با وجود مقاومت ذاتی لوله‌های فولادی ضد زنگ در برابر خوردگی، لوله‌های فولادی ضد زنگ نصب شده در محیط‌های دریایی انواع مختلفی از خوردگی را در طول عمر مورد انتظار خود تجربه می‌کنند. این خوردگی می‌تواند منجر به انتشار گازهای گلخانه‌ای فراری، از دست دادن محصول و خطرات بالقوه شود. مالکان و اپراتورهای سکوی دریایی می‌توانند با مشخص کردن مواد قوی‌تر در برابر خوردگی، زمانی که مواد لوله مقاوم‌تر در برابر خوردگی مقاوم‌تر هستند، خطر خوردگی را کاهش دهند. خطوط صوتی و ضربه ای و تجهیزات ابزار دقیق و حسگر فرآیند برای اطمینان از خوردگی، یکپارچگی لوله های نصب شده را تهدید نمی کند و ایمنی را به خطر نمی اندازد.
خوردگی موضعی را می توان در بسیاری از سکوها، کشتی ها، کشتی ها و لوله ها در تاسیسات دریایی یافت. این خوردگی می تواند به صورت خوردگی حفره ای یا شکافی باشد که هر یک می تواند دیواره لوله را فرسایش دهد و باعث آزاد شدن سیال شود.
خطر خوردگی زمانی که دمای عملیاتی برنامه افزایش می‌یابد بیشتر می‌شود. گرما می‌تواند باعث تسریع تخریب لایه اکسید غیرفعال بیرونی محافظ لوله شود و در نتیجه باعث ایجاد خوردگی حفره‌ای می‌شود.
متأسفانه، تشخیص خوردگی حفره‌ای و شکاف موضعی می‌تواند دشوار باشد و شناسایی، پیش‌بینی و طراحی این نوع خوردگی را دشوارتر می‌کند. با توجه به این خطرات، صاحبان پلت‌فرم، اپراتورها و طراحان باید در انتخاب بهترین مواد لوله‌کشی برای کاربردشان احتیاط کنند. انتخاب مواد اولین خط دفاعی آنها در برابر خوردگی است، بنابراین انتخاب آن‌ها بسیار ساده است. عدد معادل مقاومت (PREN). هر چه مقدار PREN یک فلز بیشتر باشد، مقاومت آن در برابر خوردگی موضعی بالاتر است.
این مقاله نحوه شناسایی خوردگی حفره ای و شکافی و نحوه بهینه سازی انتخاب مواد لوله برای کاربردهای نفت و گاز دریایی بر اساس مقدار PREN مواد را بررسی می کند.
خوردگی موضعی در مناطق کوچک در مقایسه با خوردگی عمومی رخ می دهد که در سطح فلز یکنواخت تر است. خوردگی حفره ای و شکافی روی 316 لوله فولادی ضد زنگ زمانی که لایه بیرونی اکسید غیرفعال غنی از کروم فلز به دلیل قرار گرفتن در معرض سیالات خورنده، از جمله آب نمک با درجه حرارت بالا، کلرید و محیط غشاء از چاه پاره می شود، شروع به شکل گیری می کند. سطح لوله، پتانسیل تخریب این فیلم غیرفعال را افزایش می دهد.
حفره ای. خوردگی حفره ای زمانی اتفاق می افتد که فیلم غیرفعال سازی روی یک لوله از بین می رود و حفره ها یا حفره های کوچکی روی سطح لوله ایجاد می کند. چنین حفره هایی احتمالاً با انجام واکنش های الکتروشیمیایی رشد می کنند و باعث می شوند آهن موجود در فلز در محلول پایین گودال حل شود. سپس آهن محلول در حفره آهن به سمت بالای گودال پخش می شود و یا اکسید می شود. واکنش های الکتروشیمیایی تسریع می شود، خوردگی تشدید می شود و می تواند منجر به سوراخ شدن دیواره لوله و نشتی شود.
لوله زمانی که سطح بیرونی آن آلوده باشد بیشتر مستعد خوردگی حفره ای است (شکل 1). برای مثال، آلودگی ناشی از عملیات جوشکاری و سنگ زنی می تواند به لایه اکسید غیرفعال لوله آسیب برساند و در نتیجه خوردگی حفره ای را تشکیل داده و تسریع کند. همین امر در مورد صرفاً مقابله با آلودگی ناشی از لوله ها نیز صدق می کند. لوله‌ها همین کار را برای محافظت از لایه اکسید انجام می‌دهند و می‌توانند منجر به خوردگی حفره‌ای شوند. برای جلوگیری از این نوع آلودگی‌ها، لوله‌های خود را با شستشوی منظم با آب تازه تمیز نگه دارید.
شکل 1 - لوله فولادی ضد زنگ 316/316L آلوده به اسید، آب نمک و سایر رسوبات به شدت در برابر خوردگی حفره ای حساس است.
خوردگی شکاف. در اکثر موارد، سوراخ‌شدگی را می‌توان به راحتی توسط اپراتور تشخیص داد. با این حال، تشخیص خوردگی شکاف آسان نیست و خطر بیشتری برای اپراتورها و پرسنل دارد. معمولاً در لوله‌هایی رخ می‌دهد که دارای فضاهای تنگ بین مواد اطراف هستند، مانند لوله‌هایی که با گیره‌ها در جای خود نگه داشته می‌شوند یا لوله‌هایی که به صورت محکم‌تر در کنار هم به شکل اسیدی در کنار هم نصب می‌شوند. محلول کلرید (FeCl3) در طول زمان در منطقه تشکیل می شود و باعث خوردگی شکاف تسریع می شود (شکل 2). از آنجایی که شکاف ها خود خطر خوردگی را افزایش می دهند، خوردگی شکاف می تواند در دماهای بسیار پایین تر از خوردگی حفره ای رخ دهد.
شکل 2 - خوردگی شکافی ممکن است بین لوله و تکیه گاه لوله (بالا) و هنگامی که لوله در نزدیکی سطوح دیگر (پایین) نصب می شود به دلیل تشکیل محلول اسیدی شده اسیدی شده شیمیایی در شکاف ایجاد شود.
خوردگی شکافی معمولاً خوردگی حفره‌ای را ابتدا در شکاف ایجاد شده بین طول لوله و گیره نگهدارنده لوله شبیه‌سازی می‌کند. با این حال، به دلیل افزایش غلظت آهن ++ در سیال درون شکستگی، دهانه اولیه بزرگ‌تر و بزرگ‌تر می‌شود تا زمانی که کل شکستگی را بپوشاند. در نهایت، خوردگی شکاف می‌تواند لوله را سوراخ کند.
ترک‌های محکم بیشترین خطر خوردگی را دارند. بنابراین، گیره‌های لوله‌ای که در اطراف بیشتر محیط لوله قرار می‌گیرند، نسبت به گیره‌های باز که سطح تماس لوله و گیره را به حداقل می‌رسانند، خطر بیشتری دارند.
با انتخاب آلیاژ فلزی مناسب برای کاربرد، می توان از خوردگی حفره و شکاف به بهترین وجه جلوگیری کرد. مشخص کننده ها باید دقت لازم را برای انتخاب مواد لوله کشی بهینه برای به حداقل رساندن خطر خوردگی بر اساس محیط عملیاتی، شرایط فرآیند و سایر متغیرها انجام دهند.
برای کمک به تعیین کننده ها در بهینه سازی انتخاب مواد، آنها می توانند مقادیر PREN فلزات را برای تعیین مقاومت آنها در برابر خوردگی موضعی مقایسه کنند. PREN را می توان از ترکیب شیمیایی آلیاژ، از جمله محتوای کروم (Cr)، مولیبدن (Mo) و نیتروژن (N) آن به شرح زیر محاسبه کرد:
PREN با محتوای عناصر مقاوم در برابر خوردگی کروم، مولیبدن و نیتروژن در آلیاژ افزایش می‌یابد. رابطه PREN بر اساس دمای حفره‌ای بحرانی (CPT) - پایین‌ترین دمایی که در آن خوردگی حفره‌ای مشاهده می‌شود - برای فولادهای ضد زنگ مختلف در رابطه با ترکیب شیمیایی است. اساساً، PTEN بالاتر است. افزایش اندک در PREN تنها معادل افزایش اندک در CPT در مقایسه با آلیاژ است، در حالی که افزایش زیاد در PREN نشان‌دهنده بهبود عملکرد قابل‌توجه‌تر برای CPT به طور قابل‌توجهی بالاتر است.
جدول 1 مقادیر PREN آلیاژهای مختلف را که معمولاً در کاربردهای نفت و گاز در دریا استفاده می شود مقایسه می کند. نشان می دهد که چگونه مشخصات می تواند مقاومت در برابر خوردگی را با انتخاب یک آلیاژ لوله با درجه بالاتر به طور قابل توجهی بهبود بخشد. PREN در هنگام انتقال از فولاد ضد زنگ 316 به 317 تنها اندکی افزایش می یابد. برای افزایش عملکرد قابل توجه، 6 مولفه فولاد ضد زنگ فوق العاده استالکس 25 به طور ایده آل در فولاد ضد زنگ 25 استفاده می شود.
غلظت‌های بالاتر نیکل (Ni) در فولاد ضد زنگ نیز مقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهد. با این حال، محتوای نیکل فولاد ضد زنگ بخشی از معادله PREN نیست. در هر صورت، مشخص کردن فولادهای زنگ نزن با غلظت نیکل بالاتر اغلب سودمند است، زیرا این عنصر به منفعل شدن مجدد سطوحی که باعث ایجاد زنگ زدگی موضعی می‌شوند، کمک می‌کند. لوله سخت 1/8 کشش سرد. مارتنزیت یک فاز کریستالی نامطلوب در فلزات است که مقاومت فولاد ضد زنگ را در برابر خوردگی موضعی و همچنین ترک‌خوردگی ناشی از تنش ناشی از کلرید کاهش می‌دهد. محتوای نیکل بالاتر حداقل 12 درصد در 316/316L نیز برای کاربردهایی با حداقل فشار هیدروژنی13/6 کلرید مورد نیاز است. فولاد کمتر در مشخصات استاندارد ASTM 10٪ است.
خوردگی موضعی می‌تواند در هر جایی از لوله‌های مورد استفاده در محیط‌های دریایی رخ دهد. با این حال، خوردگی حفره‌ای در مناطقی که قبلاً آلوده شده‌اند بیشتر رخ می‌دهد، در حالی که خوردگی شکافی در مناطقی با شکاف‌های باریک بین لوله و سخت‌افزار نصب رخ می‌دهد.
با این حال، به خاطر داشته باشید که متغیرهای دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند بر ریسک خوردگی تأثیر بگذارند. برای مثال، دما بر مقاومت حفره‌ای فولاد ضد زنگ تأثیر می‌گذارد. برای آب و هوای گرم دریایی، لوله‌های فولادی ضد زنگ فوق‌العاده آستنیتی 6 مولیبدن یا فولاد ضد زنگ فوق دوبلکس 2507 باید به طور جدی در نظر گرفته شوند، زیرا این مواد مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی موضعی و به ویژه برای ترک‌خوردگی با استرس کلریدی دارند. استفاده موفقیت آمیز ایجاد شده است.
مالکان و اپراتورهای سکوی دریایی همچنین می توانند اقداماتی را برای به حداقل رساندن خطر خوردگی پس از نصب لوله انجام دهند. آنها باید لوله ها را به طور منظم تمیز و با آب شیرین تمیز نگه دارند تا خطر خوردگی حفره ای کاهش یابد. همچنین باید تکنسین های تعمیر و نگهداری را در طول بازرسی های معمول برای بررسی وجود خوردگی شکاف باز کنند.
با پیروی از مراحل ذکر شده در بالا، صاحبان پلت فرم و اپراتورها می توانند خطر خوردگی لوله ها و نشت های مربوط به آن را در محیط های دریایی کاهش دهند، ایمنی و کارایی را بهبود بخشند و در عین حال احتمال از دست دادن محصول یا انتشار گازهای گلخانه ای فرار را کاهش دهند.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
مجله فناوری نفت، مجله شاخص انجمن مهندسین نفت است که خلاصه و ویژگی های معتبری را در مورد پیشرفت های فناوری اکتشاف و تولید، مسائل صنعت نفت و گاز و اخبار در مورد SPE و اعضای آن ارائه می دهد.