Παρά την εγγενή αντίσταση στη διάβρωση των σωλήνων από ανοξείδωτο χάλυβα, οι σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα που εγκαθίστανται σε θαλάσσια περιβάλλοντα αντιμετωπίζουν διαφορετικούς τύπους διάβρωσης κατά τη διάρκεια της αναμενόμενης ζωής τους. Αυτή η διάβρωση μπορεί να οδηγήσει σε διαφυγόντες εκπομπές, απώλεια προϊόντος και πιθανούς κινδύνους. Οι ιδιοκτήτες και οι χειριστές υπεράκτιων πλατφορμών μπορούν να μειώσουν τον κίνδυνο διάβρωσης καθορίζοντας ισχυρότερα υλικά σωλήνων που παρέχουν καλύτερη αντοχή στη διάβρωση. οι αγωγοί και οι παλμικές γραμμές και ο εξοπλισμός οργάνων επεξεργασίας και ανίχνευσης για να διασφαλιστεί ότι η διάβρωση δεν απειλεί την ακεραιότητα των εγκατεστημένων σωληνώσεων και υπονομεύει την ασφάλεια.
Η τοπική διάβρωση μπορεί να εντοπιστεί σε πολλές πλατφόρμες, πλοία, πλοία και σωληνώσεις σε υπεράκτιες εγκαταστάσεις. Αυτή η διάβρωση μπορεί να είναι με τη μορφή διάβρωσης με κοιλότητες ή ρωγμές, εκ των οποίων μπορεί να διαβρώσει το τοίχωμα του σωλήνα και να προκαλέσει απελευθέρωση υγρού.
Ο κίνδυνος διάβρωσης είναι μεγαλύτερος όταν αυξάνεται η θερμοκρασία λειτουργίας της εφαρμογής. Η θερμότητα μπορεί να επιταχύνει την καταστροφή της προστατευτικής εξωτερικής μεμβράνης παθητικού οξειδίου του σωλήνα, προάγοντας έτσι τον σχηματισμό διάβρωσης με κοιλότητες.
Δυστυχώς, η τοπική διάβρωση διάτρησης και ρωγμών μπορεί να είναι δύσκολο να ανιχνευθεί, καθιστώντας αυτούς τους τύπους διάβρωσης πιο δύσκολο να εντοπιστούν, να προβλεφθούν και να σχεδιαστούν. Δεδομένων αυτών των κινδύνων, οι ιδιοκτήτες πλατφόρμας, οι χειριστές και οι σχεδιαστές θα πρέπει να είναι προσεκτικοί όταν επιλέγουν το καλύτερο υλικό σωληνώσεων για την εφαρμογή τους. Η επιλογή υλικού είναι η πρώτη γραμμή άμυνας κατά της διάβρωσης. Ισοδύναμος αριθμός αντίστασης (PREN). Όσο υψηλότερη είναι η τιμή PREN ενός μετάλλου, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή του στην τοπική διάβρωση.
Αυτό το άρθρο θα εξετάσει τον τρόπο αναγνώρισης της διάβρωσης με κοιλότητες και ρωγμές και πώς να βελτιστοποιήσετε την επιλογή υλικού σωλήνων για εφαρμογές υπεράκτιων πετρελαίου και αερίου με βάση την τιμή PREN του υλικού.
Η τοπική διάβρωση εμφανίζεται σε μικρές περιοχές σε σύγκριση με τη γενική διάβρωση, η οποία είναι πιο ομοιόμορφη στη μεταλλική επιφάνεια. Η διάβρωση με λακκούβες και ρωγμές αρχίζει να σχηματίζεται σε σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα 316 όταν η εξωτερική μεμβράνη παθητικού οξειδίου του μετάλλου, πλούσια σε χρώμιο, σπάει λόγω έκθεσης σε διαβρωτικά υγρά, συμπεριλαμβανομένου του αλατιού και του περιβάλλοντος πλούσιου σε χλωριούχο νερό επιφάνεια σωλήνωσης, αυξάνουν την πιθανότητα υποβάθμισης αυτού του φιλμ παθητικοποίησης.
Η διάβρωση με λακκούβες συμβαίνει όταν η μεμβράνη παθητικοποίησης σε ένα μήκος σωλήνα καταστρέφεται, σχηματίζοντας μικρές κοιλότητες ή κοιλώματα στην επιφάνεια του σωλήνα. Τέτοιες λακκούβες είναι πιθανό να αναπτυχθούν καθώς λαμβάνουν χώρα ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, προκαλώντας τη διάλυση του σιδήρου στο μέταλλο στο διάλυμα στο κάτω μέρος του λάκκου. Ο διαλυμένος σίδηρος θα διαχυθεί στη συνέχεια ή θα οξειδωθεί προς την κορυφή του λάκκου. , οι ηλεκτροχημικές αντιδράσεις επιταχύνονται, η διάβρωση εντείνεται και μπορεί να οδηγήσει σε διάτρηση του τοιχώματος του σωλήνα και να οδηγήσει σε διαρροές.
Οι σωλήνες είναι πιο ευαίσθητοι στη διάβρωση με αυλάκια όταν η εξωτερική τους επιφάνεια είναι μολυσμένη (Εικόνα 1). Για παράδειγμα, η μόλυνση από τις εργασίες συγκόλλησης και λείανσης μπορεί να βλάψει το στρώμα οξειδίου του παθητικού του σωλήνα, σχηματίζοντας και επιταχύνοντας έτσι τη διάβρωση. Το ίδιο ισχύει για την απλή αντιμετώπιση της μόλυνσης από τους σωλήνες. Οι σωλήνες κάνουν το ίδιο για να προστατεύσουν το στρώμα οξειδίου και μπορεί να οδηγήσουν σε διάβρωση με κοιλότητες. Για να αποτρέψετε αυτούς τους τύπους μόλυνσης, διατηρήστε τους σωλήνες σας καθαρούς ξεπλένοντάς τους τακτικά με γλυκό νερό.
Σχήμα 1 – Ο σωλήνας από ανοξείδωτο χάλυβα 316/316L που έχει μολυνθεί με οξέα, άλμη και άλλες εναποθέσεις είναι πολύ ευαίσθητος στη διάβρωση με διάτρηση.
Διάβρωση ρωγμών. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η διάβρωση μπορεί εύκολα να αναγνωριστεί από τον χειριστή. Ωστόσο, η διάβρωση ρωγμών δεν είναι εύκολο να ανιχνευθεί και ενέχει μεγαλύτερο κίνδυνο για τους χειριστές και το προσωπικό. Εμφανίζεται συνήθως σε σωλήνες που έχουν στενούς χώρους μεταξύ των γύρω υλικών, όπως σωλήνες που συγκρατούνται στη θέση τους με κλιπ ή σωλήνες που είναι σφιχτά τοποθετημένοι πιο σφιχτά τοποθετημένοι με το ένα πλάι στο άκρο. Το διάλυμα χλωριούχου (FeCl3) σχηματίζεται στην περιοχή με την πάροδο του χρόνου και προκαλεί επιταχυνόμενη διάβρωση των ρωγμών (Εικόνα 2). Επειδή οι ίδιες οι ρωγμές αυξάνουν τον κίνδυνο διάβρωσης, η διάβρωση των ρωγμών μπορεί να συμβεί σε θερμοκρασίες πολύ χαμηλότερες από τη διάβρωση με ρωγμές.
Σχήμα 2 – Διάβρωση ρωγμής μπορεί να αναπτυχθεί μεταξύ του σωλήνα και του στηρίγματος του σωλήνα (πάνω) και όταν ο σωλήνας εγκατασταθεί κοντά σε άλλες επιφάνειες (κάτω) λόγω του σχηματισμού ενός χημικά επιθετικού οξινισμένου διαλύματος χλωριούχου σιδήρου στη σχισμή.
Η διάβρωση ρωγμής συνήθως προσομοιώνει τη διάβρωση με ρωγμές πρώτα στη σχισμή που σχηματίζεται μεταξύ ενός μήκους σωλήνα και του κλιπ στήριξης του σωλήνα. Ωστόσο, λόγω της αυξανόμενης συγκέντρωσης Fe++ στο ρευστό εντός του σπασίματος, ο αρχικός κρατήρας γίνεται όλο και μεγαλύτερος μέχρι να καλύψει ολόκληρο το κάταγμα. Τελικά, η διάβρωση με σχισμή μπορεί να διατρήσει τον σωλήνα.
Οι σφιχτές ρωγμές είναι ο μεγαλύτερος κίνδυνος διάβρωσης. Επομένως, οι σφιγκτήρες σωλήνων που τυλίγονται γύρω από το μεγαλύτερο μέρος της περιφέρειας του σωλήνα τείνουν να παρουσιάζουν μεγαλύτερο κίνδυνο από τους ανοιχτούς σφιγκτήρες, οι οποίοι ελαχιστοποιούν την επιφάνεια επαφής μεταξύ του σωλήνα και του σφιγκτήρα.
Η διάβρωση οπών και ρωγμών μπορούν να αποφευχθούν καλύτερα επιλέγοντας το κατάλληλο κράμα μετάλλων για την εφαρμογή. Οι προσδιοριστές πρέπει να επιδεικνύουν τη δέουσα επιμέλεια για να επιλέξουν το βέλτιστο υλικό σωληνώσεων για να ελαχιστοποιήσουν τον κίνδυνο διάβρωσης με βάση το περιβάλλον λειτουργίας, τις συνθήκες διεργασίας και άλλες μεταβλητές.
Για να βοηθήσουν τους προσδιοριστές να βελτιστοποιήσουν την επιλογή υλικού, μπορούν να συγκρίνουν τις τιμές PREN των μετάλλων για να καθορίσουν την αντοχή τους στην τοπική διάβρωση. Το PREN μπορεί να υπολογιστεί από τη χημική σύνθεση του κράματος, συμπεριλαμβανομένης της περιεκτικότητάς του σε χρώμιο (Cr), μολυβδαίνιο (Mo) και άζωτο (Ν), ως εξής:
Το PREN αυξάνεται με την περιεκτικότητα των ανθεκτικών στη διάβρωση στοιχείων χρώμιο, μολυβδαίνιο και άζωτο στο κράμα. Η σχέση PREN βασίζεται στην κρίσιμη θερμοκρασία διάβρωσης (CPT) – τη χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία παρατηρείται διάβρωση λακκούβων – για διάφορους ανοξείδωτους χάλυβες σε σχέση με τη χημική σύνθεση. Η μικρή αύξηση του PREN ισοδυναμεί μόνο με μια μικρή αύξηση του CPT σε σύγκριση με το κράμα, ενώ μια μεγάλη αύξηση του PREN υποδηλώνει σημαντική βελτίωση στην απόδοση σε σημαντικά υψηλότερο CPT.
Ο Πίνακας 1 συγκρίνει τις τιμές PREN διαφόρων κραμάτων που χρησιμοποιούνται συνήθως σε υπεράκτιες εφαρμογές πετρελαίου και φυσικού αερίου. Δείχνει πώς η προδιαγραφή μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αντίσταση στη διάβρωση επιλέγοντας ένα κράμα σωλήνων υψηλότερης ποιότητας. Το PREN αυξάνεται ελάχιστα μόνο κατά τη μετάβαση από 316 σε 317 από ανοξείδωτο χάλυβα. Για σημαντική αύξηση της απόδοσης, 6 Mo super ανοξείδωτος χάλυβας χρησιμοποιείται ιδανικά 20p.
Υψηλότερες συγκεντρώσεις νικελίου (Ni) στον ανοξείδωτο χάλυβα ενισχύουν επίσης την αντίσταση στη διάβρωση. Ωστόσο, η περιεκτικότητα σε νικέλιο του ανοξείδωτου χάλυβα δεν αποτελεί μέρος της εξίσωσης PREN. Σε κάθε περίπτωση, είναι συχνά ωφέλιμο να προσδιορίζονται ανοξείδωτοι χάλυβες με υψηλότερες συγκεντρώσεις νικελίου, καθώς αυτό το στοιχείο βοηθά στην επαναπαθητικοποίηση επιφανειών που σταθεροποιούνται όταν εμφανίζουν σημάδια διαβρωμάτωσης. σκληρός σωλήνας 1/8 ψυχρής έλξης. Ο μαρτενσίτης είναι μια ανεπιθύμητη κρυσταλλική φάση σε μέταλλα που μειώνει την αντίσταση του ανοξείδωτου χάλυβα στην τοπική διάβρωση καθώς και στη ρηγμάτωση που προκαλείται από το χλώριο. Μια υψηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο τουλάχιστον 12% σε 316/316L είναι επίσης επιθυμητή για εφαρμογές με ελάχιστη πίεση13/3 σε αέριο στάσιμο. Ο λιγότερος χάλυβας στις τυπικές προδιαγραφές ASTM είναι 10%.
Η τοπική διάβρωση μπορεί να συμβεί οπουδήποτε σε σωλήνες που χρησιμοποιούνται σε θαλάσσια περιβάλλοντα.Ωστόσο, η διάβρωση με διάβρωση είναι πιο πιθανό να συμβεί σε περιοχές που είναι ήδη μολυσμένες, ενώ η διάβρωση με ρωγμές είναι πιο πιθανό να συμβεί σε περιοχές με στενά κενά μεταξύ του σωλήνα και του υλικού τοποθέτησης. Χρησιμοποιώντας το PREN ως βάση, ο προσδιοριστής μπορεί να ελαχιστοποιήσει τον καλύτερο τοπικό κίνδυνο διάβρωσης.
Ωστόσο, λάβετε υπόψη ότι υπάρχουν και άλλες μεταβλητές που μπορούν να επηρεάσουν τον κίνδυνο διάβρωσης. Για παράδειγμα, η θερμοκρασία επηρεάζει την αντίσταση του ανοξείδωτου χάλυβα. έχει καθιερωθεί επιτυχής χρήση.
Οι ιδιοκτήτες και οι χειριστές υπεράκτιων πλατφορμών μπορούν επίσης να λάβουν μέτρα για να ελαχιστοποιήσουν τον κίνδυνο διάβρωσης μετά την εγκατάσταση της σωλήνωσης. Θα πρέπει να διατηρούν τους σωλήνες καθαρούς και να ξεπλένουν τακτικά με γλυκό νερό για να μειώσουν τον κίνδυνο διάβρωσης.
Ακολουθώντας τα βήματα που περιγράφονται παραπάνω, οι ιδιοκτήτες και οι χειριστές πλατφόρμας μπορούν να μειώσουν τον κίνδυνο διάβρωσης των σωλήνων και σχετικών διαρροών σε θαλάσσια περιβάλλοντα, βελτιώνοντας την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα, μειώνοντας παράλληλα την πιθανότητα απώλειας προϊόντος ή απελευθέρωσης φυγόπονων εκπομπών.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Το Journal of Petroleum Technology είναι το κορυφαίο περιοδικό του Society of Petroleum Engineers, το οποίο παρέχει έγκυρες συνοπτικές πληροφορίες και χαρακτηριστικά σχετικά με τις προόδους στην τεχνολογία εξερεύνησης και παραγωγής, θέματα της βιομηχανίας πετρελαίου και φυσικού αερίου και ειδήσεις για την SPE και τα μέλη της.