แม้ว่าท่อสแตนเลสจะมีคุณสมบัติทนทานต่อการกัดกร่อนโดยธรรมชาติ แต่ท่อสแตนเลสที่ติดตั้งในสภาพแวดล้อมทางทะเลก็อาจเกิดการกัดกร่อนหลายประเภทตลอดอายุการใช้งาน การกัดกร่อนนี้อาจนำไปสู่การปล่อยสารเคมีรั่วไหล การสูญเสียผลิตภัณฑ์ และความเสี่ยงอื่นๆ เจ้าของและผู้ประกอบการแท่นขุดเจาะนอกชายฝั่งสามารถลดความเสี่ยงจากการกัดกร่อนได้โดยการเลือกใช้วัสดุท่อที่แข็งแรงกว่าซึ่งทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่า หลังจากนั้น พวกเขาต้องคอยตรวจสอบท่อฉีดสารเคมี ท่อไฮดรอลิกและท่อแรงดัน และอุปกรณ์วัดและตรวจวัดในกระบวนการผลิตอย่างสม่ำเสมอ เพื่อให้แน่ใจว่าการกัดกร่อนจะไม่เป็นภัยคุกคามต่อความสมบูรณ์ของท่อที่ติดตั้งและไม่กระทบต่อความปลอดภัย
การกัดกร่อนเฉพาะจุดสามารถพบได้ในแท่นขุดเจาะ เรือ และท่อต่างๆ ในแท่นขุดเจาะนอกชายฝั่ง การกัดกร่อนนี้อาจอยู่ในรูปแบบของการกัดกร่อนเป็นหลุมหรือการกัดกร่อนตามรอยแตก ซึ่งทั้งสองแบบสามารถกัดกร่อนผนังท่อและทำให้ของเหลวรั่วไหลได้
ความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนจะสูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิในการใช้งานเพิ่มขึ้น ความร้อนสามารถเร่งการทำลายฟิล์มออกไซด์ป้องกันชั้นนอกของท่อ ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมได้ง่ายขึ้น
น่าเสียดายที่การกัดกร่อนเฉพาะจุดและการกัดกร่อนตามรอยแตกนั้นตรวจจับได้ยาก ทำให้การระบุ การคาดการณ์ และการออกแบบเพื่อรับมือกับการกัดกร่อนประเภทนี้ทำได้ยากขึ้น ด้วยความเสี่ยงเหล่านี้ เจ้าของแท่นขุดเจาะ ผู้ดำเนินการ และผู้ที่ได้รับมอบหมายควรใช้ความระมัดระวังในการเลือกวัสดุท่อที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานของตน การเลือกวัสดุเป็นด่านแรกในการป้องกันการกัดกร่อน ดังนั้นการเลือกให้ถูกต้องจึงมีความสำคัญ โชคดีที่พวกเขาสามารถเลือกได้โดยใช้มาตรวัดความต้านทานการกัดกร่อนเฉพาะจุดที่ง่ายแต่มีประสิทธิภาพมาก นั่นคือ ค่าเทียบเท่าความต้านทานการกัดกร่อนเฉพาะจุด (PREN) ยิ่งค่า PREN ของโลหะสูงเท่าไร ความต้านทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะจุดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
บทความนี้จะทบทวนวิธีการระบุการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมและแบบรอยแตก และวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกวัสดุท่อสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง โดยพิจารณาจากค่า PREN ของวัสดุ
การกัดกร่อนเฉพาะจุดเกิดขึ้นในบริเวณเล็กๆ เมื่อเทียบกับการกัดกร่อนทั่วไปซึ่งกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นผิวโลหะ การกัดกร่อนแบบเป็นหลุมและแบบรอยแตกเริ่มก่อตัวบนท่อสแตนเลส 316 เมื่อฟิล์มออกไซด์แบบพาสซีฟที่มีโครเมียมเป็นองค์ประกอบหลักด้านนอกของโลหะแตกออกเนื่องจากการสัมผัสกับของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน รวมถึงน้ำทะเล สภาพแวดล้อมทางทะเลนอกชายฝั่งและบนบกที่มีคลอไรด์สูง ตลอดจนอุณหภูมิสูงและการปนเปื้อนของพื้นผิวท่อ ล้วนเพิ่มโอกาสในการเสื่อมสภาพของฟิล์มพาสซีฟนี้
การกัดกร่อนแบบเป็นหลุมเกิดขึ้นเมื่อฟิล์มพาสซิเวชันบนท่อถูกทำลาย ทำให้เกิดโพรงหรือหลุมเล็กๆ บนพื้นผิวของท่อ หลุมเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะขยายตัวเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าเกิดขึ้น ทำให้เหล็กในโลหะละลายลงในสารละลายที่ก้นหลุม เหล็กที่ละลายแล้วจะแพร่กระจายไปยังด้านบนของหลุมและเกิดการออกซิเดชันกลายเป็นเหล็กออกไซด์หรือสนิม เมื่อหลุมลึกขึ้น ปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าจะเร่งตัวขึ้น การกัดกร่อนจะรุนแรงขึ้น และอาจนำไปสู่การทะลุของผนังท่อและทำให้เกิดการรั่วไหลได้
ท่อจะเกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมได้ง่ายขึ้นเมื่อพื้นผิวด้านนอกปนเปื้อน (รูปที่ 1) ตัวอย่างเช่น การปนเปื้อนจากการเชื่อมและการเจียรสามารถทำลายชั้นออกไซด์ที่ช่วยปกป้องท่อ ทำให้เกิดและเร่งการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมได้ เช่นเดียวกับการปนเปื้อนจากท่อโดยทั่วไป นอกจากนี้ เมื่อหยดน้ำเกลือระเหย ผลึกเกลือเปียกที่ก่อตัวบนท่อก็จะทำหน้าที่ปกป้องชั้นออกไซด์เช่นกัน และอาจนำไปสู่การกัดกร่อนแบบเป็นหลุมได้ เพื่อป้องกันการปนเปื้อนประเภทนี้ ควรทำความสะอาดท่อโดยการล้างด้วยน้ำสะอาดเป็นประจำ
รูปที่ 1 – ท่อสแตนเลส 316/316L ที่ปนเปื้อนด้วยกรด น้ำเกลือ และคราบสกปรกอื่นๆ มีความเสี่ยงสูงต่อการเกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม
การกัดกร่อนตามรอยแตก ในกรณีส่วนใหญ่ การกัดกร่อนแบบเป็นหลุมสามารถระบุได้ง่ายโดยผู้ปฏิบัติงาน อย่างไรก็ตาม การกัดกร่อนตามรอยแตกนั้นตรวจจับได้ยากกว่าและก่อให้เกิดความเสี่ยงที่สูงกว่าต่อผู้ปฏิบัติงานและบุคลากร โดยปกติจะเกิดขึ้นกับท่อที่มีช่องว่างแคบระหว่างวัสดุโดยรอบ เช่น ท่อที่ยึดไว้ด้วยคลิปหรือท่อที่ติดตั้งชิดกัน เมื่อน้ำเกลือซึมเข้าไปในรอยแตก สารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ (FeCl3) ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนทางเคมีจะก่อตัวขึ้นในบริเวณนั้นเมื่อเวลาผ่านไปและทำให้เกิดการกัดกร่อนตามรอยแตกอย่างรวดเร็ว (รูปที่ 2) เนื่องจากรอยแตกเองเพิ่มความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน การกัดกร่อนตามรอยแตกจึงสามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมมาก
รูปที่ 2 – การกัดกร่อนตามรอยแตกอาจเกิดขึ้นระหว่างท่อและตัวรองรับท่อ (ด้านบน) และเมื่อติดตั้งท่อใกล้กับพื้นผิวอื่นๆ (ด้านล่าง) เนื่องจากการก่อตัวของสารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ที่เป็นกรดซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนทางเคมีในรอยแตก
การกัดกร่อนตามรอยแตกมักมีลักษณะคล้ายการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมในระยะแรกตามรอยแตกที่เกิดขึ้นระหว่างท่อกับคลิปยึดท่อ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเข้มข้นของ Fe++ ในของเหลวภายในรอยแตกเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ หลุมเริ่มต้นจึงขยายใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งปกคลุมรอยแตกทั้งหมด ในที่สุด การกัดกร่อนตามรอยแตกอาจทำให้ท่อทะลุได้
รอยแตกแคบๆ มีความเสี่ยงต่อการเกิดสนิมมากที่สุด ดังนั้น แคลมป์รัดท่อที่รัดรอบเส้นรอบวงของท่อเกือบทั้งหมดจึงมีความเสี่ยงมากกว่าแคลมป์แบบเปิด ซึ่งลดพื้นที่สัมผัสระหว่างท่อกับแคลมป์ให้น้อยที่สุด ช่างซ่อมบำรุงสามารถช่วยลดโอกาสที่สนิมกัดกร่อนตามรอยแตกจะก่อให้เกิดความเสียหายหรือความล้มเหลวได้โดยการเปิดแคลมป์และตรวจสอบพื้นผิวของท่อเพื่อหาสนิมเป็นประจำ
วิธีที่ดีที่สุดในการป้องกันการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมและแบบรอยแตก คือการเลือกโลหะผสมที่เหมาะสมกับการใช้งาน ผู้กำหนดคุณสมบัติควรใช้ความระมัดระวังในการเลือกวัสดุท่อที่เหมาะสมที่สุด เพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนโดยพิจารณาจากสภาพแวดล้อมการทำงาน สภาวะกระบวนการ และตัวแปรอื่นๆ
เพื่อช่วยให้ผู้กำหนดคุณสมบัติเลือกวัสดุได้อย่างเหมาะสม พวกเขาสามารถเปรียบเทียบค่า PREN ของโลหะเพื่อกำหนดความต้านทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะจุดได้ ค่า PREN สามารถคำนวณได้จากองค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสม รวมถึงปริมาณโครเมียม (Cr) โมลิบเดนัม (Mo) และไนโตรเจน (N) ดังนี้:
ค่า PREN จะเพิ่มขึ้นตามปริมาณของธาตุต้านทานการกัดกร่อน เช่น โครเมียม โมลิบเดนัม และไนโตรเจนในโลหะผสม ความสัมพันธ์ของ PREN ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิวิกฤตการเกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (CPT) ซึ่งเป็นอุณหภูมิต่ำสุดที่สังเกตเห็นการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดต่างๆ ที่สัมพันธ์กับองค์ประกอบทางเคมี โดยพื้นฐานแล้ว PREN เป็นสัดส่วนโดยตรงกับ CPT ดังนั้น ค่า PREN ที่สูงขึ้นจึงบ่งชี้ถึงความต้านทานการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมที่สูงขึ้น การเพิ่มขึ้นเล็กน้อยของ PREN เทียบเท่ากับการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยของ CPT เมื่อเทียบกับโลหะผสม ในขณะที่การเพิ่มขึ้นอย่างมากของ PREN บ่งชี้ถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญไปสู่ ​​CPT ที่สูงขึ้นอย่างมาก
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบค่า PREN ของโลหะผสมต่างๆ ที่ใช้กันทั่วไปในงานน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง แสดงให้เห็นว่าการเลือกใช้โลหะผสมเกรดสูงกว่าสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมีนัยสำคัญ ค่า PREN เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเมื่อเปลี่ยนจากเหล็กกล้าไร้สนิม 316 เป็น 317 สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ ควรใช้เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติกพิเศษ 6 Mo หรือเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์พิเศษ 2507
ความเข้มข้นของนิกเกล (Ni) ที่สูงขึ้นในเหล็กกล้าไร้สนิมยังช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ปริมาณนิกเกลในเหล็กกล้าไร้สนิมไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของสมการ PREN ไม่ว่าในกรณีใด การระบุเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีความเข้มข้นของนิกเกลสูงขึ้นมักเป็นประโยชน์ เนื่องจากธาตุนี้ช่วยสร้างชั้นป้องกันใหม่ให้กับพื้นผิวที่แสดงสัญญาณของการกัดกร่อนเฉพาะจุด นิกเกลช่วยรักษาเสถียรภาพของออสเทนไนต์และป้องกันการก่อตัวของมาร์เทนไซต์เมื่อดัดหรือดึงเย็นท่อแข็งขนาด 1/8 นิ้ว มาร์เทนไซต์เป็นเฟสผลึกที่ไม่พึงประสงค์ในโลหะซึ่งลดความต้านทานของเหล็กกล้าไร้สนิมต่อการกัดกร่อนเฉพาะจุด รวมถึงการแตกร้าวจากความเค้นที่เกิดจากคลอไรด์ ปริมาณนิกเกลที่สูงขึ้นอย่างน้อย 12% ใน 316/316L ยังเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนก๊าซแรงดันสูง ความเข้มข้นของนิกเกลขั้นต่ำที่กำหนดสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม 316/316L ในข้อกำหนดมาตรฐาน ASTM คือ 10%
การกัดกร่อนเฉพาะจุดสามารถเกิดขึ้นได้ทุกที่บนท่อที่ใช้ในสภาพแวดล้อมทางทะเล อย่างไรก็ตาม การกัดกร่อนแบบเป็นหลุมมักเกิดขึ้นในบริเวณที่ปนเปื้อนอยู่แล้ว ในขณะที่การกัดกร่อนแบบร่องมักเกิดขึ้นในบริเวณที่มีช่องว่างแคบระหว่างท่อและอุปกรณ์ยึด การใช้ PREN เป็นพื้นฐาน ผู้กำหนดคุณสมบัติสามารถเลือกโลหะผสมท่อที่ดีที่สุดเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนเฉพาะจุดทุกประเภท
อย่างไรก็ตาม โปรดจำไว้ว่ายังมีตัวแปรอื่นๆ ที่อาจส่งผลต่อความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิส่งผลต่อความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเฉพาะจุดของเหล็กกล้าไร้สนิม สำหรับสภาพอากาศร้อนในทะเล ควรพิจารณาใช้ท่อเหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์ออสเทนิติกโมลิบเดนัม 6 หรือซูเปอร์ดูเพล็กซ์ 2507 อย่างจริงจัง เนื่องจากวัสดุเหล่านี้มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะจุดและการแตกร้าวจากความเค้นของคลอไรด์ได้ดีเยี่ยม สำหรับสภาพอากาศที่เย็นกว่า ท่อ 316/316L อาจเพียงพอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีประวัติการใช้งานที่ประสบความสำเร็จมาแล้ว
เจ้าของและผู้ประกอบการแท่นขุดเจาะนอกชายฝั่งสามารถดำเนินการต่างๆ เพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนหลังจากการติดตั้งท่อได้เช่นกัน พวกเขาควรทำความสะอาดท่อและล้างด้วยน้ำจืดเป็นประจำเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม พวกเขาควรให้ช่างซ่อมบำรุงเปิดแคลมป์ท่อในระหว่างการตรวจสอบตามปกติเพื่อตรวจหาการกัดกร่อนตามรอยแตกด้วย
การปฏิบัติตามขั้นตอนที่ระบุไว้ข้างต้น จะช่วยให้เจ้าของและผู้ประกอบการแท่นขุดเจาะลดความเสี่ยงจากการกัดกร่อนของท่อและการรั่วไหลที่เกี่ยวข้องในสภาพแวดล้อมทางทะเล ปรับปรุงความปลอดภัยและประสิทธิภาพ พร้อมทั้งลดโอกาสการสูญเสียผลิตภัณฑ์หรือการปล่อยมลพิษที่ไม่พึงประสงค์
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
วารสารเทคโนโลยีปิโตรเลียม (Journal of Petroleum Technology) เป็นวารสารหลักของสมาคมวิศวกรปิโตรเลียม (Society of Petroleum Engineers หรือ SPE) ซึ่งนำเสนอข้อมูลสรุปและบทความเชิงลึกเกี่ยวกับความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการสำรวจและการผลิต ประเด็นปัญหาในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ และข่าวสารเกี่ยวกับ SPE และสมาชิกของ SPE