Упркос својственој отпорности цеви од нерђајућег челика на корозију, цеви од нерђајућег челика инсталиране у морском окружењу доживљавају различите врсте корозије током свог очекиваног века трајања. Ова корозија може довести до неконтролисаних емисија, губитка производа и потенцијалних ризика. Власници и оператери офшор платформи могу смањити ризик од корозије одређивањем јачих материјала за цеви који пружају бољу отпорност на корозију. Након тога, морају остати опрезни приликом прегледа хемијских убризгавача, хидрауличних и импулсних водова, као и процесне инструментације и сензорске опреме како би се осигурало да корозија не угрожава интегритет инсталираних цеви и не угрожава безбедност.
Локална корозија може се наћи на многим платформама, пловилима, бродовима и цевима у приобалним инсталацијама. Ова корозија може бити у облику тачкасте или пукотинске корозије, од којих обе могу еродирати зид цеви и изазвати испуштање течности.
Ризик од корозије је већи када се радна температура примене повећа. Топлота може убрзати уништавање заштитног спољашњег пасивног оксидног филма цеви, чиме се подстиче стварање тачкасте корозије.
Нажалост, локализовану тачкасту и пукотинску корозију може бити тешко открити, што отежава идентификацију, предвиђање и пројектовање ових врста корозије. С обзиром на ове ризике, власници платформи, оператери и именована лица треба да буду опрезни при избору најбољег материјала за цеви за своју примену. Избор материјала је њихова прва линија одбране од корозије, тако да је важно да се правилно изабере. Срећом, могу да бирају користећи веома једноставну, али веома ефикасну меру локализоване отпорности на корозију, еквивалентни број отпорности на тачкасту корозију (PREN). Што је већа вредност PREN метала, већа је његова отпорност на локализовану корозију.
Овај чланак ће размотрити како се идентификује тачкаста и пукотинска корозија и како се оптимизује избор материјала за цеви за примене у нафтним и гасним индустријама на мору на основу PREN вредности материјала.
Локална корозија се јавља на малим површинама у поређењу са општом корозијом, која је равномернија на површини метала. Корозија у тачкама и пукотинама почиње да се формира на цевима од нерђајућег челика 316 када спољашњи пасивни оксидни филм богат хромом пукне због излагања корозивним течностима, укључујући слану воду. Морска окружења богата хлоридима на отвореном и на копну, као и високе температуре, па чак и контаминација површине цеви, повећавају потенцијал за деградацију овог пасивационог филма.
Питинг. Питинг корозија настаје када се пасивациони филм на делу цеви уништи, формирајући мале шупљине или јаме на површини цеви. Такве јаме ће вероватно расти како се одвијају електрохемијске реакције, узрокујући да се гвожђе у металу раствара у раствору на дну јаме. Растворено гвожђе ће затим дифундовати према врху јаме и оксидовати да би формирало оксид гвожђа или рђу. Како се јама продубљује, електрохемијске реакције се убрзавају, корозија се интензивира и може довести до перфорације зида цеви и цурења.
Цеви су подложније тачкастој корозији када је њихова спољна површина контаминирана (слика 1). На пример, контаминација од заваривања и брушења може оштетити пасивирајући оксидни слој цеви, чиме се формира и убрзава тачкаста корозија. Исто важи и за једноставно решавање контаминације из цеви. Поред тога, како капљице слане воде испаравају, влажни кристали соли који се формирају на цевима чине исто да би заштитили оксидни слој и могу довести до тачкасте корозије. Да бисте спречили ове врсте контаминације, одржавајте цеви чистим редовним испирањем свежом водом.
Слика 1 – Цев од нерђајућег челика 316/316L контаминирана киселином, сланом водом и другим наслагама је веома подложна тачкастој корозији.
корозија пукотина. У већини случајева, оператер може лако да идентификује тачкасту корозију. Међутим, корозију пукотина није лако открити и представља већи ризик за оператере и особље. Обично се јавља на цевима које имају уске просторе између околних материјала, као што су цеви које су причвршћене стезаљкама или цеви које су чврсто постављене једна поред друге. Када слана вода продре у пукотину, хемијски агресиван закисељени раствор гвожђе-хлорида (FeCl3) се временом формира у том подручју и узрокује убрзану корозију пукотина (слика 2). Пошто саме пукотине повећавају ризик од корозије, корозија пукотина може се јавити на температурама много нижим од тачкасте корозије.
Слика 2 – Корозија у пукотинама може се развити између цеви и носача цеви (горе) и када је цев постављена близу других површина (доле) због формирања хемијски агресивног закисељеног раствора гвожђе(III) хлорида у пукотини.
Пукотинска корозија обично симулира тачкасту корозију прво у пукотини формираној између дела цеви и држача цеви. Међутим, због повећане концентрације Fe++ у флуиду унутар пукотине, почетни кратер постаје све већи и већи док не покрије целу пукотину. На крају, пукотинска корозија може перфорирати цев.
Уске пукотине представљају највећи ризик од корозије. Стога, стеге за цеви које се обавијају око већег дела цеви имају тенденцију да представљају већи ризик од отворених стега, које минимизирају површину контакта између цеви и стеге. Техничари за одржавање могу помоћи у смањењу вероватноће да пукотинска корозија изазове оштећења или квар редовним отварањем стега и прегледом површине цеви на корозију.
Корозија у облику тачкица и пукотина се најбоље може спречити избором праве металне легуре за примену. Спецификатори треба да посвете дужну пажњу одабиру оптималног материјала за цеви како би се ризик од корозије свео на минимум на основу радног окружења, услова процеса и других варијабли.
Да би помогли спецификаторима да оптимизују избор материјала, могу упоредити вредности PREN метала како би одредили њихову отпорност на локализовану корозију. PREN се може израчунати из хемијског састава легуре, укључујући садржај хрома (Cr), молибдена (Mo) и азота (N), на следећи начин:
PREN се повећава са садржајем елемената отпорних на корозију, хрома, молибдена и азота, у легури. PREN однос се заснива на критичној температури тачкасте корозије (CPT) – најнижој температури на којој се примећује тачкаста корозија – за различите нерђајуће челике у односу на хемијски састав. У суштини, PREN је пропорционалан CPT. Стога, веће вредности PREN указују на већу отпорност на тачкасту корозију. Мало повећање PREN је еквивалентно само малом повећању CPT у поређењу са легуром, док велико повећање PREN указује на значајно побољшање перформанси на знатно виши CPT.
Табела 1 упоређује вредности PREN различитих легура које се обично користе у приобалним нафтним и гасним применама. Она показује како спецификација може значајно побољшати отпорност на корозију избором легуре цеви вишег квалитета. PREN се повећава само незнатно при преласку са нерђајућег челика 316 на нерђајући челик 317. За значајно повећање перформанси, идеално је користити супер аустенитни нерђајући челик 6Mo или супер дуплекс нерђајући челик 2507.
Веће концентрације никла (Ni) у нерђајућем челику такође побољшавају отпорност на корозију. Међутим, садржај никла у нерђајућем челику није део PREN једначине. У сваком случају, често је корисно одредити нерђајуће челике са вишим концентрацијама никла, јер овај елемент помаже у репасивацији површина које показују знаке локализоване корозије. Никл стабилизује аустенит и спречава стварање мартензита приликом савијања или хладног вучења тврдих цеви од 1/8. Мартензит је нежељена кристална фаза у металима која смањује отпорност нерђајућег челика на локализовану корозију, као и на пуцање под напоном изазвано хлоридима. Већи садржај никла од најмање 12% у 316/316L је такође пожељан за примене које укључују гасовити водоник под високим притиском. Минимална концентрација никла потребна за нерђајући челик 316/316L у ASTM стандардној спецификацији је 10%.
Локална корозија може се јавити било где на цевима које се користе у морском окружењу. Међутим, јамкаста корозија је вероватнија у подручјима која су већ контаминирана, док је пукотинска корозија вероватнија у подручјима са уским размацима између цеви и монтажних елемената. Користећи PREN као основу, спецификатор може одабрати најбољу легуру за цеви како би се смањио ризик од било какве локализоване корозије.
Међутим, имајте на уму да постоје и друге варијабле које могу утицати на ризик од корозије. На пример, температура утиче на отпорност нерђајућег челика на тачкасто корозију. За топле морске климе, цеви од нерђајућег челика 6 са супер аустенитом или 2507 са супер дуплексом треба озбиљно размотрити јер ови материјали имају одличну отпорност на локализовану корозију и пуцање услед напрезања услед хлорида. За хладније климе, цеви 316/316L могу бити довољне, посебно ако је утврђена историја успешне употребе.
Власници и оператери платформи на мору такође могу предузети кораке како би смањили ризик од корозије након постављања цеви. Требало би да цеви одржавају чистим и редовно их испирају слатком водом како би смањили ризик од тачкасте корозије. Такође би требало да техничари за одржавање отворе стезаљке за цеви током рутинских инспекција како би проверили присуство корозије у пукотинама.
Пратећи горе наведене кораке, власници и оператери платформи могу смањити ризик од корозије цеви и повезаних цурења у морском окружењу, побољшавајући безбедност и ефикасност, а истовремено смањујући могућност губитка производа или испуштања фугитивних емисија.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Часопис „Journal of Petroleum Technology“ је водећи часопис Друштва нафтних инжењера, који пружа ауторитативне прегледе и чланке о напретку у технологији истраживања и производње, питањима нафтне и гасне индустрије и вестима о Друштву нафтних инжењера (SPE) и његовим члановима.