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, jau no paša sākuma norādot izturīgākus cauruļu materiālus, lai nodrošinātu labāku izturību pret koroziju. Pēc tam viņiem ir jābūt modriem, pārbaudot ķīmisko iesmidzināšanas līnijas, hidrauliskās un impulsu līnijas, kā arī procesa instrumentus un aprīkojumu, lai nodrošinātu, ka korozija neapdraud uzstādīto cauruļvadu integritāti vai drošību.
Lokalizēta korozija var rasties uz daudzām platformām, kuģiem, kuģu būvē un atklātā jūrā esošiem cauruļvadiem. Šī korozija var izpausties kā punktveida vai spraugu korozija, un jebkura no tām var bojāt caurules sienu un izraisīt šķidruma izplūdi.
Korozijas risks palielinās, palielinoties lietojumprogrammas darba temperatūrai. Karstums var paātrināt caurules ārējās aizsargplēves noārdīšanos, tādējādi veicinot punktveida koroziju.
Diemžēl lokalizētu punktveida un spraugu koroziju ir grūti atklāt, tāpēc ir grūti identificēt, prognozēt un projektēt šāda veida koroziju. Ņemot vērā šos riskus, platformu īpašniekiem, operatoriem un pilnvarotajām personām ir jāievēro piesardzība, izvēloties labāko cauruļvada materiālu savam pielietojumam. Materiāla izvēle ir viņu pirmā aizsardzības līnija pret koroziju, tāpēc pareiza izvēle ir ļoti svarīga. Par laimi, viņi var izmantot 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 aplūkots, 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 ir vienmērīgāka pa metāla virsmu. 316 nerūsējošā tērauda caurulēs sāk veidoties punktveida un plaisu korozija, kad metāla ārējā hroma bagātā pasīvā oksīda plēve tiek pārrauta, iedarbojoties ar kodīgiem šķidrumiem, tostarp sālsūdeni. Jūras vide, kas bagāta ar hlorīdiem, kā arī augsta temperatūra un pat cauruļu virsmas piesārņojums palielina šīs pasivācijas plēves degradācijas iespējamību.
Bedres korozija Bedres korozija rodas, kad pasivācijas plēve uz caurules posma sadalās, veidojot nelielus dobumus vai bedres uz caurules virsmas. Šādas bedres, visticamāk, palielinās, notiekot elektroķīmiskām reakcijām, kā rezultātā metālā esošais dzelzs tiek izšķīdināts šķīdumā bedres apakšā. Izšķīdušais dzelzs pēc tam difundēs uz bedres augšdaļu un oksidēsies, veidojot dzelzs oksīdu vai rūsu. Bedrei padziļinoties, elektroķīmiskās reakcijas paātrinās, korozija pastiprinās, kas 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 laikā radušies piesārņotāji var sabojāt caurules pasivācijas oksīda slāni, tādējādi veidojot un paātrinot punktveida koroziju. Tas pats attiecas uz vienkāršiem cauruļu radītā piesārņojuma likvidēšanu. Turklāt, sāls pilieniem iztvaikojot, mitrie sāls kristāli, kas veidojas uz caurulēm, aizsargā 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, sāļiem un citiem nogulsnēm piesārņota 316/316L nerūsējošā tērauda caurule ir ļoti uzņēmīga pret punktveida koroziju.
Spraugu korozija. Vairumā gadījumu operators var viegli atklāt punktveida koroziju. Tomēr spraugu koroziju nav viegli atklāt, un tā rada lielāku risku operatoriem un personālam. Tas parasti notiek caurulēs, kurām starp apkārtējiem materiāliem ir šauras spraugas, piemēram, caurulēs, kas nostiprinātas ar skavām, vai caurulēs, kas ir cieši novietotas blakus viena otrai. Kad sālsūdens iesūcas spraugā, laika gaitā šajā vietā veidojas ķīmiski agresīvs paskābināts dzelzs hlorīda šķīdums (FeCl3), kas izraisa paātrinātu spraugas koroziju (2. att.). Tā kā spraugu korozija pēc savas būtības palielina korozijas risku, spraugu korozija var notikt daudz zemākā temperatūrā 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 sekciju un caurules atbalsta apkakli. Tomēr, palielinoties Fe++ koncentrācijai šķidrumā lūzuma iekšpusē, sākotnējā piltuve kļūst arvien lielāka un lielāka, līdz tā pārklāj visu lūzumu. Galu galā spraugu korozija var izraisīt caurules perforāciju.
Blīvas plaisas rada vislielāko korozijas risku. Tāpēc cauruļu skavas, kas aptver lielu daļu no caurules apkārtmēra, mēdz būt riskantākas nekā atvērtas skavas, kas samazina saskares virsmu starp cauruli un skavu. Servisa tehniķi var palīdzēt samazināt spraugu korozijas bojājumu vai atteices iespējamību, regulāri atverot armatūru un pārbaudot cauruļu virsmas, vai nav korozijas.
Spraugu un punktveida koroziju var novērst, izvēloties pareizo metāla sakausējumu konkrētajam pielietojumam. Speciālistiem ir rūpīgi jāizvēlas optimālais cauruļvadu materiāls, lai samazinātu korozijas risku atkarībā no darba vides, procesa apstākļiem un citiem mainīgajiem lielumiem.
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 korozijizturīgu hroma, molibdēna un slāpekļa saturu sakausējumā. PREN attiecība ir balstīta uz kritisko punktveida korozijas temperatūru (CPT) – zemāko temperatūru, kurā notiek punktveida korozija – dažādiem nerūsējošajiem tēraudiem atkarībā no ķīmiskā sastāva. 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 salīdzinājumā ar daudz augstāku CPT.
1. tabulā ir salīdzinātas PREN vērtības dažādiem sakausējumiem, ko parasti izmanto naftas un gāzes ieguves rūpniecībā jūrā. Tajā parādīts, kā specifikācija var ievērojami uzlabot izturību pret koroziju, izvēloties augstākas kvalitātes cauruļu sakausējumu. PREN nedaudz palielinās no 316 SS līdz 317 SS. Super Austenitic 6 Mo SS vai Super Duplex 2507 SS ir ideāli piemēroti ievērojamam veiktspējas uzlabojumam.
Augstāka niķeļa (Ni) koncentrācija nerūsējošajā tēraudā arī palielina izturību pret koroziju. Tomēr nerūsējošā tērauda niķeļa saturs nav daļa no PREN vienādojuma. Jebkurā gadījumā bieži vien ir izdevīgi izvēlēties nerūsējošo tēraudu ar augstāku niķeļa saturu, jo šis elements palīdz atjaunot virsmas, kurām ir lokalizētas korozijas pazīmes. Niķelis stabilizē austenītu un novērš martensīta veidošanos, liekot vai auksti stiepjot 1/8 stingru 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 tēraudam ir vēlams arī augstspiediena ūdeņraža gāzes pielietojumiem. Minimālā niķeļa koncentrācija, kas nepieciešama ASTM 316/316L nerūsējošajam tēraudam, ir 10%.
Lokalizēta korozija var rasties jebkurā vietā cauruļvadā, ko izmanto jūras vidē. Tomēr punktveida korozija, visticamāk, notiks vietās, kas jau ir piesārņotas, savukārt spraugu korozija, visticamāk, notiks vietās ar šaurām spraugām starp cauruli un uzstādīšanas aprīkojumu. Izmantojot PREN kā pamatu, specifikators var izvēlēties labāko caurules kategoriju, 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 superaustenīta 6 molibdēna tērauda vai superdupleksa 2507 nerūsējošā tērauda caurules, jo šiem materiāliem ir lieliska izturība pret lokalizētu koroziju un hlorīdu plaisāšanu. Vēsākā klimatā var pietikt ar 316/316L cauruli, īpaši, ja ir 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 bedrīšu veidošanās risku. Viņiem arī jāpanāk, lai apkopes tehniķi atvērtu skavas regulāru pārbaužu laikā, lai pārbaudītu, vai nav radusies spraugu korozija.
Ievērojot iepriekš minētās darbības, platformu īpašnieki un operatori var samazināt cauruļu korozijas un ar to saistīto noplūžu risku jūras vidē, uzlabot drošību un efektivitāti, kā arī samazināt produktu zudumu vai difūzo emisiju iespējamību.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Naftas inženieru biedrības (Society of Nafta Technology) vadošais žurnāls “Journal of Petroleum Technology” sniedz autoritatīvus īsus rakstus un pārskatus par sasniegumiem augšupējās tehnoloģijas jomā, naftas un gāzes nozares jautājumiem, kā arī jaunumus par SPE un tās biedriem.