Paslanmaz çelik boruların doğal korozyon direncine rağmen, deniz ortamlarında kullanılan paslanmaz çelik borular, beklenen kullanım ömrü 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 baştan itibaren daha güçlü boru malzemeleri belirleyerek korozyon riskini azaltabilirler. Bundan sonra, kimyasal enjeksiyon hatları, hidrolik ve darbe hatları ile proses ve enstrümantasyonun korozyon nedeniyle kurulu boruların bütünlüğünün tehdit edilmemesini veya güvenliğin tehlikeye atılmamasını sağlamak için dikkatli olmaları gerekir.
Yerel korozyon birçok platformda, gemide ve açık deniz boru hattında görülebilir. Bu korozyon, çukurlaşma veya çatlak korozyonu şeklinde olabilir ve her ikisi de boru duvarını aşındırarak sıvının dışarı sızmasına neden olabilir.
Uygulamanın çalışma sıcaklığı arttıkça korozyon riski de artar. Isı, borunun koruyucu dış pasif oksit filminin bozulmasını hızlandırarak çukurlaşmayı teşvik edebilir.
Ne yazık ki, yerel çukurlaşma ve çatlak korozyonunu tespit etmek zordur; bu da bu korozyon türlerinin tanımlanmasını, tahmin edilmesini ve tasarlanmasını zorlaştırır. Bu riskler göz önüne alındığında, platform sahipleri, operatörleri ve tasarımcıları, uygulamaları için en iyi boru hattı malzemesini seçerken dikkatli olmalıdır. Malzeme seçimi, korozyona karşı ilk savunma hattıdır, bu nedenle doğru seçim yapmak çok önemlidir. Neyse ki, yerel korozyon direncini ölçmek için çok basit ama çok etkili bir yöntem olan Çukurlaşma Direnci Eşdeğer Numarası (PREN) kullanılabilir. Bir metalin PREN değeri ne kadar yüksekse, yerel 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 ele alınacaktır.
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 sonucu yırtılmasıyla oluşmaya başlar. Klorür bakımından zengin deniz ortamları, yüksek sıcaklıklar ve hatta boru yüzeyinin kirlenmesi, bu pasivasyon filminin bozulma olasılığını artırır.
Çukurlaşma korozyonu, borunun bir bölümündeki pasivasyon filminin bozulması ve boru yüzeyinde küçük oyuklar veya çukurlar oluşturmasıyla meydana gelir. Bu çukurlar, elektrokimyasal reaksiyonlar ilerledikçe büyür; bunun sonucunda metaldeki demir, çukurun dibinde çözelti halinde çözünür. Çözünmüş demir daha sonra çukurun üstüne doğru yayılır ve oksitlenerek demir oksit veya pas oluşturur. Çukur derinleştikçe, elektrokimyasal reaksiyonlar hızlanır, korozyon artar ve bu da boru duvarının delinmesine ve sızıntılara yol açabilir.
Boruların dış yüzeyi kirlenmişse, çukurlaşmaya daha yatkındırlar (Şekil 1). Örneğin, kaynak ve taşlama işlemlerinden kaynaklanan kirleticiler, borunun pasivasyon oksit tabakasına zarar vererek çukurlaşmayı oluşturabilir ve hızlandırabilir. Borulardan kaynaklanan kirlilikle başa çıkmak da aynı etkiyi yaratır. Ayrıca, tuz damlacıkları buharlaştıkça, borularda oluşan ıslak tuz kristalleri oksit tabakasını korur ve çukurlaşmaya yol açabilir. Bu tür kirlenmeyi önlemek için, borularınızı düzenli olarak temiz suyla yıkayarak temiz tutun.
Şekil 1. Asit, tuzlu su ve diğer tortularla kirlenmiş 316/316L paslanmaz çelik boru, korozyona karşı oldukça hassastır.
Çatlak korozyonu. Çoğu durumda, çukurlaşma operatör tarafından kolayca tespit edilebilir. Bununla birlikte, çatlak korozyonunu tespit etmek kolay değildir ve operatörler ve personel için daha büyük bir risk oluşturur. Bu genellikle, kelepçelerle yerinde tutulan borular veya birbirine sıkıca bitişik borular gibi, çevredeki malzemeler arasında dar boşluklar bulunan borularda meydana gelir. Tuzlu su boşluğa sızdığında, zamanla bu alanda kimyasal olarak agresif asitli demir klorür çözeltisi (FeCl3) oluşur ve bu da boşluğun hızlandırılmış korozyonuna neden olur (Şekil 2). Çatlak korozyonu doğası gereği korozyon riskini artırdığı için, çukurlaşmadan çok daha düşük sıcaklıklarda meydana gelebilir.
Şekil 2 – Boru ile boru desteği arasında (üstte) ve borunun diğer yüzeylere yakın monte edildiği durumlarda (altta), aradaki boşlukta kimyasal olarak agresif, asitlendirilmiş demir klorür çözeltisinin oluşması nedeniyle çatlak korozyonu gelişebilir.
Çatlak korozyonu genellikle ilk olarak boru kesiti ile boru destek bileziği arasında oluşan boşlukta çukurlaşmayı taklit eder. Bununla birlikte, çatlak içindeki sıvıda Fe++ konsantrasyonunun artması nedeniyle, başlangıçtaki huni giderek büyür ve sonunda tüm çatlağı kaplar. Sonuç olarak, çatlak korozyonu borunun delinmesine yol açabilir.
Yoğun çatlaklar korozyon açısından en büyük riski oluşturur. Bu nedenle, borunun çevresinin büyük bir bölümünü saran boru kelepçeleri, boru ile kelepçe arasındaki temas yüzeyini en aza indiren açık kelepçelere göre daha risklidir. Servis teknisyenleri, düzenli olarak armatürleri açıp boru yüzeylerini korozyon açısından inceleyerek çatlak korozyonu hasarı veya arızası olasılığını azaltmaya yardımcı olabilirler.
Çukurlaşma ve çatlak korozyonu, belirli uygulama için doğru metal alaşımının seçilmesiyle önlenebilir. Belirleyiciler, işletme ortamına, proses koşullarına ve diğer değişkenlere bağlı olarak korozyon riskini en aza indirgemek için en uygun boru malzemesini seçerken gerekli özeni göstermelidir.
Teknik şartname hazırlayıcıların malzeme seçimlerini 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 krom, molibden ve azot gibi korozyona dayanıklı elementlerin içeriğiyle artar. PREN oranı, çeşitli paslanmaz çelikler için kimyasal bileşime bağlı olarak, çukurlaşmanın meydana geldiği en düşük sıcaklık olan kritik çukurlaşma sıcaklığına (CPT) dayanmaktadır. Esasen, PREN, CPT ile orantılıdır. Bu nedenle, daha yüksek PREN değerleri, daha yüksek çukurlaşma direncini gösterir. PREN'deki küçük bir artış, alaşıma kıyasla CPT'de sadece küçük bir artışa eşdeğerdir, oysa PREN'deki büyük bir artış, çok daha yüksek bir CPT'ye göre performansta önemli bir iyileşmeyi gösterir.
Tablo 1, açık deniz petrol ve gaz endüstrisinde yaygın olarak kullanılan çeşitli alaşımlar için PREN değerlerini karşılaştırmaktadır. Daha yüksek kaliteli bir boru alaşımı seçerek korozyon direncinin nasıl büyük ölçüde artırılabileceğini göstermektedir. PREN, 316 SS'den 317 SS'ye doğru hafifçe artmaktadır. Süper Östenitik 6 Mo SS veya Süper Dubleks 2507 SS, önemli performans artışları için idealdir.
Paslanmaz çelikte 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 içeriğine sahip paslanmaz çelikleri seçmek genellikle avantajlıdır. 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 çelikte en az %12'lik daha yüksek nikel içeriği, yüksek basınçlı hidrojen gazı uygulamaları için de arzu edilir. ASTM 316/316L paslanmaz çelik için gerekli minimum nikel konsantrasyonu %10'dur.
Deniz ortamında kullanılan bir boru hattında yerel korozyon herhangi bir yerde meydana gelebilir. Bununla birlikte, çukurlaşma korozyonu zaten kirlenmiş alanlarda daha olasıdır, oysa aralık korozyonu boru ile tesisat ekipmanı arasındaki dar boşluklarda daha olasıdır. PREN'i temel alarak, şartname hazırlayıcı, her türlü yerel korozyon riskini en aza indirgemek için en iyi boru kalitesini seçebilir.
Ancak, korozyon riskini etkileyebilecek başka değişkenler olduğunu da unutmayın. Örneğin, sıcaklık paslanmaz çeliğin çukurlaşmaya karşı direncini etkiler. Sıcak deniz iklimleri için, süper östenitik 6 molibden çeliği veya süper dubleks 2507 paslanmaz çelik borular ciddi olarak değerlendirilmelidir, 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 işletmecileri, boruların döşenmesinden sonra korozyon riskini en aza indirmek için de adımlar atabilirler. Boruları temiz tutmalı ve düzenli olarak tatlı suyla yıkamalıdırlar, böylece çukurlaşma riskini azaltırlar. Ayrıca, rutin kontroller sırasında bakım teknisyenlerinin kelepçeleri açarak çatlak korozyonunu kontrol etmelerini sağlamalıdırlar.
Yukarıdaki adımları izleyerek, platform sahipleri ve operatörleri deniz ortamında boru korozyonu ve ilgili sızıntı riskini azaltabilir, güvenliği ve verimliliği artırabilir ve ürün kaybı veya kaçak emisyon olasılığını düşürebilirler.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Petrol Mühendisleri Derneği'nin (SPE) amiral gemisi dergisi olan Petrol Teknolojisi Dergisi, petrol ve doğalgaz arama ve üretim teknolojilerindeki gelişmeler, petrol ve doğalgaz endüstrisi sorunları ve SPE ile üyeleri hakkındaki haberler konusunda yetkin özetler ve makaleler sunmaktadır.