Paslanmaz çelik boruların doğal korozyon direncine rağmen, deniz ortamlarında kullanılan paslanmaz çelik borular, beklenen kullanım ömürleri boyunca farklı korozyon türlerine maruz kalırlar. Bu korozyon, kaçak emisyonlara, ürün kaybına ve potansiyel risklere yol açabilir. Açık deniz platformu sahipleri ve operatörleri, daha iyi korozyon direnci sağlayan daha güçlü boru malzemeleri belirterek korozyon riskini azaltabilirler. Daha sonra, kimyasal enjeksiyon, hidrolik ve darbe hatları ile proses enstrümantasyonu ve sensör ekipmanlarını incelerken, korozyonun kurulu boruların bütünlüğünü tehdit etmediğinden ve güvenliği tehlikeye atmadığından emin olmak için dikkatli olmaları gerekir.
Açık deniz tesislerindeki birçok platformda, gemide, teknede ve boru hattında lokal korozyon görülebilir. Bu korozyon, çukurlaşma veya çatlak korozyonu şeklinde olabilir ve her ikisi de boru duvarını aşındırarak sıvı sızıntısına neden olabilir.
Uygulama sıcaklığı arttıkça korozyon riski de artar. Isı, borunun koruyucu dış pasif oksit filminin tahribini hızlandırarak çukur korozyonunun oluşumunu teşvik edebilir.
Ne yazık ki, lokalize çukurlaşma ve çatlak korozyonunu tespit etmek zor olabilir; bu da bu korozyon türlerinin tanımlanmasını, tahmin edilmesini ve tasarlanmasını daha da zorlaştırır. Bu riskler göz önüne alındığında, platform sahipleri, operatörleri ve tasarımcıları, uygulamaları için en iyi boru malzemesini seçerken dikkatli olmalıdır. Malzeme seçimi, korozyona karşı ilk savunma hattıdır, bu nedenle doğru seçim yapmak önemlidir. Neyse ki, lokalize korozyon direncini ölçmek için çok basit ama çok etkili bir yöntem olan Çukurlaşma Direnci Eşdeğer Numarası (PREN) kullanarak seçim yapabilirler. Bir metalin PREN değeri ne kadar yüksekse, lokalize korozyona karşı direnci de o kadar yüksektir.
Bu makalede, oyuk ve çatlak korozyonunun nasıl tespit edileceği ve malzemenin PREN değerine bağlı olarak açık deniz petrol ve gaz uygulamaları için boru malzemesi seçiminin nasıl optimize edileceği incelenecektir.
Lokalize korozyon, metal yüzeyinde daha homojen olan genel korozyona kıyasla küçük alanlarda meydana gelir. 316 paslanmaz çelik borularda çukurlaşma ve çatlak korozyonu, metalin dışındaki kromca zengin pasif oksit filminin tuzlu su da dahil olmak üzere aşındırıcı sıvılara maruz kalma nedeniyle yırtılmasıyla oluşmaya başlar. Klorürce zengin açık deniz ve karasal deniz ortamları, yüksek sıcaklıklar ve hatta boru yüzeyinin kirlenmesi, bu pasivasyon filminin bozulma potansiyelini artırır.
Çukurlaşma korozyonu, bir boru parçasındaki pasivasyon filminin tahrip olması ve boru yüzeyinde küçük boşluklar veya çukurlar oluşmasıyla meydana gelir. Bu tür çukurlar, elektrokimyasal reaksiyonlar meydana geldikçe büyür ve metaldeki demirin çukurun dibindeki çözeltiye karışmasına neden olur. Çözünen demir daha sonra çukurun üst kısmına doğru yayılır ve oksitlenerek demir oksit veya pas oluşturur. Çukur derinleştikçe, elektrokimyasal reaksiyonlar hızlanır, korozyon yoğunlaşır ve boru duvarının delinmesine ve sızıntılara yol açabilir.
Boruların dış yüzeyi kirlendiğinde çukur korozyonuna daha yatkın hale gelir (Şekil 1). Örneğin, kaynak ve taşlama işlemlerinden kaynaklanan kirlenme, borunun pasifleştirici oksit tabakasına zarar vererek çukur korozyonunun oluşmasına ve hızlanmasına neden olabilir. Borulardan kaynaklanan kirlenme de aynı şekilde etkilidir. Ayrıca, tuzlu su damlacıkları buharlaştıkça, borularda oluşan ıslak tuz kristalleri de oksit tabakasını koruyarak çukur korozyonuna yol açabilir. Bu tür kirlenmeleri önlemek için, borularınızı düzenli olarak temiz suyla yıkayarak temiz tutun.
Şekil 1 – Asit, tuzlu su ve diğer tortularla kirlenmiş 316/316L paslanmaz çelik boru, çukur korozyonuna karşı oldukça hassastır.
Çatlak korozyonu. Çoğu durumda, çukur korozyonu operatör tarafından kolayca tespit edilebilir. Bununla birlikte, çatlak korozyonunu tespit etmek kolay değildir ve operatörler ve personel için daha büyük bir risk oluşturur. Genellikle, çevredeki malzemeler arasında dar boşluklar bulunan borularda, örneğin klipslerle yerinde tutulan borularda veya yan yana sıkıca monte edilmiş borularda meydana gelir. Tuzlu su çatlağa sızdığında, zamanla bölgede kimyasal olarak agresif asitli demir klorür (FeCl3) çözeltisi oluşur ve hızlandırılmış çatlak korozyonuna neden olur (Şekil 2). Çatlakların kendileri korozyon riskini artırdığı için, çatlak korozyonu çukur korozyonundan çok daha düşük sıcaklıklarda meydana gelebilir.
Şekil 2 – Boru ile boru desteği arasında (üstte) ve borunun diğer yüzeylere yakın monte edildiği durumlarda (altta), aralıkta kimyasal olarak agresif asitli demir klorür çözeltisinin oluşması nedeniyle aralık korozyonu gelişebilir.
Çatlak korozyonu genellikle ilk olarak boru parçası ile boru destek klipsi arasında oluşan çatlakta çukur korozyonunu taklit eder. Bununla birlikte, çatlak içindeki sıvıda artan Fe++ konsantrasyonu nedeniyle, başlangıçtaki krater giderek büyür ve sonunda tüm çatlağı kaplar. Sonuç olarak, çatlak korozyonu boruyu delebilir.
Dar çatlaklar korozyon açısından en büyük riski oluşturur. Bu nedenle, borunun çevresinin büyük bir kısmını saran boru kelepçeleri, boru ile kelepçe arasındaki temas yüzeyini en aza indiren açık kelepçelere göre daha büyük bir risk oluşturma eğilimindedir. Bakım teknisyenleri, kelepçeleri düzenli olarak açıp borunun yüzeyini korozyon açısından inceleyerek çatlak korozyonunun hasara veya arızaya neden olma olasılığını azaltmaya yardımcı olabilirler.
Çukurlaşma ve çatlak korozyonunun en iyi şekilde önlenmesi, uygulama için doğru metal alaşımının seçilmesiyle sağlanabilir. Teknik şartname hazırlayıcılar, işletme ortamına, proses koşullarına ve diğer değişkenlere bağlı olarak korozyon riskini en aza indirecek optimum boru malzemesini seçmek için gerekli özeni göstermelidir.
Teknik şartname hazırlayıcıların malzeme seçimini optimize etmelerine yardımcı olmak için, metallerin PREN değerlerini karşılaştırarak yerel korozyona karşı dirençlerini belirleyebilirler. PREN, alaşımın krom (Cr), molibden (Mo) ve azot (N) içeriği de dahil olmak üzere kimyasal bileşiminden aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
PREN, alaşımdaki korozyona dayanıklı elementler olan krom, molibden ve azotun içeriğiyle artar. PREN ilişkisi, çeşitli paslanmaz çelikler için kimyasal bileşime bağlı olarak, çukur korozyonunun gözlemlendiği en düşük sıcaklık olan kritik çukurlaşma sıcaklığına (CPT) dayanmaktadır. Esasen, PREN, CPT ile orantılıdır. Bu nedenle, daha yüksek PREN değerleri, daha yüksek çukur korozyon direncini gösterir. PREN'deki küçük bir artış, alaşıma kıyasla CPT'de yalnızca küçük bir artışa eşdeğerdir; oysa PREN'deki büyük bir artış, önemli ölçüde daha yüksek bir CPT'ye kadar performansta önemli bir iyileşmeyi gösterir.
Tablo 1, açık deniz petrol ve gaz uygulamalarında yaygın olarak kullanılan çeşitli alaşımların PREN değerlerini karşılaştırmaktadır. Daha yüksek kaliteli bir boru alaşımı seçilerek korozyon direncinin nasıl önemli ölçüde artırılabileceğini göstermektedir. 316'dan 317 paslanmaz çeliğe geçişte PREN yalnızca biraz artmaktadır. Önemli bir performans artışı için, 6 Mo süper östenitik paslanmaz çelik veya 2507 süper dubleks paslanmaz çelik ideal olarak kullanılır.
Paslanmaz çelikteki daha yüksek nikel (Ni) konsantrasyonları korozyon direncini de artırır. Bununla birlikte, paslanmaz çeliğin nikel içeriği PREN denkleminin bir parçası değildir. Her durumda, bu element lokal korozyon belirtileri gösteren yüzeylerin yeniden pasifleştirilmesine yardımcı olduğundan, daha yüksek nikel konsantrasyonlu paslanmaz çeliklerin belirtilmesi genellikle faydalıdır. Nikel, östeniti stabilize eder ve 1/8 sert borunun bükülmesi veya soğuk çekilmesi sırasında martensit oluşumunu önler. Martensit, metallerde istenmeyen bir kristal fazdır ve paslanmaz çeliğin lokal korozyona ve klorür kaynaklı gerilme çatlamasına karşı direncini azaltır. 316/316L'de en az %12'lik daha yüksek bir nikel içeriği, yüksek basınçlı gaz halindeki hidrojen içeren uygulamalar için de arzu edilir. ASTM standart spesifikasyonunda 316/316L paslanmaz çelik için gerekli minimum nikel konsantrasyonu %10'dur.
Deniz ortamlarında kullanılan borularda yerel korozyon her yerde meydana gelebilir. Bununla birlikte, çukur korozyonu daha çok zaten kirlenmiş alanlarda, aralık korozyonu ise boru ile montaj donanımı arasındaki dar boşluklarda daha sık görülür. PREN'i temel alarak, şartname hazırlayıcı, her türlü yerel korozyon riskini en aza indirecek en iyi boru alaşımını seçebilir.
Ancak, korozyon riskini etkileyebilecek başka değişkenler olduğunu da unutmayın. Örneğin, sıcaklık paslanmaz çeliğin çukurlaşma direncini etkiler. Sıcak deniz iklimleri için, 6 molibden süper östenitik veya 2507 süper dubleks paslanmaz çelik borular ciddi olarak değerlendirilmelidir, çünkü bu malzemeler lokal korozyona ve klorür gerilme çatlamasına karşı mükemmel dirence sahiptir. Daha soğuk iklimler için, özellikle başarılı kullanım geçmişi varsa, 316/316L boru yeterli olabilir.
Açık deniz platformu sahipleri ve işletmecileri, boruların döşenmesinden sonra korozyon riskini en aza indirmek için de adımlar atabilirler. Çukur korozyonu riskini azaltmak için boruları temiz tutmalı ve düzenli olarak tatlı suyla yıkamalıdırlar. Ayrıca, rutin incelemeler sırasında bakım teknisyenlerinin boru kelepçelerini açarak çatlak korozyonunun varlığını kontrol etmelerini sağlamalıdırlar.
Yukarıda belirtilen adımları izleyerek, platform sahipleri ve operatörleri deniz ortamlarında boru korozyonu ve ilgili sızıntı riskini azaltabilir, güvenliği ve verimliliği artırabilir, aynı zamanda ürün kaybı veya kaçak emisyon salınımı olasılığını da düşürebilirler.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Petrol Teknolojisi Dergisi, Petrol Mühendisleri Derneği'nin (SPE) amiral gemisi dergisidir ve arama ve üretim teknolojisindeki gelişmeler, petrol ve gaz endüstrisi sorunları ve SPE ile üyeleri hakkındaki haberler konusunda yetkili özetler ve makaleler sunmaktadır.