Trots den inneboende korrosionsbeständigheten hos rostfria stålrör, utsätts rostfria stålrör som installeras i marina miljöer för olika typer av korrosion under sin förväntade livslängd. Denna korrosion kan leda till flyktiga utsläpp, produktförlust och potentiella risker. Ägare och operatörer av offshore-plattformar kan minska risken för korrosion genom att specificera starkare rörmaterial som ger bättre korrosionsbeständighet. Därefter måste de vara vaksamma vid inspektion av kemisk injektion, hydrauliska och impulsledningar samt processinstrument och sensorutrustning för att säkerställa att korrosion inte hotar de installerade rörens integritet och äventyrar säkerheten.
Lokal korrosion kan förekomma på många plattformar, fartyg, skepp och rörledningar i offshoreinstallationer. Denna korrosion kan förekomma i form av gropkorrosion eller spaltkorrosion, vilka båda kan erodera rörväggen och orsaka vätskeutsläpp.
Risken för korrosion är större när applikationens driftstemperatur ökar. Värme kan påskynda förstörelsen av rörets skyddande yttre passiva oxidfilm och därigenom främja bildandet av punktkorrosion.
Tyvärr kan lokal gropfrätning och spaltkorrosion vara svåra att upptäcka, vilket gör dessa typer av korrosion svårare att identifiera, förutsäga och designa för. Med tanke på dessa risker bör plattformsägare, operatörer och ombud iaktta försiktighet när de väljer det bästa rörmaterialet för sin tillämpning. Materialval är deras första försvarslinje mot korrosion, så det är viktigt att göra rätt. Som tur är kan de välja med hjälp av ett mycket enkelt men mycket effektivt mått på lokal korrosionsbeständighet, PREN (Pitting Resistance Equivalent Number). Ju högre PREN-värde för en metall är, desto högre är dess motståndskraft mot lokal korrosion.
Den här artikeln kommer att granska hur man identifierar gropfrätning och spaltkorrosion och hur man optimerar valet av rörmaterial för offshore olje- och gasapplikationer baserat på materialets PREN-värde.
Lokal korrosion uppstår i små områden jämfört med generell korrosion, som är mer enhetlig på metallytan. Gropkorrosion och spaltkorrosion börjar bildas på 316 rostfria stålrör när metallens yttre kromrika passiva oxidfilm brister på grund av exponering för korrosiva vätskor, inklusive saltvatten. Kloridrika marina miljöer till havs och på land, liksom höga temperaturer och till och med kontaminering av rörytan, ökar risken för nedbrytning av denna passiveringsfilm.
Punktkorrosion. Punktkorrosion uppstår när passiveringsfilmen på ett rör förstörs, vilket bildar små håligheter eller gropar på rörets yta. Sådana gropar kommer sannolikt att växa allt eftersom elektrokemiska reaktioner äger rum, vilket gör att järnet i metallen löses upp i lösningen i botten av gropen. Det upplösta järnet diffunderar sedan mot toppen av gropen och oxiderar för att bilda järnoxid eller rost. När gropen fördjupas accelererar de elektrokemiska reaktionerna, korrosionen intensifieras och kan leda till perforering av rörväggen och läckage.
Rör är mer mottagliga för punktkorrosion när dess yttre yta är förorenad (Figur 1). Till exempel kan föroreningar från svetsning och slipning skada rörets passiverande oxidskikt, vilket bildar och accelererar punktkorrosion. Detsamma gäller för att hantera föroreningar från rör. Dessutom, när saltlösningsdropparna avdunstar, gör våta saltkristaller som bildas på rören detsamma för att skydda oxidskiktet och kan leda till punktkorrosion. För att förhindra dessa typer av föroreningar, håll dina rör rena genom att regelbundet spola dem med färskvatten.
Figur 1 – Rör av rostfritt stål (316/316L) som är förorenat med syra, saltlösning och andra avlagringar är mycket känsliga för punktkorrosion.
spaltkorrosion. I de flesta fall kan punktkorrosion lätt identifieras av operatören. Spaltkorrosion är dock inte lätt att upptäcka och utgör en större risk för operatörer och personal. Det uppstår vanligtvis på rör som har trånga utrymmen mellan omgivande material, såsom rör som hålls på plats med klämmor eller rör som är tätt installerade sida vid sida. När saltlösning sipprar in i spalten bildas en kemiskt aggressiv försurad järnkloridlösning (FeCl3) i området med tiden och orsakar accelererad spaltkorrosion (Figur 2). Eftersom spalterna i sig ökar risken för korrosion kan spaltkorrosion uppstå vid temperaturer som är mycket lägre än punktkorrosion.
Figur 2 – Spaltkorrosion kan uppstå mellan röret och rörstödet (överst) och när röret installeras nära andra ytor (nederst) på grund av bildandet av en kemiskt aggressiv försurad järnkloridlösning i spalten.
Spaltkorrosion simulerar vanligtvis punktkorrosion först i spalten som bildas mellan ett rör och rörets stödklämma. På grund av den ökande Fe++-koncentrationen i vätskan i sprickan blir dock den initiala kratern större och större tills den täcker hela sprickan. I slutändan kan spaltkorrosion perforera röret.
Täta sprickor är den största risken för korrosion. Därför tenderar rörklämmor som lindas runt större delen av rörets omkrets att utgöra en större risk än öppna klämmor, vilka minimerar kontaktytan mellan röret och klämman. Underhållstekniker kan bidra till att minska sannolikheten för att spaltkorrosion orsakar skador eller fel genom att regelbundet öppna klämmorna och inspektera rörets yta för korrosion.
Gropfrätning och spaltkorrosion kan bäst förebyggas genom att välja rätt metalllegering för tillämpningen. Specifikationer bör iaktta noggrannhet för att välja det optimala rörmaterialet för att minimera risken för korrosion baserat på driftsmiljö, processförhållanden och andra variabler.
För att hjälpa specificerare att optimera materialvalet kan de jämföra metallernas PREN-värden för att bestämma deras motståndskraft mot lokal korrosion. PREN kan beräknas utifrån legeringens kemiska sammansättning, inklusive dess krom- (Cr), molybden- (Mo) och kväve- (N) innehåll, enligt följande:
PREN ökar med halten av de korrosionsbeständiga elementen krom, molybden och kväve i legeringen. PREN-förhållandet baseras på den kritiska punktkorrosionstemperaturen (CPT) – den lägsta temperaturen vid vilken punktkorrosion observeras – för olika rostfria stål i förhållande till kemisk sammansättning. I huvudsak är PREN proportionell mot CPT. Därför indikerar högre PREN-värden högre punktkorrosionsmotstånd. En liten ökning av PREN motsvarar endast en liten ökning av CPT jämfört med legeringen, medan en stor ökning av PREN indikerar en mer betydande prestandaförbättring för betydligt högre CPT.
Tabell 1 jämför PREN-värdena för olika legeringar som vanligtvis används i offshore olje- och gasapplikationer. Den visar hur specifikationen kan förbättra korrosionsbeständigheten avsevärt genom att välja en rörlegering av högre kvalitet. PREN ökar endast något vid övergången från 316 till 317 rostfritt stål. För en betydande prestandaökning används helst 6 Mo superaustenitiskt rostfritt stål eller 2507 superduplex rostfritt stål.
Högre koncentrationer av nickel (Ni) i rostfritt stål förbättrar också korrosionsbeständigheten. Nickelhalten i rostfritt stål är dock inte en del av PREN-ekvationen. I vilket fall som helst är det ofta fördelaktigt att specificera rostfria stål med högre nickelkoncentrationer, eftersom detta element hjälper till att återpassivera ytor som visar tecken på lokal korrosion. Nickel stabiliserar austenit och förhindrar martensitbildning vid böjning eller kalldragning av 1/8 hårda rör. Martensit är en oönskad kristallin fas i metaller som minskar rostfritt ståls motståndskraft mot lokal korrosion samt kloridinducerad spänningssprickbildning. En högre nickelhalt på minst 12 % i 316/316L är också önskvärd för tillämpningar som involverar högtrycksgasformigt väte. Den lägsta nickelkoncentration som krävs för 316/316L rostfritt stål i ASTM-standardspecifikationen är 10 %.
Lokal korrosion kan uppstå var som helst på rör som används i marina miljöer. Punktkorrosion är dock mer sannolikt att uppstå i områden som redan är förorenade, medan spaltkorrosion är mer sannolikt att uppstå i områden med smala mellanrum mellan röret och monteringsdetaljerna. Med hjälp av PREN som grund kan specificeraren välja den bästa rörlegeringen för att minimera risken för alla typer av lokal korrosion.
Tänk dock på att det finns andra variabler som kan påverka korrosionsrisken. Till exempel påverkar temperaturen punkteringsmotståndet hos rostfritt stål. För varma marina klimat bör 6-molybden superaustenitiska eller 2507 superduplexa rostfria stålrör övervägas noga eftersom dessa material har utmärkt motståndskraft mot lokal korrosion och kloridspänningssprickbildning. För kallare klimat kan 316/316L-rör vara tillräckligt, särskilt om en historik av framgångsrik användning har etablerats.
Ägare och operatörer av offshore-plattformar kan också vidta åtgärder för att minimera risken för korrosion efter att rören har installerats. De bör hålla rören rena och spola regelbundet med färskvatten för att minska risken för punktkorrosion. De bör också låta underhållstekniker öppna rörklämmor under rutininspektioner för att leta efter förekomst av spaltkorrosion.
Genom att följa stegen som beskrivs ovan kan plattformsägare och operatörer minska risken för rörkorrosion och relaterade läckor i marina miljöer, vilket förbättrar säkerhet och effektivitet, samtidigt som risken för produktförlust eller utsläpp av flyktiga utsläpp minskas.
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 är flaggskeppstidskriften för Society of Petroleum Engineers och tillhandahåller auktoritativa sammanfattningar och artiklar om framsteg inom prospekterings- och produktionsteknik, frågor inom olje- och gasindustrin samt nyheter om SPE och dess medlemmar.