แม้ว่าท่อสแตนเลสจะมีความต้านทานการกัดกร่อนโดยธรรมชาติ แต่ท่อสแตนเลสที่ติดตั้งในสภาพแวดล้อมทางทะเลก็อาจเกิดการกัดกร่อนในรูปแบบต่างๆ ตลอดอายุการใช้งาน การกัดกร่อนนี้สามารถนำไปสู่การปล่อยสารระเหย การสูญเสียผลิตภัณฑ์ และความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นได้ เจ้าของและผู้ปฏิบัติงานแพลตฟอร์มนอกชายฝั่งสามารถลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนได้โดยการกำหนดใช้วัสดุท่อที่แข็งแรงกว่าซึ่งให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีกว่า หลังจากนั้น พวกเขาต้องคอยเฝ้าระวังเมื่อตรวจสอบการฉีดสารเคมี ท่อไฮดรอลิกและท่อแรงกระตุ้น ตลอดจนเครื่องมือวัดกระบวนการและอุปกรณ์ตรวจจับ เพื่อให้แน่ใจว่าการกัดกร่อนจะไม่คุกคามความสมบูรณ์ของท่อที่ติดตั้งและไม่กระทบต่อความปลอดภัย
การกัดกร่อนแบบเฉพาะที่สามารถพบได้ในแพลตฟอร์ม เรือ เรือบรรทุกสินค้า และท่อต่างๆ ในสถานที่นอกชายฝั่ง การกัดกร่อนนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในรูปแบบของการกัดกร่อนแบบหลุมหรือรอยแยก ซึ่งอาจกัดกร่อนผนังท่อและทำให้มีการปล่อยของเหลวออกมา
ความเสี่ยงของการกัดกร่อนจะเพิ่มมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิในการทำงานของแอปพลิเคชันเพิ่มขึ้น ความร้อนสามารถเร่งการทำลายฟิล์มออกไซด์ป้องกันแบบพาสซีฟภายนอกของท่อ ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนแบบหลุม
น่าเสียดายที่การเกิดหลุมและการกัดกร่อนตามช่องว่างในบริเวณนั้นตรวจจับได้ยาก ทำให้การกัดกร่อนประเภทนี้ยากต่อการระบุ คาดการณ์ และออกแบบ ด้วยความเสี่ยงเหล่านี้ เจ้าของ ผู้ปฏิบัติงาน และผู้ได้รับมอบหมายควรใช้ความระมัดระวังในการเลือกวัสดุทำท่อที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานของตน การเลือกวัสดุถือเป็นแนวป้องกันด่านแรกในการป้องกันการกัดกร่อน ดังนั้นการเลือกให้ถูกต้องจึงมีความสำคัญ โชคดีที่พวกเขาสามารถเลือกใช้วิธีการวัดความต้านทานการกัดกร่อนในบริเวณนั้นที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพมาก นั่นก็คือค่า Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) ยิ่งค่า PREN ของโลหะสูงขึ้น ความต้านทานต่อการกัดกร่อนในบริเวณนั้นก็จะสูงขึ้นเท่านั้น
บทความนี้จะทบทวนวิธีการระบุการกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยก รวมไปถึงวิธีเพิ่มประสิทธิภาพในการเลือกวัสดุท่อสำหรับการใช้งานน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่งโดยพิจารณาจากค่า PREN ของวัสดุ
การกัดกร่อนแบบเฉพาะที่เกิดในพื้นที่เล็กๆ เมื่อเทียบกับการกัดกร่อนทั่วไป ซึ่งสม่ำเสมอมากกว่าบนพื้นผิวโลหะ การกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยกเริ่มก่อตัวในท่อสแตนเลส 316 เมื่อฟิล์มออกไซด์แบบพาสซีฟที่อุดมไปด้วยโครเมียมด้านนอกของโลหะแตกออกเนื่องจากสัมผัสกับของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน รวมทั้งน้ำเกลือ สภาพแวดล้อมทางทะเลนอกชายฝั่งและบนชายฝั่งที่มีคลอไรด์สูง ตลอดจนอุณหภูมิสูงและการปนเปื้อนบนพื้นผิวท่อ ทำให้ฟิล์มพาสซีฟนี้มีโอกาสเสื่อมสภาพได้มากขึ้น
การกัดกร่อนแบบหลุม การกัดกร่อนแบบหลุมเกิดขึ้นเมื่อฟิล์มป้องกันบนท่อยาวหนึ่งเส้นถูกทำลาย ทำให้เกิดโพรงหรือหลุมเล็กๆ บนพื้นผิวของท่อ หลุมดังกล่าวอาจขยายตัวขึ้นเมื่อเกิดปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า ส่งผลให้เหล็กในโลหะละลายลงในสารละลายที่ก้นหลุม จากนั้นเหล็กที่ละลายจะแพร่กระจายไปทางด้านบนของหลุมและเกิดการออกซิไดซ์จนกลายเป็นเหล็กออกไซด์หรือสนิม เมื่อหลุมลึกขึ้น ปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าจะเร่งตัวขึ้น การกัดกร่อนจะรุนแรงขึ้น และอาจทำให้ผนังท่อทะลุและเกิดการรั่วซึมได้
ท่อจะเสี่ยงต่อการกัดกร่อนแบบหลุมมากขึ้นเมื่อพื้นผิวด้านนอกมีการปนเปื้อน (รูปที่ 1) ตัวอย่างเช่น การปนเปื้อนจากการเชื่อมและการเจียรสามารถทำให้ชั้นออกไซด์ของท่อเสียหายได้ ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบหลุมและเร่งให้การกัดกร่อนแบบหลุมเกิดขึ้นได้ หลักการเดียวกันนี้ใช้ได้กับการจัดการกับการปนเปื้อนจากท่อเพียงอย่างเดียว นอกจากนี้ เมื่อหยดน้ำเกลือระเหยไป ผลึกเกลือเปียกที่ก่อตัวบนท่อก็จะทำหน้าที่ปกป้องชั้นออกไซด์เช่นกัน และอาจนำไปสู่การกัดกร่อนแบบหลุมได้ หากต้องการป้องกันการปนเปื้อนประเภทนี้ ให้รักษาท่อของคุณให้สะอาดโดยล้างด้วยน้ำจืดเป็นประจำ
รูปที่ 1 ท่อสแตนเลส 316/316L ที่ปนเปื้อนกรด น้ำเกลือ และสิ่งตกค้างอื่นๆ มีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนเป็นหลุมได้ง่าย
การกัดกร่อนในรอยแยก ในกรณีส่วนใหญ่ ผู้ปฏิบัติงานสามารถระบุการเกิดหลุมได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม การกัดกร่อนในรอยแยกนั้นไม่ง่ายที่จะตรวจพบ และก่อให้เกิดความเสี่ยงที่มากขึ้นสำหรับผู้ปฏิบัติงานและบุคลากร มักเกิดขึ้นกับท่อที่มีช่องว่างแคบระหว่างวัสดุโดยรอบ เช่น ท่อที่ยึดเข้าที่ด้วยคลิป หรือท่อที่ติดตั้งเคียงข้างกันอย่างแน่นหนา เมื่อน้ำเกลือซึมเข้าไปในรอยแยก สารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ (FeCl3) ที่เป็นกรดซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนทางเคมีจะก่อตัวขึ้นในบริเวณนั้นเมื่อเวลาผ่านไป และทำให้เกิดการกัดกร่อนในรอยแยกเร็วขึ้น (รูปภาพที่ 2) เนื่องจากรอยแยกเองเพิ่มความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน การกัดกร่อนในรอยแยกจึงสามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าการกัดกร่อนในรอยแยกมาก
รูปที่ 2 – การกัดกร่อนตามรอยแยกอาจเกิดขึ้นระหว่างท่อและตัวรองรับท่อ (ด้านบน) และเมื่อติดตั้งท่อใกล้กับพื้นผิวอื่นๆ (ด้านล่าง) อันเนื่องมาจากการก่อตัวของสารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ที่เป็นกรดซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนทางเคมีในรอยแยก
การกัดกร่อนแบบรอยแยกโดยปกติจะจำลองการกัดกร่อนแบบหลุมก่อนในรอยแยกที่เกิดขึ้นระหว่างท่อและคลิปรองรับท่อ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเข้มข้นของ Fe++ ที่เพิ่มขึ้นในของเหลวภายในรอยแตก หลุมอุกกาบาตเริ่มต้นจึงมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งครอบคลุมรอยแตกทั้งหมด ในท้ายที่สุด การกัดกร่อนแบบรอยแยกสามารถทำให้ท่อทะลุได้
รอยแตกร้าวที่แน่นหนาถือเป็นความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนสูงสุด ดังนั้น แคลมป์ท่อที่พันรอบท่อส่วนใหญ่จึงมีความเสี่ยงมากกว่าแคลมป์แบบเปิด ซึ่งจะช่วยลดพื้นผิวสัมผัสระหว่างท่อกับแคลมป์ ช่างซ่อมบำรุงสามารถช่วยลดโอกาสที่การกัดกร่อนในช่องว่างอาจทำให้เกิดความเสียหายหรือล้มเหลวได้ โดยเปิดตัวหนีบและตรวจสอบการกัดกร่อนบนพื้นผิวของท่อเป็นประจำ
การกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยกสามารถป้องกันได้ดีที่สุดโดยการเลือกโลหะผสมที่เหมาะสมกับการใช้งาน ผู้กำหนดรายละเอียดควรใช้ความขยันหมั่นเพียรในการเลือกวัสดุสำหรับท่อที่เหมาะสมที่สุดเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนให้เหลือน้อยที่สุดโดยพิจารณาจากสภาพแวดล้อมการทำงาน สภาวะของกระบวนการ และตัวแปรอื่นๆ
เพื่อช่วยให้ผู้ระบุรายละเอียดสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการเลือกวัสดุได้ พวกเขาสามารถเปรียบเทียบค่า PREN ของโลหะเพื่อพิจารณาความต้านทานต่อการกัดกร่อนในบริเวณนั้นได้ สามารถคำนวณ PREN ได้จากองค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสม ซึ่งรวมถึงปริมาณโครเมียม (Cr) โมลิบดีนัม (Mo) และไนโตรเจน (N) ดังนี้
ค่า PREN จะเพิ่มขึ้นตามปริมาณของธาตุโครเมียม โมลิบดีนัม และไนโตรเจนที่ทนต่อการกัดกร่อนในโลหะผสม ความสัมพันธ์ของ PREN ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการเกิดหลุมวิกฤต (CPT) – อุณหภูมิต่ำสุดที่สังเกตเห็นการกัดกร่อนแบบหลุม – สำหรับสแตนเลสชนิดต่างๆ ที่สัมพันธ์กับองค์ประกอบทางเคมี โดยพื้นฐานแล้ว PREN เป็นสัดส่วนกับ CPT ดังนั้น ค่า PREN ที่สูงขึ้นบ่งชี้ว่ามีความต้านทานการเกิดหลุมที่สูงขึ้น ค่า PREN ที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยนั้นเทียบเท่ากับค่า CPT ที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับโลหะผสม ในขณะที่ค่า PREN ที่เพิ่มขึ้นอย่างมากบ่งชี้ถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญไปเป็น CPT ที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบค่า PREN ของโลหะผสมต่างๆ ที่ใช้กันทั่วไปในงานน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง แสดงให้เห็นว่าคุณลักษณะเฉพาะสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมีนัยสำคัญอย่างไรโดยการเลือกโลหะผสมท่อที่มีเกรดสูงขึ้น PREN จะเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเมื่อเปลี่ยนจากสแตนเลส 316 ไปเป็น 317 เพื่อการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ ควรใช้สแตนเลสซูเปอร์ออสเทนนิติก 6 โมลาร์หรือสแตนเลสซูเปอร์ดูเพล็กซ์ 2507
ความเข้มข้นที่สูงขึ้นของนิกเกิล (Ni) ในสแตนเลสยังช่วยเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อนอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ปริมาณนิกเกิลในสแตนเลสไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของสมการ PREN ไม่ว่าในกรณีใด การระบุสแตนเลสที่มีความเข้มข้นของนิกเกิลสูงขึ้นมักเป็นประโยชน์ เนื่องจากธาตุนี้ช่วยทำให้พื้นผิวที่แสดงสัญญาณของการกัดกร่อนในบริเวณที่เกิดซ้ำเกิดปฏิกิริยาอีกครั้ง นิกเกิลทำให้ออสเทไนต์มีเสถียรภาพและป้องกันการเกิดมาร์เทนไซต์เมื่อทำการดัดหรือดึงท่อแข็ง 1/8 ในลักษณะเย็น มาร์เทนไซต์เป็นเฟสผลึกที่ไม่ต้องการในโลหะ ซึ่งลดความต้านทานของสแตนเลสต่อการกัดกร่อนในบริเวณที่เกิดซ้ำ ตลอดจนการแตกร้าวที่เกิดจากความเค้นจากคลอไรด์ ปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้นอย่างน้อย 12% ใน 316/316L ยังเป็นที่พึงประสงค์สำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนก๊าซแรงดันสูง ความเข้มข้นของนิกเกิลขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับสแตนเลส 316/316L ในข้อกำหนดมาตรฐาน ASTM คือ 10%
การกัดกร่อนเฉพาะจุดสามารถเกิดขึ้นได้ทุกที่บนท่อที่ใช้งานในสภาพแวดล้อมทางทะเล อย่างไรก็ตาม การกัดกร่อนแบบหลุมมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีการปนเปื้อนแล้ว ในขณะที่การกัดกร่อนแบบรอยแยกมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีช่องว่างแคบระหว่างท่อและอุปกรณ์ติดตั้ง โดยใช้ PREN เป็นพื้นฐาน ผู้ระบุรายละเอียดสามารถเลือกโลหะผสมท่อที่ดีที่สุดเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนเฉพาะจุดทุกประเภท
อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่ามีตัวแปรอื่นๆ ที่สามารถส่งผลต่อความเสี่ยงในการกัดกร่อนได้ ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิส่งผลต่อความต้านทานการเกิดหลุมของสเตนเลส สำหรับสภาพอากาศทะเลที่ร้อน ควรพิจารณาใช้ท่อสเตนเลสซูเปอร์ออสเทนนิติก 6 โมลิบดีนัม หรือ 2507 ซูเปอร์ดูเพล็กซ์อย่างจริงจัง เนื่องจากวัสดุเหล่านี้มีความต้านทานการกัดกร่อนในบริเวณเฉพาะที่และการแตกร้าวจากความเค้นคลอไรด์ได้ดีเยี่ยม สำหรับสภาพอากาศที่เย็นกว่า ท่อ 316/316L อาจเพียงพอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีประวัติการใช้งานสำเร็จ
เจ้าของและผู้ดำเนินการแพลตฟอร์มนอกชายฝั่งสามารถดำเนินขั้นตอนเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนให้เหลือน้อยที่สุดหลังจากติดตั้งท่อแล้ว พวกเขาควรรักษาท่อให้สะอาดและล้างด้วยน้ำสะอาดเป็นประจำเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม พวกเขายังควรให้ช่างบำรุงรักษาเปิดแคลมป์ท่อระหว่างการตรวจสอบตามปกติเพื่อตรวจหาการกัดกร่อนตามรอยแยก
โดยปฏิบัติตามขั้นตอนที่ระบุไว้ข้างต้น เจ้าของและผู้ปฏิบัติงานแพลตฟอร์มสามารถลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนท่อและการรั่วไหลที่เกี่ยวข้องในสภาพแวดล้อมทางทะเลได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความปลอดภัยและประสิทธิภาพ ขณะเดียวกันก็ลดโอกาสของการสูญเสียผลิตภัณฑ์หรือการปล่อยมลพิษที่ฟุ้งกระจาย
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 เป็นนิตยสารเรือธงของ Society of Petroleum Engineers ซึ่งให้ข้อมูลสรุปและบทความพิเศษที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการสำรวจและการผลิต ประเด็นต่างๆ ของอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ และข่าวสารเกี่ยวกับ SPE และสมาชิก