Navzdory přirozené odolnosti trubek z nerezové oceli jsou trubky z nerezové oceli instalované v mořském prostředí během své očekávané životnosti vystaveny různým typům koroze. Tato koroze může vést k fugitivním emisím, ztrátám produktu a potenciálním rizikům. Majitelé a provozovatelé pobřežních platforem mohou snížit riziko koroze specifikací pevnějších materiálů trubek, které poskytují lepší odolnost proti korozi. Poté musí zůstat ostražití při kontrole instalovaného zařízení na chemickou vstřikování, hydrauliku a impulsy. a ohrozit bezpečnost.
Lokalizovanou korozi lze nalézt na mnoha plošinách, plavidlech, lodích a potrubích v pobřežních instalacích. Tato koroze může být ve formě důlkové nebo štěrbinové koroze, z nichž obě mohou erodovat stěnu potrubí a způsobit únik tekutiny.
Riziko koroze je větší, když se provozní teplota aplikace zvyšuje. Teplo může urychlit destrukci ochranného vnějšího pasivního oxidového filmu trubky, a tím podporovat tvorbu důlkové koroze.
Bohužel lokalizovaná důlková a štěrbinová koroze může být obtížně detekovatelná, takže je obtížnější identifikovat, předvídat a navrhovat tyto typy koroze. Vzhledem k těmto rizikům by majitelé plošin, provozovatelé a designéři měli být opatrní při výběru nejlepšího potrubního materiálu pro svou aplikaci. Výběr materiálu je jejich první linií obrany proti korozi, takže správné je důležité. Naštěstí si mohou vybrat pomocí velmi jednoduchého, ale velmi účinného měření odolnosti proti korozi, PRERENIST. Hodnota N kovu, tím vyšší je jeho odolnost vůči lokální korozi.
Tento článek se zabývá tím, jak identifikovat důlkovou a štěrbinovou korozi a jak optimalizovat výběr materiálu potrubí pro aplikace ropy a zemního plynu na moři na základě hodnoty materiálu PREN.
Lokalizovaná koroze se vyskytuje na malých plochách ve srovnání s obecnou korozí, která je na kovovém povrchu rovnoměrnější. Důlková a štěrbinová koroze se začnou tvořit na trubkách z nerezové oceli 316, když vnější vrstva pasivního oxidu bohatého na chróm praskne v důsledku vystavení korozivním kapalinám, včetně slané vody. Pobřežní a pevninské mořské prostředí bohaté na chloridy, stejně jako vysoké teploty zvyšují potenciál pro kontaminaci povrchu vany.
důlková koroze nastává, když je pasivační film na délce trubky zničen a na povrchu trubky se vytvářejí malé dutiny nebo důlky. Takové důlky pravděpodobně rostou, jak probíhají elektrochemické reakce, což způsobuje, že se železo v kovu rozpouští do roztoku na dně důlku. Rozpuštěné železo pak difunduje směrem k horní části důlku a oxiduje se, hluboce se zoxiduje a vytváří důlky nebo korozi. perforaci stěny potrubí a vést k netěsnostem.
Trubky jsou náchylnější k důlkové korozi, když je jejich vnější povrch kontaminován (obrázek 1). Například kontaminace ze svařování a broušení může poškodit pasivační oxidovou vrstvu potrubí, a tím zabránit vzniku a urychlení důlkové koroze. Totéž platí pro jednoduché řešení kontaminace z potrubí. Navíc, protože vrstva solanky, která se tvoří, může kapičky solanky, které se tvoří, chránit před vypařováním a vlhkými krystaly soli. Tyto typy znečištění udržujte potrubí čisté pravidelným proplachováním čerstvou vodou.
Obrázek 1 – Potrubí z nerezové oceli 316/316L znečištěné kyselinou, solankou a jinými usazeninami je vysoce náchylné k důlkové korozi.
štěrbinová koroze.Ve většině případů může obsluha snadno identifikovat důlkovou korozi.Štěrbinovou korozi však není snadné odhalit a představuje větší riziko pro obsluhu a personál.Obvykle se vyskytuje na trubkách, které mají těsné mezery mezi okolními materiály, jako jsou trubky držené na místě sponami nebo trubky, které jsou těsně instalovány vedle sebe. Když solanka prosakuje do štěrbiny železitého roztoku, urychluje se štěrbina Cl3 a vytváří se agresivní chloridy. Obrázek 2). Protože štěrbiny samy o sobě zvyšují riziko koroze, může ke štěrbinové korozi docházet při teplotách mnohem nižších než důlková koroze.
Obrázek 2 – Štěrbinová koroze se může vyvinout mezi trubkou a podpěrou trubky (nahoře) a když je trubka instalována blízko jiných povrchů (dole) v důsledku tvorby chemicky agresivního okyseleného roztoku chloridu železitého ve štěrbině.
Štěrbinová koroze obvykle simuluje důlkovou korozi nejprve ve štěrbině vytvořené mezi délkou trubky a podpěrnou sponou trubky. Avšak v důsledku zvyšující se koncentrace Fe++ v tekutině v lomu se počáteční kráter zvětšuje a zvětšuje, dokud nepokryje celou lomu. V konečném důsledku může štěrbinová koroze trubku perforovat.
Těsné trhliny jsou největším rizikem koroze. Proto potrubní svorky, které se omotávají kolem většiny obvodu trubky, mají tendenci představovat větší riziko než otevřené svorky, které minimalizují kontaktní povrch mezi trubkou a svorkou. Technici údržby mohou pomoci snížit pravděpodobnost štěrbinové koroze způsobující poškození nebo selhání tím, že pravidelně otevírají svorky a kontrolují povrch trubky na korozi.
Důlkové a štěrbinové korozi lze nejlépe zabránit výběrem správné kovové slitiny pro danou aplikaci. Specifikátoři by měli věnovat náležitou pozornost výběru optimálního materiálu potrubí, aby se minimalizovalo riziko koroze na základě provozního prostředí, podmínek procesu a dalších proměnných.
Aby mohli specifikátoři optimalizovat výběr materiálu, mohou porovnávat hodnoty PREN kovů a určit jejich odolnost vůči lokalizované korozi. PREN lze vypočítat z chemického složení slitiny, včetně obsahu chrómu (Cr), molybdenu (Mo) a dusíku (N), následujícím způsobem:
PREN se zvyšuje s obsahem korozivzdorných prvků chromu, molybdenu a dusíku ve slitině. Vztah PREN je založen na kritické bodové teplotě (CPT) – nejnižší teplotě, při které je pozorována důlková koroze – u různých korozivzdorných ocelí ve vztahu k chemickému složení. PREN je v podstatě úměrný CPT. Vyšší hodnoty PREN tedy naznačují pouze malé zvýšení ve srovnání s odolností proti bodové korozi. v PREN ukazuje na výraznější zlepšení výkonu pro významně vyšší CPT.
Tabulka 1 porovnává hodnoty PREN různých slitin běžně používaných v aplikacích ropy a zemního plynu na moři. Ukazuje, jak může specifikace výrazně zlepšit odolnost proti korozi výběrem slitiny potrubí vyšší třídy. PREN se při přechodu z nerezové oceli 316 na nerezovou ocel 317 zvyšuje jen mírně. Pro výrazné zvýšení výkonu se ideálně používá superaustenitická nerezová ocel 6 Mo nebo super duplexní nerezová ocel 2507.
Vyšší koncentrace niklu (Ni) v nerezové oceli také zvyšují odolnost proti korozi.Obsah niklu v nerezové oceli však není součástí rovnice PREN. V každém případě je často výhodné specifikovat nerezové oceli s vyššími koncentracemi niklu, protože tento prvek pomáhá repasivovat povrchy, které vykazují známky lokalizované koroze. Nikl stabilizuje austenit a zabraňuje tvorbě martenzitu při roztahování kovu při ohýbání a ohýbání8 tvrdé krystalické fáze. odolnost nerezové oceli vůči lokální korozi a také chloridům vyvolanému praskání napětím. Vyšší obsah niklu alespoň 12 % v 316/316L je také žádoucí pro aplikace zahrnující vysokotlaký plynný vodík. Minimální koncentrace niklu požadovaná pro nerezovou ocel 316/316L ve standardní specifikaci ASTM je 10 %.
Lokalizovaná koroze se může vyskytnout kdekoli na trubkách používaných v mořském prostředí. Důlková koroze se však pravděpodobněji vyskytuje v oblastech, které jsou již kontaminované, zatímco štěrbinová koroze se pravděpodobněji vyskytuje v oblastech s úzkými mezerami mezi trubkou a montážním materiálem. S použitím PREN jako základu může specifikátor vybrat nejlepší slitinu trubek, aby se minimalizovalo riziko jakéhokoli druhu lokalizované koroze.
Mějte však na paměti, že existují další proměnné, které mohou ovlivnit riziko koroze. Například teplota ovlivňuje odolnost nerezové oceli proti důlkové korozi. Pro horké mořské klima je třeba vážně uvažovat o 6 molybdenové superaustenitické nebo 2507 super duplexní nerezové ocelové trubce, protože tyto materiály mají vynikající odolnost vůči lokalizované korozi a praskání chloridovým namáháním. Pro chladnější klima může být zavedeno úspěšné použití trubky 316/316L.
Majitelé a provozovatelé pobřežních plošin mohou také podniknout kroky k minimalizaci rizika koroze po instalaci potrubí. Měli by udržovat potrubí čisté a pravidelně je proplachovat čerstvou vodou, aby se snížilo riziko důlkové koroze. Měli by také nechat technikům údržby otevřít svorky potrubí během rutinních kontrol, aby zjistili přítomnost štěrbinové koroze.
Po výše uvedených krocích mohou majitelé a provozovatelé platforem snížit riziko koroze potrubí a souvisejících netěsností v mořském prostředí, zlepšit bezpečnost a účinnost a zároveň snížit možnost ztráty produktu nebo úniku fugitivních emisí.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology je vlajkovou lodí společnosti Society of Petroleum Engineers, která poskytuje směrodatné informace a články o pokrocích v technologii průzkumu a těžby, otázkách ropného a plynárenského průmyslu a zprávách o SPE a jejích členech.