स्टेनलेस स्टील पाईप्समध्ये अंगभूत गंज-प्रतिरोधक क्षमता असूनही, सागरी वातावरणात बसवलेले स्टेनलेस स्टील पाईप्स त्यांच्या अपेक्षित सेवाकाळात विविध प्रकारच्या गंजाला बळी पडतात. या गंजामुळे अनियंत्रित उत्सर्जन, उत्पादनाचे नुकसान आणि संभाव्य धोके निर्माण होऊ शकतात. ऑफशोअर प्लॅटफॉर्मचे मालक आणि ऑपरेटर्स, उत्तम गंज-प्रतिरोधक क्षमतेसाठी सुरुवातीपासूनच अधिक मजबूत पाईप सामग्रीची निवड करून गंजाचा धोका कमी करू शकतात. त्यानंतर, रासायनिक इंजेक्शन लाईन्स, हायड्रॉलिक आणि इम्पल्स लाईन्स, तसेच प्रक्रिया उपकरणे आणि साधनांची तपासणी करताना त्यांनी सतर्क राहिले पाहिजे, जेणेकरून गंजामुळे बसवलेल्या पाईपिंगच्या अखंडतेला धोका निर्माण होणार नाही किंवा सुरक्षिततेशी तडजोड होणार नाही.
अनेक प्लॅटफॉर्म, जहाजे आणि ऑफशोअर पाइपलाइनवर स्थानिक गंज आढळू शकतो. हा गंज पिटिंग किंवा क्रेविस गंज या स्वरूपात असू शकतो, यापैकी कोणताही प्रकार पाइपची भिंत झिजवू शकतो आणि द्रव गळतीस कारणीभूत ठरू शकतो.
अनुप्रयोगाचे कार्यकारी तापमान वाढल्याने क्षरणाचा धोका वाढतो. उष्णता ट्यूबच्या संरक्षक बाह्य निष्क्रिय ऑक्साईड थराचा ऱ्हास वेगाने घडवून आणू शकते, ज्यामुळे खड्डे पडण्यास चालना मिळते.
दुर्दैवाने, स्थानिक खड्डे आणि भेगांमधील गंज शोधणे कठीण असते, ज्यामुळे या प्रकारच्या गंजाची ओळख पटवणे, त्याचा अंदाज लावणे आणि त्याची रचना करणे अवघड होते. हे धोके लक्षात घेता, प्लॅटफॉर्मचे मालक, चालक आणि त्यांचे प्रतिनिधी यांनी त्यांच्या वापरासाठी सर्वोत्तम पाईपलाईन सामग्री निवडताना सावधगिरी बाळगली पाहिजे. सामग्रीची निवड ही गंजाविरुद्धची त्यांची पहिली संरक्षण फळी आहे, त्यामुळे ती अचूक करणे खूप महत्त्वाचे आहे. सुदैवाने, ते स्थानिक गंज प्रतिकारशक्तीचे एक अतिशय सोपे पण प्रभावी मोजमाप वापरू शकतात, ज्याला 'पिटिंग रेझिस्टन्स इक्विव्हॅलेंट नंबर' (PREN) म्हणतात. धातूचे PREN मूल्य जितके जास्त असेल, तितकी त्याची स्थानिक गंज प्रतिकारशक्ती जास्त असते.
या लेखात, मटेरियलच्या PREN मूल्याच्या आधारावर, पिटिंग आणि क्रेविस कोरोझन कसे ओळखावे आणि ऑफशोअर तेल व वायू अनुप्रयोगांसाठी ट्यूबिंग मटेरियलची निवड कशी ऑप्टिमाइझ करावी, यावर लक्ष केंद्रित केले जाईल.
सर्वसाधारण क्षरणाच्या तुलनेत स्थानिक क्षरण लहान भागांमध्ये होते, तर सर्वसाधारण क्षरण धातूच्या पृष्ठभागावर अधिक एकसमान असते. जेव्हा धातूचा बाहेरील क्रोमियम-समृद्ध निष्क्रिय ऑक्साईड थर, खारट पाण्यासह क्षरणकारक द्रवांच्या संपर्कात आल्याने फुटतो, तेव्हा ३१६ स्टेनलेस स्टीलच्या ट्यूबिंगवर खड्डे आणि भेगांमधील क्षरण तयार होऊ लागते. क्लोराइड्सने समृद्ध सागरी वातावरण, तसेच उच्च तापमान आणि ट्यूबिंगच्या पृष्ठभागाचे प्रदूषण, या निष्क्रियीकरण थराच्या ऱ्हासाची शक्यता वाढवतात.
पिटिंग गंज तेव्हा होतो जेव्हा पाईपच्या एका भागावरील पॅसिव्हेशन फिल्म तुटते, ज्यामुळे पाईपच्या पृष्ठभागावर लहान पोकळ्या किंवा खड्डे तयार होतात. इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रिया जसजशा पुढे जातात, तसतसे असे खड्डे मोठे होण्याची शक्यता असते, ज्याच्या परिणामी धातूमधील लोह खड्ड्याच्या तळाशी असलेल्या द्रावणात विरघळते. हे विरघळलेले लोह नंतर खड्ड्याच्या वरच्या भागाकडे पसरते आणि त्याचे ऑक्सिडीकरण होऊन लोह ऑक्साईड किंवा गंज तयार होतो. जसा खड्डा खोल होत जातो, तसतशा इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियांचा वेग वाढतो, गंज वाढतो, ज्यामुळे पाईपच्या भिंतीला छिद्र पडून गळती होऊ शकते.
नळ्यांचा बाह्य पृष्ठभाग दूषित झाल्यास त्यावर खड्डे पडण्याची शक्यता अधिक असते (आकृती १). उदाहरणार्थ, वेल्डिंग आणि ग्राइंडिंगच्या कामांमधील दूषित घटक पाईपच्या पॅसिव्हेशन ऑक्साईड थराला नुकसान पोहोचवू शकतात, ज्यामुळे खड्डे तयार होतात आणि त्यांची प्रक्रिया अधिक वेगवान होते. पाईपमधील प्रदूषणाच्या बाबतीतही हेच लागू होते. याव्यतिरिक्त, मिठाचे थेंब बाष्पीभवन झाल्यावर, पाईपवर तयार होणारे ओले मिठाचे स्फटिक ऑक्साईड थराचे संरक्षण करतात आणि त्यामुळे खड्डे पडू शकतात. या प्रकारचे प्रदूषण टाळण्यासाठी, आपले पाईप नियमितपणे ताज्या पाण्याने धुवून स्वच्छ ठेवा.
आकृती १. आम्ल, क्षार आणि इतर साठ्यांनी दूषित झालेला 316/316L स्टेनलेस स्टील पाईप खड्डे पडण्यास अत्यंत संवेदनशील असतो.
भेगांमधील क्षरण. बहुतेक प्रकरणांमध्ये, ऑपरेटरला पिटिंग सहजपणे ओळखता येते. तथापि, भेगांमधील क्षरण ओळखणे सोपे नसते आणि त्यामुळे ऑपरेटर व कर्मचाऱ्यांसाठी मोठा धोका निर्माण होतो. हे सहसा अशा पाईप्सवर घडते ज्यांच्या सभोवतालच्या सामग्रीमध्ये अरुंद फटी असतात, जसे की क्लॅम्पने जागेवर धरलेले पाईप्स किंवा एकमेकांना लागून असलेले पाईप्स. जेव्हा खारे पाणी या फटीमध्ये झिरपते, तेव्हा कालांतराने, या भागात एक रासायनिक दृष्ट्या आक्रमक आम्लयुक्त फेरिक क्लोराईड द्रावण (FeCl3) तयार होते, ज्यामुळे त्या फटीचे क्षरण वेगाने होते (आकृती २). भेगांमधील क्षरणामुळे त्याच्या स्वरूपानुसार क्षरणाचा धोका वाढत असल्याने, पिटिंगच्या तुलनेत भेगांमधील क्षरण खूप कमी तापमानातही होऊ शकते.
आकृती २ – पाईप आणि पाईप सपोर्टच्या मध्ये (वर) आणि जेव्हा पाईप इतर पृष्ठभागांच्या जवळ बसवला जातो (खाली) तेव्हा त्या फटीमध्ये फेरिक क्लोराईडचे रासायनिक दृष्ट्या आक्रमक आम्लयुक्त द्रावण तयार झाल्यामुळे फटीतील गंज (क्रेविस कोरोझन) विकसित होऊ शकतो.
सामान्यतः, क्रेविस क्षरणामुळे पाईपचा भाग आणि पाईप सपोर्ट कॉलर यांच्यामध्ये तयार झालेल्या फटीत सुरुवातीला खड्डे पडल्यासारखे दिसते. तथापि, भेगेतील द्रवामध्ये Fe++ चे प्रमाण वाढल्यामुळे, सुरुवातीचा फनेल (नरसाळा) मोठा होत जातो आणि अखेरीस संपूर्ण भेग व्यापून टाकतो. शेवटी, क्रेविस क्षरणामुळे पाईपला छिद्र पडू शकते.
दाट भेगांमुळे गंज लागण्याचा सर्वात मोठा धोका असतो. त्यामुळे, पाईपच्या परिघाचा मोठा भाग वेढणारे पाईप क्लॅम्प्स, उघड्या क्लॅम्प्सपेक्षा अधिक धोकादायक ठरतात, कारण उघड्या क्लॅम्प्समुळे पाईप आणि क्लॅम्पमधील संपर्क पृष्ठभाग कमी होतो. सर्व्हिस टेक्निशियन्स नियमितपणे फिक्स्चर उघडून आणि पाईपच्या पृष्ठभागावर गंज लागला आहे का याची तपासणी करून, भेगांमधील गंजामुळे होणारे नुकसान किंवा बिघाडाची शक्यता कमी करण्यास मदत करू शकतात.
विशिष्ट उपयोगासाठी योग्य धातू मिश्रधातूची निवड करून खड्डे पडणे आणि फटींमधील गंज टाळता येतो. कार्यरत वातावरण, प्रक्रियेची स्थिती आणि इतर घटकांवर अवलंबून, गंज लागण्याचा धोका कमी करण्यासाठी, निवडकर्त्यांनी सर्वोत्तम पाइपिंग सामग्री निवडताना योग्य ती खबरदारी घेतली पाहिजे.
सामग्रीची निवड अधिक चांगल्या प्रकारे करण्यासाठी, धातूंच्या PREN मूल्यांची तुलना करून स्थानिक गंजण्यास त्यांचा असलेला प्रतिकार निश्चित करता येतो. मिश्रधातूच्या रासायनिक रचनेवरून, ज्यामध्ये क्रोमियम (Cr), मॉलिब्डेनम (Mo) आणि नायट्रोजन (N) यांचे प्रमाण समाविष्ट आहे, PREN ची गणना खालीलप्रमाणे केली जाते:
मिश्रधातूमध्ये क्रोमियम, मॉलिब्डेनम आणि नायट्रोजन यांसारख्या गंज-प्रतिरोधक घटकांच्या प्रमाणानुसार PREN वाढते. PREN गुणोत्तर हे रासायनिक रचनेनुसार विविध स्टेनलेस स्टीलच्या क्रिटिकल पिटिंग टेम्परेचर (CPT) – म्हणजेच ज्या सर्वात कमी तापमानावर पिटिंग होते – यावर आधारित असते. मूलतः, PREN हे CPT च्या समानुपाती असते. त्यामुळे, PREN ची उच्च मूल्ये अधिक पिटिंग प्रतिरोध दर्शवतात. PREN मधील थोडी वाढ ही मिश्रधातूच्या तुलनेत CPT मधील केवळ थोड्या वाढीच्या समतुल्य असते, तर PREN मधील मोठी वाढ ही खूप उच्च CPT च्या तुलनेत कामगिरीमध्ये लक्षणीय सुधारणा दर्शवते.
सारणी १ मध्ये ऑफशोअर तेल आणि वायू उद्योगात सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या विविध मिश्रधातूंच्या PREN मूल्यांची तुलना केली आहे. उच्च दर्जाच्या पाईप मिश्रधातूची निवड करून विनिर्देशाद्वारे गंज-प्रतिरोधकता कशी मोठ्या प्रमाणात सुधारता येते, हे यातून दिसून येते. ३१६ एसएस पासून ३१७ एसएस पर्यंत PREN मध्ये किंचित वाढ होते. कामगिरीत लक्षणीय वाढ करण्यासाठी सुपर ऑस्टेनिटिक ६ एमओ एसएस किंवा सुपर डुप्लेक्स २५०७ एसएस हे आदर्श आहेत.
स्टेनलेस स्टीलमध्ये निकेलचे (Ni) प्रमाण जास्त असल्यास गंजरोधकता देखील वाढते. तथापि, स्टेनलेस स्टीलमधील निकेलचे प्रमाण PREN समीकरणाचा भाग नाही. कोणत्याही परिस्थितीत, जास्त निकेल असलेले स्टेनलेस स्टील निवडणे अनेकदा फायदेशीर ठरते, कारण हे मूलद्रव्य स्थानिक गंज लागलेल्या पृष्ठभागांना पुन्हा निष्क्रिय करण्यास मदत करते. १/८ इंच जाडीचा रिजिड पाईप वाकवताना किंवा कोल्ड ड्रॉइंग करताना निकेल ऑस्टेनाइटला स्थिर करते आणि मार्टेन्साइट तयार होण्यास प्रतिबंध करते. मार्टेन्साइट हा धातूंमधील एक अवांछित स्फटिकीय टप्पा आहे, जो स्टेनलेस स्टीलची स्थानिक गंज तसेच क्लोराइड-प्रेरित स्ट्रेस क्रॅकिंगला असलेली प्रतिकारशक्ती कमी करतो. ३१६/३१६L स्टीलमध्ये किमान १२% निकेलचे प्रमाण जास्त दाब असलेल्या हायड्रोजन वायूच्या वापरासाठी देखील इष्ट आहे. ASTM ३१६/३१६L स्टेनलेस स्टीलसाठी आवश्यक असलेली किमान निकेलची घनता १०% आहे.
सागरी वातावरणात वापरल्या जाणाऱ्या पाईपलाईनमध्ये स्थानिक क्षरण (localized corrosion) कोठेही होऊ शकते. तथापि, आधीच दूषित असलेल्या भागांमध्ये खड्डे पडण्याची (pitting) शक्यता जास्त असते, तर पाईप आणि प्रतिष्ठापन उपकरणांमधील अरुंद फटी असलेल्या भागांमध्ये फटीतील क्षरण (crevice corrosion) होण्याची शक्यता जास्त असते. PREN चा आधार घेऊन, विनिर्देशक (specifier) ​​कोणत्याही प्रकारच्या स्थानिक क्षरणाचा धोका कमी करण्यासाठी सर्वोत्तम पाईप ग्रेड निवडू शकतो.
तथापि, हे लक्षात ठेवा की असे इतर घटक देखील आहेत जे गंज लागण्याच्या धोक्यावर परिणाम करू शकतात. उदाहरणार्थ, तापमान स्टेनलेस स्टीलच्या पिटिंगला (pitting) असलेल्या प्रतिकारावर परिणाम करते. उष्ण सागरी हवामानासाठी, सुपर ऑस्टेनिटिक ६ मॉलिब्डेनम स्टील किंवा सुपर डुप्लेक्स २५०७ स्टेनलेस स्टील पाईप्सचा गांभीर्याने विचार केला पाहिजे, कारण या सामग्रीमध्ये स्थानिक गंज आणि क्लोराईड क्रॅकिंगला उत्कृष्ट प्रतिकार करण्याची क्षमता असते. थंड हवामानासाठी, ३१६/३१६एल पाईप पुरेसा असू शकतो, विशेषतः जर त्याचा यशस्वी वापराचा इतिहास असेल तर.
ऑफशोअर प्लॅटफॉर्मचे मालक आणि ऑपरेटर ट्यूबिंग बसवल्यानंतर गंज लागण्याचा धोका कमी करण्यासाठी उपाययोजना करू शकतात. खड्डे पडण्याचा धोका कमी करण्यासाठी त्यांनी पाईप्स स्वच्छ ठेवावेत आणि नियमितपणे ताज्या पाण्याने धुवावेत. तसेच, नियमित तपासणीदरम्यान त्यांनी देखभाल तंत्रज्ञांकडून क्लॅम्प्स उघडून फटींमधील गंज तपासावा.
वरील पायऱ्यांचे पालन करून, प्लॅटफॉर्मचे मालक आणि चालक सागरी वातावरणातील पाईप गंजण्याचा आणि संबंधित गळतीचा धोका कमी करू शकतात, सुरक्षितता आणि कार्यक्षमता सुधारू शकतात, तसेच उत्पादनाचे नुकसान किंवा अनियंत्रित उत्सर्जनाची शक्यता कमी करू शकतात.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
सोसायटी ऑफ पेट्रोलियम इंजिनियर्सचे प्रमुख नियतकालिक असलेले 'जर्नल ऑफ पेट्रोलियम टेक्नॉलॉजी', अपस्ट्रीम तंत्रज्ञानातील प्रगती, तेल आणि वायू उद्योगातील समस्या, तसेच SPE आणि त्याच्या सदस्यांविषयीच्या बातम्यांवर अधिकृत संक्षिप्त माहिती आणि लेख प्रदान करते.