Nonostante l'intrinseca resistenza alla corrosione dei tubi in acciaio inossidabile, i tubi in acciaio inossidabile installati in ambienti marini subiscono diversi tipi di corrosione durante la loro vita prevista. Questa corrosione può portare a emissioni fuggitive, perdite di prodotto e potenziali rischi. I proprietari e gli operatori di piattaforme offshore possono ridurre il rischio di corrosione specificando materiali per tubi più resistenti che forniscono una migliore resistenza alla corrosione.
La corrosione localizzata si può trovare su molte piattaforme, imbarcazioni, navi e tubazioni in installazioni offshore. Questa corrosione può assumere la forma di vaiolatura o corrosione interstiziale, ciascuna delle quali può erodere la parete del tubo e causare il rilascio di fluido.
Il rischio di corrosione è maggiore all'aumentare della temperatura di esercizio dell'applicazione. Il calore può accelerare la distruzione della pellicola protettiva esterna di ossido passivo del tubo, favorendo così la formazione di corrosione per vaiolatura.
Sfortunatamente, la vaiolatura localizzata e la corrosione interstiziale possono essere difficili da rilevare, rendendo questi tipi di corrosione più difficili da identificare, prevedere e progettare. Dati questi rischi, i proprietari di piattaforme, gli operatori e i progettisti dovrebbero prestare attenzione quando selezionano il miglior materiale per tubazioni per la loro applicazione. La selezione del materiale è la loro prima linea di difesa contro la corrosione, quindi è importante farlo correttamente. Fortunatamente, possono scegliere utilizzando una misura molto semplice ma molto efficace della resistenza alla corrosione localizzata, il Pitting Resistance Equivalent Number (PREN). resistenza alla corrosione localizzata.
Questo articolo esaminerà come identificare la vaiolatura e la corrosione interstiziale e come ottimizzare la selezione del materiale dei tubi per le applicazioni petrolifere e del gas offshore in base al valore PREN del materiale.
La corrosione localizzata si verifica in piccole aree rispetto alla corrosione generale, che è più uniforme sulla superficie del metallo. La vaiolatura e la corrosione interstiziale iniziano a formarsi sui tubi in acciaio inossidabile 316 quando la pellicola esterna di ossido passivo ricco di cromo del metallo si rompe a causa dell'esposizione a fluidi corrosivi, inclusa l'acqua salata.
vaiolatura. La corrosione per vaiolatura si verifica quando il film di passivazione su un tratto di tubo viene distrutto, formando piccole cavità o pozzi sulla superficie del tubo. È probabile che tali pozzi crescano quando avvengono reazioni elettrochimiche, causando la dissoluzione del ferro nel metallo nella soluzione sul fondo del pozzetto. Il ferro disciolto si diffonderà quindi verso la parte superiore del pozzetto e si ossiderà per formare ossido di ferro o ruggine. alle perdite.
Il tubo è più suscettibile alla corrosione della corrosione quando la sua superficie esterna è contaminata (Figura 1). Ad esempio, la contaminazione dalle operazioni di saldatura e macinazione può danneggiare lo strato di ossido passivante del tubo, formando e accelerando la corrosione di sale. e può portare alla corrosione della corrosione. Per prevenire questi tipi di contaminazione, mantenere puliti i tubi scaricandole regolarmente con acqua dolce.
Figura 1 – Il tubo in acciaio inossidabile 316/316L contaminato da acido, salamoia e altri depositi è altamente suscettibile alla corrosione per vaiolatura.
corrosione interstiziale. Nella maggior parte dei casi, la vaiolatura può essere facilmente identificata dall'operatore. Tuttavia, la corrosione interstiziale non è facile da rilevare e rappresenta un rischio maggiore per gli operatori e il personale. Di solito si verifica su tubi che hanno spazi ristretti tra i materiali circostanti, come tubi tenuti in posizione con fermagli o tubi installati saldamente uno accanto all'altro. aumentano di per sé il rischio di corrosione, la corrosione interstiziale può verificarsi a temperature molto inferiori rispetto alla corrosione per vaiolatura.
Figura 2 – La corrosione interstiziale può svilupparsi tra il tubo e il supporto del tubo (in alto) e quando il tubo è installato vicino ad altre superfici (in basso) a causa della formazione di una soluzione di cloruro ferrico acidificato chimicamente aggressiva nell'interstizio.
La corrosione interstiziale di solito simula prima la corrosione per vaiolatura nell'interstizio formato tra un tratto di tubo e la clip di supporto del tubo. Tuttavia, a causa dell'aumento della concentrazione di Fe++ nel fluido all'interno della frattura, il cratere iniziale diventa sempre più grande fino a coprire l'intera frattura. In definitiva, la corrosione interstiziale può perforare il tubo.
Le crepe strette rappresentano il rischio maggiore di corrosione. Pertanto, i morsetti per tubi che avvolgono la maggior parte della circonferenza del tubo tendono a presentare un rischio maggiore rispetto ai morsetti aperti, che riducono al minimo la superficie di contatto tra il tubo e il morsetto. I tecnici di manutenzione possono aiutare a ridurre la probabilità che la corrosione interstiziale causi danni o guasti aprendo regolarmente i morsetti e ispezionando la superficie del tubo per la corrosione.
La vaiolatura e la corrosione interstiziale possono essere prevenute al meglio scegliendo la giusta lega metallica per l'applicazione. I committenti dovrebbero esercitare la dovuta diligenza per selezionare il materiale ottimale per le tubazioni per ridurre al minimo il rischio di corrosione in base all'ambiente operativo, alle condizioni di processo e ad altre variabili.
Per aiutare gli specificatori a ottimizzare la selezione dei materiali, possono confrontare i valori PREN dei metalli per determinare la loro resistenza alla corrosione localizzata. Il PREN può essere calcolato dalla composizione chimica della lega, compreso il suo contenuto di cromo (Cr), molibdeno (Mo) e azoto (N), come segue:
PREN aumenta con il contenuto degli elementi resistenti alla corrosione cromo, molibdeno e azoto nella lega. La relazione PREN si basa sulla temperatura critica di vaiolatura (CPT) - la temperatura più bassa alla quale si osserva corrosione per vaiolatura - per vari acciai inossidabili in relazione alla composizione chimica. Essenzialmente, il PREN è proporzionale al CPT. Pertanto, valori PREN più elevati indicano una maggiore resistenza alla vaiolatura. Un piccolo aumento del PREN equivale solo a un piccolo aumento del CPT rispetto alla lega, mentre un grande aumento del PREN indica un miglioramento significativo delle prestazioni rispetto a un CPT significativamente più elevato.
La tabella 1 confronta i valori PREN di varie leghe comunemente utilizzate nelle applicazioni offshore di petrolio e gas. Mostra come la specifica può migliorare significativamente la resistenza alla corrosione selezionando una lega per tubi di qualità superiore. Il PREN aumenta solo leggermente quando si passa dall'acciaio inossidabile 316 a 317. Per un aumento significativo delle prestazioni, l'acciaio inossidabile super austenitico 6 Mo o l'acciaio inossidabile super duplex 2507 sono idealmente utilizzati.
Concentrazioni più elevate di nichel (Ni) nell'acciaio inossidabile migliorano anche la resistenza alla corrosione.Tuttavia, il contenuto di nichel dell'acciaio inossidabile non fa parte dell'equazione PREN.In ogni caso, è spesso vantaggioso specificare acciai inossidabili con concentrazioni di nichel più elevate, in quanto questo elemento aiuta a ripassivare le superfici che mostrano segni di corrosione localizzata.Il nichel stabilizza l'austenite e previene la formazione di martensite durante la piegatura o la trafilatura a freddo di un tubo rigido da 1/8.La martensite è una fase cristallina indesiderata nei metalli che riduce la resistenza dell'acciaio inossidabile alla corrosione localizzata e alla fessurazione da stress indotta da cloruri. Un contenuto di nichel superiore di almeno il 12% in 316/316L è auspicabile anche per applicazioni che coinvolgono idrogeno gassoso ad alta pressione. La concentrazione minima di nichel richiesta per l'acciaio inossidabile 316/316L nella specifica standard ASTM è del 10%.
La corrosione localizzata può verificarsi ovunque sui tubi utilizzati in ambienti marini. Tuttavia, è più probabile che la corrosione per vaiolatura si verifichi in aree già contaminate, mentre la corrosione interstiziale è più probabile che si verifichi in aree con spazi ristretti tra il tubo e l'hardware di montaggio. Utilizzando il PREN come base, il committente può selezionare la migliore lega per tubi per ridurre al minimo il rischio di qualsiasi tipo di corrosione localizzata.
Tuttavia, tenere presente che ci sono altre variabili che possono influenzare il rischio di corrosione. Ad esempio, la temperatura influisce sulla resistenza alla vaiolatura dell'acciaio inossidabile. Per i climi marini caldi, il tubo in acciaio inossidabile super austenitico 6 molibdeno o super duplex 2507 dovrebbe essere preso seriamente in considerazione perché questi materiali hanno un'eccellente resistenza alla corrosione localizzata e alla rottura da stress da cloruro.
I proprietari e gli operatori delle piattaforme offshore possono anche adottare misure per ridurre al minimo il rischio di corrosione dopo l'installazione dei tubi. Dovrebbero mantenere i tubi puliti e sciacquare regolarmente con acqua dolce per ridurre il rischio di corrosione per vaiolatura. Dovrebbero inoltre chiedere ai tecnici della manutenzione di aprire i morsetti dei tubi durante le ispezioni di routine per cercare la presenza di corrosione interstiziale.
Seguendo i passaggi descritti sopra, i proprietari e gli operatori della piattaforma possono ridurre il rischio di corrosione dei tubi e relative perdite in ambienti marini, migliorando la sicurezza e l'efficienza, riducendo al contempo la possibilità di perdita di prodotto o il rilascio di emissioni fuggitive.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Il Journal of Petroleum Technology è la rivista di punta della Society of Petroleum Engineers, che fornisce autorevoli brief e caratteristiche sui progressi nella tecnologia di esplorazione e produzione, questioni relative all'industria petrolifera e del gas e notizie su SPE e i suoi membri.