למרות עמידותם הטבועה בפני קורוזיה של צינורות נירוסטה, צינורות נירוסטה המותקנים בסביבות ימיות חשופים לסוגים שונים של קורוזיה במהלך חיי השירות הצפויים שלהם. קורוזיה זו עלולה להוביל לפליטות דליפות, אובדן מוצרים וסיכונים פוטנציאליים. בעלי ומפעילי אסדות ימיות יכולים להפחית את הסיכון לקורוזיה על ידי ציון חומרי צינור חזקים יותר המספקים עמידות טובה יותר בפני קורוזיה. לאחר מכן, עליהם להישאר ערניים בעת בדיקת קווי הזרקה כימיים, קווי הידראוליים ודחפים, ומכשור ומכשור תהליכים על מנת להבטיח שקורוזיה לא תאיים על שלמות הצנרת המותקנת או תפגע בבטיחות.
קורוזיה מקומית יכולה להימצא על גבי פלטפורמות רבות, ספינות, אוניות וצנרת ימית. קורוזיה זו יכולה להיות בצורת קורוזיה של גומות או קורוזיה של חריצים, אשר שתיהן עלולות לשחוק את דופן הצינור ולגרום לשחרור נוזלים.
הסיכון לקורוזיה עולה ככל שטמפרטורת ההפעלה של היישום עולה. חום יכול להאיץ את הפירוק של שכבת התחמוצת הפסיבית החיצונית המגנה של הצינור, ובכך לקדם היווצרות גומות.
למרבה הצער, קורוזיה מקומית של שקעים וקורוזיה בחריצים קשה לגילוי, מה שמקשה על זיהוי, חיזוי ותיכנון של סוגי קורוזיה אלה. בהתחשב בסיכונים אלה, בעלי פלטפורמות, מפעילים ונציגים נדרשים לנקוט משנה זהירות בבחירת חומר הצינור הטוב ביותר עבור היישום שלהם. בחירת חומרים היא קו ההגנה הראשון שלהם מפני קורוזיה, ולכן חשוב מאוד לבחור נכון. למרבה המזל, הם יכולים לבחור מדד פשוט מאוד אך יעיל מאוד לעמידות בפני קורוזיה מקומית, PREN (Pitting Resistance Equivalent Number). ככל שערך ה-PREN של מתכת גבוה יותר, כך עמידותה לקורוזיה מקומית גבוהה יותר.
מאמר זה יבחן כיצד לזהות קורוזיה של שקעים וחריצים, וכן כיצד לייעל את בחירת חומרי הצינורות עבור יישומי נפט וגז ימיים בהתבסס על ערך ה-PREN של החומר.
קורוזיה מקומית מתרחשת באזורים קטנים בהשוואה לקורוזיה כללית, שהיא אחידה יותר על פני המתכת. קורוזיה של חריצים וחריצים מתחילה להיווצר על צינורות נירוסטה 316 כאשר שכבת התחמוצת הפסיבית החיצונית העשירה בכרום של המתכת מתפרקת עקב חשיפה לנוזלים קורוזיביים, כולל מי מלח. סביבות ימיות עשירות בכלורידים, כמו גם טמפרטורות גבוהות ואפילו זיהום של פני הצינורות, מגבירות את הסבירות להתדרדרות שכבת הפסיבציה הזו.
קורוזיה כתוצאה מחוררות מתרחשת כאשר שכבת הפסיבציה על קטע צינור מתפרקת, ויוצרת חללים קטנים או בורות על פני הצינור. בורות כאלה נוטים לגדול ככל שתגובות אלקטרוכימיות מתקדמות, וכתוצאה מכך הברזל במתכת מתמוסס בתמיסה בתחתית הבור. הברזל המומס יתפזר לראש הבור ויתחמצן ליצירת תחמוצת ברזל או חלודה. ככל שהבור מעמיק, התגובות האלקטרוכימיות מואצות, הקורוזיה גוברת, מה שעלול להוביל לניקוב דופן הצינור ולדליפות.
צינורות רגישים יותר ליצירת בורות אם המשטח החיצוני שלהם מזוהם (איור 1). לדוגמה, מזהמים מפעולות ריתוך והשחזה עלולים לפגוע בשכבת התחמוצת הפסיבציה של הצינור, ובכך ליצור ולהאיץ את תהליך הבורות. אותו הדבר נכון גם לגבי טיפול בזיהום מצינורות. בנוסף, כאשר טיפות המלח מתאדות, גבישי המלח הרטובים הנוצרים על הצינורות מגנים על שכבת התחמוצת ויכולים להוביל לבורות. כדי למנוע סוגים אלה של זיהום, שמרו על ניקיון הצינורות על ידי שטיפה קבועה במים מתוקים.
איור 1. צינור נירוסטה 316/316L המזוהם בחומצה, תמיסת מלח ומשקעים אחרים רגיש מאוד לפתחי גושים.
קורוזיה בסדקים. ברוב המקרים, קורוזיה בסדקים ניתנת לזיהוי בקלות על ידי המפעיל. עם זאת, קורוזיה בסדקים אינה קלה לזיהוי ומהווה סיכון גדול יותר למפעילים ולצוות. זה קורה בדרך כלל בצינורות בעלי מרווחים צרים בין חומרים מסביב, כגון צינורות המוחזקים במקומם באמצעות מלחציים או צינורות הארוזים זה לצד זה. כאשר מי המלח מחלחלים לתוך הסדק, עם הזמן, נוצרת באזור זה תמיסת ברזל כלוריד חומצי אגרסיבית כימית (FeCl3), הגורמת להאצת קורוזיה בסדקים (איור 2). מכיוון שקורוזיה בסדקים עצמה מגבירה את הסיכון לקורוזיה, קורוזיה בסדקים יכולה להתרחש בטמפרטורות נמוכות בהרבה מקורוזיה.
איור 2 - קורוזיה בסדקים יכולה להתפתח בין הצינור לתומך הצינור (למעלה) וכאשר הצינור מותקן קרוב למשטחים אחרים (למטה) עקב היווצרות של תמיסה חומצית אגרסיבית כימית של ברזל כלורי בפער.
קורוזיה בסדקים בדרך כלל מדמה היווצרות גורים תחילה ברווח שנוצר בין קטע הצינור לצווארון התמיכה של הצינור. עם זאת, עקב העלייה בריכוז ה-Fe++ בנוזל בתוך הסדק, המשפך ההתחלתי הולך וגדל עד שהוא מכסה את כל הסדק. בסופו של דבר, קורוזיה בסדקים עלולה להוביל לניקוב הצינור.
סדקים צפופים מייצגים את הסיכון הגדול ביותר לקורוזיה. לכן, מהדקי צינורות המקיפים חלק גדול יותר מהיקף הצינור נוטים להיות מסוכנים יותר מאשר מהדקים פתוחים, אשר ממזערים את משטח המגע בין הצינור למהדק. טכנאי שירות יכולים לסייע בהפחתת הסיכוי לנזק או כשל כתוצאה מקורוזיה בסדקים על ידי פתיחה קבועה של מהדקים ובדיקת פני הצינור לאיתור קורוזיה.
ניתן למנוע קורוזיה של חריצים וקורוזיה על ידי בחירת סגסוגת המתכת הנכונה ליישום. על המפרטים לנקוט בשקידה נאותה בבחירת חומר הצנרת האופטימלי כדי למזער את הסיכון לקורוזיה בהתאם לסביבת התהליך, תנאי התהליך ומשתנים אחרים.
כדי לסייע למפרטים לייעל את בחירת החומרים, הם יכולים להשוות את ערכי ה-PREN של מתכות כדי לקבוע את עמידותן בפני קורוזיה מקומית. ניתן לחשב את ערכי ה-PREN מהכימיה של הסגסוגת, כולל תכולת הכרום (Cr), המוליבדן (Mo) והחנקן (N), כדלקמן:
יחס ה-PREN עולה עם תכולת היסודות העמידים בפני קורוזיה של כרום, מוליבדן וחנקן בסגסוגת. יחס ה-PREN מבוסס על טמפרטורת הפיטינג הקריטית (CPT) - הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה מתרחשת פיטינג - עבור פלדות אל חלד שונות בהתאם להרכב הכימי. בעיקרון, PREN פרופורציונלי ל-CPT. לכן, ערכי PREN גבוהים יותר מצביעים על עמידות גבוהה יותר בפני פיטינג. עלייה קטנה ב-PREN שקולה רק לעלייה קטנה ב-CPT בהשוואה לסגסוגת, בעוד שעלייה גדולה ב-PREN מצביעה על שיפור משמעותי בביצועים לעומת CPT גבוה משמעותית.
טבלה 1 משווה ערכי PREN עבור סגסוגות שונות הנפוצות בתעשיית הנפט והגז הימית. היא מראה כיצד המפרט יכול לשפר משמעותית את עמידות הקורוזיה על ידי בחירת סגסוגת צינורות באיכות גבוהה יותר. PREN עולה מעט מ-316 SS ל-317 SS. סופר אוסטניט 6 Mo SS או סופר דופלקס 2507 SS אידיאליים לשיפור משמעותי בביצועים.
ריכוזי ניקל (Ni) גבוהים יותר בפלדת אל-חלד מגבירים גם הם את עמידות הקורוזיה. עם זאת, תכולת הניקל של פלדת אל-חלד אינה חלק ממשוואת ה-PREN. בכל מקרה, לעתים קרובות כדאי לבחור פלדות אל-חלד עם תכולת ניקל גבוהה יותר, שכן יסוד זה מסייע בפסיבציה מחדש של משטחים המראים סימנים של קורוזיה מקומית. ניקל מייצב אוסטניט ומונע היווצרות מרטנזיט בעת כיפוף או משיכה קרה של צינור קשיח בגודל 1/8 אינץ'. מרטנזיט הוא פאזה גבישית לא רצויה במתכות, המפחיתה את עמידות הפלדה לקורוזיה מקומית וכן לסדיקת מאמץ הנגרמת על ידי כלוריד. תכולת הניקל הגבוהה יותר, של לפחות 12%, בפלדת 316/316L, רצויה גם עבור יישומי גז מימן בלחץ גבוה. ריכוז הניקל המינימלי הנדרש עבור פלדת אל-חלד ASTM 316/316L הוא 10%.
קורוזיה מקומית יכולה להתרחש בכל מקום בצינורות המשמשים בסביבות ימיות. עם זאת, קורוזיה נקודתית נוטה יותר להתרחש באזורים שכבר מזוהמים, בעוד שקורוזיה מסדקים נוטה יותר להתרחש באזורים עם מרווחים צרים בין הצינור לציוד ההתקנה. באמצעות PREN כבסיס, המפרט יכול לבחור את סגסוגת הצינורות הטובה ביותר כדי למזער את הסיכון לכל סוג של קורוזיה מקומית.
עם זאת, יש לזכור כי ישנם משתנים נוספים שיכולים להשפיע על הסיכון לקורוזיה. לדוגמה, הטמפרטורה משפיעה על עמידותה של פלדת אל-חלד בפני שקעים. עבור אקלים ימי חם, יש לשקול ברצינות צינורות פלדת מוליבדן סופר אוסטניטית 6 או פלדת אל-חלד סופר דופלקס 2507, שכן לחומרים אלה עמידות מצוינת בפני קורוזיה מקומית וסדקים כלורידים. עבור אקלים קריר יותר, צינור 316/316L עשוי להספיק, במיוחד אם יש היסטוריה של שימוש מוצלח.
בעלי ומפעילי אסדות ימיות יכולים גם לנקוט צעדים כדי למזער את הסיכון לקורוזיה לאחר התקנת הצינורות. עליהם לשמור על ניקיון הצינורות ולשטוף אותם באופן קבוע במים מתוקים כדי להפחית את הסיכון ליצירת בורות. עליהם גם לבקש מטכנאי תחזוקה לפתוח את מלחצי הצינורות במהלך בדיקות שגרתיות כדי לבדוק קורוזיה בסדקים.
על ידי ביצוע השלבים לעיל, בעלי ומפעילי פלטפורמות יכולים להפחית את הסיכון לקורוזיה בצנרת ולדליפות נלוות בסביבה הימית, לשפר את הבטיחות והיעילות ולהפחית את הסיכוי לאובדן מוצר או פליטות נמלטות.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
כתב העת Journal of Petroleum Technology הוא כתב העת המוביל של אגודת מהנדסי הנפט, המציג סיכומים ומאמרים מוסמכים על התקדמות בטכנולוגיות במעלה הזרם, סוגיות בתעשיית הנפט והגז, וחדשות על SPE וחבריה.