Mặc dù ống thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn vốn có, nhưng các ống thép không gỉ được lắp đặt trong môi trường biển phải chịu nhiều loại ăn mòn khác nhau trong suốt thời gian sử dụng dự kiến ​​của chúng.Sự ăn mòn này có thể dẫn đến khí thải nhất thời, tổn thất sản phẩm và rủi ro tiềm ẩn.Chủ sở hữu và nhà điều hành nền tảng ngoài khơi có thể giảm nguy cơ ăn mòn bằng cách chỉ định vật liệu đường ống mạnh hơn mang lại khả năng chống ăn mòn tốt hơn.Sau đó, họ phải luôn thận trọng khi kiểm tra các đường ống phun hóa chất, đường dây thủy lực và xung lực, cũng như thiết bị và dụng cụ xử lý để đảm bảo rằng sự ăn mòn không đe dọa tính toàn vẹn của đường ống đã lắp đặt hoặc ảnh hưởng đến sự an toàn.
Ăn mòn cục bộ có thể được tìm thấy trên nhiều nền tảng, tàu, tàu và đường ống ngoài khơi.Sự ăn mòn này có thể ở dạng rỗ hoặc ăn mòn kẽ hở, một trong hai dạng này có thể ăn mòn thành ống và khiến chất lỏng thoát ra ngoài.
Nguy cơ ăn mòn tăng lên khi nhiệt độ hoạt động của ứng dụng tăng lên.Nhiệt có thể đẩy nhanh quá trình phân hủy lớp màng oxit thụ động bảo vệ bên ngoài của ống, do đó thúc đẩy quá trình rỗ khí.
Thật không may, ăn mòn rỗ và kẽ hở cục bộ rất khó phát hiện, gây khó khăn cho việc xác định, dự đoán và thiết kế các loại ăn mòn này.Trước những rủi ro này, chủ sở hữu nền tảng, nhà điều hành và người được chỉ định phải thận trọng trong việc lựa chọn vật liệu đường ống tốt nhất cho ứng dụng của họ.Lựa chọn vật liệu là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại sự ăn mòn, vì vậy việc lựa chọn đúng là rất quan trọng.May mắn thay, họ có thể chọn một biện pháp rất đơn giản nhưng rất hiệu quả về khả năng chống ăn mòn cục bộ, đó là Số tương đương khả năng chống rỗ (PREN).Giá trị PREN của kim loại càng cao thì khả năng chống ăn mòn cục bộ càng cao.
Bài viết này sẽ xem xét cách xác định ăn mòn rỗ và kẽ hở, cũng như cách tối ưu hóa việc lựa chọn vật liệu ống cho các ứng dụng dầu khí ngoài khơi dựa trên giá trị PREN của vật liệu.
Ăn mòn cục bộ xảy ra ở những khu vực nhỏ so với ăn mòn chung, đồng đều hơn trên bề mặt kim loại.Rỗ và ăn mòn kẽ hở bắt đầu hình thành trên ống thép không gỉ 316 khi màng oxit thụ động giàu crom bên ngoài của kim loại bị phá vỡ do tiếp xúc với chất lỏng ăn mòn, bao gồm cả nước muối.Môi trường biển giàu clorua, cũng như nhiệt độ cao và thậm chí bề mặt ống bị nhiễm bẩn, làm tăng khả năng phân hủy của màng thụ động này.
ăn mòn rỗ Sự ăn mòn rỗ xảy ra khi màng thụ động trên một đoạn ống bị phá vỡ, tạo thành các hốc nhỏ hoặc hố trên bề mặt ống.Những hố như vậy có khả năng phát triển khi các phản ứng điện hóa diễn ra, do đó sắt trong kim loại được hòa tan trong dung dịch ở đáy hố.Sau đó, sắt hòa tan sẽ khuếch tán lên đỉnh hố và bị oxy hóa để tạo thành oxit sắt hoặc rỉ sét.Khi hố sâu hơn, các phản ứng điện hóa tăng tốc, sự ăn mòn tăng lên, có thể dẫn đến thủng thành ống và dẫn đến rò rỉ.
Các ống dễ bị rỗ hơn nếu bề mặt bên ngoài của chúng bị nhiễm bẩn (Hình 1).Ví dụ, các chất gây ô nhiễm từ hoạt động hàn và mài có thể làm hỏng lớp oxit thụ động của đường ống, do đó hình thành và đẩy nhanh quá trình rỗ.Điều tương tự cũng xảy ra đối với việc xử lý ô nhiễm từ đường ống.Ngoài ra, khi các giọt muối bay hơi, các tinh thể muối ướt hình thành trên đường ống bảo vệ lớp oxit và có thể dẫn đến rỗ.Để ngăn chặn những loại ô nhiễm này, hãy giữ cho đường ống của bạn sạch sẽ bằng cách xả chúng thường xuyên bằng nước sạch.
Hình 1. Ống thép không gỉ 316/316L bị nhiễm axit, muối và các chất cặn khác rất dễ bị rỗ.
đường nứt ăn mòn.Trong hầu hết các trường hợp, người vận hành có thể dễ dàng phát hiện ra vết rỗ.Tuy nhiên, ăn mòn kẽ hở không dễ phát hiện và gây rủi ro lớn hơn cho người vận hành và nhân viên.Điều này thường xảy ra trên các đường ống có khoảng cách hẹp giữa các vật liệu xung quanh, chẳng hạn như các đường ống được giữ cố định bằng kẹp hoặc các đường ống được xếp chặt cạnh nhau.Khi nước muối thấm vào kẽ hở, theo thời gian, dung dịch sắt clorua (FeCl3) được axit hóa mạnh về mặt hóa học được hình thành ở khu vực này, khiến tốc độ ăn mòn của kẽ hở tăng nhanh (Hình 2).Vì bản thân kẽ hở làm tăng nguy cơ ăn mòn, ăn mòn kẽ hở có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với rỗ khí.
Hình 2 – Sự ăn mòn kẽ hở có thể phát triển giữa đường ống và giá đỡ đường ống (phía trên) và khi đường ống được lắp đặt gần các bề mặt khác (phía dưới) do sự hình thành dung dịch sắt clorua được axit hóa mạnh về mặt hóa học trong kẽ hở.
Ăn mòn kẽ hở thường mô phỏng vết rỗ đầu tiên ở khe hở hình thành giữa đoạn ống và vòng đệm đỡ ống.Tuy nhiên, do sự gia tăng nồng độ Fe++ trong chất lỏng bên trong vết nứt, phễu ban đầu ngày càng lớn dần cho đến khi nó bao phủ toàn bộ vết nứt.Cuối cùng, ăn mòn kẽ hở có thể dẫn đến thủng đường ống.
Các vết nứt dày đặc thể hiện nguy cơ ăn mòn lớn nhất.Do đó, kẹp ống bao quanh một phần lớn hơn chu vi của ống có xu hướng rủi ro hơn so với kẹp hở, giúp giảm thiểu bề mặt tiếp xúc giữa ống và kẹp.Các kỹ thuật viên dịch vụ có thể giúp giảm nguy cơ hư hỏng hoặc hỏng hóc do ăn mòn kẽ hở bằng cách thường xuyên mở các kẹp và kiểm tra bề mặt ống xem có bị ăn mòn hay không.
Có thể ngăn ngừa ăn mòn rỗ và kẽ hở bằng cách chọn đúng hợp kim kim loại cho ứng dụng.Các nhà chỉ định phải thực hiện thẩm định trong việc lựa chọn vật liệu đường ống tối ưu để giảm thiểu rủi ro ăn mòn tùy thuộc vào môi trường quy trình, điều kiện quy trình và các yếu tố khác.
Để giúp các nhà xác định tối ưu hóa việc lựa chọn vật liệu, họ có thể so sánh các giá trị PREN của kim loại để xác định khả năng chống ăn mòn cục bộ của chúng.PREN có thể được tính từ thành phần hóa học của hợp kim, bao gồm hàm lượng crom (Cr), molypden (Mo) và nitơ (N), như sau:
PREN tăng theo hàm lượng các nguyên tố chống ăn mòn crom, molypden và nitơ trong hợp kim.Tỷ lệ PREN dựa trên nhiệt độ rỗ tới hạn (CPT) – nhiệt độ thấp nhất tại đó xảy ra rỗ – đối với các loại thép không gỉ khác nhau tùy thuộc vào thành phần hóa học.Về cơ bản, PREN tỷ lệ thuận với CPT.Do đó, giá trị PREN cao hơn cho thấy khả năng chống rỗ cao hơn.Một mức tăng nhỏ của PREN chỉ tương đương với mức tăng nhỏ của CPT so với hợp kim, trong khi mức tăng lớn của PREN cho thấy hiệu suất được cải thiện đáng kể so với CPT cao hơn đáng kể.
Bảng 1 so sánh các giá trị PREN cho các hợp kim khác nhau thường được sử dụng trong ngành dầu khí ngoài khơi.Nó cho thấy đặc điểm kỹ thuật có thể cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn như thế nào bằng cách chọn hợp kim ống chất lượng cao hơn.PREN tăng nhẹ từ 316 SS lên 317 SS.Super Austenitic 6 Mo SS hoặc Super Duplex 2507 SS là lý tưởng để tăng hiệu suất đáng kể.
Nồng độ niken (Ni) cao hơn trong thép không gỉ cũng làm tăng khả năng chống ăn mòn.Tuy nhiên, hàm lượng niken của thép không gỉ không phải là một phần của phương trình PREN.Trong mọi trường hợp, thường có lợi khi chọn thép không gỉ có hàm lượng niken cao hơn, vì nguyên tố này giúp thụ động lại các bề mặt có dấu hiệu ăn mòn cục bộ.Niken ổn định austenit và ngăn chặn sự hình thành mactenxit khi uốn hoặc kéo nguội ống cứng 1/8.Martensite là một pha tinh thể không mong muốn trong kim loại làm giảm khả năng chống ăn mòn cục bộ của thép không gỉ cũng như nứt ứng suất do clorua gây ra.Hàm lượng niken cao hơn ít nhất 12% trong thép 316/316L cũng được mong muốn cho các ứng dụng khí hydro áp suất cao.Nồng độ niken tối thiểu cần thiết cho thép không gỉ ASTM 316/316L là 10%.
Ăn mòn cục bộ có thể xảy ra ở bất cứ đâu trên đường ống được sử dụng trong môi trường biển.Tuy nhiên, rỗ có nhiều khả năng xảy ra ở những khu vực đã bị ô nhiễm, trong khi ăn mòn kẽ hở có nhiều khả năng xảy ra ở những khu vực có khoảng cách hẹp giữa đường ống và thiết bị lắp đặt.Sử dụng PREN làm cơ sở, kỹ thuật viên có thể chọn hợp kim ống tốt nhất để giảm thiểu rủi ro của bất kỳ loại ăn mòn cục bộ nào.
Tuy nhiên, hãy nhớ rằng có những biến số khác có thể ảnh hưởng đến nguy cơ ăn mòn.Ví dụ, nhiệt độ ảnh hưởng đến khả năng chống rỗ của thép không gỉ.Đối với khí hậu biển nóng, ống thép không gỉ siêu austenit 6 molypden hoặc siêu duplex 2507 nên được xem xét nghiêm túc vì những vật liệu này có khả năng chống ăn mòn cục bộ và nứt clorua tuyệt vời.Đối với khí hậu mát mẻ hơn, ống 316/316L có thể là đủ, đặc biệt nếu đã có lịch sử sử dụng thành công.
Chủ sở hữu và người điều hành nền tảng ngoài khơi cũng có thể thực hiện các bước để giảm thiểu nguy cơ ăn mòn sau khi đường ống đã được lắp đặt.Họ nên giữ đường ống sạch sẽ và thường xuyên xả bằng nước ngọt để giảm nguy cơ bị rỗ.Họ cũng nên yêu cầu kỹ thuật viên bảo trì mở các kẹp ống trong quá trình kiểm tra định kỳ để kiểm tra sự ăn mòn của kẽ hở.
Bằng cách làm theo các bước trên, chủ sở hữu và nhà điều hành nền tảng có thể giảm nguy cơ ăn mòn đường ống và rò rỉ liên quan trong môi trường biển, cải thiện tính an toàn và hiệu quả, đồng thời giảm khả năng thất thoát sản phẩm hoặc phát thải tạm thời.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Tạp chí Công nghệ Dầu khí là tạp chí hàng đầu của Hiệp hội Kỹ sư Dầu khí, có các bản tóm tắt và bài báo có thẩm quyền về những tiến bộ trong công nghệ thượng nguồn, các vấn đề của ngành dầu khí và tin tức về SPE và các thành viên của nó.