Ondanks de inherente corrosiebestendigheid van roestvrijstalen buizen, zijn deze buizen in maritieme omgevingen tijdens hun verwachte levensduur onderhevig 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 vanaf het begin te kiezen voor sterkere buismaterialen met een betere corrosiebestendigheid. Vervolgens moeten ze alert blijven bij het inspecteren van chemische injectieleidingen, hydraulische en impulsleidingen, en procesinstrumentatie om ervoor te zorgen dat corrosie de integriteit van de geïnstalleerde leidingen niet aantast of de veiligheid in gevaar brengt.
Plaatselijke corrosie komt voor op veel platforms, schepen en offshore pijpleidingen. 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 degradatie van de beschermende, passieve oxidelaag aan de buitenkant van de buis versnellen, waardoor putcorrosie wordt bevorderd.
Helaas zijn plaatselijke putcorrosie en spleetcorrosie moeilijk te detecteren, waardoor het lastig is om deze vormen van corrosie te identificeren, te voorspellen en te ontwerpen. Gezien deze risico's moeten eigenaren, exploitanten en aangewezen personen van platformen zorgvuldig te werk gaan bij de selectie van het beste pijpleidingmateriaal voor hun toepassing. Materiaalselectie is hun eerste verdedigingslinie tegen corrosie, dus de juiste keuze is cruciaal. Gelukkig kunnen ze een zeer eenvoudige maar effectieve maatstaf voor de weerstand tegen plaatselijke corrosie 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 ingegaan op het herkennen van putcorrosie en spleetcorrosie, en op het optimaliseren van de materiaalkeuze voor buizen in offshore olie- en gastoepassingen op basis van de PREN-waarde van het materiaal.
Plaatselijke corrosie treedt op in kleine gebieden, in tegenstelling tot algemene corrosie, die gelijkmatiger over het metaaloppervlak verdeeld is. Putcorrosie en spleetcorrosie beginnen zich te vormen op 316 roestvrijstalen buizen wanneer de buitenste, chroomrijke passiveringslaag van het metaal beschadigd raakt door blootstelling aan corrosieve vloeistoffen, waaronder zout water. Maritieme omgevingen rijk aan chloriden, 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 deel van een pijp afbreekt, 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 vloeistof 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 en neemt de corrosie toe, wat kan leiden tot perforatie van de pijpwand en lekkages.
Buizen zijn gevoeliger voor putcorrosie als hun buitenoppervlak vervuild is (Figuur 1). Verontreinigingen van las- en slijpwerkzaamheden kunnen bijvoorbeeld de passiverende oxidelaag van de buis beschadigen, waardoor putcorrosie ontstaat en versneld wordt. Hetzelfde geldt voor het simpelweg verwijderen van vervuiling uit leidingen. Bovendien beschermen de natte zoutkristallen die zich op de leidingen vormen de oxidelaag wanneer de zoutdruppels verdampen, wat eveneens tot putcorrosie kan leiden. Om dit soort vervuiling te voorkomen, is het belangrijk uw leidingen schoon te houden door ze regelmatig met schoon water door te spoelen.
Afbeelding 1. Een 316/316L roestvrijstalen buis die verontreinigd is met zuur, zout en andere afzettingen, is zeer gevoelig voor putcorrosie.
Spleetcorrosie. In de meeste gevallen kan putcorrosie gemakkelijk door de operator worden vastgesteld. Spleetcorrosie is echter moeilijker te detecteren en vormt een groter risico voor operators en personeel. Dit treedt meestal op bij leidingen met smalle spleten tussen de omringende materialen, zoals leidingen die met klemmen zijn bevestigd of leidingen die dicht op elkaar liggen. Wanneer pekel in de spleet sijpelt, vormt zich na verloop van tijd een chemisch agressieve, verzuurde ijzer(III)chloride-oplossing (FeCl3) in dit gebied, wat leidt tot versnelde corrosie van de spleet (Fig. 2). Omdat spleetcorrosie van nature het risico op corrosie verhoogt, kan spleetcorrosie bij veel lagere temperaturen optreden dan 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 oplossing van ijzer(III)chloride in de spleet.
Spleetcorrosie begint meestal met putcorrosie in de spleet tussen het pijpsegment en de pijpsteun. Door de toenemende concentratie van Fe++ in de vloeistof in de spleet wordt de aanvankelijke trechtervormige holte echter steeds groter, totdat deze de gehele spleet bedekt. ​​Uiteindelijk kan spleetcorrosie leiden tot perforatie van de pijp.
Dichte scheuren vormen het grootste risico op corrosie. Daarom zijn pijpklemmen die een groot deel van de pijpomtrek omsluiten, doorgaans riskanter dan open klemmen, die het contactoppervlak tussen pijp en klem minimaliseren. Servicemonteurs kunnen de kans op schade of defecten door spleetcorrosie verkleinen door regelmatig armaturen te openen en de pijpoppervlakken op corrosie te inspecteren.
Putcorrosie en spleetcorrosie kunnen worden voorkomen door de juiste metaallegering voor de specifieke toepassing te kiezen. Ontwerpers moeten de nodige zorgvuldigheid betrachten bij het selecteren van het optimale leidingmateriaal om het risico op corrosie te minimaliseren, afhankelijk van de bedrijfsomgeving, procesomstandigheden en andere variabelen.
Om ontwerpers te helpen bij het optimaliseren van hun materiaalkeuze, kunnen ze de PREN-waarden van metalen vergelijken om hun weerstand tegen lokale corrosie te bepalen. De PREN-waarde 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 zoals chroom, molybdeen en stikstof in de legering. De PREN-waarde is gebaseerd op de kritische putcorrosietemperatuur (CPT) – de laagste temperatuur waarbij putcorrosie optreedt – voor verschillende roestvrije staalsoorten, afhankelijk van de chemische samenstelling. In principe is PREN evenredig met CPT. Hogere PREN-waarden duiden daarom op een hogere putcorrosiebestendigheid. Een kleine toename in PREN komt overeen met slechts een kleine toename in CPT ten opzichte van de legering, terwijl een grote toename in PREN een significante verbetering van de prestaties aangeeft bij een veel hogere CPT.
Tabel 1 vergelijkt de PREN-waarden voor verschillende legeringen die veelvuldig worden gebruikt in de offshore olie- en gasindustrie. Het laat zien hoe specificaties de corrosiebestendigheid aanzienlijk kunnen verbeteren door een hoogwaardigere pijplegering te selecteren. De PREN-waarde stijgt licht van 316 SS naar 317 SS. Super Austenitisch 6 Mo SS of Super Duplex 2507 SS zijn ideaal voor aanzienlijke prestatieverbeteringen.
Hogere nikkelconcentraties (Ni) in roestvrij staal verhogen ook de corrosiebestendigheid. Het nikkelgehalte van roestvrij staal maakt echter geen deel uit van de PREN-vergelijking. Het is in ieder geval vaak voordelig om roestvrij staal met een hoger nikkelgehalte te kiezen, omdat dit element helpt bij het repassiveren van oppervlakken die tekenen van plaatselijke corrosie vertonen. Nikkel stabiliseert austeniet en voorkomt martensietvorming bij het buigen of koudtrekken van 1/8 inch stijve buizen. Martensiet is een ongewenste kristallijne fase in metalen die de weerstand van roestvrij staal tegen plaatselijke corrosie en chloride-geïnduceerde spanningscorrosie vermindert. Het hogere nikkelgehalte van ten minste 12% in 316/316L-staal is ook wenselijk voor toepassingen met waterstofgas onder hoge druk. De minimaal vereiste nikkelconcentratie voor ASTM 316/316L roestvrij staal is 10%.
Plaatselijke corrosie kan overal in een pijpleiding in een maritieme omgeving voorkomen. Putcorrosie treedt echter vaker op in reeds verontreinigde gebieden, terwijl spleetcorrosie vaker voorkomt in gebieden met smalle openingen tussen de pijp en de installatieapparatuur. Aan de hand van PREN kan de specificateur de beste pijpkwaliteit selecteren om het risico op plaatselijke corrosie te minimaliseren.
Houd er echter rekening mee dat er andere variabelen zijn die het risico op corrosie kunnen beïnvloeden. Temperatuur heeft bijvoorbeeld invloed op de weerstand van roestvrij staal tegen putcorrosie. Voor warme maritieme klimaten zijn buizen van superaustenitisch 6 molybdeenstaal of superduplex 2507 roestvrij staal aan te raden, omdat deze materialen een uitstekende weerstand bieden tegen plaatselijke corrosie en chloridescheuren. Voor koelere klimaten kan een 316/316L buis volstaan, vooral als deze in het verleden succesvol is gebruikt.
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 schoon houden en regelmatig doorspoelen met zoet water om het risico op putcorrosie te verminderen. Daarnaast moeten onderhoudstechnici tijdens routine-inspecties de klemmen openen om te controleren op spleetcorrosie.
Door bovenstaande stappen te volgen, kunnen eigenaren en exploitanten van platformen het risico op pijpcorrosie en daarmee samenhangende lekkages in de maritieme omgeving verminderen, de veiligheid en efficiëntie verbeteren en de kans op productverlies of ongewenste emissies verkleinen.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Het Journal of Petroleum Technology, het toonaangevende tijdschrift van de Society of Petroleum Engineers, biedt gezaghebbende samenvattingen en artikelen over ontwikkelingen in upstream-technologie, kwesties in de olie- en gasindustrie en nieuws over SPE en haar leden.