Trods den iboende korrosionsbestandighed i rustfrit stålrør er rustfrit stålrør, der installeres i marine miljøer, udsat for forskellige typer korrosion i løbet af deres forventede levetid. Denne korrosion kan føre til flygtige emissioner, produkttab og potentielle risici. Ejere og operatører af offshore platforme kan reducere risikoen for korrosion ved at specificere stærkere rørmaterialer, der giver bedre korrosionsbestandighed. Derefter skal de forblive årvågne, når de inspicerer kemiske injektionsledninger, hydrauliske og impulsledninger samt procesinstrumenter og -instrumenter for at sikre, at korrosion ikke truer de installerede rørs integritet eller kompromitterer sikkerheden.
Lokal korrosion kan findes på mange platforme, skibe, skibe og offshore rørledninger. Denne korrosion kan være i form af grubetæring eller spaltekorrosion, som begge kan erodere rørvæggen og forårsage væskeudslip.
Risikoen for korrosion stiger, når driftstemperaturen for applikationen stiger. Varme kan fremskynde nedbrydningen af ​​rørets beskyttende ydre passive oxidfilm og derved fremme punktering.
Desværre er lokaliseret grubetæring og spaltekorrosion vanskelig at opdage, hvilket gør det vanskeligt at identificere, forudsige og designe disse typer korrosion. I betragtning af disse risici skal platformsejere, operatører og designerede personer udvise forsigtighed ved valg af det bedste rørledningsmateriale til deres anvendelse. Materialevalg er deres første forsvarslinje mod korrosion, så det er meget vigtigt at gøre det rigtigt. Heldigvis kan de vælge et meget simpelt, men meget effektivt mål for lokaliseret korrosionsbestandighed, Pitting Resistance Equivalent Number (PREN). Jo højere PREN-værdien af ​​et metal er, desto højere er dets modstandsdygtighed over for lokaliseret korrosion.
Denne artikel vil se på, hvordan man identificerer grubetæring og spaltekorrosion, samt hvordan man optimerer valget af rørmateriale til offshore olie- og gasapplikationer baseret på materialets PREN-værdi.
Lokal korrosion forekommer i små områder sammenlignet med generel korrosion, som er mere ensartet over metaloverfladen. Grubetæring og spaltekorrosion begynder at dannes på 316 rustfrit stålrør, når den ydre kromrige passive oxidfilm af metallet nedbrydes på grund af eksponering for ætsende væsker, herunder saltvand. Marine miljøer rige på klorider, såvel som høje temperaturer og endda kontaminering af røroverfladen, øger sandsynligheden for nedbrydning af denne passiveringsfilm.
Grubetæring Grubetæring opstår, når passiveringsfilmen på en rørsektion nedbrydes og danner små hulrum eller fordybninger på rørets overflade. Sådanne fordybninger vil sandsynligvis vokse, efterhånden som elektrokemiske reaktioner skrider frem, hvorved jernet i metallet opløses i opløsning i bunden af ​​fordybningen. Det opløste jern vil derefter diffundere til toppen af ​​fordybningen og oxidere for at danne jernoxid eller rust. Efterhånden som fordybningen bliver dybere, accelererer de elektrokemiske reaktioner, og korrosionen øges, hvilket kan føre til perforering af rørvæggen og lækager.
Rør er mere modtagelige for grubetæring, hvis deres ydre overflade er forurenet (figur 1). For eksempel kan forurenende stoffer fra svejsning og slibning beskadige rørets passiveringsoxidlag og derved danne og accelerere grubetæring. Det samme gælder for håndtering af forurening fra rør. Derudover beskytter de våde saltkrystaller, der dannes på rørene, oxidlaget, når saltdråberne fordamper, og det kan føre til grubetæring. For at forhindre disse typer forurening skal du holde dine rør rene ved at skylle dem regelmæssigt med ferskvand.
Figur 1. 316/316L rustfrit stålrør forurenet med syre, saltvand og andre aflejringer er meget modtageligt for grubetæring.
spaltekorrosion. I de fleste tilfælde kan punktkorrosion let opdages af operatøren. Spaltekorrosion er dog ikke let at opdage og udgør en større risiko for operatører og personale. Dette forekommer normalt på rør, der har smalle mellemrum mellem omgivende materialer, såsom rør, der holdes på plads med klemmer eller rør, der er tæt pakket ved siden af ​​hinanden. Når saltlagen siver ned i spalten, dannes der over tid en kemisk aggressiv forsuret jernchloridopløsning (FeCl3) i dette område, hvilket får spaltekorrosionen til at accelerere (fig. 2). Da spaltekorrosion i sig selv øger risikoen for korrosion, kan spaltekorrosion forekomme ved temperaturer, der er meget lavere end punktkorrosion.
Figur 2 – Spaltekorrosion kan udvikle sig mellem røret og rørstøtten (øverst) og når røret installeres tæt på andre overflader (nederst) på grund af dannelsen af ​​en kemisk aggressiv, forsuret opløsning af jern(III)chlorid i spalten.
Spaltekorrosion simulerer normalt først punktering i mellemrummet, der dannes mellem rørsektionen og rørstøttekraven. På grund af stigningen i koncentrationen af ​​Fe++ i væsken inde i bruddet, bliver den oprindelige tragt dog større og større, indtil den dækker hele bruddet. I sidste ende kan spaltekorrosion føre til perforering af røret.
Tætte revner repræsenterer den største risiko for korrosion. Derfor er rørklemmer, der omgiver en større del af rørets omkreds, ofte mere risikable end åbne klemmer, som minimerer kontaktfladen mellem rør og klemme. Serviceteknikere kan hjælpe med at reducere risikoen for spaltekorrosionsskader eller svigt ved regelmæssigt at åbne klemmer og kontrollere røroverfladen for korrosion.
Grubetæring og spaltekorrosion kan forebygges ved at vælge den korrekte metallegering til anvendelsen. Specifikationer skal udvise omhu ved valg af det optimale rørmateriale for at minimere risikoen for korrosion afhængigt af procesmiljøet, procesforholdene og andre variabler.
For at hjælpe specificeringsansvarlige med at optimere materialevalget kan de sammenligne PREN-værdierne for metaller for at bestemme deres modstandsdygtighed over for lokal korrosion. PREN kan beregnes ud fra legeringens kemiske sammensætning, herunder dens indhold af krom (Cr), molybdæn (Mo) og nitrogen (N), som følger:
PREN stiger med indholdet af korrosionsbestandige elementer som krom, molybdæn og nitrogen i legeringen. PREN-forholdet er baseret på den kritiske punkteringstemperatur (CPT) – den laveste temperatur, hvor punktering forekommer – for forskellige rustfrie ståltyper afhængigt af den kemiske sammensætning. PREN er i bund og grund proportional med CPT. Derfor indikerer højere PREN-værdier højere punkteringsmodstand. En lille stigning i PREN svarer kun til en lille stigning i CPT sammenlignet med legeringen, mens en stor stigning i PREN indikerer en betydelig forbedring af ydeevnen i forhold til en betydeligt højere CPT.
Tabel 1 sammenligner PREN-værdier for forskellige legeringer, der almindeligvis anvendes i offshore olie- og gasindustrien. Den viser, hvordan specifikationen kan forbedre korrosionsbestandigheden betydeligt ved at vælge en rørlegering af højere kvalitet. PREN stiger en smule fra 316 SS til 317 SS. Super Austenitisk 6 Mo SS eller Super Duplex 2507 SS er ideelle til en betydelig forbedring af ydeevnen.
Højere nikkel (Ni) koncentrationer i rustfrit stål øger også korrosionsbestandigheden. Nikkelindholdet i rustfrit stål er dog ikke en del af PREN-ligningen. Under alle omstændigheder er det ofte fordelagtigt at vælge rustfrit stål med et højere nikkelindhold, da dette element hjælper med at repassivere overflader, der viser tegn på lokal korrosion. Nikkel stabiliserer austenit og forhindrer dannelse af martensit ved bøjning eller koldtrækning af 1/8 stive rør. Martensit er en uønsket krystallinsk fase i metaller, der reducerer rustfrit ståls modstandsdygtighed over for lokal korrosion samt kloridinduceret spændingsrevnedannelse. Det højere nikkelindhold på mindst 12% i 316/316L stål er også ønskeligt til højtryks hydrogengasapplikationer. Den minimale nikkelkoncentration, der kræves til ASTM 316/316L rustfrit stål, er 10%.
Lokal korrosion kan forekomme overalt på rør, der anvendes i marine miljøer. Der er dog større sandsynlighed for punktkorrosion i områder, der allerede er forurenede, mens spaltekorrosion er mere sandsynlig i områder med smalle mellemrum mellem røret og installationsudstyret. Ved at bruge PREN som grundlag kan specificatoren vælge den bedste rørlegering for at minimere risikoen for enhver form for lokal korrosion.
Husk dog på, at der er andre variabler, der kan påvirke risikoen for korrosion. For eksempel påvirker temperaturen rustfrit ståls modstandsdygtighed over for punktering. Til varmt maritimt klima bør superaustenitisk 6-molybdænstål eller superduplex 2507 rustfrit stålrør overvejes alvorligt, da disse materialer har fremragende modstandsdygtighed over for lokal korrosion og kloridrevnedannelse. Til køligere klimaer kan et 316/316L-rør være tilstrækkeligt, især hvis der er en historie med vellykket brug.
Ejere og operatører af offshore platforme kan også tage skridt til at minimere risikoen for korrosion efter installation af rør. De bør holde rørene rene og regelmæssigt skylles med ferskvand for at reducere risikoen for grubetæring. De bør også have vedligeholdelsesteknikere til at åbne rørklemmer under rutinemæssige inspektioner for at kontrollere for spaltekorrosion.
Ved at følge ovenstående trin kan platformsejere og -operatører reducere risikoen for rørkorrosion og relaterede lækager i havmiljøet, forbedre sikkerhed og effektivitet og reducere risikoen for produkttab eller flygtige emissioner.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology er det førende tidsskrift for Society of Petroleum Engineers og indeholder autoritative resuméer og artikler om fremskridt inden for upstream-teknologi, problemstillinger i olie- og gasindustrien samt nyheder om SPE og dets medlemmer.