Несмотря на присущую трубам из нержавеющей стали коррозионную стойкость, трубы из нержавеющей стали, установленные в морской среде, подвержены различным видам коррозии в течение ожидаемого срока службы.Эта коррозия может привести к неорганизованным выбросам, потерям продукта и потенциальным рискам.Владельцы и операторы морских платформ могут снизить риск коррозии, указав более прочные материалы для труб, обеспечивающие лучшую коррозионную стойкость.После этого они должны сохранять бдительность при осмотре линий подачи химикатов, гидравлических и импульсных линий, а также технологических контрольно-измерительных приборов, чтобы убедиться, что коррозия не угрожает целостности установленных трубопроводов и не ставит под угрозу безопасность.
Локальная коррозия может быть обнаружена на многих платформах, кораблях, кораблях и морских трубопроводах.Эта коррозия может быть в форме точечной или щелевой коррозии, любая из которых может разрушить стенку трубы и вызвать выделение жидкости.
Риск коррозии увеличивается по мере увеличения рабочей температуры применения.Тепло может ускорить разрушение защитной внешней пассивной оксидной пленки трубки, тем самым способствуя точечной коррозии.
К сожалению, локальную точечную и щелевую коррозию трудно обнаружить, что затрудняет идентификацию, прогнозирование и проектирование этих типов коррозии.Учитывая эти риски, владельцы платформ, операторы и назначенные лица должны проявлять осторожность при выборе наилучшего материала трубопровода для своего приложения.Выбор материала является их первой линией защиты от коррозии, поэтому очень важно сделать это правильно.К счастью, они могут выбрать очень простую, но очень эффективную меру локальной коррозионной стойкости — Эквивалентное число сопротивления точечной коррозии (PREN).Чем выше значение PREN металла, тем выше его стойкость к локальной коррозии.
В этой статье будет рассмотрено, как определить точечную и щелевую коррозию, а также как оптимизировать выбор материала труб для морских нефтегазовых приложений на основе значения PREN материала.
Локальная коррозия возникает на небольших участках по сравнению с общей коррозией, которая более равномерна по поверхности металла.Точечная и щелевая коррозия начинают образовываться на трубах из нержавеющей стали 316, когда внешняя богатая хромом пассивная оксидная пленка металла разрушается из-за воздействия агрессивных жидкостей, включая соленую воду.Морская среда, богатая хлоридами, а также высокие температуры и даже загрязнение поверхности труб увеличивают вероятность деградации этой пассивирующей пленки.
Точечная коррозия возникает, когда пассивирующая пленка на участке трубы разрушается, образуя небольшие полости или ямки на поверхности трубы.Такие ямки, вероятно, разрастаются по мере протекания электрохимических реакций, в результате которых железо в металле растворяется в растворе на дне ямки.Затем растворенное железо диффундирует к верхней части ямы и окисляется с образованием оксида железа или ржавчины.По мере углубления ямы ускоряются электрохимические реакции, усиливается коррозия, что может привести к прободению стенки трубы и привести к протечкам.
Трубы более подвержены точечной коррозии, если их внешняя поверхность загрязнена (рис. 1).Например, загрязнения от сварочных и шлифовальных операций могут повредить пассивирующий оксидный слой трубы, что приведет к образованию и ускорению питтинговой коррозии.То же самое касается простой борьбы с загрязнением из труб.Кроме того, по мере испарения капель соли влажные кристаллы соли, образующиеся на трубах, защищают оксидный слой и могут привести к точечной коррозии.Чтобы предотвратить эти виды загрязнения, держите трубы в чистоте, регулярно промывая их пресной водой.
Рисунок 1. Труба из нержавеющей стали 316/316L, загрязненная кислотой, солевым раствором и другими отложениями, очень подвержена точечной коррозии.
щелевая коррозия.В большинстве случаев питтинг может быть легко обнаружен оператором.Однако щелевую коррозию нелегко обнаружить, и она представляет больший риск для операторов и персонала.Обычно это происходит с трубами, имеющими узкие зазоры между окружающими материалами, например, с трубами, удерживаемыми на месте с помощью хомутов, или с трубами, которые плотно прилегают друг к другу.При просачивании рассола в щель со временем в этой области образуется химически агрессивный подкисленный раствор хлорного железа (FeCl3), который вызывает ускорение щелевой коррозии (рис. 2).Поскольку щелевая сама по себе увеличивает риск коррозии, щелевая коррозия может возникать при температурах, намного более низких, чем точечная коррозия.
Рисунок 2 – Щелевая коррозия может развиваться между трубой и трубной опорой (вверху) и при установке трубы вплотную к другим поверхностям (внизу) из-за образования в зазоре химически агрессивного подкисленного раствора хлорного железа.
Щелевая коррозия обычно сначала имитирует точечную коррозию в зазоре, образованном между участком трубы и опорным кольцом трубы.Однако из-за увеличения концентрации Fe++ во флюиде внутри трещины начальная воронка становится все больше и больше, пока не перекроет всю трещину.В конечном итоге щелевая коррозия может привести к прободению трубы.
Плотные трещины представляют наибольшую опасность коррозии.Таким образом, хомуты, которые охватывают большую часть окружности трубы, имеют тенденцию быть более рискованными, чем открытые хомуты, которые минимизируют контактную поверхность между трубой и хомутом.Специалисты по техническому обслуживанию могут помочь снизить вероятность повреждения или выхода из строя в результате щелевой коррозии, регулярно открывая хомуты и проверяя поверхность трубы на наличие коррозии.
Питтинговую и щелевую коррозию можно предотвратить, выбрав правильный металлический сплав для конкретного применения.Разработчики должны проявлять должную осмотрительность при выборе оптимального материала трубопровода, чтобы свести к минимуму риск коррозии в зависимости от технологической среды, условий процесса и других переменных.
Чтобы помочь составителям спецификаций оптимизировать выбор материалов, они могут сравнить значения PREN металлов, чтобы определить их устойчивость к локальной коррозии.PREN можно рассчитать на основе химического состава сплава, включая содержание в нем хрома (Cr), молибдена (Mo) и азота (N), следующим образом:
ПРЕН увеличивается с содержанием в сплаве коррозионностойких элементов хрома, молибдена и азота.Соотношение PREN основано на критической температуре точечной коррозии (CPT) — самой низкой температуре, при которой происходит точечная коррозия — для различных нержавеющих сталей в зависимости от химического состава.По сути, PREN пропорционален CPT.Следовательно, более высокие значения PREN указывают на более высокую устойчивость к точечной коррозии.Небольшое увеличение PREN эквивалентно лишь небольшому увеличению CPT по сравнению со сплавом, в то время как большое увеличение PREN указывает на значительное улучшение характеристик по сравнению со значительно более высоким CPT.
В таблице 1 сравниваются значения PREN для различных сплавов, обычно используемых в морской нефтегазовой промышленности.Он показывает, как спецификация может значительно улучшить коррозионную стойкость за счет выбора более качественного сплава для труб.PREN немного увеличивается с 316 СС до 317 СС.Super Austenitic 6 Mo SS или Super Duplex 2507 SS идеально подходят для значительного повышения производительности.
Более высокие концентрации никеля (Ni) в нержавеющей стали также повышают коррозионную стойкость.Однако содержание никеля в нержавеющей стали не является частью уравнения PREN.В любом случае часто бывает выгоднее выбирать нержавеющие стали с более высоким содержанием никеля, так как этот элемент помогает повторно пассивировать поверхности, имеющие признаки локальной коррозии.Никель стабилизирует аустенит и предотвращает образование мартенсита при гибке или холодной вытяжке 1/8 жесткой трубы.Мартенсит представляет собой нежелательную кристаллическую фазу в металлах, которая снижает стойкость нержавеющей стали к локальной коррозии, а также к растрескиванию под напряжением, вызванному хлоридами.Более высокое содержание никеля, составляющее не менее 12%, в стали 316/316L также желательно для применения с газообразным водородом под высоким давлением.Минимальная концентрация никеля, необходимая для нержавеющей стали ASTM 316/316L, составляет 10 %.
Локальная коррозия может возникнуть в любом месте на трубах, используемых в морской среде.Однако точечная коррозия чаще возникает на участках, которые уже загрязнены, а щелевая коррозия чаще возникает на участках с узкими зазорами между трубой и монтажным оборудованием.Используя PREN в качестве основы, спецификатор может выбрать наилучший сплав для труб, чтобы свести к минимуму риск любого вида локальной коррозии.
Однако имейте в виду, что есть и другие переменные, которые могут повлиять на риск коррозии.Например, температура влияет на устойчивость нержавеющей стали к точечной коррозии.Для жаркого морского климата следует серьезно рассмотреть трубы из супераустенитной молибденовой стали 6 или супердуплексной нержавеющей стали 2507, поскольку эти материалы обладают отличной стойкостью к локальной коррозии и растрескиванию под действием хлоридов.Для более прохладного климата может быть достаточно трубы 316/316L, особенно если есть история успешного использования.
Владельцы и операторы морских платформ также могут принять меры для минимизации риска коррозии после установки НКТ.Они должны содержать трубы в чистоте и регулярно промывать пресной водой, чтобы снизить риск образования точечной коррозии.Они также должны иметь техников по техническому обслуживанию, открывающих хомуты труб во время плановых проверок, чтобы проверить наличие щелевой коррозии.
Выполняя шаги, описанные выше, владельцы и операторы платформ могут снизить риск коррозии труб и связанных с этим утечек в морской среде, повысить безопасность и эффективность, а также снизить вероятность потери продукта или неорганизованных выбросов.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology — ведущий журнал Общества инженеров-нефтяников, в котором публикуются авторитетные сводки и статьи о достижениях в области разведки и добычи, вопросы нефтегазовой отрасли, а также новости об SPE и ее членах.