Paslanmaz çelik boruların doğal korozyon direncine rağmen, deniz ortamlarına kurulan paslanmaz çelik borular beklenen hizmet ömürleri boyunca çeşitli korozyon türlerine maruz kalır. Bu korozyon kaçak emisyonlara, ürün kayıplarına ve potansiyel risklere yol açabilir. Açık deniz platformu sahipleri ve operatörleri, daha iyi korozyon direnci için en baştan daha güçlü boru malzemeleri belirleyerek korozyon riskini azaltabilir. Daha sonra, kimyasal enjeksiyon hatlarını, hidrolik ve darbe hatlarını ve proses enstrümantasyonunu ve enstrümantasyonunu incelerken, korozyonun kurulan boruların bütünlüğünü tehdit etmediğinden veya güvenliği tehlikeye atmadığından emin olmak için dikkatli olmalıdırlar.
Yerel korozyon birçok platformda, gemide, gemide ve açık deniz boru hatlarında bulunabilir. Bu korozyon çukurlaşma veya yarık korozyonu şeklinde olabilir ve her ikisi de boru duvarını aşındırabilir ve sıvının salınmasına neden olabilir.
Uygulamanın çalışma sıcaklığı arttıkça korozyon riski de artar. Isı, tüpün koruyucu dış pasif oksit filminin bozulmasını hızlandırabilir ve böylece çukurlaşmayı teşvik edebilir.
Ne yazık ki, yerel çukurlaşma ve çatlak korozyonunu tespit etmek zordur, bu da bu tür korozyonları tanımlamayı, tahmin etmeyi ve tasarlamayı zorlaştırır. Bu riskler göz önüne alındığında, platform sahipleri, operatörler ve tasarım yapanlar uygulamaları için en iyi boru hattı malzemesini seçerken dikkatli olmalıdır. Malzeme seçimi, korozyona karşı ilk savunma hattıdır, bu nedenle doğru yapmak çok önemlidir. Neyse ki, yerel korozyon direncinin çok basit ama çok etkili bir ölçüsü olan Çukurlaşma Direnci Eşdeğer Sayısı'nı (PREN) kullanabilirler. 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 ele alınacaktır.
Yerel korozyon, metal yüzey üzerinde daha düzgün olan genel korozyona kıyasla küçük alanlarda meydana gelir. 316 paslanmaz çelik borularda, metalin dış krom açısından zengin pasif oksit filmi tuzlu su gibi aşındırıcı sıvılara maruz kaldığında yırtıldığında çukurlaşma ve çatlak korozyonu oluşmaya başlar. Klorür açısından zengin deniz ortamları, yüksek sıcaklıklar ve hatta boru yüzeyinin kirlenmesi, bu pasifleştirme filminin bozulma olasılığını artırır.
çukurlaşma Çukurlaşma korozyonu, borunun bir bölümündeki pasifleştirme filmi parçalandığında ve borunun yüzeyinde küçük boşluklar veya çukurlar oluştuğunda meydana gelir. Bu tür çukurların elektrokimyasal reaksiyonlar ilerledikçe büyümesi muhtemeldir, bunun sonucunda metaldeki demir çukurun dibinde çözelti içinde çözülür. Çözünen demir daha sonra çukurun tepesine yayılır ve demir oksit veya pas oluşturmak üzere oksitlenir. Çukur derinleştikçe elektrokimyasal reaksiyonlar hızlanır, korozyon artar, bu da boru duvarının delinmesine ve sızıntılara yol açabilir.
Borular dış yüzeyleri kirlenmişse çukurlaşmaya daha yatkındır (Şekil 1). Örneğin, kaynak ve taşlama işlemlerinden kaynaklanan kirleticiler borunun pasifleştirme oksit tabakasına zarar verebilir ve böylece çukurlaşma meydana gelip hızlanabilir. Aynı şey borulardan kaynaklanan kirlilikle başa çıkmak için de geçerlidir. Ayrıca, tuz damlacıkları buharlaştıkça borularda oluşan ıslak tuz kristalleri oksit tabakasını korur ve çukurlaşmaya yol açabilir. Bu tür kirlenmeleri önlemek için borularınızı düzenli olarak temiz suyla yıkayarak temiz tutun.
Şekil 1. Asit, tuz ve diğer tortularla kirlenmiş 316/316L paslanmaz çelik boru, çukurlaşmaya karşı oldukça hassastır.
çatlak korozyonu. Çoğu durumda, çukurlaşma operatör tarafından kolayca tespit edilebilir. Ancak, çatlak korozyonu tespit edilmesi kolay değildir ve operatörler ve personel için daha büyük bir risk oluşturur. Bu genellikle, kelepçelerle yerinde tutulan borular veya birbirine sıkıca paketlenmiş borular gibi, çevreleyen malzemeler arasında dar boşluklar bulunan borularda meydana gelir. Tuzlu su boşluğa sızdığında, zamanla, bu alanda kimyasal olarak agresif bir asitleştirilmiş ferrik klorür çözeltisi (FeCl3) oluşur ve bu da boşluğun hızlandırılmış korozyonuna neden olur (Şekil 2). Çatlak korozyonu doğası gereği korozyon riskini artırdığından, çatlak korozyonu çukurlaşmadan çok daha düşük sıcaklıklarda meydana gelebilir.
Şekil 2 – Boşlukta kimyasal olarak agresif asitleştirilmiş demir klorür çözeltisinin oluşması nedeniyle boru ile boru desteği arasında (üstte) ve boru diğer yüzeylere yakın monte edildiğinde (altta) çatlak korozyonu gelişebilir.
Çatlak korozyonu genellikle ilk önce boru bölümü ile boru destek yakası arasında oluşan boşlukta çukurlaşmayı simüle eder. Ancak, çatlak içindeki sıvıdaki Fe++ konsantrasyonunun artması nedeniyle, ilk huni tüm çatlağı kaplayana kadar giderek büyür. Sonuç olarak, çatlak korozyonu borunun delinmesine yol açabilir.
Yoğun çatlaklar, korozyonun en büyük riskini temsil eder. Bu nedenle, borunun çevresinin büyük bir bölümünü çevreleyen boru kelepçeleri, boru ve kelepçe arasındaki temas yüzeyini en aza indiren açık kelepçelerden daha riskli olma eğilimindedir. Servis teknisyenleri, düzenli olarak armatürleri açarak ve boru yüzeylerini korozyon açısından inceleyerek yarık korozyon hasarı veya arızası olasılığını azaltmaya yardımcı olabilir.
Çukurlaşma ve çatlak korozyonu, belirli uygulama için doğru metal alaşımını seçerek önlenebilir. Belirleyiciler, çalışma ortamına, işlem koşullarına ve diğer değişkenlere bağlı olarak korozyon riskini en aza indirmek için optimum boru malzemesini seçerken gerekli özeni göstermelidir.
Belirleyicilerin malzeme seçimlerini optimize etmelerine yardımcı olmak için, metallerin PREN değerlerini karşılaştırarak yerel korozyona karşı dirençlerini belirleyebilirler. PREN, alaşımın kimyasından, krom (Cr), molibden (Mo) ve azot (N) içeriği dahil olmak üzere, aşağıdaki şekilde hesaplanabilir:
PREN, alaşımdaki korozyona dayanıklı krom, molibden ve nitrojen elementlerinin içeriğiyle artar. PREN oranı, kimyasal bileşime bağlı olarak çeşitli paslanmaz çelikler için kritik çukurlaşma sıcaklığına (CPT) - çukurlaşmanın meydana geldiği en düşük sıcaklığa - 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 küçük bir CPT artışına eşdeğerdir, oysa PREN'deki büyük bir artış, çok daha yüksek bir CPT'ye kıyasla performansta önemli bir iyileşmeyi gösterir.
Tablo 1, açık deniz petrol ve gaz endüstrisinde yaygın olarak kullanılan çeşitli alaşımlar için PREN değerlerini karşılaştırır. Daha yüksek kaliteli bir boru alaşımı seçerek spesifikasyonun korozyon direncini nasıl büyük ölçüde artırabileceğini gösterir. PREN, 316 SS'den 317 SS'ye hafifçe artar. Süper Austenitik 6 Mo SS veya Süper Dupleks 2507 SS, önemli performans kazanımları için idealdir.
Paslanmaz çelikteki daha yüksek nikel (Ni) konsantrasyonları da korozyon direncini artırır. Ancak, paslanmaz çeliğin nikel içeriği PREN denkleminin bir parçası değildir. Her durumda, daha yüksek nikel içeriğine sahip paslanmaz çelikleri seçmek genellikle avantajlıdır, çünkü bu element lokal korozyon belirtileri gösteren yüzeylerin 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 direncini azaltan metallerdeki istenmeyen bir kristal fazdır. 316/316L çelikteki en az %12'lik daha yüksek nikel içeriği, yüksek basınçlı hidrojen gazı uygulamaları için de arzu edilir. ASTM 316/316L paslanmaz çelik için gereken minimum nikel konsantrasyonu %10'dur.
Yerel korozyon, deniz ortamında kullanılan bir boru hattının herhangi bir yerinde meydana gelebilir. Ancak, çukurlaşmanın zaten kirlenmiş alanlarda meydana gelme olasılığı daha yüksekken, çatlak korozyonunun boru ile tesisat ekipmanı arasında dar boşlukların olduğu alanlarda meydana gelme olasılığı daha yüksektir. Belirleyici, PREN'i temel alarak, her türlü yerel korozyon riskini en aza indirmek için en iyi boru sınıfını seçebilir.
Ancak, korozyon riskini etkileyebilecek başka değişkenler olduğunu unutmayın. Örneğin, sıcaklık paslanmaz çeliğin çukurlaşmaya karşı direncini etkiler. Sıcak deniz iklimleri için, süper ostenitik 6 molibden çelik veya süper dubleks 2507 paslanmaz çelik borular ciddi olarak düşünülmelidir çünkü bu malzemeler lokal korozyona ve klorür çatlamasına karşı mükemmel dirence sahiptir. Daha soğuk iklimler için, özellikle başarılı bir kullanım geçmişi varsa, 316/316L boru yeterli olabilir.
Açık deniz platformu sahipleri ve operatörleri, borulama yapıldıktan sonra korozyon riskini en aza indirmek için adımlar atabilirler. Çukurlaşma riskini azaltmak için boruları temiz tutmalı ve düzenli olarak tatlı suyla yıkamalıdırlar. Ayrıca rutin incelemeler sırasında çatlak korozyonunu kontrol etmek için bakım teknisyenlerinin kelepçeleri açmasını sağlamalıdırlar.
Yukarıdaki adımları izleyerek platform sahipleri ve operatörleri, deniz ortamında boru korozyonu ve buna bağlı sızıntı riskini azaltabilir, güvenliği ve verimliliği artırabilir, ürün kaybı veya kaçak emisyon olasılığını azaltabilir.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Petrol Mühendisleri Derneği'nin amiral gemisi dergisi olan Petrol Teknolojisi Dergisi, petrol ve gaz endüstrisindeki gelişmeler, petrol ve gaz endüstrisi sorunları ve SPE ve üyeleriyle ilgili haberler hakkında yetkili özetler ve makaleler sunmaktadır.