Kljub inherentni korozijski odpornosti cevi iz nerjavečega jekla se cevi iz nerjavečega jekla, nameščene v morskem okolju, med svojo pričakovano življenjsko dobo soočajo z različnimi vrstami korozije. Ta korozija lahko povzroči ubežne emisije, izgubo izdelkov in morebitna tveganja. Lastniki in upravljavci platform na morju lahko zmanjšajo tveganje korozije z določitvijo močnejših materialov za cevi, ki zagotavljajo boljšo odpornost proti koroziji. Nato morajo biti pozorni pri pregledovanju vbrizgavanja kemikalij, hidravličnih in impulznih cevi ter procesne instrumentacije in senzorske opreme, da zagotovijo, da korozija ne ogroža celovitosti nameščenih cevovodov in varnosti.
Lokalizirano korozijo lahko najdemo na številnih ploščadih, plovilih, ladjah in cevovodih v objektih na morju. Ta korozija se lahko kaže v obliki jamkaste ali špranjske korozije, ki lahko poškoduje steno cevi in ​​povzroči uhajanje tekočine.
Nevarnost korozije se poveča, ko se delovna temperatura aplikacije poveča. Toplota lahko pospeši uničenje zaščitnega zunanjega pasivnega oksidnega filma cevi in ​​s tem spodbudi nastanek jamkaste korozije.
Žal je lokalizirano jamkasto in špranjsko korozijo težko zaznati, zaradi česar je te vrste korozije težje prepoznati, napovedati in načrtovati. Glede na ta tveganja morajo biti lastniki, upravljavci in pooblaščenci platform previdni pri izbiri najboljšega cevovodnega materiala za svojo uporabo. Izbira materiala je njihova prva obrambna linija pred korozijo, zato je pomembno, da jo pravilno izberejo. Na srečo lahko izbirajo z zelo preprostim, a zelo učinkovitim merilom lokalizirane korozijske odpornosti, ekvivalentnim številom jamkaste odpornosti (PREN). Višja kot je vrednost PREN kovine, večja je njena odpornost na lokalizirano korozijo.
Ta članek bo pregledal, kako prepoznati jamkasto in špranjsko korozijo ter kako optimizirati izbiro materiala za cevi za uporabo v naftni in plinski industriji na morju na podlagi vrednosti PREN materiala.
Lokalizirana korozija se pojavlja na majhnih območjih v primerjavi s splošno korozijo, ki je na kovinski površini bolj enakomerna. Jamičasta in špranjska korozija se začneta na ceveh iz nerjavečega jekla 316, ko zunanji, s kromom bogati pasivni oksidni film kovine poči zaradi izpostavljenosti korozivnim tekočinam, vključno s slano vodo. Morsko okolje, bogato s kloridi, na morju in na kopnem, pa tudi visoke temperature in celo kontaminacija površine cevi povečajo možnost degradacije tega pasivizacijskega filma.
Jamkasta korozija. Jamkasta korozija nastane, ko se pasivizacijski film na cevi uniči, pri čemer na površini cevi nastanejo majhne votline ali jamice. Takšne jamice se bodo verjetno širile med elektrokemičnimi reakcijami, zaradi česar se železo v kovini raztopi v raztopini na dnu jamice. Raztopljeno železo se nato razprši proti vrhu jamice in oksidira, da tvori železov oksid ali rjo. Ko se jama poglablja, se elektrokemične reakcije pospešijo, korozija se okrepi in lahko povzroči perforacijo stene cevi ter puščanje.
Cevi so bolj dovzetne za jamkasto korozijo, če je njihova zunanja površina onesnažena (slika 1). Na primer, onesnaženje zaradi varjenja in brušenja lahko poškoduje pasivizirajočo oksidno plast cevi, s čimer nastane in pospeši jamkasto korozijo. Enako velja za preprosto odpravljanje onesnaženja iz cevi. Poleg tega, ko kapljice slanice izhlapevajo, mokri kristali soli, ki nastanejo na ceveh, storijo enako, da zaščitijo oksidno plast in lahko povzročijo jamkasto korozijo. Da bi preprečili tovrstno onesnaženje, vzdržujte čistočo cevi tako, da jih redno izpirate s sladko vodo.
Slika 1 – Cevi iz nerjavečega jekla 316/316L, onesnažene s kislino, slanico in drugimi usedlinami, so zelo dovzetne za jamkasto korozijo.
Razpokasta korozija. V večini primerov lahko upravljavec zlahka prepozna jamkasto korozijo. Vendar pa razpokaste korozije ni enostavno zaznati in predstavlja večje tveganje za upravljavce in osebje. Običajno se pojavi na ceveh, ki imajo tesne prostore med okoliškimi materiali, kot so cevi, pritrjene s sponkami, ali cevi, ki so tesno nameščene druga ob drugi. Ko slanica pronica v razpoko, se na tem območju sčasoma tvori kemično agresivna nakisana raztopina železovega klorida (FeCl3), ki povzroči pospešeno korozijo razpok (slika 2). Ker same razpoke povečajo tveganje za korozijo, se lahko razpokasta korozija pojavi pri temperaturah, ki so precej nižje od jamkaste korozije.
Slika 2 – Špražna korozija se lahko razvije med cevjo in nosilcem cevi (zgoraj) ter ko je cev nameščena blizu drugih površin (spodaj) zaradi nastanka kemično agresivne zakisane raztopine železovega klorida v špranji.
Špranjska korozija običajno simulira jamkasto korozijo, ki se najprej pojavi v špranji med delom cevi in ​​nosilno objemko cevi. Vendar pa zaradi naraščajoče koncentracije Fe++ v tekočini znotraj razpoke začetni krater postaja vedno večji, dokler ne pokrije celotne razpoke. Špranjska korozija lahko na koncu predre cev.
Največje tveganje za korozijo predstavljajo tesne razpoke. Zato cevne objemke, ki se ovijajo okoli večjega dela cevi, predstavljajo večje tveganje kot odprte objemke, ki zmanjšujejo kontaktno površino med cevjo in objemko. Vzdrževalci lahko pomagajo zmanjšati verjetnost, da bo korozija v špranjah povzročila poškodbe ali okvare, tako da redno odpirajo objemke in pregledujejo površino cevi glede korozije.
Korozijo zaradi jamk in špranj je najbolje preprečiti z izbiro prave kovinske zlitine za posamezno uporabo. Specifikacije morajo skrbno izbrati optimalen material za cevi, da bi zmanjšali tveganje korozije glede na delovno okolje, procesne pogoje in druge spremenljivke.
Da bi specifikacijam pomagali optimizirati izbiro materiala, lahko primerjajo vrednosti PREN kovin, da določijo njihovo odpornost proti lokalizirani koroziji. PREN se lahko izračuna iz kemične sestave zlitine, vključno z vsebnostjo kroma (Cr), molibdena (Mo) in dušika (N), kot sledi:
PREN se povečuje z vsebnostjo korozijsko odpornih elementov kroma, molibdena in dušika v zlitini. Razmerje PREN temelji na kritični temperaturi jamkaste korozije (CPT) – najnižji temperaturi, pri kateri se opazi jamkasta korozija – za različna nerjavna jekla glede na kemično sestavo. V bistvu je PREN sorazmeren s CPT. Zato višje vrednosti PREN kažejo na večjo odpornost proti jamkasti koroziji. Majhno povečanje PREN je enakovredno le majhnemu povečanju CPT v primerjavi z zlitino, medtem ko veliko povečanje PREN kaže na znatno izboljšanje delovanja na bistveno višjo CPT.
Tabela 1 primerja vrednosti PREN različnih zlitin, ki se običajno uporabljajo v naftnih in plinskih aplikacijah na morju. Prikazuje, kako lahko specifikacija znatno izboljša odpornost proti koroziji z izbiro zlitine za cevi višjega razreda. PREN se le nekoliko poveča pri prehodu z nerjavečega jekla 316 na nerjavno jeklo 317. Za znatno povečanje zmogljivosti je idealno uporabiti super avstenitno nerjavno jeklo 6Mo ali super dupleksno nerjavno jeklo 2507.
Višje koncentracije niklja (Ni) v nerjavnem jeklu prav tako povečajo odpornost proti koroziji. Vendar pa vsebnost niklja v nerjavnem jeklu ni del enačbe PREN. V vsakem primeru je pogosto koristno določiti nerjavna jekla z višjimi koncentracijami niklja, saj ta element pomaga pri ponovni pasivizaciji površin, ki kažejo znake lokalizirane korozije. Nikelj stabilizira avstenit in preprečuje nastanek martenzita pri upogibanju ali hladnem vlečenju trdih cevi 1/8. Martenzit je nezaželena kristalna faza v kovinah, ki zmanjšuje odpornost nerjavnega jekla na lokalizirano korozijo, pa tudi na razpoke zaradi napetosti, ki jih povzročajo kloridi. Višja vsebnost niklja, vsaj 12 % v 316/316L, je zaželena tudi za aplikacije, ki vključujejo plinasti vodik pod visokim tlakom. Najmanjša koncentracija niklja, ki je potrebna za nerjavno jeklo 316/316L v standardni specifikaciji ASTM, je 10 %.
Lokalizirana korozija se lahko pojavi kjer koli na ceveh, ki se uporabljajo v morskem okolju. Vendar pa je jamkasta korozija bolj verjetna na območjih, ki so že onesnažena, medtem ko je korozija v špranjah bolj verjetna na območjih z ozkimi režami med cevjo in montažno opremo. Na podlagi PREN lahko specifikacija izbere najboljšo zlitino za cevi, da zmanjša tveganje za kakršno koli lokalno korozijo.
Vendar ne pozabite, da obstajajo tudi druge spremenljivke, ki lahko vplivajo na tveganje korozije. Na primer, temperatura vpliva na odpornost nerjavečega jekla proti koroziji. Za vroče morsko podnebje je treba resno razmisliti o ceveh iz nerjavečega jekla 6 z molibdenskim super avstenitnim ali 2507 super dupleksnim molibdenskim cevem, saj imajo ti materiali odlično odpornost proti lokalizirani koroziji in razpokam zaradi kloridov. Za hladnejše podnebje je lahko zadostna cev 316/316L, zlasti če je bila ugotovljena zgodovina uspešne uporabe.
Lastniki in upravljavci platform na morju lahko po namestitvi cevi sprejmejo ukrepe za zmanjšanje tveganja korozije. Cevi morajo vzdrževati čiste in jih redno spirati s sladko vodo, da zmanjšajo tveganje za jamkasto korozijo. Vzdrževalci bi morali med rutinskimi pregledi odpreti objemke cevi, da bi preverili prisotnost razpokane korozije.
Z zgoraj opisanimi koraki lahko lastniki in upravljavci platform zmanjšajo tveganje korozije cevi in ​​s tem povezanih puščanj v morskem okolju, s čimer izboljšajo varnost in učinkovitost ter hkrati zmanjšajo možnost izgube izdelka ali izpusta ubežnih emisij.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology je vodilna revija Društva naftnih inženirjev, ki ponuja verodostojne povzetke in članke o napredku v tehnologiji raziskovanja in proizvodnje, vprašanjih naftne in plinske industrije ter novice o SPE in njenih članih.