Vaatamata roostevabast terasest torude loomupärasele korrosioonikindlusele puutuvad merekeskkonda paigaldatud roostevabast terasest torud oma eeldatava kasutusea jooksul kokku erinevat tüüpi korrosiooniga. See korrosioon võib põhjustada lenduvaid heitkoguseid, tootekadusid ja võimalikke riske. Avamereplatvormide omanikud ja operaatorid saavad korrosiooniriski vähendada, määrates kindlaks tugevamad torumaterjalid, mis pakuvad paremat korrosioonikindlust. Pärast seda peavad nad keemiliste sissepritsetorude, hüdrauliliste ja impulsstorude ning protsessiinstrumentide ja -seadmete kontrollimisel olema valvsad, et tagada, et korrosioon ei ohusta paigaldatud torustiku terviklikkust ega kahjusta ohutust.
Lokaliseeritud korrosiooni võib leida paljudel platvormidel, laevadel ja avamere torujuhtmetel. See korrosioon võib esineda punkt- või pilukorrosioonina, mis mõlemad võivad toru seina söövitada ja põhjustada vedeliku lekkimist.
Korrosioonioht suureneb koos rakenduse töötemperatuuri tõusuga. Kuumus võib kiirendada toru kaitsva välimise passiivse oksiidkihi lagunemist, soodustades seeläbi punktkorrosiooni.
Kahjuks on lokaliseeritud punkt- ja pragukorrosiooni raske tuvastada, mis raskendab seda tüüpi korrosiooni tuvastamist, ennustamist ja projekteerimist. Neid riske arvestades peavad platvormide omanikud, operaatorid ja volitatud isikud olema ettevaatlikud oma rakenduse jaoks parima torujuhtme materjali valimisel. Materjali valik on nende esimene kaitseliin korrosiooni vastu, seega on õige valik väga oluline. Õnneks saavad nad valida väga lihtsa, kuid väga tõhusa lokaliseeritud korrosioonikindluse mõõdu – punktkorrosioonikindluse ekvivalentnumbri (PREN). Mida kõrgem on metalli PREN-väärtus, seda suurem on selle vastupidavus lokaliseeritud korrosioonile.
See artikkel vaatleb, kuidas tuvastada punkt- ja pragukorrosiooni ning kuidas optimeerida torumaterjali valikut avamere nafta- ja gaasirakenduste jaoks, lähtudes materjali PREN-väärtusest.
Lokaliseeritud korrosioon tekib väikestel aladel võrreldes üldise korrosiooniga, mis on metalli pinnal ühtlasem. 316 roostevabast terasest torudel hakkavad punkt- ja pragukorrosioon tekkima siis, kui metalli välimine kroomirikas passiivoksiidi kile laguneb kokkupuutel söövitavate vedelikega, sealhulgas soolase veega. Kloriididerikas merekeskkond, samuti kõrge temperatuur ja isegi toru pinna saastumine suurendavad selle passiivkihi lagunemise tõenäosust.
Punktkorrosioon Punktkorrosioon tekib siis, kui torulõigul olev passiivkiht puruneb, moodustades toru pinnale väikesed õõnsused või süvendid. Sellised süvendid kasvavad tõenäoliselt elektrokeemiliste reaktsioonide käigus, mille tulemusel metallis olev raud lahustub süvendi põhjas olevas lahuses. Lahustunud raud difundeerub seejärel süvendi ülaossa ja oksüdeerub, moodustades raudoksiidi või rooste. Süvenedes elektrokeemilised reaktsioonid kiirenevad, korrosioon suureneb, mis võib viia toru seina perforatsioonini ja lekete tekkeni.
Torud on süvendumusele vastuvõtlikumad, kui nende välispind on saastunud (joonis 1). Näiteks keevitus- ja lihvimistöödel tekkivad saasteained võivad kahjustada toru passiivoksiidikihti, moodustades ja kiirendades seeläbi süvendumist. Sama kehtib ka torudest pärineva reostuse kohta. Lisaks kaitsevad torudele moodustunud märjad soolakristallid oksiidikihti, kui soolatilgad aurustuvad, ja võivad põhjustada süvendumist. Sellise saastumise vältimiseks hoidke torusid puhtana, loputades neid regulaarselt värske veega.
Joonis 1. Happe, soolalahuse ja muude ladestustega saastunud 316/316L roostevabast terasest toru on väga vastuvõtlik auklikule korrosioonile.
Pragukorrosioon. Enamasti on operaatoril võimalik punktkorrosiooni kergesti tuvastada. Pragukorrosiooni pole aga kerge tuvastada ning see kujutab endast suuremat ohtu nii operaatoritele kui ka personalile. Tavaliselt juhtub see torude puhul, mille ümbritsevate materjalide vahel on kitsad vahed, näiteks klambritega kinnitatud torude või tihedalt üksteise kõrvale pakitud torude puhul. Kui soolvesi imbub pragusse, tekib selles piirkonnas aja jooksul keemiliselt agressiivne hapestatud raud(III)kloriidi lahus (FeCl3), mis kiirendab pragukorrosiooni (joonis 2). Kuna pragu ise suurendab korrosiooniohtu, võib pragukorrosioon tekkida palju madalamatel temperatuuridel kui punktkorrosioon.
Joonis 2 – Pilukorrosioon võib tekkida toru ja torutoe vahele (ülemine osa) ning toru paigaldamisel teiste pindade lähedale (alumine osa) keemiliselt agressiivse hapestatud raud(III)kloriidi lahuse moodustumise tõttu pilusse.
Pilukorrosioon simuleerib tavaliselt esmalt torusektsiooni ja toru tugikrae vahel tekkinud aukliku korrosiooni teket. Kuid Fe++ kontsentratsiooni suurenemise tõttu prao sees olevas vedelikus muutub esialgne lehter aina suuremaks, kuni see katab kogu prao. Lõppkokkuvõttes võib praokorrosioon viia toru perforatsioonini.
Tihedad praod kujutavad endast suurimat korrosiooniohtu. Seetõttu on toruklambrid, mis ümbritsevad suuremat osa toru ümbermõõdust, riskantsemad kui avatud klambrid, mis minimeerivad toru ja klambri vahelist kontaktpinda. Hooldustehnikud saavad aidata pragude korrosioonikahjustuste või rikete ohtu vähendada, avades klambreid regulaarselt ja kontrollides toru pinda korrosiooni suhtes.
Täpp- ja pragukorrosiooni saab vältida, valides rakenduse jaoks õige metallisulami. Spetsifikaatorite koostajad peavad optimaalse torustikumaterjali valimisel olema hoolas, et minimeerida korrosiooniohtu, olenevalt protsessikeskkonnast, protsessitingimustest ja muudest muutujatest.
Materjalivaliku optimeerimise hõlbustamiseks saavad spetsifikatsioonide koostajad võrrelda metallide PREN-väärtusi, et määrata nende vastupidavust lokaliseeritud korrosioonile. PREN-i saab arvutada sulami keemilise koostise, sealhulgas kroomi (Cr), molübdeeni (Mo) ja lämmastiku (N) sisalduse põhjal järgmiselt:
PREN suureneb koos sulamis sisalduvate korrosioonikindlate elementide (kroomi, molübdeeni ja lämmastiku) sisaldusega. PREN-i suhe põhineb kriitilisel punktkorrosioonitemperatuuril (CPT) – madalaimal temperatuuril, mille juures punktkorrosioon toimub – erinevate roostevabade teraste puhul, olenevalt keemilisest koostisest. Põhimõtteliselt on PREN proportsionaalne CPT-ga. Seega näitavad kõrgemad PREN-i väärtused suuremat punktkorrosioonikindlust. PREN-i väike suurenemine on samaväärne vaid väikese CPT suurenemisega võrreldes sulamiga, samas kui PREN-i suur suurenemine näitab olulist jõudluse paranemist võrreldes oluliselt kõrgema CPT-ga.
Tabel 1 võrdleb avamere nafta- ja gaasitööstuses tavaliselt kasutatavate erinevate sulamite PREN-väärtusi. See näitab, kuidas kvaliteetsema torusulami valimine võib oluliselt parandada korrosioonikindlust. PREN-väärtus suureneb veidi 316 SS-lt 317 SS-le. Super austeniitne 6 Mo SS või Super duplex 2507 SS sobivad ideaalselt jõudluse märkimisväärseks suurendamiseks.
Kõrgem nikli (Ni) kontsentratsioon roostevabas terases suurendab ka korrosioonikindlust. Roostevaba terase niklisisaldus ei ole aga PREN-võrrandi osa. Igal juhul on sageli kasulik valida kõrgema niklisisaldusega roostevabad terased, kuna see element aitab repasiveerida pindu, millel on lokaalse korrosiooni tunnused. Nikkel stabiliseerib austeniiti ja hoiab ära martensiidi tekke 1/8 jäiga toru painutamisel või külmtõmbamisel. Martensiit on metallides soovimatu kristalliline faas, mis vähendab roostevaba terase vastupidavust lokaalsele korrosioonile ja kloriididest põhjustatud pingepragunemisele. Kõrgem niklisisaldus, vähemalt 12% 316/316L terases, on soovitav ka kõrgsurve vesinikgaasi rakenduste jaoks. ASTM 316/316L roostevaba terase minimaalne nikli kontsentratsioon on 10%.
Lokaliseeritud korrosiooni võib esineda kõikjal merekeskkonnas kasutatavatel torudel. Siiski on punktkorrosioon tõenäolisem juba saastunud piirkondades, samas kui pragukorrosioon tekib tõenäolisemalt piirkondades, kus toru ja paigaldusseadmete vahel on kitsad vahed. Kasutades PREN-i alusena, saab spetsifikatsiooni koostaja valida parima torusulami, et minimeerida igasuguse lokaliseeritud korrosiooni ohtu.
Siiski tuleb meeles pidada, et korrosiooniohtu võivad mõjutada ka muud muutujad. Näiteks mõjutab temperatuur roostevaba terase vastupidavust punktkorrosioonile. Kuuma merelise kliima jaoks tuleks tõsiselt kaaluda superausteniitse 6 molübdeenterase või superdupleks 2507 roostevabast terasest torusid, kuna neil materjalidel on suurepärane vastupidavus lokaalsele korrosioonile ja kloriidipragunemisele. Jahedama kliima jaoks võib piisata 316/316L torust, eriti kui toru on edukalt kasutatud.
Avamereplatvormide omanikud ja operaatorid saavad pärast torude paigaldamist astuda samme korrosiooniohu minimeerimiseks. Nad peaksid torusid puhtana hoidma ja regulaarselt mageveega loputama, et vähendada aukliku korrosiooni ohtu. Samuti peaksid nad laskma hooldustehnikutel tavapäraste kontrollide käigus toruklambreid avada, et kontrollida pragude korrosiooni.
Järgides ülaltoodud samme, saavad platvormide omanikud ja operaatorid vähendada torude korrosiooni ja sellega seotud lekete ohtu merekeskkonnas, parandada ohutust ja tõhusust ning vähendada tootekao või lenduvate heitkoguste võimalust.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology on Naftainseneriühingu (Society of Petroleum Engineers) juhtiv ajakiri, mis sisaldab autoriteetseid kokkuvõtteid ja artikleid tehnoloogia edusammude, nafta- ja gaasitööstuse probleemide ning SPE ja selle liikmete uudiste kohta.