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, produktförluster 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 kemiska injektionsledningar, hydrauliska och impulsledningar samt processinstrument och instrument för att säkerställa att korrosion inte hotar de installerade rörledningarnas integritet eller äventyrar säkerheten.
Lokal korrosion kan förekomma på många plattformar, fartyg, fartyg och offshore-rörledningar. Denna korrosion kan vara i form av gropkorrosion eller spaltkorrosion, vilka båda kan erodera rörväggen och orsaka att vätska släpps ut.
Risken för korrosion ökar när applikationens driftstemperatur ökar. Värme kan påskynda nedbrytningen av rörets skyddande yttre passiva oxidfilm och därigenom främja punktering.
Tyvärr är lokal gropfrätning och spaltkorrosion svåra att upptäcka, vilket gör det svårt att identifiera, förutsäga och dimensionera dessa typer av korrosion. Med tanke på dessa risker måste plattformsägare, operatörer och ombud iaktta försiktighet när de väljer det bästa rörledningsmaterialet för sin tillämpning. Materialval är deras första försvarslinje mot korrosion, så det är mycket viktigt att göra rätt. Lyckligtvis kan de välja ett mycket enkelt men effektivt mått på lokal korrosionsbeständighet, PREN (Pitting Resistance Equivalent Number). Ju högre PREN-värde en metall har, desto högre är dess motståndskraft mot lokal korrosion.
Den här artikeln kommer att titta på hur man identifierar gropfrätning och spaltkorrosion, samt 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 över metallytan. Punktkorrosion och spaltkorrosion börjar bildas på 316 rostfria stålrör när den yttre kromrika passiva oxidfilmen på metallen bryts ner på grund av exponering för frätande vätskor, inklusive saltvatten. Marina miljöer rika på klorider, liksom höga temperaturer och till och med kontaminering av rörytan, ökar sannolikheten för nedbrytning av denna passiveringsfilm.
Punktkorrosion Punktkorrosion uppstår när passiveringsfilmen på en rörsektion bryts ner och bildar små håligheter eller gropar på rörets yta. Sådana gropar kommer sannolikt att växa allt eftersom elektrokemiska reaktioner fortskrider, vilket leder till att järnet i metallen löses upp i lösning i botten av gropen. Det lösta järnet diffunderar sedan till toppen av gropen och oxiderar för att bilda järnoxid eller rost. När gropen fördjupas accelererar de elektrokemiska reaktionerna, korrosionen ökar, vilket kan leda till perforering av rörväggen och läckage.
Rör är mer mottagliga för gropfrätning om deras yttre yta är förorenad (Figur 1). Till exempel kan föroreningar från svetsning och slipning skada rörets passiveringsoxidskikt, vilket bildar och accelererar gropfrätning. Detsamma gäller för att hantera föroreningar från rör. Dessutom, när saltdropparna avdunstar, skyddar de våta saltkristallerna som bildas på rören oxidskiktet och kan leda till gropfrätning. För att förhindra denna typ av förorening, håll dina rör rena genom att spola dem regelbundet med färskvatten.
Figur 1. 316/316L rostfritt stålrör som är förorenat med syra, saltlösning och andra avlagringar är mycket känsligt för punktfrätning.
spaltkorrosion. I de flesta fall kan gropfrätning lätt upptäckas av operatören. Spaltkorrosion är dock inte lätt att upptäcka och utgör en större risk för operatörer och personal. Detta inträffar vanligtvis på rör som har smala mellanrum mellan omgivande material, såsom rör som hålls på plats med klämmor eller rör som är tätt packade bredvid varandra. När saltlösningen sipprar in i spalten bildas med tiden en kemiskt aggressiv försurad järnkloridlösning (FeCl3) i detta område, vilket gör att spaltkorrosionen accelererar (Fig. 2). Eftersom spaltkorrosion i sig ökar risken för korrosion kan spaltkorrosion uppstå vid temperaturer som är mycket lägre än gropfrätning.
Figur 2 – Spaltkorrosion kan utvecklas mellan röret och rörstödet (överst) och när röret installeras nära andra ytor (nederst) på grund av bildandet av en kemiskt aggressiv sur lösning av järnklorid i spalten.
Spaltkorrosion simulerar vanligtvis först gropfrätning i gapet som bildas mellan rörsektionen och rörets stödkrage. På grund av den ökade koncentrationen av Fe++ i vätskan inuti sprickan blir dock den initiala tratten större och större tills den täcker hela sprickan. I slutändan kan spaltkorrosion leda till perforering av röret.
Täta sprickor representerar den största risken för korrosion. Därför tenderar rörklämmor som omger en större del av rörets omkrets att vara mer riskfyllda än öppna klämmor, vilka minimerar kontaktytan mellan rör och klämma. Servicetekniker kan minska risken för spaltkorrosionsskador eller haverier genom att regelbundet öppna klämmor och kontrollera rörytan för korrosion.
Gropfrätning och spaltkorrosion kan förhindras genom att välja rätt metalllegering för tillämpningen. Specifikationer måste utöva noggrannhet vid val av optimalt rörmaterial för att minimera risken för korrosion beroende på processmiljö, processförhållanden och andra variabler.
För att hjälpa specificerare att optimera materialvalet kan de jämföra PREN-värdena för metaller för att bestämma deras motståndskraft mot lokal korrosion. PREN kan beräknas utifrån legeringens kemi, inklusive dess krom- (Cr), molybden- (Mo) och kväve- (N) innehåll, enligt följande:
PREN ökar med innehållet av korrosionsbeständiga element som krom, molybden och kväve i legeringen. PREN-förhållandet baseras på den kritiska punktpunktstemperaturen (CPT) – den lägsta temperaturen vid vilken punktpunktsbildning uppstår – för olika rostfria stål beroende på den kemiska sammansättningen. I huvudsak är PREN proportionell mot CPT. Därför indikerar högre PREN-värden högre punktpunktsmotstånd. En liten ökning av PREN motsvarar endast en liten ökning av CPT jämfört med legeringen, medan en stor ökning av PREN indikerar en signifikant förbättring av prestandan jämfört med en signifikant högre CPT.
Tabell 1 jämför PREN-värden för olika legeringar som vanligtvis används inom offshore olje- och gasindustrin. Den visar hur specifikationen kan förbättra korrosionsbeständigheten avsevärt genom att välja en rörlegering av högre kvalitet. PREN ökar något från 316 SS till 317 SS. Super Austenitic 6 Mo SS eller Super Duplex 2507 SS är idealiska för en betydande prestandaökning.
Högre nickelhalter (Ni) i rostfritt stål ökar också korrosionsbeständigheten. Nickelhalten i rostfritt stål är dock inte en del av PREN-ekvationen. I vilket fall som helst är det ofta fördelaktigt att välja rostfria stål med högre nickelhalt, 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 styva rör. Martensit är en oönskad kristallin fas i metaller som minskar rostfritt ståls motståndskraft mot lokal korrosion samt kloridinducerad spänningssprickbildning. Den högre nickelhalten på minst 12 % i 316/316L-stål är också önskvärd för högtrycksapplikationer med vätgas. Den lägsta nickelkoncentrationen som krävs för ASTM 316/316L rostfritt stål 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 installationsutrustningen. 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 risken för korrosion. Till exempel påverkar temperaturen rostfritt ståls motståndskraft mot punktfrätning. För varma maritima klimat bör superaustenitiskt 6-molybdenstål eller superduplex 2507 rostfritt stålrör övervägas noga, eftersom dessa material har utmärkt motståndskraft mot lokal korrosion och kloridsprickbildning. För kallare klimat kan ett 316/316L-rör vara tillräckligt, särskilt om det finns en historia av framgångsrik användning.
Ägare och operatörer av offshore-plattformar kan också vidta åtgärder för att minimera risken för korrosion efter att rör har installerats. De bör hålla rören rena och regelbundet spolas med färskvatten för att minska risken för gropfrätning. De bör också låta underhållstekniker öppna rörklämmor under rutininspektioner för att kontrollera om det finns spaltkorrosion.
Genom att följa stegen ovan kan plattformsägare och operatörer minska risken för rörkorrosion och relaterade läckor i den marina miljön, förbättra säkerhet och effektivitet samt minska risken för produktförlust eller flyktiga utsläpp.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology är den ledande tidskriften för Society of Petroleum Engineers, med auktoritativa sammanfattningar och artiklar om framsteg inom uppströmsteknik, frågor inom olje- och gasindustrin samt nyheter om SPE och dess medlemmar.