniedz autoritatīvus īsus pārskatus un rakstus par sasniegumiem izpētes un ieguves tehnoloģijās, naftas un gāzes nozares jautājumiem, kā arī jaunumus par SPE un tās biedriem.