แม้จะมีความทนทานต่อการกัดกร่อนของท่อเหล็กกล้าไร้สนิมอยู่แล้ว แต่ท่อเหล็กกล้าไร้สนิมที่ติดตั้งในสภาพแวดล้อมทางทะเลอาจมีการกัดกร่อนหลายประเภทในช่วงอายุการใช้งานที่คาดไว้การกัดกร่อนนี้สามารถนำไปสู่การปล่อยไอเสีย การสูญเสียผลิตภัณฑ์ และความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นเจ้าของแพลตฟอร์มและผู้ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งสามารถลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนได้โดยการระบุวัสดุท่อที่แข็งแรงกว่าซึ่งให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีกว่าหลังจากนั้น พวกเขาจะต้องระมัดระวังในการตรวจสอบสายฉีดสารเคมี สายไฮดรอลิกและสายอิมพัลส์ รวมถึงเครื่องมือวัดและเครื่องมือในกระบวนการเพื่อให้แน่ใจว่าการกัดกร่อนไม่คุกคามความสมบูรณ์ของท่อที่ติดตั้งหรือลดทอนความปลอดภัย
การกัดกร่อนแบบเฉพาะที่สามารถพบได้บนแพลตฟอร์ม เรือเดินสมุทร และท่อส่งนอกชายฝั่งจำนวนมากการกัดกร่อนนี้สามารถอยู่ในรูปแบบของการกัดกร่อนแบบรูพรุนหรือรอยแยก ซึ่งทั้งสองอย่างนี้สามารถกัดกร่อนผนังท่อและทำให้ของเหลวถูกปล่อยออกมาได้
ความเสี่ยงของการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิในการทำงานเพิ่มขึ้นความร้อนสามารถเร่งการเสื่อมสภาพของชั้นฟิล์มพาสซีฟออกไซด์ด้านนอกของท่อ ซึ่งจะทำให้เกิดรูพรุน
น่าเสียดายที่การกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกเฉพาะที่ตรวจจับได้ยาก ทำให้ระบุ คาดการณ์ และออกแบบการกัดกร่อนประเภทนี้ได้ยากจากความเสี่ยงเหล่านี้ เจ้าของแพลตฟอร์ม ผู้ดำเนินการ และผู้ออกแบบต้องใช้ความระมัดระวังในการเลือกวัสดุไปป์ไลน์ที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานของตนการเลือกใช้วัสดุเป็นด่านแรกในการป้องกันการกัดกร่อน ดังนั้นการเลือกใช้วัสดุให้ถูกต้องจึงสำคัญมากโชคดีที่พวกเขาสามารถเลือกการวัดค่าความต้านทานการกัดกร่อนเฉพาะจุดที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพมากได้ ซึ่งก็คือ Pitting Resistance Equivalent Number (PREN)ยิ่งค่า PREN ของโลหะสูงเท่าใด ความต้านทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะที่ก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
บทความนี้จะดูที่วิธีการระบุการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก รวมถึงวิธีเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกวัสดุท่อสำหรับการใช้งานน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่งตามค่า PREN ของวัสดุ
การกัดกร่อนแบบเฉพาะที่จะเกิดขึ้นในพื้นที่ขนาดเล็กเมื่อเทียบกับการกัดกร่อนทั่วไป ซึ่งมีความสม่ำเสมอมากกว่าบนพื้นผิวโลหะการกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยกเริ่มก่อตัวขึ้นบนท่อสแตนเลส 316 เมื่อฟิล์มพาสซีฟออกไซด์ที่อุดมด้วยโครเมียมด้านนอกของโลหะแตกตัวเนื่องจากการสัมผัสกับของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน รวมถึงน้ำเกลือสภาพแวดล้อมทางทะเลที่อุดมไปด้วยคลอไรด์ รวมถึงอุณหภูมิที่สูงและแม้แต่การปนเปื้อนของพื้นผิวท่อ จะเพิ่มโอกาสในการเสื่อมสภาพของฟิล์มทู่นี้
การกัดกร่อนแบบรูพรุนเกิดขึ้นเมื่อฟิล์มทู่บนส่วนของท่อแตกตัว เกิดเป็นโพรงหรือหลุมขนาดเล็กบนพื้นผิวของท่อหลุมดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะเติบโตขึ้นเมื่อปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีดำเนินไป ซึ่งเป็นผลมาจากการที่เหล็กในโลหะถูกละลายในสารละลายที่ด้านล่างของหลุมจากนั้นเหล็กที่ละลายจะฟุ้งกระจายไปที่ด้านบนของหลุมและออกซิไดซ์เพื่อสร้างออกไซด์ของเหล็กหรือสนิมเมื่อหลุมลึกขึ้น ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าจะเร่งตัวขึ้น การกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การทะลุของผนังท่อและนำไปสู่การรั่วไหล
ท่อมีโอกาสเกิดรูพรุนได้ง่ายกว่าหากพื้นผิวด้านนอกมีการปนเปื้อน (รูปที่ 1)ตัวอย่างเช่น สารปนเปื้อนจากการเชื่อมและการเจียระไนสามารถทำลายชั้นพาสซิเวชันออกไซด์ของท่อได้ จึงเกิดการขึ้นรูปและเร่งให้เกิดรูพรุนเช่นเดียวกับการจัดการกับมลพิษจากท่อนอกจากนี้ เมื่อหยดเกลือระเหย ผลึกเกลือเปียกที่ก่อตัวบนท่อจะปกป้องชั้นออกไซด์และอาจทำให้เกิดรูพรุนได้เพื่อป้องกันการปนเปื้อนประเภทนี้ ควรรักษาความสะอาดท่อของคุณด้วยการล้างด้วยน้ำจืดเป็นประจำ
รูปที่ 1 ท่อเหล็กกล้าไร้สนิม 316/316L ที่ปนเปื้อนกรด น้ำเกลือ และคราบสกปรกอื่นๆ มีโอกาสเกิดรูพรุนได้ง่าย
การกัดกร่อนของรอยแยกในกรณีส่วนใหญ่ ผู้ปฏิบัติงานสามารถตรวจพบรูพรุนได้ง่ายอย่างไรก็ตาม การกัดกร่อนตามซอกหลืบนั้นตรวจจับได้ไม่ง่ายนัก และมีความเสี่ยงสูงต่อผู้ปฏิบัติงานและบุคลากรซึ่งมักเกิดกับท่อที่มีช่องว่างระหว่างวัสดุรอบๆ แคบๆ เช่น ท่อที่ยึดอยู่กับที่ด้วยแคลมป์หรือท่อที่อัดติดกันแน่นเมื่อน้ำเกลือซึมเข้าไปในรอยแยก เมื่อเวลาผ่านไป สารละลายเฟอริกคลอไรด์ (FeCl3) ที่มีฤทธิ์เป็นกรดเชิงรุกทางเคมีจะเกิดขึ้นในบริเวณนี้ ซึ่งทำให้การกัดกร่อนของรอยแยกเร่งตัวขึ้น (รูปที่ 2)เนื่องจากรอยแยกเองจะเพิ่มความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน การกัดกร่อนของรอยแยกสามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าการเกิดรูพรุนมาก
รูปที่ 2 – การกัดกร่อนตามซอกสามารถเกิดขึ้นระหว่างท่อและส่วนรองรับท่อ (ด้านบน) และเมื่อติดตั้งท่อใกล้กับพื้นผิวอื่นๆ (ด้านล่าง) เนื่องจากการก่อตัวของสารละลายเฟอริกคลอไรด์ที่เป็นกรดเชิงรุกทางเคมีในช่องว่าง
การกัดกร่อนตามซอกหลืบมักจะจำลองการเกิดรูพรุนก่อนในช่องว่างที่เกิดขึ้นระหว่างส่วนท่อและปลอกรองรับท่ออย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเข้มข้นของ Fe++ ที่เพิ่มขึ้นในของเหลวภายในรอยร้าว ช่องทางเริ่มต้นจะใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งครอบคลุมการแตกหักทั้งหมดในที่สุด การกัดกร่อนตามซอกหลืบอาจทำให้ท่อทะลุได้
รอยแตกที่หนาแน่นแสดงถึงความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนมากที่สุดดังนั้น แคลมป์รัดท่อที่ล้อมรอบส่วนใหญ่ของเส้นรอบวงท่อมักจะมีความเสี่ยงมากกว่าแคลมป์เปิด ซึ่งจะทำให้พื้นผิวสัมผัสระหว่างท่อกับแคลมป์เหลือน้อยที่สุดช่างเทคนิคบริการสามารถช่วยลดโอกาสของความเสียหายจากการกัดกร่อนของรอยแยกหรือความล้มเหลวได้โดยการเปิดแคลมป์เป็นประจำและตรวจสอบพื้นผิวท่อว่ามีการกัดกร่อนหรือไม่
การกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกสามารถป้องกันได้โดยการเลือกโลหะผสมที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานผู้ระบุต้องใช้ความรอบคอบในการเลือกวัสดุท่อที่เหมาะสมที่สุดเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนโดยขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของกระบวนการ สภาวะของกระบวนการ และตัวแปรอื่นๆ
เพื่อช่วยให้ผู้ระบุเลือกวัสดุได้อย่างเหมาะสม พวกเขาสามารถเปรียบเทียบค่า PREN ของโลหะเพื่อกำหนดความต้านทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะที่PREN สามารถคำนวณได้จากคุณสมบัติทางเคมีของโลหะผสม ซึ่งรวมถึงปริมาณโครเมียม (Cr) โมลิบดีนัม (Mo) และไนโตรเจน (N) ดังนี้
PREN เพิ่มขึ้นตามเนื้อหาขององค์ประกอบที่ทนต่อการกัดกร่อนของโครเมียม โมลิบดีนัม และไนโตรเจนในโลหะผสมอัตราส่วนของ PREN ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิจุดวิกฤต (CPT) ซึ่งเป็นอุณหภูมิต่ำสุดที่เกิดจุดเกาะ สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดต่างๆ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีโดยพื้นฐานแล้ว PREN เป็นสัดส่วนกับ CPTดังนั้น ค่า PREN ที่สูงขึ้นแสดงว่ามีความต้านทานต่อรูพรุนสูงการเพิ่มขึ้นของ PREN เพียงเล็กน้อยนั้นเทียบเท่ากับการเพิ่มขึ้นของ CPT เพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับโลหะผสม ในขณะที่การเพิ่มขึ้นอย่างมากของ PREN บ่งชี้ถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับ CPT ที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบค่า PREN สำหรับโลหะผสมต่างๆ ที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่งแสดงให้เห็นว่าข้อมูลจำเพาะสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมากโดยการเลือกท่อโลหะผสมคุณภาพสูงขึ้นได้อย่างไรPREN เพิ่มขึ้นเล็กน้อยจาก 316 SS เป็น 317 SSSuper Austenitic 6 Mo SS หรือ Super Duplex 2507 SS เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมาก
ความเข้มข้นของนิกเกิล (Ni) ที่สูงขึ้นในเหล็กกล้าไร้สนิมยังเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนอีกด้วยอย่างไรก็ตาม ปริมาณนิกเกิลในเหล็กกล้าไร้สนิมไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของสมการ PRENไม่ว่าในกรณีใด การเลือกเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีปริมาณนิเกิลสูงกว่ามักจะเป็นประโยชน์ เนื่องจากองค์ประกอบนี้จะช่วยเคลือบผิวซ้ำซึ่งแสดงสัญญาณของการกัดกร่อนเฉพาะที่นิกเกิลทำให้ออสเทนไนต์คงตัวและป้องกันการก่อตัวของมาร์เทนไซต์เมื่อท่อแข็ง 1/8 บิดงอหรือดึงเย็นมาร์เทนไซต์เป็นเฟสผลึกที่ไม่พึงปรารถนาในโลหะที่ช่วยลดความต้านทานของเหล็กกล้าไร้สนิมต่อการกัดกร่อนเฉพาะที่ ตลอดจนการแตกร้าวจากความเครียดที่เกิดจากคลอไรด์ปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้นอย่างน้อย 12% ในเหล็กกล้า 316/316L ยังเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานก๊าซไฮโดรเจนความดันสูงความเข้มข้นของนิกเกิลขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม ASTM 316/316L คือ 10%
การกัดกร่อนเฉพาะจุดสามารถเกิดขึ้นได้ทุกที่บนท่อที่ใช้ในสภาพแวดล้อมทางทะเลอย่างไรก็ตาม การเกิดรูพรุนมักจะเกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีการปนเปื้อนอยู่แล้ว ในขณะที่การกัดกร่อนตามซอกหลืบมักจะเกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีช่องว่างแคบระหว่างท่อและอุปกรณ์ติดตั้งเมื่อใช้ PREN เป็นพื้นฐาน ตัวระบุจะสามารถเลือกโลหะผสมท่อที่ดีที่สุดเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนเฉพาะที่ทุกชนิด
อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่ามีตัวแปรอื่นๆ ที่อาจส่งผลต่อความเสี่ยงของการกัดกร่อนตัวอย่างเช่น อุณหภูมิส่งผลต่อความต้านทานของเหล็กกล้าไร้สนิมต่อการเกิดรูพรุนสำหรับสภาพอากาศในทะเลที่ร้อน ท่อเหล็กโมลิบดีนัมซุปเปอร์ออสเทนนิติก 6 หรือท่อสแตนเลสซุปเปอร์ดูเพล็กซ์ 2507 ควรได้รับการพิจารณาอย่างจริงจัง เนื่องจากวัสดุเหล่านี้มีความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อการกัดกร่อนเฉพาะที่และการแตกร้าวของคลอไรด์สำหรับสภาพอากาศที่เย็นกว่า ท่อขนาด 316/316L อาจเพียงพอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีประวัติการใช้งานที่ประสบความสำเร็จ
เจ้าของแพลตฟอร์มและผู้ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งยังสามารถดำเนินการเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนหลังจากติดตั้งท่อแล้วพวกเขาควรรักษาท่อให้สะอาดและล้างด้วยน้ำจืดเป็นประจำเพื่อลดความเสี่ยงของการเกิดรูพรุนนอกจากนี้ ควรให้ช่างซ่อมบำรุงเปิดแคลมป์ยึดท่อในระหว่างการตรวจสอบตามปกติเพื่อตรวจสอบการกัดกร่อนของรอยแยก
เมื่อทำตามขั้นตอนข้างต้น เจ้าของแพลตฟอร์มและผู้ปฏิบัติงานสามารถลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนของท่อและการรั่วไหลที่เกี่ยวข้องในสภาพแวดล้อมทางทะเล ปรับปรุงความปลอดภัยและประสิทธิภาพ และลดโอกาสของการสูญเสียผลิตภัณฑ์หรือการปล่อยก๊าซ
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology เป็นวารสารชั้นนำของ Society of Petroleum Engineers ซึ่งมีบทสรุปที่เชื่อถือได้และบทความเกี่ยวกับความก้าวหน้าของเทคโนโลยีต้นน้ำ ปัญหาอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ และข่าวเกี่ยวกับ SPE และสมาชิก