A rozsdamentes acélcsövek inherens korrózióállósága ellenére a tengeri környezetben beépített rozsdamentes acélcsövek várható élettartamuk során különféle korróziónak vannak kitéve. Ez a korrózió diffúz kibocsátásokhoz, termékveszteséghez és potenciális kockázatokhoz vezethet. A tengeri platformok tulajdonosai és üzemeltetői csökkenthetik a korrózió kockázatát azáltal, hogy erősebb, jobb korrózióállóságot biztosító csőanyagokat határoznak meg. Ezt követően ébernek kell maradniuk a vegyi befecskendező vezetékek, a hidraulikus és impulzusvezetékek, valamint a folyamatműszerek és műszerek ellenőrzésekor, hogy a korrózió ne veszélyeztesse a beépített csővezetékek integritását, és ne csökkentse a biztonságot.
A lokalizált korrózió számos platformon, hajón, vízi járművön és tengeri csővezetéken előfordulhat. Ez a korrózió lehet lyukkorrózió vagy réskorrózió, amelyek bármelyike ​​​​a csőfal erodálódásához és folyadék kiszabadulásához vezethet.
A korrózió kockázata az alkalmazás üzemi hőmérsékletének növekedésével növekszik. A hő felgyorsíthatja a cső külső védő passzív oxid filmjének lebomlását, ezáltal elősegítve a gödrösödést.
Sajnos a lokalizált lyukkorróziót és réskorróziót nehéz kimutatni, ami megnehezíti az ilyen típusú korrózió azonosítását, előrejelzését és tervezését. Tekintettel ezekre a kockázatokra, a platform tulajdonosainak, üzemeltetőinek és kijelölt feleknek körültekintően kell eljárniuk a legjobb csővezeték-anyag kiválasztásakor. Az anyagválasztás az első védelmi vonal a korrózió ellen, ezért nagyon fontos, hogy jól válasszák ki. Szerencsére választhatnak egy nagyon egyszerű, de nagyon hatékony mérőszámot a lokalizált korrózióállóság mérésére, a lyukkorrózióállósági egyenértékszámot (PREN). Minél magasabb egy fém PREN-értéke, annál nagyobb az ellenállása a lokalizált korrózióval szemben.
Ez a cikk azt vizsgálja, hogyan lehet azonosítani a lyukkorróziót és a réskorróziót, valamint azt, hogyan lehet optimalizálni a csőanyag kiválasztását a tengeri olaj- és gázipari alkalmazásokhoz az anyag PREN-értéke alapján.
A lokalizált korrózió kis területeken fordul elő az általános korrózióhoz képest, amely egyenletesebb a fém felületén. A 316-os rozsdamentes acélcsöveken gödrös és réskorrózió akkor kezd kialakulni, amikor a fém külső krómban gazdag passzív oxid filmje korrozív folyadékoknak, például sós víznek való kitettség miatt lebomlik. A kloridokban gazdag tengeri környezet, valamint a magas hőmérséklet és akár a csőfelület szennyeződése is növeli a passziváló film lebomlásának valószínűségét.
Gödrös korrózió A gödrös korrózió akkor következik be, amikor a cső egy szakaszán lévő passziváló film megreped, kis üregeket vagy gödröket képezve a cső felületén. Az ilyen gödrök valószínűleg növekedni fognak az elektrokémiai reakciók előrehaladtával, aminek következtében a fémben lévő vas feloldódik a gödör alján lévő oldatban. Az oldott vas ezután a gödör tetejére diffundál, és oxidálódik, vas-oxidot vagy rozsdát képezve. Ahogy a gödör mélyül, az elektrokémiai reakciók felgyorsulnak, a korrózió fokozódik, ami a csőfal perforációjához és szivárgásokhoz vezethet.
A csövek hajlamosabbak a lyukkorrózióra, ha külső felületük szennyezett (1. ábra). Például a hegesztési és csiszolási műveletekből származó szennyeződések károsíthatják a cső passzivációs oxid rétegét, ezáltal lyukkorróziót okozva és felgyorsítva azt. Ugyanez vonatkozik a csövekből származó szennyeződések egyszerű kezelésére is. Ezenkívül, ahogy a sócseppek elpárolognak, a csöveken képződő nedves sókristályok védik az oxid réteget, és lyukkorrózióhoz vezethetnek. Az ilyen típusú szennyeződések megelőzése érdekében tartsa tisztán a csöveket rendszeres friss vízzel történő öblítéssel.
1. ábra. A savval, sóoldattal és egyéb lerakódásokkal szennyezett 316/316L rozsdamentes acélcső nagyon érzékeny a gödrösödésre.
réskorrózió. A legtöbb esetben a lyukkorróziót a kezelő könnyen észlelheti. A réskorrózió azonban nem könnyen észlelhető, és nagyobb kockázatot jelent a kezelők és a személyzet számára. Ez általában olyan csöveken fordul elő, amelyek között keskeny rések vannak a környező anyagok között, például bilincsekkel rögzített csövek vagy szorosan egymás mellé helyezett csövek esetében. Amikor a sóoldat beszivárog a résbe, idővel egy kémiailag agresszív, savas vas(III)-klorid-oldat (FeCl3) képződik ezen a területen, ami felgyorsítja a réskorróziót (2. ábra). Mivel maga a réskorrózió növeli a korrózió kockázatát, a réskorrózió jóval alacsonyabb hőmérsékleten is előfordulhat, mint a lyukkorrózió.
2. ábra – Réskorrózió alakulhat ki a cső és a csőtartó között (felül), valamint akkor, ha a csövet más felületekhez közel szerelik be (alul), a résben kémiailag agresszív vas-klorid savas oldat képződése miatt.
A réskorrózió általában először a csőszakasz és a csőtartó gallér között kialakuló résben szimulálja a lyukacsosodást. A törésben lévő folyadékban lévő 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 nagyobb 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 bilincsek rendszeres kinyitásával és a cső felületének korrózió elleni ellenőrzésével.
A lyukkorrózió és a réskorrózió megelőzhető a megfelelő fémötvözet kiválasztásával az alkalmazáshoz. A tervezőknek kellő gondossággal kell eljárniuk az optimális csővezeték-anyag kiválasztásakor, hogy minimalizálják a korrózió kockázatát a technológiai környezet, a folyamatfeltételek és egyéb változók függvényében.
Az anyagválasztás optimalizálása érdekében a tervezők összehasonlíthatják a fémek PREN-értékeit, hogy meghatározzák azok lokális korrózióval szembeni ellenállását. A PREN az ötvözet kémiai összetételéből, beleértve a króm- (Cr), molibdén- (Mo) és nitrogén- (N) tartalmát, az alábbiak szerint számítható ki:
A PREN értéke a króm, molibdén és nitrogén korrózióálló elemeinek tartalmával növekszik az ötvözetben. A PREN arány a kritikus pitting hőmérsékleten (CPT) – a legalacsonyabb hőmérsékleten, amelyen a pitting bekövetkezik – alapul a különböző rozsdamentes acélok esetében, a kémiai összetételtől függően. Lényegében a PREN arányos a CPT-vel. Ezért a magasabb PREN értékek nagyobb pitting ellenállást jeleznek. A PREN kis növekedése csak kis CPT növekedéssel egyenértékű az ötvözethez képest, míg a PREN nagy növekedése a teljesítmény jelentős javulását jelzi egy jelentősen magasabb CPT-hez képest.
Az 1. táblázat összehasonlítja a tengeri olaj- és gáziparban általánosan használt különféle ötvözetek PREN-értékeit. Bemutatja, hogy a specifikáció hogyan javíthatja jelentősen a korrózióállóságot egy jobb minőségű csőötvözet kiválasztásával. A PREN értéke kismértékben növekszik 316 SS-ről 317 SS-re. A szuperausztenites 6 Mo SS vagy a szuperduplex 2507 SS ideális a teljesítmény jelentős növeléséhez.
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 segít a lokalizált korrózió jeleit mutató felületek újrapassziválásában. A nikkel stabilizálja az ausztenitet és megakadályozza a martenzit képződését 1/8-os merev cső hajlításakor vagy hideghúzásakor. A martenzit egy nemkívánatos kristályos fázis a fémekben, amely csökkenti a rozsdamentes acél ellenállását a lokalizált korrózióval, valamint a klorid okozta feszültségrepedéssel szemben. A 316/316L acél legalább 12%-os magasabb nikkeltartalma nagynyomású hidrogéngázos alkalmazásokhoz is kívánatos. Az ASTM 316/316L rozsdamentes acélhoz szükséges minimális nikkelkoncentráció 10%.
A lokalizált korrózió a tengeri környezetben használt csöveken bárhol előfordulhat. A lyukkorrózió azonban nagyobb valószínűséggel fordul elő a már szennyezett területeken, míg a réskorrózió nagyobb valószínűséggel fordul elő olyan területeken, ahol szűk rések vannak a cső és a szerelőberendezések között. A PREN alapjául használva a tervező kiválaszthatja a legjobb csőötvözetet a lokalizált korrózió kockázatának minimalizálása érdekében.
Azonban ne feledje, hogy vannak más változók is, amelyek befolyásolhatják a korrózió kockázatát. Például a hőmérséklet befolyásolja a rozsdamentes acél gödrösödéssel szembeni ellenállását. Forró tengeri éghajlat esetén komolyan meg kell fontolni a szuperausztenites 6 molibdén acél vagy a szuperduplex 2507 rozsdamentes acél csövek használatát, mivel ezek az anyagok kiválóan ellenállnak a lokalizált korróziónak és a kloridos repedéseknek. Hűvösebb éghajlaton a 316/316L cső elegendő lehet, különösen, ha van már sikeres használati előzmény.
A tengeri platformok tulajdonosai és üzemeltetői a csövek beszerelése után is tehetnek lépéseket a korrózió kockázatának minimalizálása érdekében. Tisztán kell tartaniuk a csöveket, és rendszeresen át kell öblíteniük azokat friss vízzel a lyukkorrózió kockázatának csökkentése érdekében. A karbantartó technikusoknak a rutinszerű ellenőrzések során a csőbilincseket is ki kell nyitniuk a réskorrózió ellenőrzése érdekében.
A fenti lépések betartásával a platformtulajdonosok és -üzemeltetők csökkenthetik a csőkorrózió és a kapcsolódó szivárgások kockázatát a tengeri környezetben, javíthatják a biztonságot és a hatékonyságot, valamint csökkenthetik a termékveszteség vagy a diffúz kibocsátás 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 vezető folyóirata, amely hiteles összefoglalókat és cikkeket közöl az upstream technológia fejlődéséről, az olaj- és gázipar kérdéseiről, valamint az SPE-vel és tagjaival kapcsolatos hírekről.