Til tross for den iboende korrosjonsmotstanden til rustfrie stålrør, er rustfrie stålrør installert i marine miljøer utsatt for ulike typer korrosjon i løpet av forventet levetid.Denne korrosjonen kan føre til flyktige utslipp, produkttap og potensielle risikoer.Offshore-plattformeiere og -operatører kan redusere risikoen for korrosjon ved å spesifisere sterkere rørmaterialer som gir bedre korrosjonsbestandighet.Deretter må de være på vakt når de inspiserer kjemiske injeksjonslinjer, hydraulikk- og impulsledninger, og prosessinstrumentering og instrumentering for å sikre at korrosjon ikke truer integriteten til de installerte rørene eller kompromitterer sikkerheten.
Lokalisert korrosjon kan finnes på mange plattformer, skip, skip og offshore rørledninger.Denne korrosjonen kan være i form av grop- eller sprekk-korrosjon, som begge kan erodere rørveggen og føre til at væske frigjøres.
Risikoen for korrosjon øker når driftstemperaturen til applikasjonen øker.Varme kan akselerere nedbrytningen av rørets beskyttende ytre passive oksidfilm, og dermed fremme gropdannelse.
Dessverre er lokalisert grop- og sprekkkorrosjon vanskelig å oppdage, noe som gjør det vanskelig å identifisere, forutsi og utforme denne typen korrosjon.Gitt disse risikoene, må plattformeiere, operatører og designeiere utvise forsiktighet ved å velge det beste rørledningsmaterialet for deres bruk.Materialvalg er deres første forsvarslinje mot korrosjon, så det er veldig viktig å få det riktig.Heldigvis kan de velge et veldig enkelt, men veldig effektivt mål på lokalisert korrosjonsmotstand, Pitting Resistance Equivalent Number (PREN).Jo høyere PREN-verdien til et metall, desto høyere motstand mot lokal korrosjon.
Denne artikkelen vil se på hvordan man identifiserer grop- og sprekkkorrosjon, samt hvordan man optimerer valg av rørmateriale for offshore olje- og gassapplikasjoner basert på materialets PREN-verdi.
Lokalisert korrosjon forekommer i små områder sammenlignet med generell korrosjon, som er mer jevn over metalloverflaten.Pitting og sprekkkorrosjon begynner å dannes på 316 rustfritt stålrør når den ytre kromrike passive oksidfilmen til metallet brytes ned på grunn av eksponering for etsende væsker, inkludert saltvann.Marine miljøer rike på klorider, samt høye temperaturer og til og med forurensning av røroverflaten, øker sannsynligheten for nedbrytning av denne passiveringsfilmen.
Pitting Pitting-korrosjon oppstår når passiveringsfilmen på en del av røret brytes ned og danner små hulrom eller groper på overflaten av røret.Slike groper vil sannsynligvis vokse etter hvert som elektrokjemiske reaksjoner fortsetter, som et resultat av at jernet i metallet blir oppløst i løsning i bunnen av gropen.Det oppløste jernet vil da diffundere til toppen av gropen og oksidere for å danne jernoksid eller rust.Når gropen blir dypere, akselererer elektrokjemiske reaksjoner, korrosjon øker, noe som kan føre til perforering av rørveggen og føre til lekkasjer.
Rørene er mer utsatt for gropdannelse hvis ytre overflate er forurenset (Figur 1).For eksempel kan forurensninger fra sveise- og slipeoperasjoner skade passiveringsoksidlaget i røret, og derved danne og akselerere gropdannelse.Det samme gjelder bare for å håndtere forurensning fra rør.I tillegg, når saltdråpene fordamper, beskytter de våte saltkrystallene som dannes på rørene oksidlaget og kan føre til gropdannelse.For å forhindre denne typen forurensning, hold rørene rene ved å skylle dem regelmessig med ferskvann.
Figur 1. 316/316L rustfritt stålrør forurenset med syre, saltvann og andre avleiringer er svært utsatt for groper.
sprekkkorrosjon.I de fleste tilfeller kan gropdannelse lett oppdages av operatøren.Spaltekorrosjon er imidlertid ikke lett å oppdage og utgjør en større risiko for operatører og personell.Dette skjer vanligvis på rør som har smale mellomrom mellom omkringliggende materialer, for eksempel rør som holdes på plass med klemmer eller rør som er tett pakket ved siden av hverandre.Når saltlaken siver inn i sprekken, dannes det over tid en kjemisk aggressiv surgjort jernkloridløsning (FeCl3) i dette området, som får sprekkkorrosjonen til å akselerere (fig. 2).Siden sprekk i seg selv øker risikoen for korrosjon, kan sprekkkorrosjon oppstå ved temperaturer som er mye lavere enn gropdannelse.
Figur 2 – Spaltekorrosjon kan utvikles mellom røret og rørstøtten (øverst) og når røret installeres nær andre overflater (bunnen) på grunn av dannelsen av en kjemisk aggressiv forsuret løsning av jernklorid i gapet.
Spaltekorrosjon simulerer vanligvis gropdannelse først i gapet som dannes mellom rørseksjonen og rørstøttekragen.Men på grunn av økningen i konsentrasjonen av Fe++ i væsken inne i bruddet, blir starttrakten større og større til den dekker hele bruddet.Til syvende og sist kan sprekkkorrosjon føre til perforering av røret.
Tette sprekker representerer den største risikoen for korrosjon.Derfor har rørklemmer som omkranser en større del av rørets omkrets en tendens til å være mer risikable enn åpne klemmer, som minimerer kontaktflaten mellom rør og klemme.Serviceteknikere kan bidra til å redusere sjansen for sprekkkorrosjonsskade eller svikt ved å åpne klemmer regelmessig og sjekke røroverflaten for korrosjon.
Pitting og sprekkkorrosjon kan forhindres ved å velge riktig metallegering for applikasjonen.Spesifikasjoner må utvise aktsomhet ved å velge det optimale rørmaterialet for å minimere risikoen for korrosjon avhengig av prosessmiljøet, prosessforholdene og andre variabler.
For å hjelpe spesifikasjoner med å optimalisere materialvalg, kan de sammenligne PREN-verdiene til metaller for å bestemme deres motstand mot lokal korrosjon.PREN kan beregnes fra legeringens kjemi, inkludert dens krom (Cr), molybden (Mo) og nitrogen (N) innhold, som følger:
PREN øker med innholdet av korrosjonsbestandige elementer av krom, molybden og nitrogen i legeringen.PREN-forholdet er basert på den kritiske groptemperaturen (CPT) – den laveste temperaturen der gropdannelse oppstår – for ulike rustfrie stål avhengig av den kjemiske sammensetningen.I hovedsak er PREN proporsjonal med CPT.Derfor indikerer høyere PREN-verdier høyere gropmotstand.En liten økning i PREN tilsvarer kun en liten økning i CPT sammenlignet med legeringen, mens en stor økning i PREN indikerer en betydelig forbedring i ytelse i forhold til en betydelig høyere CPT.
Tabell 1 sammenligner PREN-verdier for ulike legeringer som vanligvis brukes i offshore olje- og gassindustrien.Den viser hvordan spesifikasjoner kan forbedre korrosjonsmotstanden betraktelig ved å velge en rørlegering av høyere kvalitet.PREN øker litt fra 316 SS til 317 SS.Super Austenitic 6 Mo SS eller Super Duplex 2507 SS er ideelle for en betydelig økning i ytelsen.
Høyere nikkel (Ni) konsentrasjoner i rustfritt stål øker også korrosjonsbestandigheten.Nikkelinnholdet i rustfritt stål er imidlertid ikke en del av PREN-ligningen.Uansett er det ofte fordelaktig å velge rustfritt stål med høyere nikkelinnhold, da dette elementet bidrar til å repassivere overflater som viser tegn til lokal korrosjon.Nikkel stabiliserer austenitt og hindrer martensittdannelse ved bøying eller kaldtrekking av 1/8 stivt rør.Martensitt er en uønsket krystallinsk fase i metaller som reduserer motstanden til rustfritt stål mot lokal korrosjon samt kloridindusert spenningssprekker.Det høyere nikkelinnholdet på minst 12 % i 316/316L stål er også ønskelig for høytrykkshydrogengassapplikasjoner.Minimum nikkelkonsentrasjon som kreves for ASTM 316/316L rustfritt stål er 10 %.
Lokalisert korrosjon kan oppstå hvor som helst på rør som brukes i marine miljøer.Imidlertid er det mer sannsynlig at det oppstår gropdannelse i områder som allerede er forurenset, mens sprekkkorrosjon er mer sannsynlig i områder med trange hull mellom røret og installasjonsutstyret.Ved å bruke PREN som grunnlag, kan spesifikasjonen velge den beste rørlegeringen for å minimere risikoen for enhver form for lokalisert korrosjon.
Vær imidlertid oppmerksom på at det er andre variabler som kan påvirke risikoen for korrosjon.Temperaturen påvirker for eksempel rustfritt ståls motstand mot gropdannelse.For varmt maritimt klima bør super austenittisk 6 molybden stål eller super duplex 2507 rustfritt stålrør vurderes seriøst, da disse materialene har utmerket motstand mot lokal korrosjon og kloridsprekker.For kjøligere klima kan et 316/316L rør være tilstrekkelig, spesielt hvis det er en historie med vellykket bruk.
Offshore-plattformeiere og -operatører kan også ta skritt for å minimere risikoen for korrosjon etter at røret er installert.De bør holde rørene rene og regelmessig spylt med ferskvann for å redusere risikoen for groper.De bør også ha vedlikeholdsteknikere til å åpne rørklemmer under rutinemessige inspeksjoner for å se etter sprekkkorrosjon.
Ved å følge trinnene ovenfor kan plattformeiere og -operatører redusere risikoen for rørkorrosjon og relaterte lekkasjer i det marine miljøet, forbedre sikkerheten og effektiviteten og redusere sjansen for produkttap eller flyktige utslipp.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology er det ledende tidsskriftet til Society of Petroleum Engineers, med autoritative sammendrag og artikler om fremskritt innen oppstrømsteknologi, olje- og gassindustrispørsmål og nyheter om SPE og dets medlemmer.