Ondanks de inherente corrosiebestendigheid van roestvrijstalen buizen, worden deze buizen in maritieme omgevingen tijdens hun verwachte levensduur blootgesteld aan verschillende vormen van corrosie. Deze corrosie kan leiden tot lekkages, productverlies en potentiële risico's. Eigenaren en exploitanten van offshoreplatforms kunnen het risico op corrosie verminderen door te kiezen voor sterkere buismaterialen met een betere corrosiebestendigheid. Daarnaast moeten ze alert blijven bij het inspecteren van chemische injectie-, hydraulische en impulsleidingen, evenals procesinstrumentatie en -sensoren, om ervoor te zorgen dat corrosie de integriteit van de geïnstalleerde leidingen niet aantast en de veiligheid niet in gevaar brengt.
Plaatselijke corrosie kan voorkomen op veel platforms, schepen en leidingen in offshore-installaties. Deze corrosie kan de vorm aannemen van putcorrosie of spleetcorrosie, die beide de pijpwand kunnen aantasten en vloeistoflekkage kunnen veroorzaken.
Het risico op corrosie neemt toe naarmate de bedrijfstemperatuur van de toepassing stijgt. Hitte kan de afbraak van de beschermende, passieve oxidelaag aan de buitenkant van de buis versnellen, waardoor de vorming van putcorrosie wordt bevorderd.
Helaas zijn plaatselijke putcorrosie en spleetcorrosie moeilijk te detecteren, waardoor deze vormen van corrosie lastiger te identificeren, voorspellen en te voorkomen zijn bij het ontwerpen. Gezien deze risico's moeten eigenaren, exploitanten en aangewezen personen van platformen voorzichtig te werk gaan bij het selecteren van het beste leidingmateriaal voor hun toepassing. Materiaalselectie is hun eerste verdedigingslinie tegen corrosie, dus het is belangrijk om de juiste keuze te maken. Gelukkig kunnen ze een zeer eenvoudige maar effectieve maatstaf voor plaatselijke corrosiebestendigheid gebruiken: het Pitting Resistance Equivalent Number (PREN). Hoe hoger de PREN-waarde van een metaal, hoe hoger de weerstand tegen plaatselijke corrosie.
In dit artikel wordt besproken hoe putcorrosie en spleetcorrosie kunnen worden vastgesteld en hoe de materiaalkeuze voor buizen in offshore olie- en gastoepassingen kan worden geoptimaliseerd op basis van de PREN-waarde van het materiaal.
Plaatselijke corrosie treedt op in kleine gebieden, in tegenstelling tot algemene corrosie, die gelijkmatiger verdeeld is over het metaaloppervlak. Putcorrosie en spleetcorrosie beginnen zich te vormen op 316 roestvrijstalen buizen wanneer de buitenste, chroomrijke passiveringslaag van het metaal scheurt als gevolg van blootstelling aan corrosieve vloeistoffen, waaronder zout water. Chloriderijke maritieme omgevingen op zee en op land, evenals hoge temperaturen en zelfs verontreiniging van het buisoppervlak, vergroten de kans op aantasting van deze passiveringslaag.
Pittingcorrosie treedt op wanneer de passiveringslaag op een pijpleiding wordt aangetast, waardoor kleine holtes of putjes op het oppervlak van de pijp ontstaan. Deze putjes groeien waarschijnlijk door elektrochemische reacties, waardoor het ijzer in het metaal oplost in de oplossing op de bodem van het putje. Het opgeloste ijzer diffundeert vervolgens naar de bovenkant van het putje en oxideert tot ijzeroxide of roest. Naarmate het putje dieper wordt, versnellen de elektrochemische reacties, neemt de corrosie toe en kan dit leiden tot perforatie van de pijpwand en lekkages.
Buizen zijn gevoeliger voor putcorrosie wanneer het buitenoppervlak vervuild is (Figuur 1). Vervuiling door bijvoorbeeld las- en slijpwerkzaamheden kan de passiverende oxidelaag van de buis beschadigen, waardoor putcorrosie ontstaat en versnelt. Hetzelfde geldt voor het simpelweg verwijderen van vervuiling uit de leidingen. Bovendien vormen zich, naarmate de pekeldruppels verdampen, natte zoutkristallen op de leidingen die de oxidelaag beschermen en zo ook tot putcorrosie kunnen leiden. Om dit soort vervuiling te voorkomen, moet u uw leidingen schoon houden door ze regelmatig met schoon water door te spoelen.
Afbeelding 1 – Een 316/316L roestvrijstalen buis die verontreinigd is met zuur, pekel en andere afzettingen is zeer gevoelig voor putcorrosie.
Spleetcorrosie. In de meeste gevallen kan putcorrosie gemakkelijk door de operator worden herkend. Spleetcorrosie is echter moeilijker te detecteren en vormt een groter risico voor operators en personeel. Het treedt meestal op in leidingen met krappe ruimtes tussen de omringende materialen, zoals leidingen die met klemmen zijn bevestigd of leidingen die strak naast elkaar zijn geïnstalleerd. Wanneer pekel in de spleet sijpelt, vormt zich na verloop van tijd een chemisch agressieve, verzuurde ijzer(III)chloride (FeCl3)-oplossing in het gebied, wat leidt tot versnelde spleetcorrosie (Figuur 2). Omdat spleten zelf het risico op corrosie verhogen, kan spleetcorrosie optreden bij temperaturen die veel lager liggen dan die van putcorrosie.
Figuur 2 – Spleetcorrosie kan ontstaan ​​tussen de buis en de buissteun (boven) en wanneer de buis dicht bij andere oppervlakken is geïnstalleerd (onder) als gevolg van de vorming van een chemisch agressieve, verzuurde ijzer(III)chlorideoplossing in de spleet.
Spleetcorrosie simuleert meestal eerst putcorrosie in de spleet die ontstaat tussen een pijpstuk en de pijpsteunclip. Door de toenemende concentratie Fe++ in de vloeistof in de spleet wordt de aanvankelijke krater echter steeds groter totdat deze de hele spleet bedekt. ​​Uiteindelijk kan spleetcorrosie de pijp perforeren.
Nauwe scheuren vormen het grootste risico op corrosie. Daarom vormen pijpklemmen die bijna de hele omtrek van de pijp omvatten een groter risico dan open klemmen, die het contactoppervlak tussen de pijp en de klem minimaliseren. Onderhoudstechnici kunnen de kans op schade of defecten door spleetcorrosie verkleinen door de klemmen regelmatig te openen en het pijpoppervlak op corrosie te controleren.
Putcorrosie en spleetcorrosie kunnen het best worden voorkomen door de juiste metaallegering voor de toepassing te kiezen. Ontwerpers dienen zorgvuldig het optimale leidingmateriaal te selecteren om het risico op corrosie te minimaliseren, rekening houdend met de bedrijfsomgeving, procesomstandigheden en andere variabelen.
Om ontwerpers te helpen bij het optimaliseren van de materiaalkeuze, kunnen ze de PREN-waarden van metalen vergelijken om hun weerstand tegen lokale corrosie te bepalen. PREN kan worden berekend op basis van de chemische samenstelling van de legering, inclusief het chroom (Cr), molybdeen (Mo) en stikstof (N) gehalte, als volgt:
De PREN-waarde neemt toe met het gehalte aan corrosiebestendige elementen chroom, molybdeen en stikstof in de legering. De PREN-relatie is gebaseerd op de kritische putcorrosietemperatuur (CPT) – de laagste temperatuur waarbij putcorrosie optreedt – voor verschillende roestvrije staalsoorten in relatie tot hun chemische samenstelling. In essentie is PREN evenredig met CPT. Daarom duiden hogere PREN-waarden op een hogere putcorrosiebestendigheid. Een kleine toename in PREN komt slechts overeen met een kleine toename in CPT ten opzichte van de legering, terwijl een grote toename in PREN een aanzienlijke verbetering van de prestaties tot een significant hogere CPT aangeeft.
Tabel 1 vergelijkt de PREN-waarden van verschillende legeringen die veelvuldig worden gebruikt in offshore olie- en gastoepassingen. Het laat zien hoe de specificatie de corrosiebestendigheid aanzienlijk kan verbeteren door een hoogwaardigere pijplegering te selecteren. De PREN-waarde stijgt slechts licht bij de overgang van roestvrij staal 316 naar 317. Voor een significante prestatieverbetering is superaustenitisch roestvrij staal 6 Mo of superduplex roestvrij staal 2507 bij uitstek geschikt.
Hogere concentraties nikkel (Ni) in roestvrij staal verbeteren ook de corrosiebestendigheid. Het nikkelgehalte van roestvrij staal maakt echter geen deel uit van de PREN-vergelijking. Het is in ieder geval vaak gunstig om roestvrij staal met hogere nikkelconcentraties te specificeren, omdat dit element helpt bij het repassiveren van oppervlakken die tekenen van gelokaliseerde corrosie vertonen. Nikkel stabiliseert austeniet en voorkomt martensietvorming bij het buigen of koudtrekken van 1/8 inch harde buizen. Martensiet is een ongewenste kristallijne fase in metalen die de weerstand van roestvrij staal tegen gelokaliseerde corrosie en chloride-geïnduceerde spanningsscheuren vermindert. Een hoger nikkelgehalte van ten minste 12% in 316/316L is ook wenselijk voor toepassingen met hogedrukgaswaterstof. De minimaal vereiste nikkelconcentratie voor 316/316L roestvrij staal volgens de ASTM-norm is 10%.
Plaatselijke corrosie kan overal voorkomen op leidingen die in maritieme omgevingen worden gebruikt. Pittingcorrosie treedt echter vaker op in reeds verontreinigde gebieden, terwijl spleetcorrosie vaker voorkomt in gebieden met smalle spleten tussen de leiding en de bevestigingsmaterialen. Door PREN als basis te gebruiken, kan de specificateur de beste leidinglegering selecteren om het risico op plaatselijke corrosie te minimaliseren.
Houd er echter rekening mee dat er andere variabelen zijn die het corrosierisico kunnen beïnvloeden. Temperatuur heeft bijvoorbeeld invloed op de putcorrosiebestendigheid van roestvrij staal. Voor warme maritieme klimaten is het raadzaam om buizen van 6-molybdeen superaustenitisch of 2507 superduplex roestvrij staal te overwegen, omdat deze materialen een uitstekende weerstand bieden tegen gelokaliseerde corrosie en chloride-spanningscorrosie. Voor koelere klimaten kan 316/316L-buis volstaan, vooral als er al eerder succesvol mee is gewerkt.
Eigenaren en exploitanten van offshoreplatforms kunnen ook stappen ondernemen om het risico op corrosie na de installatie van de buizen te minimaliseren. Ze moeten de leidingen schoonhouden en regelmatig doorspoelen met zoet water om het risico op putcorrosie te verminderen. Daarnaast moeten onderhoudstechnici tijdens routine-inspecties de buisklemmen openen om te controleren op de aanwezigheid van spleetcorrosie.
Door de bovenstaande stappen te volgen, kunnen eigenaren en exploitanten van platformen het risico op corrosie van buizen en daarmee samenhangende lekkages in maritieme omgevingen verminderen, waardoor de veiligheid en efficiëntie verbeteren en de kans op productverlies of het vrijkomen van schadelijke emissies afneemt.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Het Journal of Petroleum Technology is het vlaggenschipmagazine van de Society of Petroleum Engineers (SPE) en biedt gezaghebbende artikelen en reportages over ontwikkelingen in exploratie- en productietechnologie, kwesties in de olie- en gasindustrie en nieuws over SPE en haar leden.