A rozsdamentes acélcsövek korrózióállósága ellenére a tengeri környezetben telepített rozsdamentes acélcsövek várható élettartamuk során különféle típusú korróziónak vannak kitéve.Ez a korrózió diffúz kibocsátáshoz, termékveszteséghez és potenciális kockázatokhoz vezethet.Az offshore platformok tulajdonosai és üzemeltetői csökkenthetik a korrózió kockázatát azáltal, hogy kezdettől fogva erősebb csőanyagokat határoznak meg a jobb korrózióállóság érdekében.Ezt követően ébernek kell maradniuk a vegyszer-befecskendező vezetékek, a hidraulikus és impulzusvezetékek, valamint a technológiai műszerek és műszerek ellenőrzésekor, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy a korrózió nem veszélyezteti a telepített csővezetékek épségét és nem veszélyezteti a biztonságot.
Lokalizált korrózió számos platformon, hajón, hajón és tengeri csővezetéken található.Ez a korrózió lyukas vagy réskorrózió formájában jelentkezhet, amelyek bármelyike ​​erodálhatja a csőfalat és folyadék szabadulását okozhatja.
A korrózió veszélye az alkalmazás üzemi hőmérsékletének növekedésével nő.A hő felgyorsíthatja a cső védő külső passzív oxidfilmjének lebomlását, ezáltal elősegítheti a lyukak kialakulását.
Sajnos a helyi lyuk- és réskorróziót nehéz észlelni, ami megnehezíti az ilyen típusú korrózió azonosítását, előrejelzését és tervezését.Tekintettel ezekre a kockázatokra, a platformtulajdonosoknak, üzemeltetőknek és megbízottaknak körültekintően kell eljárniuk az alkalmazásukhoz legjobb csővezeték-anyag kiválasztásánál.Az anyagválasztás az első védelmi vonal a korrózióval szemben, ezért nagyon fontos a megfelelő megoldás.Szerencsére használhatják a helyi korrózióállóság nagyon egyszerű, de nagyon hatékony mérőszámát, a Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) számot.Minél nagyobb egy fém PREN értéke, annál nagyobb a helyi korrózióval szembeni ellenállása.
Ez a cikk megvizsgálja, hogyan lehet azonosítani a lyuk- és réskorróziót, és hogyan lehet optimalizálni a csövek anyagának kiválasztását tengeri olaj- és gázipari alkalmazásokhoz az anyag PREN értéke alapján.
A lokális korrózió kis területeken fordul elő az általános korrózióhoz képest, amely egyenletesebb a fémfelületen.A 316 rozsdamentes acél csövön lyukkorrózió és réskorrózió akkor kezd kialakulni, amikor a fém külső krómban gazdag passzív oxidfilmje megreped a korrozív folyadékok, köztük a sós víz hatására.A kloridokban gazdag tengeri környezet, valamint a magas hőmérséklet és a csőfelület egyenletes szennyeződése növeli ennek a passzivációs filmnek a lebomlásának valószínűségét.
Gödrös korrózió akkor lép fel, amikor a passzivációs film egy csőszakaszon lebomlik, kis üregeket vagy gödröket képezve a cső felületén.Az ilyen gödrök valószínűleg növekedni fognak az elektrokémiai reakciók során, amelyek eredményeként a fémben lévő vas feloldódik az oldatban a gödör alján.Az oldott vas ezután a gödör tetejére diffundál, és oxidálódik, és vas-oxidot vagy rozsdát képez.A gödör mélyülésével az elektrokémiai reakciók felgyorsulnak, a korrózió fokozódik, ami a csőfal perforációjához és szivárgáshoz vezethet.
A csövek hajlamosabbak a lyukasztásra, ha a külső felületük szennyezett (1. ábra).Például a hegesztési és köszörülési műveletekből származó szennyeződések károsíthatják a cső passzivációs oxidrétegét, ezáltal lyukképződést alakíthatnak ki és felgyorsíthatják.Ugyanez vonatkozik a csövek által okozott szennyezés egyszerű kezelésére.Ezenkívül a sócseppek elpárolgása során a csöveken képződő nedves sókristályok védik az oxidréteget, és gödrösödéshez vezethetnek.Az ilyen típusú szennyeződések elkerülése érdekében tartsa tisztán a csöveket, rendszeresen öblítse le őket friss vízzel.
1. ábra. A savval, sóoldattal és egyéb lerakódásokkal szennyezett 316/316L rozsdamentes acél cső nagyon érzékeny a lyukvá válásra.
réskorrózió.A legtöbb esetben a gödrösödést a kezelő könnyen észleli.A réskorróziót azonban nem könnyű észlelni, és nagyobb kockázatot jelent a kezelők és a személyzet számára.Ez általában olyan csöveken fordul elő, amelyeknél keskeny rések vannak a környező anyagok között, például bilincsekkel rögzített csöveken vagy szorosan egymás mellett.Amikor a sóoldat beszivárog a résbe, idővel kémiailag agresszív savanyított vas-klorid oldat (FeCl3) képződik ezen a területen, ami a rés gyorsuló korrózióját okozza (2. ábra).Mivel a réskorrózió természeténél fogva növeli a korrózió kockázatát, a réskorrózió sokkal alacsonyabb hőmérsékleten fordulhat elő, mint a lyukkorrózió.
2. ábra – Részes korrózió alakulhat ki a cső és a csőtartó között (fent), valamint ha a csövet más felületekhez közel (alul) szerelik fel, mivel a résben kémiailag agresszív savanyított vas-klorid oldat képződik.
A réskorrózió általában azt szimulálja, hogy először a csőszakasz és a csőtartó gallér között kialakuló résben keletkezik lyuk.A törésen belüli folyadék Fe++ koncentrációjának növekedése miatt azonban a kezdeti tölcsér egyre nagyobb lesz, amíg be nem fedi a teljes törést.Végső soron a réskorrózió a cső perforációjához vezethet.
A sűrű repedések jelentik a legnagyobb korrózióveszélyt.Ezért a cső kerületének nagy részét körülvevő csőbilincsek általában kockázatosabbak, mint a nyitott bilincsek, amelyek minimalizálják a cső és a bilincs közötti érintkezési felületet.A szerviztechnikusok segíthetnek csökkenteni a réskorróziós károk vagy meghibásodások esélyét a szerelvények rendszeres kinyitásával és a csőfelületek korróziós ellenőrzésével.
A lyuk- és réskorrózió megelőzhető az adott alkalmazáshoz megfelelő fémötvözet kiválasztásával.A specifikálóknak kellő gondossággal kell kiválasztaniuk az optimális csőanyagot a korrózió kockázatának minimalizálása érdekében, a működési környezettől, a folyamat körülményeitől és egyéb változóktól függően.
Annak érdekében, hogy a specifikátorok optimalizálhassák anyagválasztásukat, összehasonlíthatják a fémek PREN-értékeit, hogy meghatározzák a helyi korrózióval szembeni ellenállásukat.A PREN kiszámítható az ötvözet kémiájából, beleértve az ötvözet króm- (Cr), molibdén- (Mo) és nitrogéntartalmát (N), az alábbiak szerint:
A PREN növekszik az ötvözetben lévő króm, molibdén és nitrogén korrózióálló elemek tartalmával.A PREN-arány a kritikus pontozási hőmérsékleten (CPT) – azon a legalacsonyabb hőmérsékleten, amelyen lyukképződés fordul elő – alapul különböző rozsdamentes acélok kémiai összetételétől függően.Lényegében a PREN arányos a CPT-vel.Ezért a magasabb PREN értékek nagyobb pitting ellenállást jeleznek.A PREN kismértékű növekedése a CPT csekély növekedésének felel meg az ötvözethez képest, míg a PREN nagymértékű növekedése a teljesítmény jelentős javulását jelzi egy sokkal magasabb CPT-hez képest.
Az 1. táblázat összehasonlítja a tengeri olaj- és gáziparban általánosan használt különféle ötvözetek PREN-értékeit.Megmutatja, hogy a specifikáció hogyan javíthatja a korrózióállóságot egy jobb minőségű csőötvözet kiválasztásával.A PREN enyhén 316 SS-ről 317 SS-re nő.A Super Austenitic 6 Mo SS vagy a Super Duplex 2507 SS ideális a jelentős teljesítménynövekedéshez.
A rozsdamentes acél magasabb nikkel (Ni) koncentrációja szintén növeli a korrózióállóságot.A rozsdamentes acél nikkeltartalma azonban nem része a PREN egyenletnek.Mindenesetre gyakran előnyös a magasabb nikkeltartalmú rozsdamentes acélok választása, mivel ez az elem segíti a helyi korrózió jeleit mutató felületek repassziválását.A nikkel stabilizálja az ausztenitet és megakadályozza a martenzit képződését hajlításkor vagy 1/8 merev cső hideghúzásakor.A martenzit a fémek nemkívánatos kristályos fázisa, amely csökkenti a rozsdamentes acél lokális korrózióval és a klorid által kiváltott feszültségrepedéssel szembeni ellenállását.A 316/316L-es acél magasabb, legalább 12%-os nikkeltartalma a nagynyomású hidrogéngáz-alkalmazások esetében is kívánatos.Az ASTM 316/316L szabvány szerinti rozsdamentes acél minimális nikkelkoncentrációja 10%.
Helyi korrózió bárhol előfordulhat a tengeri környezetben használt csővezetékben.Gödrösödés azonban nagyobb valószínűséggel fordul elő azokon a területeken, amelyek már szennyezettek, míg a réskorrózió nagyobb valószínűséggel fordul elő olyan területeken, ahol a cső és a szerelőberendezés között szűk rések vannak.A PREN alapján a specifikáló kiválaszthatja a legjobb csőminőséget, hogy minimalizálja a helyi korrózió kockázatát.
Ne feledje azonban, hogy vannak más változók is, amelyek befolyásolhatják a korrózió kockázatát.Például a hőmérséklet befolyásolja a rozsdamentes acél ütésállóságát.Meleg tengeri éghajlaton a szuper ausztenites 6 molibdén acél vagy szuper duplex 2507 rozsdamentes acél csövek használata komolyan megfontolandó, mivel ezek az anyagok kiválóan ellenállnak a helyi korróziónak és a kloridos repedéseknek.Hűvösebb éghajlaton egy 316/316L-es cső is elegendő lehet, különösen, ha sikeres használatról van szó.
Az offshore platformok tulajdonosai és üzemeltetői lépéseket is tehetnek a korrózió kockázatának minimalizálására a csövek felszerelése után.Tisztán kell tartaniuk a csöveket, és rendszeresen friss vízzel öblíteniük kell, hogy csökkentsék a kátyúzás kockázatát.A rutinellenőrzések során karbantartó technikusokkal is fel kell nyitniuk a bilincseket, hogy ellenőrizzék a réskorróziót.
A fenti lépések követésével a platform tulajdonosai és üzemeltetői csökkenthetik a csőkorrózió és a kapcsolódó szivárgások kockázatát a tengeri környezetben, javíthatják a biztonságot és a hatékonyságot, valamint csökkenthetik a termékvesztés vagy a diffúz kibocsátások esélyét.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
A Journal of Petroleum Technology, a Society of Petroleum Engineers zászlóshajója, hiteles tájékoztatást és cikkeket ad az upstream technológia fejlődéséről, az olaj- és gázipari kérdésekről, valamint az SPE-ről és tagjairól szóló híreket.