Paslanmaz çelik boruların doğal korozyon direncine rağmen, deniz ortamlarına kurulan paslanmaz çelik borular, beklenen ömürleri boyunca farklı tipte korozyonlara 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 belirleyerek korozyon riskini azaltabilirler. Daha sonra, korozyonun kurulan boruların bütünlüğünü tehdit etmemesini ve güvenliği tehlikeye atmamasını sağlamak için kimyasal enjeksiyon, hidrolik ve darbe hatları ile proses enstrümantasyonu ve algılama ekipmanlarını denetlerken dikkatli olmalılar.
Yerel korozyon, açık deniz tesislerindeki birçok platformda, gemide, gemide ve boru hattında görülebilir. Bu korozyon, çukurlaşma veya yarık korozyonu şeklinde olabilir ve bunların her ikisi de boru duvarını aşındırabilir ve sıvının salınmasına neden olabilir.
Uygulamanın çalışma sıcaklığı arttıkça korozyon riski de artar. Isı, borunun koruyucu dış pasif oksit filminin tahribatını hızlandırarak çukurlaşma korozyonunun oluşmasına neden olabilir.
Ne yazık ki, yerel çukurlaşma ve çatlak korozyonunu tespit etmek zor olabilir ve bu tür korozyonların tanımlanması, tahmin edilmesi ve tasarlanması daha zor hale gelir. Bu riskler göz önüne alındığında, platform sahipleri, operatörler ve görevliler uygulamaları için en iyi boru malzemesini seçerken dikkatli olmalıdır. Malzeme seçimi, korozyona karşı ilk savunma hattıdır, bu nedenle doğru seçimi yapmak önemlidir. Neyse ki, çok basit ama çok etkili bir yerel korozyon direnci ölçüsü olan Çukurlaşma Direnci Eşdeğer Sayısı'nı (PREN) kullanarak seçim yapabilirler. Bir metalin PREN değeri ne kadar yüksekse, yerel korozyona karşı direnci de o kadar yüksektir.
Bu makalede, çukurlaşma ve çatlak korozyonunun nasıl tespit edileceği ve malzemenin PREN değerine göre açık deniz petrol ve gaz uygulamaları için boru malzemesi seçiminin nasıl optimize edileceği incelenecektir.
Yerel korozyon, metal yüzeyinde daha düzgün olan genel korozyona kıyasla küçük alanlarda oluşur. Tuzlu su gibi aşındırıcı sıvılara maruz kalması nedeniyle metalin dış krom bakımından zengin pasif oksit filmi koptuğunda, 316 paslanmaz çelik borularda çukurlaşma ve çatlak korozyonu oluşmaya başlar. Klorür bakımından zengin açık deniz ve kara deniz ortamları, yüksek sıcaklıklar ve hatta boru yüzeyinin kirlenmesi, bu pasifleştirme filminin bozulma potansiyelini artırır.
çukurlaşma. Çukurlaşma korozyonu, bir boru parçası üzerindeki pasifleştirme filmi tahrip olduğunda ve borunun yüzeyinde küçük boşluklar veya çukurlar oluştuğunda meydana gelir. Bu tür çukurların elektrokimyasal reaksiyonlar meydana geldikçe büyümesi muhtemeldir ve metaldeki demirin çukurun dibindeki çözeltiye çözünmesine neden olur. Çözünen demir daha sonra çukurun tepesine 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 çukurlaşma korozyonuna karşı daha hassastır (Şekil 1). Örneğin, kaynak ve taşlama işlemlerinden kaynaklanan kirlenme, borunun pasifleştirici oksit tabakasına zarar verebilir ve böylece çukurlaşma korozyonu oluşabilir ve hızlanabilir. Aynısı, borulardan kaynaklanan kirlenmeyle başa çıkmak için de geçerlidir. Ek olarak, tuzlu su damlacıkları buharlaştıkça, borularda oluşan ıslak tuz kristalleri oksit tabakasını korumak için aynı şeyi yapar ve çukurlaşma korozyonuna yol açabilir. Bu tür kirlenmeleri önlemek için borularınızı düzenli olarak tatlı suyla yıkayarak temiz tutun.
Şekil 1 – Asit, tuzlu su ve diğer tortularla kirlenmiş 316/316L paslanmaz çelik borular çukurlaşma korozyonuna karşı oldukça hassastır.
çatlak korozyonu.Çoğu durumda, çukurlaşma operatör tarafından kolayca tanımlanabilir.Ancak, çatlak korozyonunu tespit etmek kolay değildir ve operatörler ve personel için daha büyük bir risk oluşturur.Genellikle, klipslerle yerinde tutulan borular veya yan yana sıkıca monte edilmiş borular gibi, çevreleyen malzemeler arasında sıkı boşluklar bulunan borularda meydana gelir.Tuzlu su çatlaklara sızdığında, zamanla bölgede kimyasal olarak agresif, asitleştirilmiş ferrik klorür (FeCl3) çözeltisi oluşur ve hızlandırılmış çatlak korozyonuna neden olur (Şekil 2).Çukurların kendileri korozyon riskini artırdığı için, çatlak korozyonu çukurlaşma korozyonundan çok daha düşük sıcaklıklarda meydana gelebilir.
Şekil 2 – Boru ile boru desteği arasında (üstte) ve borunun diğer yüzeylere yakın monte edilmesi durumunda (altta) çatlakta kimyasal olarak agresif asitleştirilmiş demir klorür çözeltisinin oluşması nedeniyle çatlak korozyonu gelişebilir.
Çatlak korozyonu genellikle ilk önce boru uzunluğu ile boru destek klipsi arasında oluşan çatlakta çukurlaşma korozyonunu taklit eder. Ancak, kırık içindeki sıvıdaki Fe++ konsantrasyonunun artması nedeniyle, başlangıçtaki krater tüm kırığı kaplayana kadar giderek büyür. Sonuç olarak, çatlak korozyonu boruyu delebilir.
Sıkı çatlaklar korozyonun en büyük riskidir. Bu nedenle, borunun çevresinin çoğunu saran boru kelepçeleri, boru ile kelepçe arasındaki temas yüzeyini en aza indiren açık kelepçelerden daha büyük bir risk oluşturma eğilimindedir. Bakım teknisyenleri, kelepçeleri düzenli olarak açarak ve borunun yüzeyini korozyon açısından inceleyerek çatlak korozyonunun hasara veya arızaya neden olma olasılığını azaltmaya yardımcı olabilir.
Çukurlaşma ve çatlak korozyonu, uygulama için doğru metal alaşımını seçerek en iyi şekilde önlenebilir. Belirleyiciler, çalışma ortamına, proses koşullarına ve diğer değişkenlere bağlı olarak korozyon riskini en aza indirmek için optimum boru malzemesini seçmek için gerekli özeni göstermelidir.
Belirleyicilerin malzeme seçimini optimize etmelerine yardımcı olmak için, metallerin PREN değerlerini karşılaştırarak lokal korozyona karşı dirençlerini belirleyebilirler. PREN, alaşımın kimyasal bileşiminden, krom (Cr), molibden (Mo) ve azot (N) içeriği de dahil olmak üzere aşağıdaki şekilde hesaplanabilir:
PREN, alaşımdaki korozyona dayanıklı elementler olan krom, molibden ve azot içeriğiyle artar. PREN ilişkisi, kimyasal bileşime bağlı olarak çeşitli paslanmaz çelikler için kritik çukurlaşma sıcaklığına (CPT) (çukurlaşma korozyonunun görüldüğü en düşük sıcaklık) dayanır. Esasen, PREN CPT ile orantılıdır. Bu nedenle, daha yüksek PREN değerleri daha yüksek çukurlaşma direncini gösterir. PREN'deki küçük bir artış, alaşıma kıyasla yalnızca CPT'de 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 dereceli bir boru alaşımı seçilerek spesifikasyonun korozyon direncini nasıl önemli ölçüde artırabileceğini göstermektedir. PREN, 316'dan 317 paslanmaz çeliğe geçişte yalnızca biraz artmaktadır. Önemli bir performans artışı için, 6 Mo süper östenitik paslanmaz çelik veya 2507 süper dubleks paslanmaz çelik idealdir.
Paslanmaz çelikteki yüksek nikel (Ni) konsantrasyonları da korozyon direncini artırır. Ancak, paslanmaz çeliğin nikel içeriği PREN denkleminin bir parçası değildir. Her durumda, daha yüksek nikel konsantrasyonlarına sahip paslanmaz çelikler belirtmek genellikle faydalıdır, çünkü bu element lokal korozyon belirtileri gösteren yüzeylerin yeniden pasifleştirilmesine yardımcı olur. Nikel, osteniti stabilize eder ve 1/8 sert boruyu bükerken veya soğuk çekerken martensit oluşumunu önler. Martensit, paslanmaz çeliğin lokal korozyona ve klorür kaynaklı gerilim çatlamasına karşı direncini azaltan metallerdeki istenmeyen bir kristal fazdır. 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 gereken minimum nikel konsantrasyonu %10'dur.
Deniz ortamlarında kullanılan boruların herhangi bir yerinde lokalize korozyon meydana gelebilir. Ancak, çukur korozyonunun zaten kirlenmiş olan alanlarda meydana gelme olasılığı daha yüksekken, çatlak korozyonunun boru ile montaj donanımı arasında dar boşlukların olduğu alanlarda meydana gelme olasılığı daha yüksektir. Belirleyici, PREN'i temel alarak, her türlü lokalize korozyon riskini en aza indirmek için en iyi boru alaşımını seçebilir.
Ancak, korozyon riskini etkileyebilecek başka değişkenler de olduğunu 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 düşünülmelidir, çünkü bu malzemeler lokal korozyona ve klorür gerilim çatlamasına karşı mükemmel dirence sahiptir. Daha soğuk iklimler için, özellikle başarılı bir kullanım geçmişi varsa, 316/316L borular yeterli olabilir.
Açık deniz platformu sahipleri ve operatörleri, borular döşendikten sonra korozyon riskini en aza indirmek için adımlar atabilirler. Çukurlaşma korozyonu riskini azaltmak için boruları temiz tutmalı ve düzenli olarak tatlı suyla yıkamalıdırlar. Ayrıca, rutin denetimler sırasında bakım teknisyenlerinin boru kelepçelerini açarak çatlak korozyonunun varlığını kontrol etmelerini sağlamalıdırlar.
Yukarıda özetlenen adımları izleyerek, platform sahipleri ve operatörleri deniz ortamlarında boru korozyonu ve ilgili sızıntı riskini azaltabilir, güvenliği ve verimliliği artırabilir, ürün kaybı veya kaçak emisyonların salınımı olasılığını azaltabilir.
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 amiral gemisi dergisi olup, arama ve üretim teknolojisindeki gelişmeler, petrol ve gaz endüstrisi sorunları ve SPE ve üyeleriyle ilgili haberler hakkında yetkili brifingler ve özellikler sunmaktadır.