با وجود مقاومت ذاتی لوله های فولادی ضد زنگ در برابر خوردگی، لوله های فولادی ضد زنگ نصب شده در محیط های دریایی در طول عمر مورد انتظار خود در معرض انواع مختلفی از خوردگی هستند.این خوردگی می تواند منجر به انتشار فرار، تلفات محصول و خطرات بالقوه شود.صاحبان و اپراتورهای سکوی دریایی می توانند با تعیین مواد لوله قوی تر از همان ابتدا برای مقاومت در برابر خوردگی بهتر، خطر خوردگی را کاهش دهند.پس از آن، آنها باید هنگام بازرسی خطوط تزریق مواد شیمیایی، خطوط هیدرولیک و ضربه ای، و ابزار دقیق و ابزار دقیق پردازش کنند تا اطمینان حاصل کنند که خوردگی یکپارچگی لوله های نصب شده را تهدید نمی کند یا ایمنی را به خطر نمی اندازد.
خوردگی موضعی را می توان در بسیاری از سکوها، کشتی ها، کشتی ها و خطوط لوله دریایی یافت.این خوردگی می تواند به صورت خوردگی حفره ای یا شکافی باشد که هر کدام می تواند باعث فرسایش دیواره لوله و ترشح مایع شود.
با افزایش دمای عملیاتی برنامه، خطر خوردگی افزایش می یابد.گرما می تواند تخریب لایه اکسید غیرفعال محافظ بیرونی لوله را تسریع کند و در نتیجه باعث ایجاد حفره می شود.
متأسفانه تشخیص خوردگی حفره‌ای و شکاف موضعی دشوار است و شناسایی، پیش‌بینی و طراحی این نوع خوردگی را دشوار می‌کند.با توجه به این خطرات، صاحبان پلت فرم، اپراتورها و طراحان باید در انتخاب بهترین مواد خط لوله برای کاربردشان احتیاط کنند.انتخاب مواد اولین خط دفاعی آنها در برابر خوردگی است، بنابراین درست کردن آن بسیار مهم است.خوشبختانه، آنها می توانند از یک معیار بسیار ساده اما بسیار موثر برای مقاومت در برابر خوردگی موضعی استفاده کنند، عدد معادل مقاومت حفره ای (PREN).هر چه مقدار PREN یک فلز بیشتر باشد، مقاومت آن در برابر خوردگی موضعی بالاتر است.
این مقاله به چگونگی شناسایی خوردگی حفره ای و شکافی و نحوه بهینه سازی انتخاب مواد لوله برای کاربردهای نفت و گاز دریایی بر اساس ارزش PREN مواد می پردازد.
خوردگی موضعی در مناطق کوچک در مقایسه با خوردگی عمومی رخ می دهد که روی سطح فلز یکنواخت تر است.هنگامی که لایه بیرونی اکسید غیرفعال غنی از کروم فلز در اثر قرار گرفتن در معرض مایعات خورنده از جمله آب نمک پاره می شود، خوردگی حفره ای و شکافی روی لوله فولادی ضد زنگ 316 شروع به تشکیل می شود.محیط های دریایی غنی از کلریدها و همچنین دماهای بالا و حتی آلودگی سطح لوله، احتمال تخریب این فیلم غیرفعال را افزایش می دهد.
حفره خوردگی حفره ای زمانی رخ می دهد که فیلم غیرفعال سازی روی قسمتی از لوله شکسته شود و حفره ها یا حفره های کوچکی روی سطح لوله ایجاد شود.چنین گودال‌هایی احتمالاً با ادامه واکنش‌های الکتروشیمیایی رشد می‌کنند، در نتیجه آهن موجود در فلز در محلول در کف چاله حل می‌شود.سپس آهن حل شده به بالای گودال پخش می شود و اکسید می شود و اکسید آهن یا زنگ می دهد.با عمیق شدن گودال، واکنش های الکتروشیمیایی تسریع می شود، خوردگی افزایش می یابد، که می تواند منجر به سوراخ شدن دیواره لوله و منجر به نشتی شود.
اگر سطح بیرونی آنها آلوده باشد، لوله ها بیشتر مستعد سوراخ شدن هستند (شکل 1).به عنوان مثال، آلاینده های حاصل از عملیات جوشکاری و سنگ زنی می توانند به لایه اکسید غیرفعال لوله آسیب برسانند و در نتیجه حفره ایجاد و تسریع کنند.همین امر برای مقابله با آلودگی ناشی از لوله ها نیز صدق می کند.علاوه بر این، با تبخیر قطرات نمک، کریستال های نمک مرطوب که روی لوله ها تشکیل می شوند از لایه اکسید محافظت می کنند و می توانند منجر به ایجاد حفره شوند.برای جلوگیری از این نوع آلودگی ها، لوله های خود را با شستشوی منظم با آب شیرین تمیز نگه دارید.
شکل 1. لوله فولادی ضد زنگ 316/316L آلوده به اسید، نمک و سایر رسوبات به شدت مستعد سوراخ شدن است.
خوردگی شکافدر بیشتر موارد، حفره شدن توسط اپراتور به راحتی قابل تشخیص است.با این حال، تشخیص خوردگی شکاف آسان نیست و خطرات بیشتری را برای اپراتورها و پرسنل ایجاد می کند.این معمولاً در لوله‌هایی رخ می‌دهد که دارای شکاف‌های باریکی بین مواد اطراف هستند، مانند لوله‌هایی که با گیره‌ها در جای خود نگه داشته می‌شوند یا لوله‌هایی که محکم در کنار یکدیگر قرار دارند.هنگامی که آب نمک به داخل شکاف نفوذ می کند، با گذشت زمان، یک محلول اسیدی شده شیمیایی تهاجمی کلرید آهن (FeCl3) در این ناحیه تشکیل می شود که باعث خوردگی سریع شکاف می شود (شکل 2).از آنجایی که خوردگی شکاف ذاتاً خطر خوردگی را افزایش می دهد، خوردگی شکاف می تواند در دماهای بسیار پایین تر از حفره ای رخ دهد.
شکل 2 - خوردگی شکافی می تواند بین لوله و تکیه گاه لوله (بالا) و زمانی که لوله در نزدیکی سطوح دیگر (پایین) نصب می شود به دلیل تشکیل محلول اسیدی تهاجمی شیمیایی از کلرید آهن در شکاف ایجاد شود.
خوردگی شکافی معمولاً ابتدا حفره در شکاف ایجاد شده بین بخش لوله و یقه تکیه گاه لوله را شبیه سازی می کند.اما به دلیل افزایش غلظت Fe++ در مایع داخل شکستگی، قیف اولیه بزرگتر و بزرگتر می شود تا جایی که کل شکستگی را بپوشاند.در نهایت، خوردگی شکاف می تواند منجر به سوراخ شدن لوله شود.
ترک های متراکم بیشترین خطر خوردگی را نشان می دهند.بنابراین، گیره های لوله ای که بخش بزرگی از محیط لوله را احاطه کرده اند، نسبت به گیره های باز که سطح تماس بین لوله و گیره را به حداقل می رساند، خطر بیشتری دارند.تکنسین های سرویس می توانند با باز کردن منظم وسایل و بازرسی سطوح لوله از نظر خوردگی به کاهش احتمال آسیب خوردگی شکاف یا شکست کمک کنند.
با انتخاب آلیاژ فلزی مناسب برای کاربرد خاص می توان از خوردگی حفره و شکاف جلوگیری کرد.مشخص‌کننده‌ها باید در انتخاب مواد لوله‌کشی بهینه برای به حداقل رساندن خطر خوردگی، بسته به محیط عملیاتی، شرایط فرآیند و سایر متغیرها، دقت لازم را 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 روی شیمی آلیاژ، از جمله محتوای کروم (Cr)، مولیبدن (Mo) و نیتروژن (N) آن به صورت زیر محاسبه کرد:
PREN با محتوای عناصر مقاوم در برابر خوردگی کروم، مولیبدن و نیتروژن در آلیاژ افزایش می یابد.نسبت PREN بر اساس دمای حفره‌ای بحرانی (CPT) - پایین‌ترین دمایی که در آن حفره‌گیری رخ می‌دهد - برای فولادهای ضد زنگ مختلف بسته به ترکیب شیمیایی است.اساسا، PREN متناسب با CPT است.بنابراین، مقادیر بالاتر PREN نشان دهنده مقاومت بالاتر حفره ای است.افزایش اندک در PREN تنها با افزایش اندک در CPT در مقایسه با آلیاژ معادل است، در حالی که افزایش زیاد در PREN نشان دهنده بهبود قابل توجهی در عملکرد نسبت به CPT بسیار بالاتر است.
جدول 1 مقادیر PREN را برای آلیاژهای مختلف که معمولاً در صنعت نفت و گاز دریایی استفاده می شود مقایسه می کند.این نشان می دهد که چگونه مشخصات می تواند تا حد زیادی مقاومت در برابر خوردگی را با انتخاب یک آلیاژ لوله با کیفیت بالاتر بهبود بخشد.PREN اندکی از 316 SS به 317 SS افزایش می یابد.Super Austenitic 6 Mo SS یا Super Duplex 2507 SS برای افزایش عملکرد قابل توجه ایده آل هستند.
غلظت بالای نیکل (Ni) در فولاد ضد زنگ نیز مقاومت به خوردگی را افزایش می دهد.با این حال، محتوای نیکل فولاد ضد زنگ بخشی از معادله PREN نیست.در هر صورت، اغلب انتخاب فولادهای ضد زنگ با محتوای نیکل بالاتر سودمند است، زیرا این عنصر به بازیابی سطوحی که نشانه‌های خوردگی موضعی را نشان می‌دهند، کمک می‌کند.نیکل آستنیت را تثبیت می کند و از تشکیل مارتنزیت در هنگام خم شدن یا کشیدن سرد 1/8 لوله صلب جلوگیری می کند.مارتنزیت یک فاز کریستالی نامطلوب در فلزات است که مقاومت فولاد ضد زنگ را در برابر خوردگی موضعی و همچنین ترک خوردگی ناشی از استرس ناشی از کلرید کاهش می دهد.محتوای نیکل بالاتر حداقل 12 درصد در فولاد 316/316L نیز برای کاربردهای گاز هیدروژن با فشار بالا مطلوب است.حداقل غلظت نیکل مورد نیاز برای فولاد ضد زنگ ASTM 316/316L 10 درصد است.
خوردگی موضعی می تواند در هر نقطه از خط لوله مورد استفاده در محیط های دریایی رخ دهد.با این حال، حفره‌ها در مناطقی که قبلاً آلوده هستند بیشتر اتفاق می‌افتد، در حالی که خوردگی شکاف در مناطقی با شکاف‌های باریک بین لوله و تجهیزات نصب رخ می‌دهد.با استفاده از PREN به عنوان پایه، مشخص کننده می تواند بهترین درجه لوله را برای به حداقل رساندن خطر هر نوع خوردگی موضعی انتخاب کند.
با این حال، به خاطر داشته باشید که متغیرهای دیگری نیز وجود دارند که می توانند بر خطر خوردگی تأثیر بگذارند.به عنوان مثال، دما بر مقاومت فولاد ضد زنگ در برابر سوراخ شدن تأثیر می گذارد.برای آب و هوای گرم دریایی، لوله های فولادی ضد زنگ فوق آستنیتی 6 مولیبدن یا سوپر دوبلکس 2507 باید به طور جدی مورد توجه قرار گیرند زیرا این مواد در برابر خوردگی موضعی و ترک خوردگی کلرید مقاومت بسیار خوبی دارند.برای آب و هوای سردتر، یک لوله 316/316L ممکن است کافی باشد، به خصوص اگر سابقه استفاده موفقیت آمیز وجود داشته باشد.
مالکان و اپراتورهای سکوی دریایی نیز می توانند اقداماتی را برای به حداقل رساندن خطر خوردگی پس از نصب لوله انجام دهند.آنها باید لوله ها را تمیز نگه دارند و مرتباً با آب شیرین شسته شوند تا خطر ایجاد حفره کاهش یابد.آنها همچنین باید از تکنسین های تعمیر و نگهداری بخواهند که گیره ها را در طول بازرسی های معمول برای بررسی خوردگی شکاف باز کنند.
با دنبال کردن مراحل بالا، صاحبان و اپراتورهای پلت فرم می توانند خطر خوردگی لوله و نشت های مربوط به آن را در محیط دریایی کاهش دهند، ایمنی و کارایی را بهبود بخشند و احتمال از دست دادن محصول یا انتشار گازهای گلخانه ای فراری را کاهش دهند.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
مجله فناوری نفت، نشریه شاخص انجمن مهندسین نفت، خلاصه ها و مقالات معتبری در مورد پیشرفت های فناوری بالادستی، مسائل صنعت نفت و گاز و اخبار مربوط به SPE و اعضای آن ارائه می دهد.