Kljub inherentni korozijski odpornosti cevi iz nerjavečega jekla so cevi iz nerjavečega jekla, nameščene v morskem okolju, med svojo pričakovano življenjsko dobo podvržene različnim vrstam korozije. Ta korozija lahko povzroči ubežne emisije, izgube 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 vodov za vbrizgavanje kemikalij, hidravličnih in impulznih vodov ter procesne instrumentacije in instrumentacije, da zagotovijo, da korozija ne ogroža celovitosti nameščenih cevovodov ali varnosti.
Lokalizirano korozijo lahko najdemo na številnih ploščadih, ladjah, plovilih in priobalnih cevovodih. Ta korozija se lahko kaže v obliki jamkaste ali razpokaste korozije, ki lahko poškoduje steno cevi in ​​povzroči uhajanje tekočine.
Nevarnost korozije se povečuje z naraščanjem delovne temperature aplikacije. Toplota lahko pospeši razgradnjo zaščitnega zunanjega pasivnega oksidnega filma cevi in ​​s tem spodbudi korozijo.
Žal je lokalizirano jamkasto in špranjsko korozijo težko zaznati, zaradi česar je težko prepoznati, napovedati in načrtovati te vrste korozije. Glede na ta tveganja morajo biti lastniki, upravljavci in pooblaščenci platform previdni pri izbiri najboljšega materiala za cevovode za svojo uporabo. Izbira materiala je njihova prva obramba pred korozijo, zato je pravilna izbira zelo pomembna. Na srečo lahko izberejo zelo preprosto, a zelo učinkovito merilo lokalizirane korozijske odpornosti, ekvivalentno število jamkaste odpornosti (PREN). Višja kot je vrednost PREN kovine, večja je njena odpornost na lokalizirano korozijo.
Ta članek bo obravnaval, 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 bolj enakomerna po kovinski površini. Jamkasta in špranjska korozija se začneta na ceveh iz nerjavečega jekla 316, ko se zunanji pasivni oksidni film kovine, bogat s kromom, poruši zaradi izpostavljenosti korozivnim tekočinam, vključno s slano vodo. Morsko okolje, bogato s kloridi, pa tudi visoke temperature in celo kontaminacija površine cevi povečajo verjetnost razgradnje tega pasivizacijskega filma.
Jamkasta korozija Jamkasta korozija nastane, ko se pasivizacijski film na delu cevi poruši in na površini cevi nastanejo majhne votline ali jamice. Takšne jamice se bodo verjetno širile med potekom elektrokemijskih reakcij, zaradi česar se železo v kovini raztopi v raztopini na dnu jamice. Raztopljeno železo nato difundira na vrh jamice in oksidira ter tvori železov oksid ali rjo. Ko se jama poglablja, se elektrokemijske reakcije pospešijo, korozija pa se poveča, kar lahko povzroči perforacijo stene cevi in ​​puščanje.
Cevi so bolj dovzetne za jamkasto korozijo, če je njihova zunanja površina onesnažena (slika 1). Na primer, onesnaževalci iz varjenja in brušenja lahko poškodujejo pasivizacijsko oksidno plast cevi, s čimer nastanejo in pospešijo jamkasto korozijo. Enako velja za preprosto odpravljanje onesnaženja iz cevi. Poleg tega mokri kristali soli, ki nastanejo na ceveh, ko kapljice soli izhlapevajo, ščitijo oksidno plast in lahko povzročijo jamkasto korozijo. Da bi preprečili tovrstno onesnaženje, cevi ohranjajte čiste 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 zazna jamkasto korozijo. Vendar pa razpokaste korozije ni enostavno zaznati in predstavlja večje tveganje za upravljavce in osebje. Do nje običajno pride na ceveh, ki imajo ozke reže med okoliškimi materiali, kot so cevi, pritrjene s sponkami, ali cevi, ki so tesno stisnjene druga ob drugi. Ko slanica pronica v razpoko, se sčasoma na tem območju tvori kemično agresivna nakisana raztopina železovega klorida (FeCl3), ki pospeši korozijo razpok (slika 2). Ker sama razpoka povečuje tveganje za korozijo, se lahko razpokasta korozija pojavi pri temperaturah, ki so precej nižje od jamkaste korozije.
Slika 2 – Špranjska 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 režo.
Razpokasta korozija običajno najprej simulira jamkasto korozijo v režo, ki nastane med delom cevi in ​​podpornim obročem cevi. Vendar pa se zaradi povečanja koncentracije Fe++ v tekočini znotraj razpoke začetni lijak vedno bolj povečuje, dokler ne pokrije celotne razpoke. Na koncu lahko razpokasta korozija povzroči perforacijo cevi.
Goste razpoke predstavljajo največje tveganje za korozijo. Zato so cevne objemke, ki obkrožajo večji del oboda cevi, običajno bolj tvegane kot odprte objemke, ki zmanjšujejo kontaktno površino med cevjo in objemko. Serviserji lahko pomagajo zmanjšati možnost poškodb ali odpovedi zaradi špranjske korozije z rednim odpiranjem objemk in preverjanjem površine cevi glede korozije.
Jamkasto in špranjsko korozijo je mogoče preprečiti z izbiro pravilne kovinske zlitine za posamezno uporabo. Specifikacije morajo skrbno izbrati optimalni material za cevi, da zmanjšajo tveganje korozije glede na procesno 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 kemijske sestave zlitine, vključno z vsebnostjo kroma (Cr), molibdena (Mo) in dušika (N), na naslednji način:
PREN se povečuje z vsebnostjo korozijsko odpornih elementov kroma, molibdena in dušika v zlitini. Razmerje PREN temelji na kritični temperaturi jamkanja (CPT) – najnižji temperaturi, pri kateri pride do jamkanja – za različna nerjavna jekla, odvisno od kemične sestave. V bistvu je PREN sorazmeren s CPT. Zato višje vrednosti PREN kažejo na večjo odpornost proti jamkanju. Majhno povečanje PREN je enakovredno le majhnemu povečanju CPT v primerjavi z zlitino, medtem ko veliko povečanje PREN kaže na znatno izboljšanje zmogljivosti v primerjavi z bistveno višjim CPT.
Tabela 1 primerja vrednosti PREN za različne zlitine, ki se pogosto uporabljajo v naftni in plinski industriji na morju. Prikazuje, kako lahko specifikacija močno izboljša odpornost proti koroziji z izbiro kakovostnejše zlitine za cevi. PREN se nekoliko poveča od 316 SS do 317 SS. Super avstenitna 6Mo SS ali super dupleksna 2507 SS sta idealni za znatno povečanje zmogljivosti.
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 ugodno izbrati nerjavna jekla z višjo vsebnostjo 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 toge cevi premera 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 jeklu 316/316L je zaželena tudi za uporabo z vodikovim plinom pod visokim tlakom. Najmanjša zahtevana koncentracija niklja za nerjavno jeklo ASTM 316/316L, 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 inštalacijsko 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 drugi dejavniki, 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 super avstenitnega molibdenskega jekla 6 ali super dupleksnega nerjavečega jekla 2507, saj imajo ti materiali odlično odpornost proti lokalizirani koroziji in razpokam zaradi kloridov. Za hladnejše podnebje je lahko zadostna cev 316/316L, zlasti če obstaja 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 korozijo. Vzdrževalci bi morali med rutinskimi pregledi odpreti cevne objemke, da preverijo morebitno korozijo v razpokah.
Z upoštevanjem zgornjih korakov lahko lastniki in upravljavci platform zmanjšajo tveganje korozije cevi in ​​s tem povezanih puščanj v morskem okolju, izboljšajo varnost in učinkovitost ter zmanjšajo možnost izgube izdelkov ali ubežnih emisij.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology je vodilna revija Društva naftnih inženirjev, ki objavlja verodostojne povzetke in članke o napredku v tehnologiji pridobivanja nafte, vprašanjih naftne in plinske industrije ter novice o SPE in njenih članih.