Walaupun paip keluli tahan karat mempunyai rintangan kakisan yang wujud, paip keluli tahan karat yang dipasang di persekitaran marin mengalami pelbagai jenis kakisan sepanjang jangka hayatnya. Kakisan ini boleh menyebabkan pelepasan asap, kehilangan produk dan potensi risiko. Pemilik dan pengendali platform luar pesisir boleh mengurangkan risiko kakisan dengan menentukan bahan paip yang lebih kuat yang memberikan rintangan kakisan yang lebih baik. Selepas itu, mereka mesti sentiasa berwaspada semasa memeriksa suntikan kimia, talian hidraulik dan impuls, serta peralatan instrumentasi dan penderiaan proses untuk memastikan kakisan tidak mengancam integriti paip yang dipasang dan menjejaskan keselamatan.
Kakisan setempat boleh didapati pada banyak platform, kapal, dan perpaipan di pemasangan luar pesisir. Kakisan ini boleh dalam bentuk kakisan lubang atau celah, yang mana kedua-duanya boleh menghakis dinding paip dan menyebabkan pembebasan bendalir.
Risiko kakisan adalah lebih besar apabila suhu operasi aplikasi meningkat. Haba boleh mempercepatkan pemusnahan filem oksida pasif luar pelindung tiub, sekali gus menggalakkan pembentukan kakisan bopeng.
Malangnya, kakisan lubang dan celah setempat sukar dikesan, menjadikan jenis kakisan ini lebih sukar untuk dikenal pasti, diramal dan direka bentuk. Memandangkan risiko ini, pemilik platform, pengendali dan wakilnya harus berhati-hati semasa memilih bahan paip terbaik untuk aplikasi mereka. Pemilihan bahan adalah barisan pertahanan pertama mereka terhadap kakisan, jadi mendapatkannya dengan betul adalah penting. Mujurlah, mereka boleh memilih menggunakan ukuran rintangan kakisan setempat yang sangat mudah tetapi sangat berkesan, Nombor Setara Rintangan Lubang (PREN). Semakin tinggi nilai PREN logam, semakin tinggi rintangannya terhadap kakisan setempat.
Artikel ini akan mengulas cara mengenal pasti kakisan lubang dan rekahan serta cara mengoptimumkan pemilihan bahan tiub untuk aplikasi minyak dan gas luar pesisir berdasarkan nilai PREN bahan tersebut.
Kakisan setempat berlaku di kawasan kecil berbanding kakisan umum, yang lebih seragam pada permukaan logam. Kakisan lubang dan celah mula terbentuk pada paip keluli tahan karat 316 apabila filem oksida pasif kaya kromium luar logam pecah akibat pendedahan kepada cecair menghakis, termasuk air masin. Persekitaran marin luar pesisir dan darat yang kaya dengan klorida, serta suhu tinggi dan juga pencemaran permukaan tiub, meningkatkan potensi degradasi filem pasif ini.
Kakisan lubang. Kakisan lubang berlaku apabila filem pasifasi pada sebahagian paip musnah, membentuk rongga atau lubang kecil pada permukaan paip. Lubang sedemikian berkemungkinan akan membesar apabila tindak balas elektrokimia berlaku, menyebabkan besi dalam logam larut ke dalam larutan di bahagian bawah lubang. Besi terlarut kemudiannya akan meresap ke arah bahagian atas lubang dan teroksida untuk membentuk oksida besi atau karat. Apabila lubang semakin dalam, tindak balas elektrokimia memecut, kakisan menjadi semakin kuat, dan boleh menyebabkan perforasi dinding paip dan menyebabkan kebocoran.
Tiub lebih mudah terdedah kepada kakisan lubang apabila permukaan luarnya tercemar (Rajah 1). Contohnya, pencemaran daripada operasi kimpalan dan pengisaran boleh merosakkan lapisan oksida pasif paip, sekali gus membentuk dan mempercepatkan kakisan lubang. Begitu juga dengan menangani pencemaran daripada paip. Selain itu, apabila titisan air garam meruap, hablur garam basah yang terbentuk pada paip melakukan perkara yang sama untuk melindungi lapisan oksida dan boleh menyebabkan kakisan lubang. Untuk mencegah pencemaran jenis ini, pastikan paip anda bersih dengan membilasnya dengan air bersih secara berkala.
Rajah 1 – Paip keluli tahan karat 316/316L yang tercemar dengan asid, air garam dan mendapan lain sangat mudah terdedah kepada kakisan bopeng.
Kakisan rekahan. Dalam kebanyakan kes, lubang boleh dikenal pasti dengan mudah oleh pengendali. Walau bagaimanapun, kakisan rekahan tidak mudah dikesan dan menimbulkan risiko yang lebih besar kepada pengendali dan kakitangan. Ia biasanya berlaku pada paip yang mempunyai ruang yang ketat antara bahan di sekelilingnya, seperti paip yang dipegang di tempatnya dengan klip atau paip yang dipasang rapat bersebelahan. Apabila air garam meresap ke dalam rekahan, larutan ferik klorida (FeCl3) berasid yang agresif secara kimia terbentuk di kawasan itu dari semasa ke semasa dan menyebabkan kakisan rekahan dipercepatkan (Rajah 2). Oleh kerana rekahan itu sendiri meningkatkan risiko kakisan, kakisan rekahan boleh berlaku pada suhu yang jauh lebih rendah daripada kakisan rekahan.
Rajah 2 – Kakisan rekahan mungkin berlaku di antara paip dan sokongan paip (atas) dan apabila paip dipasang berhampiran dengan permukaan lain (bawah) disebabkan oleh pembentukan larutan ferik klorida berasid yang agresif secara kimia di dalam rekahan.
Kakisan rekahan biasanya mensimulasikan kakisan lubang terlebih dahulu di rekahan yang terbentuk di antara paip dan klip sokongan paip. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh peningkatan kepekatan Fe++ dalam bendalir di dalam rekahan, kawah awal menjadi lebih besar dan lebih besar sehingga ia menutupi keseluruhan rekahan. Akhirnya, kakisan rekahan boleh menembusi paip.
Retakan yang ketat adalah risiko kakisan yang paling besar. Oleh itu, pengapit paip yang membalut sebahagian besar lilitan paip cenderung memberikan risiko yang lebih besar daripada pengapit terbuka, yang meminimumkan permukaan sentuhan antara paip dan pengapit. Juruteknik penyelenggaraan boleh membantu mengurangkan kemungkinan kakisan rekahan menyebabkan kerosakan atau kegagalan dengan membuka pengapit secara berkala dan memeriksa permukaan paip untuk kakisan.
Kakisan lubang dan rekahan boleh dicegah dengan sebaik-baiknya dengan memilih aloi logam yang sesuai untuk aplikasi tersebut. Penentu spesifikasi harus menjalankan usaha wajar untuk memilih bahan perpaipan yang optimum bagi meminimumkan risiko kakisan berdasarkan persekitaran operasi, keadaan proses dan pembolehubah lain.
Untuk membantu penentu pengoptimuman pemilihan bahan, mereka boleh membandingkan nilai PREN logam untuk menentukan ketahanannya terhadap kakisan setempat. PREN boleh dikira daripada komposisi kimia aloi, termasuk kandungan kromium (Cr), molibdenum (Mo), dan nitrogen (N), seperti berikut:
PREN meningkat dengan kandungan unsur tahan kakisan kromium, molibdenum dan nitrogen dalam aloi. Hubungan PREN adalah berdasarkan suhu bopeng kritikal (CPT) – suhu terendah di mana kakisan bopeng diperhatikan – untuk pelbagai keluli tahan karat berhubung dengan komposisi kimia. Pada asasnya, PREN adalah berkadar dengan CPT. Oleh itu, nilai PREN yang lebih tinggi menunjukkan rintangan bopeng yang lebih tinggi. Peningkatan kecil dalam PREN hanya bersamaan dengan peningkatan kecil dalam CPT berbanding aloi, manakala peningkatan besar dalam PREN menunjukkan peningkatan prestasi yang ketara kepada CPT yang jauh lebih tinggi.
Jadual 1 membandingkan nilai PREN pelbagai aloi yang biasa digunakan dalam aplikasi minyak dan gas luar pesisir. Ia menunjukkan bagaimana spesifikasi tersebut boleh meningkatkan ketahanan kakisan dengan ketara dengan memilih aloi paip gred yang lebih tinggi. PREN hanya meningkat sedikit apabila beralih daripada keluli tahan karat 316 kepada 317. Untuk peningkatan prestasi yang ketara, keluli tahan karat super austenit 6 Mo atau keluli tahan karat super dupleks 2507 adalah idealnya digunakan.
Kepekatan nikel (Ni) yang lebih tinggi dalam keluli tahan karat juga meningkatkan ketahanan kakisan. Walau bagaimanapun, kandungan nikel keluli tahan karat bukanlah sebahagian daripada persamaan PREN. Walau apa pun, selalunya bermanfaat untuk menentukan keluli tahan karat dengan kepekatan nikel yang lebih tinggi, kerana elemen ini membantu untuk memasifkan semula permukaan yang menunjukkan tanda-tanda kakisan setempat. Nikel menstabilkan austenit dan mencegah pembentukan martensit semasa membengkokkan atau menarik 1/8 paip keras secara sejuk. Martensit ialah fasa kristal yang tidak diingini dalam logam yang mengurangkan ketahanan keluli tahan karat terhadap kakisan setempat serta keretakan tegasan yang disebabkan oleh klorida. Kandungan nikel yang lebih tinggi sekurang-kurangnya 12% dalam 316/316L juga wajar untuk aplikasi yang melibatkan hidrogen gas tekanan tinggi. Kepekatan nikel minimum yang diperlukan untuk keluli tahan karat 316/316L dalam spesifikasi standard ASTM ialah 10%.
Kakisan setempat boleh berlaku di mana-mana sahaja pada paip yang digunakan dalam persekitaran marin. Walau bagaimanapun, kakisan lubang lebih cenderung berlaku di kawasan yang sudah tercemar, manakala kakisan celah lebih cenderung berlaku di kawasan yang mempunyai jurang sempit antara paip dan perkakasan pelekap. Menggunakan PREN sebagai asas, penentu boleh memilih aloi paip terbaik untuk meminimumkan risiko sebarang jenis kakisan setempat.
Walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa terdapat pembolehubah lain yang boleh mempengaruhi risiko kakisan. Contohnya, suhu mempengaruhi rintangan lubang keluli tahan karat. Bagi iklim marin panas, paip keluli tahan karat 6 molibdenum super austenitik atau 2507 super dupleks harus dipertimbangkan dengan serius kerana bahan ini mempunyai rintangan yang sangat baik terhadap kakisan setempat dan keretakan tegasan klorida. Bagi iklim yang lebih sejuk, paip 316/316L mungkin mencukupi, terutamanya jika sejarah penggunaan yang berjaya telah diwujudkan.
Pemilik dan pengendali platform luar pesisir juga boleh mengambil langkah untuk meminimumkan risiko kakisan selepas tiub dipasang. Mereka harus memastikan paip bersih dan disiram dengan air bersih secara berkala untuk mengurangkan risiko kakisan lubang. Mereka juga harus meminta juruteknik penyelenggaraan membuka pengapit tiub semasa pemeriksaan rutin untuk mencari kehadiran kakisan rekahan.
Mengikuti langkah-langkah yang digariskan di atas, pemilik dan pengendali platform boleh mengurangkan risiko kakisan tiub dan kebocoran berkaitan dalam persekitaran marin, meningkatkan keselamatan dan kecekapan, sambil mengurangkan kemungkinan kehilangan produk atau pembebasan pelepasan pelarian.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Jurnal Teknologi Petroleum ialah majalah utama Persatuan Jurutera Petroleum, yang menyediakan taklimat dan rencana berwibawa tentang kemajuan dalam teknologi penerokaan dan pengeluaran, isu industri minyak dan gas serta berita tentang SPE dan ahli-ahlinya.