På trods af rustfri stålrørs iboende korrosionsbestandighed er rustfri stålrør installeret 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.Offshore platformejere og -operatører kan reducere risikoen for korrosion ved at specificere stærkere rørmaterialer fra starten for bedre korrosionsbestandighed.Derefter skal de forblive på vagt, når de inspicerer kemikalieindsprøjtningsledninger, hydraulik- og impulsledninger og procesinstrumentering og instrumentering for at sikre, at korrosion ikke truer integriteten af ​​de installerede rørledninger eller kompromitterer sikkerheden.
Lokaliseret korrosion kan findes på mange platforme, skibe, skibe og offshore rørledninger.Denne korrosion kan være i form af grubetæring eller sprækkekorrosion, som begge kan erodere rørvæggen og forårsage, at væske frigives.
Risikoen for korrosion stiger i takt med at applikationens driftstemperatur stiger.Varme kan fremskynde nedbrydningen af ​​rørets beskyttende ydre passive oxidfilm og derved fremme pitting.
Desværre er lokaliseret grubetæring og sprækkekorrosion svære at opdage, hvilket gør det vanskeligt at identificere, forudsige og designe disse typer af korrosion.I betragtning af disse risici skal platformsejere, operatører og designpersoner udvise forsigtighed med at vælge det bedste rørledningsmateriale til deres anvendelse.Materialevalg er deres første forsvarslinje mod korrosion, så det er meget vigtigt at få det rigtigt.Heldigvis kan de bruge et meget simpelt, men meget effektivt mål for lokal korrosionsbestandighed, Pitting Resistance Equivalent Number (PREN).Jo højere PREN-værdien af ​​et metal, desto højere modstandsdygtighed over for lokal korrosion.
Denne artikel vil se på, hvordan man identificerer grubetæring og sprækkekorrosion, og hvordan man optimerer valg af rørmateriale til offshore olie- og gasapplikationer baseret på materialets PREN-værdi.
Lokaliseret korrosion forekommer i små områder sammenlignet med generel korrosion, som er mere ensartet over metaloverfladen.Pitting og sprækkekorrosion begynder at dannes på 316 rustfrit stålrør, når den ydre chromrige passive oxidfilm af metallet brister ved udsættelse for ætsende væsker, inklusive saltvand.Marinemiljøer rige på klorider samt høje temperaturer og endda forurening af røroverfladen øger sandsynligheden for nedbrydning af denne passiveringsfilm.
grubetæring Grubetæring opstår, når passiveringsfilmen på en sektion af røret bryder sammen og danner små hulrum eller gruber på rørets overflade.Sådanne gruber vil sandsynligvis vokse, efterhånden som elektrokemiske reaktioner skrider frem, som et resultat af hvilke jernet i metallet opløses i opløsning i bunden af ​​gruben.Det opløste jern vil derefter diffundere til toppen af ​​gruben og oxidere og danne jernoxid eller rust.Efterhånden som brønden bliver dybere, accelererer de elektrokemiske reaktioner, korrosion øges, hvilket kan føre til perforering af rørvæggen og føre til utætheder.
Rør er mere modtagelige for gruber, hvis deres ydre overflade er forurenet (figur 1).For eksempel kan forurenende stoffer fra svejse- og slibeoperationer beskadige rørets passiveringsoxidlag og derved danne og fremskynde grubetæring.Det samme gælder blot håndteringen af ​​forurening fra rør.Når saltdråberne fordamper, beskytter de våde saltkrystaller, der dannes på rørene, desuden oxidlaget og kan føre til gruber.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, der er forurenet med syre, saltvand og andre aflejringer, er meget modtagelige for gruber.
spaltekorrosion.I de fleste tilfælde kan pitting let opdages af operatøren.Spaltekorrosion er dog ikke let at opdage og udgør en større risiko for operatører og personale.Dette sker 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 saltvandet siver ind i spalten, dannes der over tid en kemisk aggressiv forsuret ferrichloridopløsning (FeCl3) i dette område, som forårsager accelereret korrosion af spalten (fig. 2).Da sprækkekorrosion i sagens natur øger risikoen for korrosion, kan spaltekorrosion forekomme ved meget lavere temperaturer end grubetæring.
Figur 2 – Sprækkekorrosion kan udvikle sig mellem røret og rørstøtten (øverst), og når røret er installeret tæt på andre overflader (nederst) på grund af dannelsen af ​​en kemisk aggressiv forsuret opløsning af jern(III)chlorid i spalten.
Spaltekorrosion simulerer sædvanligvis grubetæring først i spalten dannet mellem rørsektionen og rørstøttekraven.Men på grund af stigningen i koncentrationen af ​​Fe++ i væsken inde i bruddet, bliver starttragten større og større, indtil den dækker hele bruddet.I sidste ende kan sprækkekorrosion føre til perforering af røret.
Tætte revner repræsenterer den største risiko for korrosion.Derfor har rørklemmer, der omkranser en stor del af rørets omkreds, en tendens til at være mere risikable end åbne klemmer, som minimerer kontaktfladen mellem rør og klemme.Serviceteknikere kan hjælpe med at reducere risikoen for sprækkekorrosionsskader eller svigt ved regelmæssigt at åbne armaturer og inspicere røroverflader for korrosion.
Pitting og sprækkekorrosion kan forhindres ved at vælge den rigtige metallegering til den specifikke anvendelse.Specifikatorer skal udvise rettidig omhu med at vælge det optimale rørmateriale for at minimere risikoen for korrosion, afhængigt af driftsmiljøet, procesforholdene og andre variabler.
For at hjælpe specifikatorer med at optimere deres valg af materialer kan de sammenligne PREN-værdierne for metaller for at bestemme deres modstandsdygtighed over for lokal korrosion.PREN kan beregnes ud fra legeringens kemi, herunder dens indhold af chrom (Cr), molybdæn (Mo) og nitrogen (N), som følger:
PREN stiger med indholdet af korrosionsbestandige elementer af chrom, molybdæn og nitrogen i legeringen.PREN-forholdet er baseret på den kritiske pittemperatur (CPT) – den laveste temperatur, hvor grubetæring forekommer – for forskellige rustfrie stål afhængigt af den kemiske sammensætning.Grundlæggende er PREN proportional med CPT.Derfor indikerer højere PREN-værdier højere pitting-modstand.En lille stigning i PREN svarer til kun en lille stigning i CPT i forhold til legeringen, mens en stor stigning i PREN indikerer en væsentlig forbedring af ydeevnen i forhold til en meget højere CPT.
Tabel 1 sammenligner PREN-værdier for forskellige legeringer, der almindeligvis anvendes i offshore olie- og gasindustrien.Det viser, hvordan specifikationer i høj grad kan forbedre korrosionsbestandigheden ved at vælge en rørlegering af højere kvalitet.PREN stiger lidt fra 316 SS til 317 SS.Super Austenitic 6 Mo SS eller Super Duplex 2507 SS er ideelle til betydelige præstationsforbedringer.
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 er med til at genpassivere overflader, der viser tegn på lokal korrosion.Nikkel stabiliserer austenit og forhindrer martensitdannelse ved bøjning eller koldtrækning af 1/8 stift rør.Martensit er en uønsket krystallinsk fase i metaller, der reducerer rustfrit ståls modstandsdygtighed over for lokal korrosion samt klorid-induceret spændingsrevnedannelse.Det højere nikkelindhold på mindst 12 % i 316/316L stål er også ønskeligt til højtryksbrintgasapplikationer.Den mindste nikkelkoncentration, der kræves for ASTM 316/316L rustfrit stål, er 10 %.
Lokaliseret korrosion kan forekomme hvor som helst i en rørledning, der bruges i et havmiljø.Der er dog større sandsynlighed for, at grubetæring forekommer i områder, der allerede er forurenede, mens sprækkekorrosion er mere tilbøjelige til at forekomme i områder med smalle mellemrum mellem røret og installationsudstyret.Ved at bruge PREN som grundlag kan leverandøren vælge den bedste rørkvalitet for at minimere risikoen for enhver form for lokal korrosion.
Du skal dog huske på, at der er andre variabler, der kan påvirke risikoen for korrosion.Temperaturen påvirker f.eks. rustfrit ståls modstand mod grubetæring.Til varmt maritimt klima bør super austenitisk 6 molybdæn stål eller super duplex 2507 rustfrit stålrør overvejes seriøst, fordi disse materialer har fremragende modstandsdygtighed over for lokal korrosion og klorid revner.Til køligere klimaer kan et 316/316L rør være tilstrækkeligt, især hvis der er en historie med succesfuld brug.
Offshore platformejere og -operatører kan også tage skridt til at minimere risikoen for korrosion, efter at rør er blevet installeret.De bør holde rørene rene og regelmæssigt skyllet med ferskvand for at mindske risikoen for gruber.De bør også have vedligeholdelsesteknikere til at åbne klemmerne under rutineinspektioner for at kontrollere sprækkekorrosion.
Ved at følge ovenstående trin kan platformsejere og -operatører reducere risikoen for rørkorrosion og relaterede lækager i havmiljøet, forbedre sikkerheden og effektiviteten 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, flagskibsbladet for Society of Petroleum Engineers, giver autoritative briefer og artikler om fremskridt inden for upstream-teknologi, olie- og gasindustrispørgsmål og nyheder om SPE og dets medlemmer.