Vaatamata roostevabast terasest torudele omasele korrosioonikindlusele on merekeskkondadesse paigaldatud roostevabast terasest torud eeldatava kasutusea jooksul allutatud erinevat tüüpi korrosioonile.See korrosioon võib põhjustada lenduvaid heitmeid, tootekadusid ja võimalikke riske.Avamereplatvormide omanikud ja operaatorid saavad korrosiooniohtu vähendada, määrates parema korrosioonikindluse tagamiseks algusest peale tugevamad torumaterjalid.Seejärel peavad nad olema valvsad kemikaalide sissepritsetorude, hüdraulika- ja impulssliinide ning protsesside ja mõõteriistade kontrollimisel, et tagada, et korrosioon ei ohustaks paigaldatud torustiku terviklikkust ega ohustaks ohutust.
Lokaalset korrosiooni võib leida paljudel platvormidel, laevadel, laevadel ja avamere torujuhtmetel.See korrosioon võib esineda täppide või pragude korrosiooni kujul, millest kumbki võib toru seina erodeerida ja põhjustada vedeliku eraldumist.
Korrosioonioht suureneb rakenduse töötemperatuuri tõustes.Kuumus võib kiirendada toru kaitsva välise passiivse oksiidkile lagunemist, soodustades seeläbi aukude tekkimist.
Kahjuks on lokaalset punkti- ja pragukorrosiooni raske tuvastada, mistõttu on seda tüüpi korrosiooni raske tuvastada, prognoosida ja kavandada.Arvestades neid riske, peavad platvormi omanikud, operaatorid ja määratud isikud olema ettevaatlikud, valides oma rakenduse jaoks parima torujuhtme materjali.Materjalivalik on nende esimene kaitseliin korrosiooni vastu, seega on selle õige valimine väga oluline.Õnneks saavad nad kasutada väga lihtsat, kuid väga tõhusat lokaalse korrosioonikindluse mõõdikut, PREN-i (Pitting Resistance Equivalent Number).Mida kõrgem on metalli PREN väärtus, seda suurem on selle vastupidavus lokaalsele korrosioonile.
Selles artiklis vaadeldakse, kuidas tuvastada punkt- ja pragukorrosiooni ning kuidas optimeerida torude materjali valikut avamere nafta- ja gaasirakenduste jaoks, lähtudes materjali PREN väärtusest.
Kohalik korrosioon esineb väikestes piirkondades võrreldes üldise korrosiooniga, mis on metalli pinnal ühtlasem.316 roostevabast terasest torudel hakkab tekkima täpp- ja pragukorrosioon, kui metalli välimine kroomirikas passiivne oksiidkile puruneb kokkupuutel söövitavate vedelikega, sealhulgas soolase veega.Kloriidirikkad merekeskkonnad, samuti kõrged temperatuurid ja torupinna ühtlane saastumine suurendavad selle passiveerimiskile lagunemise tõenäosust.
Punktkorrosioon Punktkorrosioon tekib siis, kui mõnel torulõigul olev passiveerimiskile laguneb, moodustades toru pinnale väikesed õõnsused või süvendid.Sellised süvendid kasvavad tõenäoliselt elektrokeemiliste reaktsioonide käigus, mille tulemusena lahustub metallis olev raud süvendi põhjas lahuses.Seejärel hajub lahustunud raud süvendi ülaossa ja oksüdeerub, moodustades raudoksiidi või rooste.Kaevu süvenedes kiirenevad elektrokeemilised reaktsioonid, suureneb korrosioon, mis võib põhjustada toruseina perforatsiooni ja lekkeid.
Torud on vastuvõtlikumad aukudele, kui nende välispind on saastunud (joonis 1).Näiteks võivad keevitus- ja lihvimistöödel tekkivad saasteained kahjustada toru passiveerimisoksiidi kihti, moodustades ja kiirendades seeläbi täppide tekkimist.Sama kehtib lihtsalt torudest pärineva reostusega tegelemise kohta.Lisaks kaitsevad soolapiiskade aurustumisel torudele tekkivad märjad soolakristallid oksiidikihti ja võivad põhjustada täppide moodustumist.Seda tüüpi saastumise vältimiseks hoidke oma torud puhtad, loputades neid regulaarselt värske veega.
Joonis 1. 316/316L roostevabast terasest toru, mis on saastunud happe, soolalahuse ja muude sadestistega, on väga vastuvõtlik aukude tekkele.
pragude korrosioon.Enamikul juhtudel saab operaator auke kergesti tuvastada.Kuid pragukorrosiooni ei ole lihtne tuvastada ja see kujutab suuremat ohtu operaatoritele ja personalile.Tavaliselt juhtub see torudel, millel on kitsad vahed ümbritsevate materjalide vahel, näiteks torud, mida hoitakse paigal klambritega või torud, mis on tihedalt üksteise kõrval.Kui soolvesi imbub pilusse, tekib selles piirkonnas aja jooksul keemiliselt agressiivne hapendatud raudkloriidi lahus (FeCl3), mis põhjustab pilu kiirenenud korrosiooni (joonis 2).Kuna pragukorrosioon oma olemuselt suurendab korrosiooniohtu, võib pragukorrosioon tekkida palju madalamatel temperatuuridel kui punktkorrosioon.
Joonis 2 – Toru ja torutoe (ülemine) ja toru paigaldamisel teiste pindade lähedale (alumine) võib tekkida pragukorrosioon, kuna pilus tekib keemiliselt agressiivne raudkloriidi hapendatud lahus.
Lõhekorrosioon simuleerib tavaliselt toruosa ja toru tugikrae vahele moodustatud pilus esmalt täppide tekkimist.Kuid luumurru sees oleva vedeliku Fe++ kontsentratsiooni suurenemise tõttu muutub esialgne lehter aina suuremaks, kuni katab kogu luumurru.Lõppkokkuvõttes võib pragude korrosioon põhjustada toru perforatsiooni.
Tihedad praod kujutavad endast suurimat korrosiooniohtu.Seetõttu kipuvad toruklambrid, mis ümbritsevad suurt osa toru ümbermõõdust, olema riskantsemad kui lahtised klambrid, mis minimeerivad toru ja klambri kontaktpinda.Hooldustehnikud võivad aidata vähendada pragude korrosioonikahjustuste või rikete tõenäosust, avades regulaarselt kinnitusi ja kontrollides torude pindu korrosiooni suhtes.
Punktide ja pragude korrosiooni saab ära hoida, valides konkreetseks rakenduseks sobiva metallisulami.Spetsifikaatorid peavad olenevalt töökeskkonnast, protsessitingimustest ja muudest muutujatest rakendama hoolsust optimaalse torustiku materjali valimisel, et minimeerida korrosiooniohtu.
Et aidata spetsifikaatoritel oma materjalivalikut optimeerida, saavad nad võrrelda metallide PREN väärtusi, et määrata kindlaks nende vastupidavus lokaalsele korrosioonile.PREN-i saab arvutada sulami keemia, sealhulgas selle kroomi (Cr), molübdeeni (Mo) ja lämmastiku (N) sisalduse järgi järgmiselt:
PREN suureneb koos kroomi, molübdeeni ja lämmastiku korrosioonikindlate elementide sisaldusega sulamis.PREN-i suhe põhineb erinevate roostevabade teraste keemilisest koostisest sõltuvalt kriitilisel punktide tekke temperatuuril (CPT) – madalaimal temperatuuril, mille juures punktide moodustumine toimub.Põhimõtteliselt on PREN proportsionaalne CPT-ga.Seetõttu näitavad kõrgemad PREN väärtused suuremat täppide tekitamise takistust.PREN-i väike tõus võrdub sulamiga võrreldes vaid väikese CPT suurenemisega, samas kui PREN-i suur tõus näitab jõudluse olulist paranemist võrreldes palju kõrgema CPT-ga.
Tabelis 1 võrreldakse PREN väärtusi erinevate avamere nafta- ja gaasitööstuses tavaliselt kasutatavate sulamite jaoks.See näitab, kuidas spetsifikatsioon võib oluliselt parandada korrosioonikindlust, valides kvaliteetsema torusulami.PREN suureneb veidi 316 SS-lt 317 SS-le.Super Austenitic 6 Mo SS või Super Duplex 2507 SS on ideaalsed märkimisväärse jõudluse suurendamiseks.
Roostevaba terase kõrgem nikli (Ni) kontsentratsioon suurendab ka korrosioonikindlust.Roostevaba terase niklisisaldus ei kuulu aga PREN võrrandisse.Igal juhul on sageli kasulik valida suurema niklisisaldusega roostevaba teras, kuna see element aitab taaspassiveerida pindu, millel on lokaalse korrosiooni tunnused.Nikkel stabiliseerib austeniiti ja takistab martensiidi teket 1/8 jäiga toru painutamisel või külmtõmbamisel.Martensiit on metallide ebasoovitav kristalne faas, mis vähendab roostevaba terase vastupidavust lokaalsele korrosioonile ja kloriidi poolt põhjustatud pingepragudele.Kõrgsurvega vesinikgaasi rakenduste puhul on soovitav ka kõrgem niklisisaldus, vähemalt 12% 316/316L terases.ASTM 316/316L roostevaba terase minimaalne nõutav nikli kontsentratsioon on 10%.
Kohalik korrosioon võib tekkida kõikjal merekeskkonnas kasutatava torujuhtme osas.Siiski on süvendite teke tõenäolisem juba saastunud piirkondades, samas kui pragukorrosioon on tõenäolisem piirkondades, kus toru ja paigaldusseadmete vahel on kitsad vahed.Võttes aluseks PREN-i, saab spetsifikaator valida parima toruklassi, et minimeerida igasuguse lokaalse korrosiooni ohtu.
Kuid pidage meeles, et on ka teisi muutujaid, mis võivad korrosiooniohtu mõjutada.Näiteks mõjutab temperatuur roostevaba terase vastupidavust täppide tekkele.Kuuma merelise kliima korral tuleks tõsiselt kaaluda superausteniitsest 6-molübdeenterasest või superdupleks-2507 roostevabast terasest torusid, kuna need materjalid on suurepäraselt vastupidavad lokaalsele korrosioonile ja kloriidpragudele.Jahedama kliima jaoks võib piisata 316/316L torust, eriti kui seda on varem edukalt kasutatud.
Avamereplatvormide omanikud ja operaatorid saavad ka pärast torude paigaldamist võtta meetmeid korrosiooniriski minimeerimiseks.Nad peaksid hoidma torud puhtad ja neid regulaarselt värske veega loputama, et vähendada aukude tekke ohtu.Samuti peaksid hooldustehnikud rutiinse kontrolli käigus klambrid avama, et kontrollida pragude korrosiooni.
Järgides ülaltoodud samme, saavad platvormi omanikud ja operaatorid vähendada torude korrosiooni ja sellega seotud lekete ohtu merekeskkonnas, parandada ohutust ja tõhusust ning vähendada toote kadumise või lenduvate heitmete võimalust.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Naftainseneride seltsi lipulaev ajakiri Journal of Petroleum Technology pakub autoriteetseid lühikokkuvõtteid ja artikleid eelnevate tehnoloogiate edusammude, nafta- ja gaasitööstuse probleemide kohta ning uudiseid SPE ja selle liikmete kohta.