Ondanks de inherente corrosiebestendigheid van roestvrijstalen leidingen, zijn roestvrijstalen leidingen die in maritieme omgevingen worden geïnstalleerd, tijdens hun verwachte levensduur onderhevig aan verschillende vormen van corrosie. Deze corrosie kan leiden tot vluchtige emissies, productverlies en potentiële risico's. Eigenaren en exploitanten van offshoreplatforms kunnen het risico op corrosie verminderen door vanaf het begin sterkere leidingmaterialen te specificeren voor een betere corrosiebestendigheid. Vervolgens moeten ze waakzaam blijven bij de inspectie van chemische injectieleidingen, hydraulische en impulsleidingen, en procesinstrumentatie en -apparatuur om ervoor te zorgen dat corrosie de integriteit van de geïnstalleerde leidingen niet bedreigt of de veiligheid in gevaar brengt.
Lokale corrosie is te vinden op veel platforms, schepen en offshore pijpleidingen. Deze corrosie kan de vorm aannemen van putcorrosie of spleetcorrosie, die de pijpwand kunnen aantasten en ervoor kunnen zorgen dat er vloeistof vrijkomt.
Het risico op corrosie neemt toe naarmate de bedrijfstemperatuur van de toepassing stijgt. Hitte kan de afbraak van de beschermende, passieve oxidelaag van de buis versnellen en zo putcorrosie bevorderen.
Helaas zijn lokale 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 platformeigenaren, -exploitanten en -aannemers voorzichtig te werk gaan bij het selecteren van het beste pijpleidingmateriaal voor hun toepassing. Materiaalkeuze is hun eerste verdedigingslinie tegen corrosie, dus de juiste aanpak is erg belangrijk. Gelukkig kunnen ze een zeer eenvoudige maar zeer effectieve maatstaf voor lokale corrosieweerstand gebruiken: het Pitting Resistance Equivalent Number (PREN). Hoe hoger de PREN-waarde van een metaal, hoe hoger de weerstand tegen lokale corrosie.
In dit artikel leggen we uit hoe u putcorrosie en spleetcorrosie kunt herkennen en hoe u de selectie van leidingmateriaal voor offshore olie- en gastoepassingen kunt optimaliseren op basis van de PREN-waarde van het materiaal.
Lokale corrosie treedt op in kleine gebieden in vergelijking met algemene corrosie, die gelijkmatiger over het metaaloppervlak verloopt. Putcorrosie en spleetcorrosie beginnen zich te vormen op 316 roestvrijstalen buizen wanneer de buitenste, chroomrijke passieve oxidelaag van het metaal wordt beschadigd door blootstelling aan corrosieve vloeistoffen, waaronder zout water. Maritieme omgevingen rijk aan chloriden, evenals hoge temperaturen en zelfs verontreiniging van het buisoppervlak, verhogen de kans op degradatie van deze passiveringslaag.
Putcorrosie treedt op wanneer de passiveringsfilm op een pijpleiding afbreekt, waardoor kleine holtes of putjes op het oppervlak van de pijp ontstaan. Dergelijke putjes groeien waarschijnlijk naarmate elektrochemische reacties vorderen, waardoor het ijzer in het metaal in een oplossing onderin de put wordt opgelost. Het opgeloste ijzer diffundeert vervolgens naar de bovenkant van de put en oxideert tot ijzeroxide of roest. Naarmate de put 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 pitcorrosie als hun buitenoppervlak verontreinigd is (Figuur 1). Verontreinigingen door las- en slijpbewerkingen kunnen bijvoorbeeld de passiveringsoxidelaag van de buis beschadigen, waardoor er pitcorrosie ontstaat en deze versnelt. Hetzelfde geldt voor het eenvoudigweg verwijderen van vervuiling door buizen. Bovendien beschermen de natte zoutkristallen die zich op de buizen vormen, de oxidelaag tijdens het verdampen van de zoutdruppels, wat kan leiden tot pitcorrosie. Om dit soort verontreiniging te voorkomen, moet u uw buizen schoon houden door ze regelmatig met schoon water te spoelen.
Afbeelding 1. 316/316L roestvrijstalen buizen die verontreinigd zijn met zuur, zout en andere afzettingen zijn zeer gevoelig voor putcorrosie.
Spleetcorrosie. In de meeste gevallen kan putcorrosie gemakkelijk door de gebruiker worden gedetecteerd. Spleetcorrosie is echter niet eenvoudig te detecteren en vormt een groter risico voor gebruikers en personeel. Dit komt meestal voor bij leidingen met smalle openingen tussen omringende materialen, zoals leidingen die met klemmen worden vastgehouden of leidingen die dicht op elkaar zijn geplaatst. Wanneer de pekel in de opening sijpelt, vormt zich na verloop van tijd een chemisch agressieve, aangezuurde ferrichloride-oplossing (FeCl3) in dit gebied, wat leidt tot versnelde corrosie van de opening (fig. 2). Omdat spleetcorrosie van nature het risico op corrosie verhoogt, kan spleetcorrosie al bij veel lagere temperaturen optreden dan putcorrosie.
Afbeelding 2 – Spleetcorrosie kan ontstaan ​​tussen de pijp en de pijpsteun (boven) en wanneer de pijp dicht bij andere oppervlakken wordt geïnstalleerd (onder), als gevolg van de vorming van een chemisch agressieve, verzuurde oplossing van ijzerchloride in de spleet.
Spleetcorrosie simuleert meestal eerst putcorrosie in de opening tussen het pijpstuk en de pijpsteunkraag. Door de toename van de concentratie Fe++ in de vloeistof in de breuk wordt de initiële trechter echter steeds groter totdat deze de gehele breuk bedekt. ​​Uiteindelijk kan spleetcorrosie leiden tot perforatie van de pijp.
Dichte scheuren vormen het grootste risico op corrosie. Pijpklemmen die een groot deel van de omtrek van de pijp omsluiten, zijn daarom vaak riskanter dan open klemmen, die het contactoppervlak tussen pijp en klem minimaliseren. Onderhoudsmonteurs kunnen de kans op spleetcorrosie of -schade verkleinen door regelmatig armaturen te openen en pijpoppervlakken te inspecteren op corrosie.
Putcorrosie en spleetcorrosie kunnen worden voorkomen door de juiste metaallegering te kiezen voor de specifieke toepassing. Bestekschrijvers moeten zorgvuldig te werk gaan bij de selectie van het optimale leidingmateriaal om het risico op corrosie te minimaliseren, afhankelijk van de bedrijfsomgeving, procesomstandigheden en andere variabelen.
Om bestekschrijvers te helpen hun materiaalkeuze te optimaliseren, kunnen ze de PREN-waarden van metalen vergelijken om hun weerstand tegen lokale corrosie te bepalen. PREN kan als volgt worden berekend op basis van de chemische samenstelling van de legering, inclusief het chroom- (Cr), molybdeen- (Mo) en stikstofgehalte (N):
PREN neemt toe met het gehalte aan corrosiebestendige elementen chroom, molybdeen en stikstof in de legering. De PREN-verhouding is gebaseerd op de kritische pitcorrosietemperatuur (CPT) – de laagste temperatuur waarbij pitcorrosie optreedt – voor verschillende soorten roestvast staal, afhankelijk van de chemische samenstelling. PREN is in wezen evenredig met CPT. Hogere PREN-waarden duiden daarom op een hogere pitcorrosieweerstand. Een kleine toename van PREN staat gelijk aan slechts een kleine toename van CPT ten opzichte van de legering, terwijl een grote toename van PREN een significante prestatieverbetering aangeeft ten opzichte van een veel hogere CPT.
Tabel 1 vergelijkt de PREN-waarden voor verschillende legeringen die veel worden gebruikt in de offshore olie- en gasindustrie. Het laat zien hoe de specificatie de corrosiebestendigheid aanzienlijk kan verbeteren door een hoogwaardigere pijplegering te kiezen. 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 roestvast staal verhogen ook de corrosiebestendigheid. Het nikkelgehalte van roestvast staal maakt echter geen deel uit van de PREN-vergelijking. Hoe dan ook, het is vaak voordelig om roestvast staal met een hoger nikkelgehalte te kiezen, omdat dit element helpt bij het repassiveren van oppervlakken die tekenen van lokale corrosie vertonen. Nikkel stabiliseert austeniet en voorkomt de vorming van martensiet bij het buigen of koudtrekken van 1/8 stijve buizen. Martensiet is een ongewenste kristallijne fase in metalen die de weerstand van roestvast staal tegen lokale corrosie en chloride-geïnduceerde spanningsscheurvorming vermindert. Het hogere nikkelgehalte van ten minste 12% in 316/316L-staal is ook wenselijk voor toepassingen met waterstofgas onder hoge druk. De minimale nikkelconcentratie die vereist is voor ASTM 316/316L-roestvast staal is 10%.
Lokale corrosie kan overal in een pijpleiding in een maritieme omgeving optreden. Putcorrosie treedt echter vaker op in gebieden die al verontreinigd zijn, terwijl spleetcorrosie vaker voorkomt in gebieden met smalle openingen tussen de pijp en de installatieapparatuur. Met PREN als basis kan de bestekschrijver de beste pijpkwaliteit selecteren om het risico op lokale corrosie te minimaliseren.
Houd er echter rekening mee dat er andere variabelen zijn die het corrosierisico kunnen beïnvloeden. Zo beïnvloedt de temperatuur de weerstand van roestvast staal tegen putcorrosie. Voor warme maritieme klimaten moeten superaustenitisch 6-molybdeenstaal of superduplex 2507 roestvast staal serieus worden overwogen, omdat deze materialen uitstekend bestand zijn tegen lokale corrosie en chloridescheurvorming. Voor koelere klimaten kan een 316/316L-buis voldoende zijn, vooral als deze in het verleden succesvol is gebruikt.
Eigenaren en exploitanten van offshoreplatforms kunnen ook maatregelen nemen om het risico op corrosie te minimaliseren nadat de leidingen zijn geïnstalleerd. Ze moeten de leidingen schoon houden en regelmatig met zoet water doorspoelen om het risico op putcorrosie te verminderen. Ook moeten onderhoudstechnici de klemmen tijdens routinematige inspecties openen om te controleren op spleetcorrosie.
Door de bovenstaande stappen te volgen, kunnen platformeigenaren en -exploitanten het risico op pijpcorrosie en gerelateerde lekkages in het mariene milieu verkleinen, de veiligheid en efficiëntie verbeteren en de kans op productverlies of vluchtige 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 belangrijkste 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.