스테인리스 스틸 파이프의 고유한 내식성에도 불구하고 해양 환경에 설치된 스테인리스 스틸 파이프는 예상 수명 동안 다양한 유형의 부식에 노출됩니다. 이러한 부식은 비산 배출, 제품 손실 및 잠재적 위험으로 이어질 수 있습니다. 해양 플랫폼 소유자와 운영자는 더 나은 내식성을 제공하는 더 강력한 파이프 재료를 지정하여 부식 위험을 줄일 수 있습니다. 그 후 화학 물질 주입, 유압 및 임펄스 라인, 프로세스 계측 및 감지 장비를 검사할 때 부식이 설치된 배관의 무결성을 위협하지 않고 안전을 손상시키지 않도록 주의를 기울여야 합니다.
국부적인 부식은 연안 설비의 많은 플랫폼, 선박, 선박 및 배관에서 발견될 수 있습니다. 이 부식은 피팅 또는 틈새 부식의 형태일 수 있으며, 둘 중 하나는 파이프 벽을 침식하고 유체 방출을 유발할 수 있습니다.
응용 프로그램의 작동 온도가 증가하면 부식 위험이 더 커집니다. 열은 튜브의 외부 보호 수동 산화막 파괴를 가속화하여 공식 부식 형성을 촉진할 수 있습니다.
불행하게도 국부적인 공식 및 틈새 부식은 감지하기 어려울 수 있으므로 이러한 유형의 부식을 식별, 예측 및 설계하기가 더 어렵습니다. 이러한 위험을 감안할 때 플랫폼 소유자, 운영자 및 피지명인은 해당 용도에 가장 적합한 배관 재료를 선택할 때 주의해야 합니다. 재료 선택은 부식에 대한 첫 번째 방어선이므로 올바르게 선택하는 것이 중요합니다. 다행스럽게도 국부 부식 저항에 대한 매우 간단하지만 매우 효과적인 측정인 PREN(공식 저항 등가 번호)을 사용하여 선택할 수 있습니다. 금속의 PREN 값이 높을수록 , 국부 부식에 대한 내성이 높을수록.
이 기사에서는 피팅 및 틈새 부식을 식별하는 방법과 재료의 PREN 값을 기반으로 해양 석유 및 가스 응용 분야를 위한 튜브 재료 선택을 최적화하는 방법을 검토합니다.
국부 부식은 금속 표면에서 더 균일한 일반 부식에 비해 작은 영역에서 발생합니다. 염수를 포함한 부식성 유체에 노출되어 금속의 외부 크롬이 풍부한 수동 산화막이 파열될 때 피팅 및 틈새 부식이 316 스테인리스 스틸 파이프에 형성되기 시작합니다. 염화물이 풍부한 해양 및 육상 해양 환경은 물론 고온과 튜브 표면의 오염으로 인해 이 부동태 피막의 열화 가능성이 높아집니다.
Pitting.Pitting 부식은 파이프 길이의 부동태 피막이 파괴되어 파이프 표면에 작은 공동 또는 구덩이를 형성할 때 발생합니다. 이러한 구덩이는 전기 화학 반응이 일어나면서 금속의 철이 구덩이 바닥의 용액에 용해되도록 성장할 가능성이 있습니다. 용해된 철은 구덩이의 상단으로 확산되어 산화철 또는 녹을 형성하도록 산화됩니다. 누출에.
배관은 외부 표면이 오염될 때 공식 부식에 더 취약합니다(그림 1). 예를 들어, 용접 및 연삭 작업으로 인한 오염은 파이프의 보호막 산화물 층을 손상시켜 공식 부식을 형성하고 가속화할 수 있습니다. 단순히 파이프 오염을 처리하는 경우에도 마찬가지입니다. 또한 염수 방울이 증발함에 따라 파이프에 형성되는 습식 염 결정도 동일한 작용을 하여 산화물 층을 보호하고 공식 부식을 유발할 수 있습니다. 이러한 유형의 오염을 방지하려면 정기적으로 세척하여 파이프를 깨끗하게 유지하십시오. 신선한 물로 그들을.
그림 1 – 산, 염수 및 기타 침전물로 오염된 316/316L 스테인리스 강관은 구멍 부식에 매우 취약합니다.
틈새 부식. 대부분의 경우 피팅은 작업자가 쉽게 식별할 수 있습니다. 그러나 틈새 부식은 감지하기 쉽지 않으며 작업자와 직원에게 더 큰 위험을 초래합니다. 일반적으로 클립으로 제자리에 고정된 파이프나 나란히 단단히 설치된 파이프와 같이 주변 재료 사이에 좁은 공간이 있는 파이프에서 발생합니다. 소금물이 틈새로 스며들면 시간이 지남에 따라 화학적으로 공격적인 산성 염화제이철(FeCl3) 용액이 해당 영역에 형성되어 틈새 부식이 가속화됩니다(그림 2). .틈새 자체가 부식의 위험을 증가시키기 때문에 구멍 부식보다 훨씬 낮은 온도에서 틈 부식이 발생할 수 있습니다.
그림 2 – 배관과 배관 지지대(상단) 사이 및 배관이 다른 표면(하단) 가까이에 설치될 때 틈새에 화학적으로 산성화된 염화제이철 용액이 형성되어 틈새 부식이 발생할 수 있습니다.
틈새 부식은 일반적으로 파이프 길이와 파이프 지지 클립 사이에 형성된 틈새에서 피팅 부식을 가장 먼저 시뮬레이션합니다. 그러나 균열 내 유체의 Fe++ 농도 증가로 인해 초기 크레이터는 전체 균열을 덮을 때까지 점점 더 커집니다. 궁극적으로 균열 부식은 파이프를 천공할 수 있습니다.
빡빡한 균열은 부식의 가장 큰 위험입니다. 따라서 대부분의 파이프 둘레를 감싸는 파이프 클램프는 파이프와 클램프 사이의 접촉면을 최소화하는 개방형 클램프보다 더 큰 위험을 나타내는 경향이 있습니다. 유지보수 기술자는 정기적으로 클램프를 열고 파이프 표면의 부식 여부를 검사하여 손상 또는 고장을 유발하는 균열 부식의 가능성을 줄이는 데 도움을 줄 수 있습니다.
피팅 및 틈새 부식은 응용 분야에 적합한 금속 합금을 선택하여 가장 잘 방지할 수 있습니다. 지정자는 작동 환경, 공정 조건 및 기타 변수에 따라 부식 위험을 최소화하기 위해 최적의 배관 재료를 선택하기 위해 실사를 수행해야 합니다.
지정자가 재료 선택을 최적화하는 데 도움이 되도록 금속의 PREN 값을 비교하여 국부 부식에 대한 내성을 결정할 수 있습니다. PREN은 다음과 같이 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 질소(N) 함량을 포함한 합금의 화학 조성에서 계산할 수 있습니다.
PREN은 합금의 내식성 원소인 크롬, 몰리브덴 및 질소의 함량에 따라 증가합니다. PREN 관계는 화학적 조성과 관련하여 다양한 스테인리스강에 대한 공식 부식이 관찰되는 최저 온도인 CPT(임계 공식 온도)를 기반으로 합니다. 기본적으로 PREN은 CPT에 비례합니다. 따라서 PREN 값이 높을수록 공식 저항이 더 높음을 나타냅니다. PREN에서 상당히 높은 CPT로 성능이 크게 향상되었음을 나타냅니다.
표 1은 해양 석유 및 가스 응용 분야에서 일반적으로 사용되는 다양한 합금의 PREN 값을 비교한 것입니다. 사양이 고급 파이프 합금을 선택하여 내식성을 크게 향상시킬 수 있는 방법을 보여줍니다. PREN은 316에서 317 스테인리스강으로 전환할 때 약간만 증가합니다. 상당한 성능 향상을 위해 6Mo 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강 또는 2507 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강이 이상적으로 사용됩니다.
스테인리스강의 니켈(Ni) 농도가 높으면 내부식성도 향상됩니다. 그러나 스테인리스강의 니켈 함량은 PREN 방정식의 일부가 아닙니다. 어떤 경우든 니켈 농도가 높은 스테인리스강을 지정하는 것이 종종 유리합니다. 이 원소는 국부 부식 징후를 보이는 표면을 다시 부동태화하는 데 도움이 되기 때문입니다. 니켈은 오스테나이트를 안정화하고 1/8 경질 파이프를 구부리거나 냉간 인발할 때 마르텐사이트 형성을 방지합니다. 316/316L에서 최소 12%의 높은 니켈 함량은 고압 가스 수소와 관련된 응용 분야에도 바람직합니다. ASTM 표준 사양에서 316/316L 스테인리스강에 필요한 최소 니켈 농도는 10%입니다.
국부 부식은 해양 환경에서 사용되는 파이프의 어느 곳에서나 발생할 수 있습니다. 그러나 피팅 부식은 이미 오염된 영역에서 발생할 가능성이 더 높은 반면, 틈새 부식은 파이프와 장착 하드웨어 사이의 좁은 간격이 있는 영역에서 발생할 가능성이 더 높습니다. 지정자는 PREN을 기본으로 사용하여 모든 종류의 국부 부식 위험을 최소화하기 위해 최상의 파이프 합금을 선택할 수 있습니다.
그러나 부식 위험에 영향을 미칠 수 있는 다른 변수가 있다는 점을 염두에 두십시오. 예를 들어, 온도는 스테인리스강의 공식 저항에 영향을 미칩니다. 더운 해양 기후의 경우 6 몰리브덴 슈퍼 오스테나이트 또는 2507 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 파이프를 심각하게 고려해야 합니다. 이러한 재료는 국부 부식 및 염화물 응력 균열에 대한 저항성이 우수하기 때문입니다. 서늘한 기후의 경우, 특히 성공적인 사용 이력이 확립된 경우 316/316L 파이프로 충분할 수 있습니다.
연안 플랫폼 소유주와 운영자는 튜브를 설치한 후 부식 위험을 최소화하기 위한 조치를 취할 수도 있습니다. 그들은 파이프를 깨끗하게 유지하고 구멍 부식의 위험을 줄이기 위해 정기적으로 담수로 세척해야 합니다. 또한 정기적인 검사 중에 유지 보수 기술자가 튜브 클램프를 열어 틈새 부식이 있는지 확인해야 합니다.
위에서 설명한 단계에 따라 플랫폼 소유자와 운영자는 해양 환경에서 튜브 부식 및 관련 누출 위험을 줄이고 안전성과 효율성을 개선하는 동시에 제품 손실 또는 비산 배출물의 방출 가능성을 줄일 수 있습니다.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology는 석유 엔지니어 협회(Society of Petroleum Engineers)의 대표 잡지로 탐사 및 생산 기술의 발전, 석유 및 가스 산업 문제, SPE 및 회원사에 대한 뉴스에 대한 권위 있는 브리핑과 특집을 제공합니다.