Napriek inherentnej odolnosti nerezových rúr voči korózii, nerezové rúry inštalované v morskom prostredí čelia počas svojej očakávanej životnosti rôznym typom korózie. Táto korózia môže viesť k fugitívnym emisiám, stratám produktov a potenciálnym rizikám. Majitelia a prevádzkovatelia pobrežných plošín môžu znížiť riziko korózie špecifikovaním pevnejších materiálov na rúry, ktoré poskytujú lepšiu odolnosť voči korózii. Následne musia zostať ostražití pri kontrole vstrekovania chemikálií, hydraulických a impulzných potrubí a procesných prístrojov a snímacích zariadení, aby sa zabezpečilo, že korózia neohrozí integritu inštalovaného potrubia a neohrozí bezpečnosť.
Lokalizovaná korózia sa môže vyskytovať na mnohých platformách, plavidlách, lodiach a potrubiach v pobrežných inštaláciách. Táto korózia môže mať formu jamkovej alebo štrbinovej korózie, pričom obe môžu narušiť stenu potrubia a spôsobiť únik kvapaliny.
Riziko korózie je väčšie, keď sa zvýši prevádzková teplota aplikácie. Teplo môže urýchliť deštrukciu ochranného vonkajšieho pasívneho oxidového filmu trubice, čím podporuje tvorbu bodkovej korózie.
Lokalizovanú jamkovú a štrbinovú koróziu je bohužiaľ ťažké odhaliť, čo sťažuje identifikáciu, predvídanie a navrhovanie týchto typov korózie. Vzhľadom na tieto riziká by majitelia, prevádzkovatelia a poverené osoby na plošinách mali byť pri výbere najlepšieho potrubného materiálu pre svoju aplikáciu opatrní. Výber materiálu je ich prvou obrannou líniou proti korózii, takže je dôležité, aby bol správny. Našťastie si môžu vybrať pomocou veľmi jednoduchého, ale veľmi účinného meradla lokálnej odolnosti proti korózii, ekvivalentného čísla jamkovej odolnosti (PREN). Čím vyššia je hodnota PREN kovu, tým vyššia je jeho odolnosť voči lokalizovanej korózii.
Tento článok sa zaoberá tým, ako identifikovať jamkovú a štrbinovú koróziu a ako optimalizovať výber materiálu potrubí pre aplikácie v oblasti ťažby ropy a zemného plynu na mori na základe hodnoty PREN materiálu.
Lokalizovaná korózia sa vyskytuje v malých oblastiach v porovnaní s bežnou koróziou, ktorá je na povrchu kovu rovnomernejšia. Jamková a štrbinová korózia sa začína tvoriť na rúrach z nehrdzavejúcej ocele 316, keď sa vonkajší pasívny oxidový film bohatý na chróm pretrhne v dôsledku vystavenia korozívnym kvapalinám vrátane slanej vody. Morské prostredie bohaté na chloridy na mori a na pevnine, ako aj vysoké teploty a dokonca aj kontaminácia povrchu rúrok, zvyšujú potenciál degradácie tohto pasivačného filmu.
Jamková korózia. Jamková korózia nastáva, keď sa pasivačný film na úseku potrubia zničí a na povrchu potrubia sa vytvoria malé dutiny alebo jamky. Takéto jamky pravdepodobne rastú, keď prebiehajú elektrochemické reakcie, čo spôsobuje rozpustenie železa v kove v roztoku na dne jamky. Rozpustené železo potom difunduje smerom k vrchu jamky a oxiduje za vzniku oxidu železa alebo hrdze. Ako sa jamka prehlbuje, elektrochemické reakcie sa zrýchľujú, korózia sa zintenzívňuje a môže viesť k perforácii steny potrubia a k netesnostiam.
Rúry sú náchylnejšie na bodkovú koróziu, keď je ich vonkajší povrch kontaminovaný (obrázok 1). Napríklad kontaminácia zo zvárania a brúsenia môže poškodiť pasivačnú oxidovú vrstvu rúry, čím sa vytvorí a urýchli bodková korózia. To isté platí pre jednoduché riešenie kontaminácie z rúr. Okrem toho, keď sa kvapky soľanky odparujú, mokré kryštály soli, ktoré sa tvoria na rúrach, robia to isté, aby chránili oxidovú vrstvu a môžu viesť k bodkovej korózii. Aby ste predišli týmto typom kontaminácie, udržiavajte rúry čisté pravidelným preplachovaním sladkou vodou.
Obrázok 1 – Potrubie z nehrdzavejúcej ocele 316/316L kontaminované kyselinou, soľankou a inými usadeninami je vysoko náchylné na jamkovú koróziu.
Štrbinová korózia. Vo väčšine prípadov môže obsluha ľahko identifikovať jamkovú koróziu. Štrbinová korózia sa však ťažko detekuje a predstavuje väčšie riziko pre obsluhu a personál. Zvyčajne sa vyskytuje na potrubiach, ktoré majú tesné medzery medzi okolitými materiálmi, ako sú napríklad potrubia držané na mieste pomocou svoriek alebo potrubia, ktoré sú tesne nainštalované vedľa seba. Keď soľanka preniká do štrbiny, v oblasti sa časom vytvorí chemicky agresívny okyslený roztok chloridu železitého (FeCl3), ktorý spôsobuje zrýchlenú koróziu štrbiny (obrázok 2). Pretože samotné štrbiny zvyšujú riziko korózie, môže k štrbinovej korózii dochádzať pri teplotách oveľa nižších ako jamková korózia.
Obrázok 2 – Štrbinová korózia sa môže vyvinúť medzi potrubím a podperou potrubia (hore) a keď je potrubie inštalované blízko iných povrchov (dole) v dôsledku tvorby chemicky agresívneho okysleného roztoku chloridu železitého v štrbine.
Štrbinová korózia zvyčajne simuluje jamkovú koróziu najprv v štrbine vytvorenej medzi úsekom potrubia a objímkou ​​potrubia. Avšak v dôsledku zvyšujúcej sa koncentrácie Fe++ v kvapaline v rámci trhliny sa počiatočný kráter zväčšuje a zväčšuje, až kým nepokryje celú trhlinu. Štrbinová korózia môže nakoniec potrubie perforovať.
Najväčším rizikom korózie sú úzke trhliny. Preto potrubné objímky, ktoré sa ovíjajú okolo väčšiny obvodu potrubia, predstavujú väčšie riziko ako otvorené objímky, ktoré minimalizujú kontaktnú plochu medzi potrubím a objímkou. Údržbárski technici môžu pomôcť znížiť pravdepodobnosť poškodenia alebo poruchy spôsobenej štrbinovou koróziou pravidelným otváraním objímok a kontrolou povrchu potrubia, či nie je korózia.
Jamkovej a štrbinovej korózii sa dá najlepšie predísť výberom správnej kovovej zliatiny pre danú aplikáciu. Špecifikátori by mali postupovať s náležitou starostlivosťou pri výbere optimálneho materiálu potrubia, aby sa minimalizovalo riziko korózie na základe prevádzkového prostredia, procesných podmienok a ďalších premenných.
Aby špecialisti mohli optimalizovať výber materiálu, môžu porovnať hodnoty PREN kovov a určiť ich odolnosť voči lokálnej korózii. PREN sa dá vypočítať z chemického zloženia zliatiny vrátane obsahu chrómu (Cr), molybdénu (Mo) a dusíka (N) takto:
Hodnota PREN sa zvyšuje s obsahom prvkov odolných voči korózii, ako je chróm, molybdén a dusík, v zliatine. Vzťah PREN je založený na kritickej bodkovej teplote (CPT) – najnižšej teplote, pri ktorej sa pozoruje bodková korózia – pre rôzne nehrdzavejúce ocele vo vzťahu k chemickému zloženiu. V podstate je PREN úmerný CPT. Preto vyššie hodnoty PREN naznačujú vyššiu odolnosť voči bodkovej korózii. Malé zvýšenie PREN je ekvivalentné iba malému zvýšeniu CPT v porovnaní so zliatinou, zatiaľ čo veľké zvýšenie PREN naznačuje významné zlepšenie výkonu na výrazne vyššiu CPT.
Tabuľka 1 porovnáva hodnoty PREN rôznych zliatin bežne používaných v aplikáciách ťažby ropy a zemného plynu na mori. Ukazuje, ako môže špecifikácia výrazne zlepšiť odolnosť proti korózii výberom zliatiny rúr vyššej triedy. PREN sa zvyšuje len mierne pri prechode z nehrdzavejúcej ocele 316 na nehrdzavejúcu oceľ 317. Pre výrazné zvýšenie výkonu sa ideálne používa superaustenitická nehrdzavejúca oceľ 6Mo alebo superduplexná nehrdzavejúca oceľ 2507.
Vyššie koncentrácie niklu (Ni) v nehrdzavejúcej oceli tiež zvyšujú odolnosť voči korózii. Obsah niklu v nehrdzavejúcej oceli však nie je súčasťou rovnice PREN. V každom prípade je často výhodné špecifikovať nehrdzavejúce ocele s vyššou koncentráciou niklu, pretože tento prvok pomáha repasivovať povrchy, ktoré vykazujú známky lokálnej korózie. Nikel stabilizuje austenit a zabraňuje tvorbe martenzitu pri ohýbaní alebo ťahaní za studena tvrdých rúrok s priemerom 1/8. Martenzit je nežiaduca kryštalická fáza v kovoch, ktorá znižuje odolnosť nehrdzavejúcej ocele voči lokálnej korózii, ako aj voči praskaniu pod napätím vyvolanému chloridmi. Vyšší obsah niklu najmenej 12 % v 316/316L je tiež žiaduci pre aplikácie zahŕňajúce plynný vodík pod vysokým tlakom. Minimálna koncentrácia niklu požadovaná pre nehrdzavejúcu oceľ 316/316L v štandardnej špecifikácii ASTM je 10 %.
Lokalizovaná korózia sa môže vyskytnúť kdekoľvek na potrubiach používaných v morskom prostredí. Jamková korózia sa však s väčšou pravdepodobnosťou vyskytuje v už kontaminovaných oblastiach, zatiaľ čo štrbinová korózia sa s väčšou pravdepodobnosťou vyskytuje v oblastiach s úzkymi medzerami medzi potrubím a montážnym materiálom. Na základe PREN môže špecifikátor vybrať najlepšiu zliatinu na potrubie, aby sa minimalizovalo riziko akéhokoľvek druhu lokalizovanej korózie.
Majte však na pamäti, že existujú aj iné premenné, ktoré môžu ovplyvniť riziko korózie. Napríklad teplota ovplyvňuje odolnosť nehrdzavejúcej ocele voči jamkovej korózii. Pre horúce morské podnebie by sa mali vážne zvážiť rúry z nehrdzavejúcej ocele s molybdénom super austenitických alebo 2507 super duplexných nehrdzavejúcich oceľových konštrukcií, pretože tieto materiály majú vynikajúcu odolnosť voči lokalizovanej korózii a praskaniu v dôsledku chloridového napätia. Pre chladnejšie podnebie môže postačovať rúra 316/316L, najmä ak sa preukázala história úspešného používania.
Vlastníci a prevádzkovatelia pobrežných plošín môžu tiež podniknúť kroky na minimalizáciu rizika korózie po inštalácii potrubia. Mali by udržiavať potrubie čisté a pravidelne ho preplachovať sladkou vodou, aby sa znížilo riziko bodkovej korózie. Taktiež by mali nechať technikov údržby otvárať svorky potrubí počas bežných kontrol, aby zistili prítomnosť štrbinovej korózie.
Dodržiavaním vyššie uvedených krokov môžu majitelia a prevádzkovatelia plošín znížiť riziko korózie potrubí a súvisiacich únikov v morskom prostredí, čím sa zlepší bezpečnosť a efektívnosť a zároveň sa zníži pravdepodobnosť straty produktu alebo uvoľňovania fugitívnych emisií.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Časopis Journal of Petroleum Technology je hlavným časopisom Spoločnosti ropných inžinierov (Society of Petroleum Engineers), ktorý poskytuje autoritatívne prehľady a články o pokrokoch v technológiách prieskumu a ťažby, otázkach ropného a plynárenského priemyslu a novinky o SPE a jej členoch.