ステンレス鋼パイプの固有の耐食性にも関わらず、海洋環境に設置されたステンレス鋼パイプは、その期待寿命の間にさまざまな種類の腐食にさらされます。この腐食は、逃散排出、製品損失、潜在的なリスクにつながる可能性があります。オフショアプラットフォームの所有者とオペレーターは、より優れた耐食性を提供するより強力なパイプ材料を指定することで腐食のリスクを軽減できます。その後、化学薬品注入、油圧ラインと導圧ライン、プロセス計装とセンシングを検査する際には、常に警戒を続ける必要があります。腐食が設置された配管の完全性を脅かさず、安全性を損なうことがないことを保証するための装置。
局所的な腐食は、海洋設備の多くのプラットフォーム、船舶、船、配管で見られます。この腐食は孔食または隙間腐食の形で発生することがあり、いずれもパイプの壁を侵食し、流体の放出を引き起こす可能性があります。
アプリケーションの動作温度が上昇すると、腐食の危険性が高くなります。熱により、チューブの外側の保護不動態酸化膜の破壊が促進され、孔食の形成が促進される可能性があります。
残念ながら、局所的な孔食や隙間腐食は検出が難しいため、この種の腐食の特定、予測、設計がより困難になります。これらのリスクを考慮すると、プラットフォームの所有者、オペレータ、指定者は、用途に最適な配管材料を選択する際に注意する必要があります。材料の選択は腐食に対する防御の第一線であるため、適切に選択することが重要です。幸いなことに、局所的な耐食性の非常にシンプルだが非常に効果的な尺度である孔食抵抗相当数 (P) を使用して選択できます。 REN)。金属の PREN 値が高いほど、局部腐食に対する耐性が高くなります。
この記事では、孔食と隙間腐食を特定する方法と、材料の PREN 値に基づいて海洋石油およびガス用途向けのチューブ材料の選択を最適化する方法について説明します。
局部腐食は、金属表面でより均一な全体腐食と比較して狭い領域で発生します。塩水などの腐食性流体にさらされて金属の外側のクロムが豊富な不動態酸化膜が破裂すると、316 ステンレス鋼パイプに孔食や隙間腐食が形成され始めます。塩化物が豊富な沖合および陸上の海洋環境、および高温、さらには配管表面の汚染により、腐食の可能性が高まります。このパッシベーション膜のグラデーション。
孔食。孔食は、パイプの長さ方向の不動態皮膜が破壊され、パイプの表面に小さな空洞や穴が形成されるときに発生します。このような穴は、電気化学反応が起こると成長する可能性が高く、金属中の鉄が穴の底の溶液に溶解します。溶解した鉄は穴の上部に向かって拡散し、酸化して酸化鉄や錆が形成されます。穴が深くなるにつれて、電気化学反応が加速し、腐食が激化し、穴あきを引き起こす可能性があります。配管壁が傷つき、漏れの原因となります。
チューブの外面が汚染されている場合、チューブは孔食の影響を受けやすくなります（図 1）。たとえば、溶接や研削作業による汚染は、パイプの不動態化酸化層にダメージを与え、孔食を形成して加速させる可能性があります。同様のことは、単純にパイプからの汚染に対処する場合にも当てはまります。さらに、塩水の液滴が蒸発すると、パイプ上に形成される湿った塩の結晶も同様に酸化層を保護し、孔食を引き起こす可能性があります。このような種類の汚染を防ぐには、定期的に真水でパイプを洗い流し、パイプを清潔に保ちます。
図 1 – 酸、塩水、その他の堆積物で汚染された 316/316L ステンレス鋼パイプは、孔食の影響を非常に受けやすくなります。
隙間腐食。ほとんどの場合、孔食はオペレータが簡単に特定できます。しかし、隙間腐食は発見するのが容易ではなく、オペレータや作業員にとってより大きなリスクとなります。これは通常、クリップで固定されているパイプや横にしっかりと取り付けられたパイプなど、周囲の材料との間に狭い空間があるパイプで発生します。塩水が隙間に浸透すると、化学的に攻撃的な酸性塩化第二鉄 (FeCl3) 溶液がその領域に時間の経過とともに形成され、腐食の進行が促進されます。隙間腐食 (図 2)。隙間自体が腐食のリスクを高めるため、隙間腐食は孔食よりもはるかに低い温度で発生する可能性があります。
図 2 – 隙間腐食は、パイプとパイプサポートの間 (上)、およびパイプが他の表面の近くに設置されている場合 (下) に発生する可能性があります。これは、隙間に化学的に攻撃的な酸性塩化第二鉄溶液が形成されるためです。
隙間腐食は、通常、最初はパイプとパイプ支持クリップの間に形成される隙間で孔食をシミュレートします。しかし、亀裂内の流体中の Fe++ 濃度が増加するため、最初のクレーターは亀裂全体を覆うまでどんどん大きくなります。最終的には、隙間腐食がパイプに穴を開ける可能性があります。
密な亀裂は腐食の最大のリスクです。そのため、パイプの外周の大部分を包み込むパイプ クランプは、パイプとクランプの間の接触面を最小限に抑えるオープン クランプよりもリスクが大きくなる傾向があります。メンテナンス技術者は、定期的にクランプを開いてパイプの表面の腐食を検査することで、損傷や故障を引き起こす隙間腐食の可能性を減らすことができます。
孔食や隙間腐食は、用途に適した金属合金を選択することで最もよく防ぐことができます。指定者は、動作環境、プロセス条件、その他の変数に基づいて腐食のリスクを最小限に抑えるために、最適な配管材料を選択するためのデューデリジェンスを実行する必要があります。
指定者は材料選択を最適化するために、金属の PREN 値を比較して局部腐食に対する耐性を判断できます。PREN は、次のようにクロム (Cr)、モリブデン (Mo)、窒素 (N) 含有量を含む合金の化学組成から計算できます。
PREN は、合金内の耐食性元素であるクロム、モリブデン、窒素の含有量に応じて増加します。PREN の関係は、化学組成に関連したさまざまなステンレス鋼の臨界孔食温度 (CPT)、つまり孔食が観察される最低温度に基づいています。基本的に、PREN は CPT に比例します。したがって、PREN 値が高いほど、耐孔食性が高いことを示します。PREN のわずかな増加は、CPT のわずかな増加に相当します。合金と比較して、PREN の大幅な増加は、CPT が大幅に高くなると、より顕著な性能の向上を示します。
表 1 は、オフショアの石油およびガス用途で一般的に使用されるさまざまな合金の PREN 値を比較しています。高グレードのパイプ合金を選択することで仕様がどのように耐食性を大幅に向上できるかを示しています。PREN は、316 ステンレス鋼から 317 ステンレス鋼に移行するときにわずかに増加します。大幅な性能の向上には、6 Mo スーパー オーステナイト系ステンレス鋼または 2507 スーパー二相ステンレス鋼が理想的に使用されます。
ステンレス鋼中のニッケル (Ni) 濃度が高いと耐食性も向上します。ただし、ステンレス鋼のニッケル含有量は PREN 方程式の一部ではありません。いずれにせよ、この元素は局部腐食の兆候を示す表面を再不動態化するのに役立つため、ニッケル濃度の高いステンレス鋼を指定することが有益であることがよくあります。ニッケルはオーステナイトを安定させ、1/8 硬質パイプの曲げまたは冷間引き抜き時のマルテンサイトの形成を防ぎます。マルテンサイトは望ましくない結晶です。金属中の線相は、ステンレス鋼の局部腐食や塩化物による応力亀裂に対する耐性を低下させます。316/316L の少なくとも 12% というより高いニッケル含有量は、高圧ガス状水素を含む用途にも望ましいです。ASTM 標準仕様における 316/316L ステンレス鋼に必要な最小ニッケル濃度は 10% です。
局部腐食は海洋環境で使用されるパイプのどこでも発生する可能性があります。ただし、孔食はすでに汚染されている領域で発生する可能性が高く、一方、隙間腐食はパイプと取り付け金具の間の隙間が狭い領域で発生する可能性が高くなります。指定者は、PREN を基礎として使用して、あらゆる種類の局部腐食のリスクを最小限に抑える最適なパイプ合金を選択できます。
ただし、腐食のリスクに影響を与える可能性のある他の変数があることに留意してください。たとえば、温度はステンレス鋼の耐孔食性に影響します。高温の海洋気候では、6モリブデンスーパーオーステナイトまたは2507スーパー二相ステンレス鋼パイプが、局部腐食や塩化物応力亀裂に対する優れた耐性を備えているため、真剣に検討する必要があります。寒冷な気候では、特に成功した使用履歴が確立されている場合は、316/316Lパイプで十分である可能性があります。
オフショアプラットフォームの所有者とオペレーターは、配管の設置後に腐食のリスクを最小限に抑えるための措置を講じることもできます。孔食のリスクを減らすために、パイプを清潔に保ち、定期的に真水で洗い流す必要があります。また、メンテナンス技術者に、定期検査中に配管クランプを開けて隙間腐食の有無を確認させる必要があります。
上で概説した手順に従って、プラットフォームの所有者とオペレーターは、海洋環境におけるチューブの腐食とそれに関連する漏れのリスクを軽減し、安全性と効率を向上させると同時に、製品の損失や逃亡ガスの放出の可能性を減らすことができます。
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology は、石油技術者協会の主力雑誌であり、探査および生産技術の進歩、石油およびガス業界の問題、SPE とその会員に関するニュースに関する権威ある概要や特集を提供しています。