Nepaisant nerūdijančio plieno vamzdžių būdingo atsparumo korozijai, jūrinėje aplinkoje montuojami nerūdijančio plieno vamzdžiai per savo numatomą eksploatavimo laiką yra veikiami įvairių tipų korozijos. Dėl šios korozijos gali susidaryti neorganizuotos emisijos, produktų nuostoliai ir kilti pavojus. Jūrinių platformų savininkai ir operatoriai gali sumažinti korozijos riziką, pasirinkdami tvirtesnes vamzdžių medžiagas, kurios yra atsparesnės korozijai. Vėliau jie turi būti budrūs tikrindami cheminių medžiagų įpurškimo linijas, hidraulines ir impulsines linijas bei proceso prietaisus ir įrangą, kad užtikrintų, jog korozija nekeltų grėsmės sumontuotų vamzdynų vientisumui ar saugai.
Lokalizuota korozija gali būti aptinkama daugelyje platformų, laivų ir jūrinių vamzdynų. Ši korozija gali būti taškinės arba plyšinės korozijos pavidalo, kurios gali ardyti vamzdžio sienelę ir sukelti skysčio išsiskyrimą.
Korozijos rizika didėja kylant veikimo temperatūrai. Karštis gali paspartinti vamzdžio apsauginės išorinės pasyviosios oksido plėvelės irimą, taip skatinant taškinį koroziją.
Deja, lokalizuotą taškinę ir plyšinę koroziją sunku aptikti, todėl sunku nustatyti, numatyti ir suprojektuoti tokio tipo koroziją. Atsižvelgiant į šią riziką, platformų savininkai, operatoriai ir paskirtieji asmenys turi būti atsargūs rinkdamiesi geriausią vamzdynų medžiagą savo pritaikymui. Medžiagų pasirinkimas yra pirmoji jų gynybos linija nuo korozijos, todėl labai svarbu ją tinkamai pasirinkti. Laimei, jie gali pasirinkti labai paprastą, bet labai veiksmingą lokalizuoto atsparumo korozijai matą – taškinės korozijos atsparumo ekvivalento skaičių (PREN). Kuo didesnė metalo PREN vertė, tuo didesnis jo atsparumas lokalizuotai korozijai.
Šiame straipsnyje bus nagrinėjama, kaip nustatyti taškinę ir plyšinę koroziją, taip pat kaip optimizuoti vamzdžių medžiagos pasirinkimą jūrinėms naftos ir dujų gavybos reikmėms, remiantis medžiagos PREN verte.
Lokalizuota korozija atsiranda nedideliuose plotuose, palyginti su bendra korozija, kuri yra tolygesnė visame metalo paviršiuje. Taškinė ir plyšinė korozija ant 316 nerūdijančio plieno vamzdžių pradeda formuotis, kai išorinė chromo turtinga metalo pasyviojo oksido plėvelė suyra dėl sąlyčio su koroziniais skysčiais, įskaitant sūrų vandenį. Jūros aplinka, kurioje gausu chloridų, taip pat aukšta temperatūra ir net vamzdžių paviršiaus užterštumas padidina šios pasyvavimo plėvelės irimo tikimybę.
Taškinė korozija atsiranda, kai vamzdžio atkarpos pasyvavimo plėvelė suyra, vamzdžio paviršiuje susidaro mažos ertmės arba duobutės. Tokios duobutės greičiausiai didėja vykstant elektrocheminėms reakcijoms, dėl kurių metale esanti geležis ištirpsta tirpale duobutės dugne. Ištirpusi geležis difunduoja į duobutės viršų ir oksiduojasi, sudarydama geležies oksidą arba rūdis. Duobei gilėjant, elektrocheminės reakcijos spartėja, didėja korozija, dėl kurios gali pradurti vamzdžio sienelę ir atsirasti nuotėkių.
Vamzdžiai yra labiau linkę į taškinį koroziją, jei jų išorinis paviršius yra užterštas (1 pav.). Pavyzdžiui, suvirinimo ir šlifavimo metu susidarantys teršalai gali pažeisti vamzdžio pasyvavimo oksido sluoksnį, taip suformuodami ir pagreitindami taškinį koroziją. Tas pats pasakytina ir apie tiesiog vamzdžių taršos šalinimą. Be to, druskos lašeliams išgaruojant, ant vamzdžių susidarantys drėgni druskos kristalai apsaugo oksido sluoksnį ir gali sukelti taškinį koroziją. Kad išvengtumėte tokio tipo užterštumo, reguliariai plaukite vamzdžius gėlu vandeniu.
1 pav. 316/316L nerūdijančio plieno vamzdis, užterštas rūgštimi, druskos tirpalu ir kitomis nuosėdomis, yra labai jautrus taškiniam korozijai.
Plyšinė korozija. Daugeliu atvejų operatorius gali lengvai aptikti taškinę koroziją. Tačiau plyšinę koroziją aptikti nėra lengva ir ji kelia didesnę riziką operatoriams ir personalui. Tai dažniausiai įvyksta vamzdžiuose, kuriuose tarp aplinkinių medžiagų yra siauri tarpai, pavyzdžiui, vamzdžiuose, pritvirtintuose spaustukais, arba vamzdžiuose, kurie yra sandariai supakuoti vienas šalia kito. Kai sūrymas patenka į plyšį, laikui bėgant šioje vietoje susidaro chemiškai agresyvus parūgštintas geležies chlorido tirpalas (FeCl3), kuris pagreitina plyšinės korozijos procesą (2 pav.). Kadangi pats plyšys padidina korozijos riziką, plyšinė korozija gali atsirasti daug žemesnėje temperatūroje nei taškinė korozija.
2 pav. – Plyšinė korozija gali atsirasti tarp vamzdžio ir vamzdžio atramos (viršuje) ir kai vamzdis montuojamas arti kitų paviršių (apačioje) dėl chemiškai agresyvaus parūgštinto geležies chlorido tirpalo susidarymo tarpe.
Plyšinė korozija paprastai pirmiausia imituoja duobėjimą tarpe, susidariusiame tarp vamzdžio sekcijos ir vamzdžio atramos apykaklės. Tačiau dėl padidėjusios Fe++ koncentracijos skystyje lūžio viduje pradinis piltuvėlis vis didėja, kol uždengia visą lūži. Galiausiai plyšinė korozija gali sukelti vamzdžio pradūrimą.
Didžiausią korozijos riziką kelia tankūs įtrūkimai. Todėl vamzdžių spaustukai, kurie apgaubia didesnę vamzdžio perimetro dalį, yra rizikingesni nei atviri spaustukai, kurie sumažina vamzdžio ir spaustuko sąlyčio paviršių. Techninės priežiūros technikai gali padėti sumažinti plyšių korozijos žalos ar gedimo tikimybę reguliariai atidarydami spaustukus ir tikrindami vamzdžio paviršių, ar nėra korozijos.
Taškinės ir plyšinės korozijos galima išvengti parinkus tinkamą metalo lydinį konkrečiam atvejui. Specifikatoriai turi būti deramai atidūs pasirinkdami optimalią vamzdynų medžiagą, kad sumažintų korozijos riziką, priklausomai nuo proceso aplinkos, proceso sąlygų ir kitų kintamųjų.
Kad padėtų specifikacijų rengėjams optimizuoti medžiagų pasirinkimą, jie gali palyginti metalų PREN vertes, kad nustatytų jų atsparumą lokalizuotai korozijai. PREN galima apskaičiuoti pagal lydinio cheminę sudėtį, įskaitant chromo (Cr), molibdeno (Mo) ir azoto (N) kiekį, taip:
PREN didėja kartu su lydinio korozijai atsparių elementų – chromo, molibdeno ir azoto – kiekiu. PREN santykis yra pagrįstas kritine taškinio korozijos temperatūra (CPT) – žemiausia temperatūra, kurioje vyksta taškinis korozija – įvairiems nerūdijantiems plienams, priklausomai nuo cheminės sudėties. Iš esmės PREN yra proporcingas CPT. Todėl didesnės PREN vertės rodo didesnį atsparumą taškiniam korozijai. Nedidelis PREN padidėjimas yra lygus tik nedideliam CPT padidėjimui, palyginti su lydiniu, o didelis PREN padidėjimas rodo reikšmingą našumo pagerėjimą, palyginti su žymiai didesniu CPT.
1 lentelėje palyginamos įvairių lydinių, dažniausiai naudojamų jūrinėje naftos ir dujų gavybos pramonėje, PREN vertės. Joje parodyta, kaip pasirinkus aukštesnės kokybės vamzdžių lydinį, galima gerokai pagerinti atsparumą korozijai. PREN šiek tiek padidėja nuo 316 SS iki 317 SS. Super austenitinis 6 Mo SS arba Super duplex 2507 SS idealiai tinka žymiai padidinti našumą.
Didesnė nikelio (Ni) koncentracija nerūdijančiame pliene taip pat padidina atsparumą korozijai. Tačiau nikelio kiekis nerūdijančiame pliene nėra PREN lygties dalis. Bet kokiu atveju dažnai naudinga rinktis nerūdijantį plieną su didesniu nikelio kiekiu, nes šis elementas padeda pakartotinai pasyvuoti paviršius, kuriuose yra lokalizuotos korozijos požymių. Nikelis stabilizuoja austenitą ir apsaugo nuo martensito susidarymo lenkiant arba šaltai tempiant 1/8 standųjį vamzdį. Martensitas yra nepageidaujama kristalinė fazė metaluose, kuri sumažina nerūdijančio plieno atsparumą lokalizuotai korozijai, taip pat chloridų sukeltiems įtrūkimams. Didesnis nikelio kiekis, bent 12 %, 316/316L pliene taip pat pageidautinas naudojant aukšto slėgio vandenilio dujas. Minimali nikelio koncentracija, reikalinga ASTM 316/316L nerūdijančiam plienui, yra 10 %.
Lokalinė korozija gali atsirasti bet kurioje jūrinėje aplinkoje naudojamų vamzdžių vietoje. Tačiau taškinė korozija labiau tikėtina jau užterštose vietose, o plyšinė korozija – tose vietose, kur tarp vamzdžio ir montavimo įrangos yra siauri tarpai. Remdamasis PREN kaip pagrindu, specifikacijos rengėjas gali pasirinkti geriausią vamzdžių lydinį, kad sumažintų bet kokios lokalizuotos korozijos riziką.
Tačiau nepamirškite, kad yra ir kitų kintamųjų, kurie gali turėti įtakos korozijos rizikai. Pavyzdžiui, temperatūra turi įtakos nerūdijančio plieno atsparumui taškinei korozijai. Karštam jūriniam klimatui reikėtų rimtai apsvarstyti superaustenitinio 6 molibdeno plieno arba superdupleksinio 2507 nerūdijančio plieno vamzdžius, nes šios medžiagos pasižymi puikiu atsparumu lokalizuotai korozijai ir chloridų įtrūkimams. Vėsesniam klimatui gali pakakti 316/316L vamzdžio, ypač jei yra sėkmingo naudojimo istorija.
Jūrinių platformų savininkai ir operatoriai taip pat gali imtis priemonių korozijos rizikai sumažinti po vamzdžių montavimo. Jie turėtų palaikyti vamzdžių švarą ir reguliariai juos praplauti gėlu vandeniu, kad sumažintų korozijos riziką. Jie taip pat turėtų paprašyti priežiūros specialistų atidaryti vamzdžių spaustukus įprastinių patikrinimų metu, kad patikrintų, ar nėra plyšinės korozijos.
Laikydamiesi aukščiau nurodytų veiksmų, platformų savininkai ir operatoriai gali sumažinti vamzdžių korozijos ir susijusių nuotėkių riziką jūros aplinkoje, pagerinti saugą ir efektyvumą bei sumažinti produktų nuostolių ar neorganizuotų išmetamųjų teršalų tikimybę.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
„Journal of Petroleum Technology“ yra pagrindinis Naftos inžinierių draugijos žurnalas, kuriame publikuojamos autoritetingos santraukos ir straipsniai apie pažangą technologijų srityje, naftos ir dujų pramonės problemas bei naujienos apie SPE ir jos narius.