Neskatoties uz nerūsējošā tērauda cauruļu raksturīgo izturību pret koroziju, nerūsējošā tērauda caurules, kas uzstādītas jūras vidē, to paredzamā kalpošanas laikā ir pakļautas dažāda veida korozijai.Šī korozija var izraisīt izplūdes emisijas, produkta zudumus un potenciālus riskus.Ārzonas platformu īpašnieki un operatori var samazināt korozijas risku, norādot stingrākus cauruļu materiālus, kas nodrošina labāku izturību pret koroziju.Pēc tam viņiem ir jāsaglabā modrība, pārbaudot ķīmisko vielu iesmidzināšanas līnijas, hidrauliskās un impulsu līnijas, kā arī procesa instrumentus un instrumentus, lai nodrošinātu, ka korozija neapdraud uzstādīto cauruļvadu integritāti un neapdraud drošību.
Lokalizētu koroziju var atrast uz daudzām platformām, kuģiem, kuģiem un jūras cauruļvadiem.Šī korozija var izpausties kā punktveida korozija vai plaisu korozija, kas var sabojāt caurules sienu un izraisīt šķidruma izdalīšanos.
Palielinoties aplikācijas darba temperatūrai, palielinās korozijas risks.Siltums var paātrināt caurules aizsargājošās ārējās pasīvās oksīda plēves noārdīšanos, tādējādi veicinot bedrīšu veidošanos.
Diemžēl lokalizētu punktveida koroziju un plaisu koroziju ir grūti noteikt, tāpēc ir grūti identificēt, paredzēt un projektēt šāda veida koroziju.Ņemot vērā šos riskus, platformas īpašniekiem, operatoriem un pilnvarotajiem ir jāievēro piesardzība, izvēloties labāko cauruļvada materiālu savam lietojumam.Materiālu izvēle ir viņu pirmā aizsardzības līnija pret koroziju, tāpēc ir ļoti svarīgi to pareizi izvēlēties.Par laimi, viņi var izvēlēties ļoti vienkāršu, bet ļoti efektīvu lokālās izturības pret koroziju mērījumu, proti, punktveida pretestības ekvivalento numuru (PREN).Jo augstāka ir metāla PREN vērtība, jo lielāka ir tā izturība pret lokalizētu koroziju.
Šajā rakstā tiks aplūkots, kā identificēt punktveida koroziju un plaisu koroziju, kā arī optimizēt cauruļu materiālu izvēli naftas un gāzes izmantošanai jūrā, pamatojoties uz materiāla PREN vērtību.
Lokalizēta korozija rodas nelielās vietās, salīdzinot ar vispārējo koroziju, kas ir vienmērīgāka uz metāla virsmas.Uz 316 nerūsējošā tērauda caurulēm sāk veidoties punktveida korozija un spraugas korozija, kad metāla ārējā pasīvā oksīda plēve, kas bagāta ar hromu, sabojājas, saskaroties ar korozīvu šķidrumu, tostarp sālsūdeni.Jūras vide, kas bagāta ar hlorīdiem, kā arī augsta temperatūra un vienmērīgs caurules virsmas piesārņojums palielina šīs pasivācijas plēves degradācijas iespējamību.
punktveida korozija Punktu korozija rodas, kad cauruļu posma pasivācijas plēve saplīst, veidojot nelielus dobumus vai bedrītes uz caurules virsmas.Šādas bedres, visticamāk, pieaugs, turpinoties elektroķīmiskām reakcijām, kuru rezultātā metālā esošā dzelzs bedres apakšā tiek izšķīdināta šķīdumā.Pēc tam izšķīdušais dzelzs izkliedēsies uz bedres augšpusi un oksidēsies, veidojot dzelzs oksīdu vai rūsu.Bedrei padziļinoties, paātrina elektroķīmiskās reakcijas, palielinās korozija, kas var izraisīt caurules sienas perforāciju un noplūdes.
Caurules ir jutīgākas pret bedrēm, ja to ārējā virsma ir piesārņota (1. attēls).Piemēram, metināšanas un slīpēšanas darbību rezultātā radušies piesārņotāji var sabojāt caurules pasivācijas oksīda slāni, tādējādi veidojot un paātrinot caurumu veidošanos.Tas pats attiecas uz vienkāršu cauruļu radītā piesārņojuma novēršanu.Turklāt, iztvaikojot sāls pilieniem, slapjie sāls kristāli, kas veidojas uz caurulēm, aizsargā oksīda slāni un var izraisīt bedrīšu veidošanos.Lai novērstu šāda veida piesārņojumu, turiet caurules tīras, regulāri skalojot tās ar svaigu ūdeni.
1. attēls. 316/316L nerūsējošā tērauda caurule, kas piesārņota ar skābi, fizioloģisko šķīdumu un citiem nosēdumiem, ir ļoti jutīga pret bedrēm.
spraugas korozija.Vairumā gadījumu operators var viegli noteikt bedru veidošanos.Tomēr plaisu koroziju nav viegli noteikt, un tā rada lielāku risku operatoriem un personālam.Tas parasti notiek caurulēm, kurām ir šauras spraugas starp apkārtējiem materiāliem, piemēram, caurulēm, kas tiek turētas vietā ar skavām vai caurulēm, kas ir cieši pieslēgtas viena otrai.Sālījumam iesūcot spraugā, laika gaitā šajā vietā veidojas ķīmiski agresīvs paskābināts dzelzs hlorīda šķīdums (FeCl3), kas izraisa spraugas korozijas paātrināšanos (2. att.).Tā kā plaisa pati par sevi palielina korozijas risku, plaisu korozija var rasties daudz zemākā temperatūrā nekā punktveida korozija.
2. attēls – spraugas korozija var veidoties starp cauruli un caurules balstu (augšpusē) un, ja caurule ir uzstādīta tuvu citām virsmām (apakšā), jo spraugā veidojas ķīmiski agresīvs paskābināts dzelzs hlorīda šķīdums.
Plaisu korozija parasti simulē vispirms caurumu veidošanos spraugā, kas veidojas starp caurules daļu un caurules atbalsta apkakli.Tomēr, palielinoties Fe++ koncentrācijai šķidrumā lūzuma iekšpusē, sākotnējā piltuve kļūst arvien lielāka, līdz tā aptver visu lūzumu.Galu galā plaisu korozija var izraisīt caurules perforāciju.
Blīvās plaisas rada vislielāko korozijas risku.Tāpēc cauruļu skavas, kas aptver lielāku caurules apkārtmēra daļu, mēdz būt riskantākas nekā atvērtas skavas, kas samazina saskares virsmu starp cauruli un skavu.Servisa tehniķi var palīdzēt samazināt spraugas korozijas bojājumu vai atteices iespēju, regulāri atverot skavas un pārbaudot, vai caurules virsmā nav korozijas.
Punktu un plaisu koroziju var novērst, izvēloties piemērotu metāla sakausējumu.Izstrādātājiem ir jāveic pienācīga rūpība, izvēloties optimālo cauruļvadu materiālu, lai samazinātu korozijas risku atkarībā no procesa vides, procesa apstākļiem un citiem mainīgajiem lielumiem.
Lai palīdzētu izstrādātājiem optimizēt materiālu izvēli, viņi var salīdzināt metālu PREN vērtības, lai noteiktu to izturību pret lokalizētu koroziju.PREN var aprēķināt pēc sakausējuma ķīmiskās sastāva, tostarp tā hroma (Cr), molibdēna (Mo) un slāpekļa (N) satura, šādi:
PREN palielinās līdz ar korozijizturīgu hroma, molibdēna un slāpekļa elementu saturu sakausējumā.PREN attiecība ir balstīta uz kritisko punktu veidošanās temperatūru (CPT) – zemāko temperatūru, pie kuras notiek punktveida veidošanās – dažādiem nerūsējošajiem tēraudiem atkarībā no ķīmiskā sastāva.Būtībā PREN ir proporcionāls CPT.Tāpēc augstākas PREN vērtības norāda uz augstāku pretestību punktos.Neliels PREN pieaugums ir līdzvērtīgs tikai nelielam CPT pieaugumam salīdzinājumā ar sakausējumu, savukārt liels PREN pieaugums norāda uz ievērojamu veiktspējas uzlabošanos salīdzinājumā ar ievērojami augstāku CPT.
1. tabulā ir salīdzinātas PREN vērtības dažādiem sakausējumiem, ko parasti izmanto jūras naftas un gāzes rūpniecībā.Tas parāda, kā specifikācijas 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, lai ievērojami palielinātu veiktspēju.
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 nerūsējošos tēraudus ar lielāku niķeļa saturu, jo šis elements palīdz atkārtoti pasivēt virsmas, kurām ir lokalizētas korozijas pazīmes.Niķelis stabilizē austenītu un novērš martensīta veidošanos, liekot vai auksti velkot 1/8 cietas caurules.Martensīts ir nevēlama metālu kristāliskā fāze, kas samazina nerūsējošā tērauda izturību pret lokālu koroziju, kā arī hlorīda izraisītu spriegumu plaisāšanu.Augstāks niķeļa saturs vismaz 12% 316/316L tēraudā ir vēlams arī augstspiediena ūdeņraža gāzes lietojumos.Minimālā niķeļa koncentrācija, kas nepieciešama ASTM 316/316L nerūsējošajam tēraudam, ir 10%.
Lokalizēta korozija var rasties jebkurā vietā uz cauruļvadiem, ko izmanto jūras vidē.Tomēr bedrīšu veidošanās ir lielāka iespējamība, ka apgabalos, kas jau ir piesārņoti, savukārt plaisu korozija biežāk rodas vietās, kur starp cauruli un uzstādīšanas aprīkojumu ir šauras spraugas.Izmantojot PREN kā pamatu, specifikators var izvēlēties labāko cauruļu sakausējumu, lai samazinātu jebkāda veida lokalizētas korozijas risku.
Tomēr paturiet prātā, ka ir arī citi mainīgie, kas var ietekmēt korozijas risku.Piemēram, temperatūra ietekmē nerūsējošā tērauda noturību pret punktveida veidošanos.Karstā jūras klimatā ir nopietni jāapsver superaustenīta 6 molibdēna tērauda vai super duplex 2507 nerūsējošā tērauda caurules, jo šiem materiāliem ir lieliska izturība pret lokālu koroziju un hlorīda plaisāšanu.Vēsākā klimatā var pietikt ar 316/316L cauruli, īpaši, ja ir bijusi veiksmīga izmantošana.
Ārzonas 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 bedru veidošanās risku.Viņiem arī vajadzētu likt apkopes tehniķiem atvērt cauruļu skavas kārtējo pārbaužu laikā, lai pārbaudītu plaisu koroziju.
Veicot 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 produkta zuduma vai izplūdušo emisiju iespēju.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Naftas tehnoloģiju žurnāls ir vadošais Naftas inženieru biedrības žurnāls, kurā ir autoritatīvi kopsavilkumi un raksti par sasniegumiem iepriekšējās tehnoloģijās, naftas un gāzes nozares jautājumiem, kā arī ziņas par SPE un tās dalībniekiem.