Napriek inherentnej odolnosti nerezových rúr voči korózii sú nerezové rúry inštalované v morskom prostredí počas svojej očakávanej životnosti vystavené rôznym typom korózie. Táto korózia môže viesť k fugitívnym emisiám, stratám produktov a potenciálnym rizikám. Majitelia a prevádzkovatelia pobrežných plošín môžu znížiť riziko korózie špecifikovaním pevnejších materiálov na rúry, ktoré poskytujú lepšiu odolnosť voči korózii. Následne musia zostať ostražití pri kontrole potrubí na vstrekovanie chemikálií, hydraulických a impulzných potrubí a procesných prístrojov a inštrumentácie, aby sa zabezpečilo, že korózia neohrozí integritu inštalovaného potrubia ani nenaruší bezpečnosť.
Lokálna korózia sa môže vyskytovať na mnohých plošinách, lodiach, plavidlách a pobrežných potrubiach. Táto korózia môže mať formu jamkovej alebo štrbinovej korózie, pričom obe môžu narušiť stenu potrubia a spôsobiť únik kvapaliny.
Riziko korózie sa zvyšuje so zvyšujúcou sa prevádzkovou teplotou aplikácie. Teplo môže urýchliť degradáciu ochranného vonkajšieho pasívneho oxidového filmu trubice, čím sa podporuje jamková tvorba.
Lokalizovanú jamkovú a štrbinovú koróziu je bohužiaľ ťažké odhaliť, čo sťažuje identifikáciu, predpovedanie a navrhovanie týchto typov korózie. Vzhľadom na tieto riziká musia majitelia, prevádzkovatelia a poverené osoby platforiem postupovať opatrne pri výbere najlepšieho materiálu potrubia pre svoju aplikáciu. Výber materiálu je ich prvou obrannou líniou proti korózii, takže jeho správny výber je veľmi dôležitý. Našťastie si môžu vybrať veľmi jednoduché, ale veľmi účinné meradlo lokálnej odolnosti voči korózii, ekvivalentné číslo jamkovej odolnosti (PREN). Čím vyššia je hodnota PREN kovu, tým vyššia je jeho odolnosť voči lokalizovanej korózii.
Tento článok sa zameria na to, ako identifikovať jamkovú a štrbinovú koróziu, ako aj na to, ako optimalizovať výber materiálu potrubí pre aplikácie v oblasti ťažby ropy a zemného plynu na mori na základe hodnoty PREN materiálu.
Lokalizovaná korózia sa vyskytuje v malých oblastiach v porovnaní s bežnou koróziou, ktorá je rovnomernejšia po celom povrchu kovu. Jamková a štrbinová korózia sa začína tvoriť na rúrkach z nehrdzavejúcej ocele 316, keď sa vonkajší pasívny oxidový film bohatý na chróm rozpadne v dôsledku vystavenia korozívnym kvapalinám vrátane slanej vody. Morské prostredie bohaté na chloridy, ako aj vysoké teploty a dokonca aj kontaminácia povrchu rúrok zvyšujú pravdepodobnosť degradácie tohto pasivačného filmu.
Jamková korózia Jamková korózia vzniká, keď sa pasivačný film na časti potrubia rozpadne a na povrchu potrubia sa vytvoria malé dutiny alebo jamky. Takéto jamky pravdepodobne rastú v dôsledku prebiehajúcich elektrochemických reakcií, v dôsledku čoho sa železo v kove rozpustí v roztoku na dne jamky. Rozpustené železo potom difunduje na vrchol jamky a oxiduje za vzniku oxidu železa alebo hrdze. S prehlbovaním jamky sa elektrochemické reakcie zrýchľujú a korózia sa zvyšuje, čo môže viesť k perforácii steny potrubia a k netesnostiam.
Rúry sú náchylnejšie na jamkovú vrstvu, ak je ich vonkajší povrch kontaminovaný (obrázok 1). Napríklad kontaminanty zo zvárania a brúsenia môžu poškodiť pasivačnú oxidovú vrstvu rúry, čím sa vytvára a urýchľuje jamková vrstva. To isté platí aj pre jednoduché odstraňovanie znečistenia z rúr. Okrem toho, keď sa kvapôčky soli odparujú, vlhké kryštály soli, ktoré sa tvoria na rúrach, chránia oxidovú vrstvu a môžu viesť k jamkovej vrstve. Aby ste predišli týmto typom kontaminácie, udržiavajte rúry čisté pravidelným preplachovaním sladkou vodou.
Obrázok 1. Nerezové potrubie 316/316L kontaminované kyselinami, soľnými roztokmi a inými usadeninami je veľmi náchylné na jamkovú tvorbu.
štrbinová korózia. Vo väčšine prípadov môže obsluha ľahko zistiť jamkovú koróziu. Štrbinová korózia sa však nedá ľahko zistiť a predstavuje väčšie riziko pre obsluhu a personál. Zvyčajne sa vyskytuje na potrubiach, ktoré majú úzke medzery medzi okolitými materiálmi, ako sú napríklad potrubia držané na mieste pomocou svoriek alebo potrubia, ktoré sú tesne vedľa seba. Keď soľanka preniká do štrbiny, v priebehu času sa v tejto oblasti vytvorí chemicky agresívny okyslený roztok chloridu železitého (FeCl3), ktorý spôsobuje zrýchlenie štrbinovej korózie (obr. 2). Keďže samotná štrbina zvyšuje riziko korózie, štrbinová korózia sa môže vyskytnúť pri teplotách oveľa nižších ako jamková korózia.
Obrázok 2 – Štrbinová korózia sa môže vyvinúť medzi potrubím a podperou potrubia (hore) a keď je potrubie inštalované blízko iných povrchov (dole) v dôsledku tvorby chemicky agresívneho okysleného roztoku chloridu železitého v medzere.
Štrbinová korózia zvyčajne simuluje jamkovú koróziu najprv v medzere vytvorenej medzi časťou potrubia a oporným golierom potrubia. Avšak v dôsledku zvýšenia koncentrácie Fe++ v kvapaline vo vnútri trhliny sa počiatočný lievik zväčšuje a zväčšuje, až kým nepokryje celú trhlinu. Štrbinová korózia môže nakoniec viesť k perforácii potrubia.
Husté trhliny predstavujú najväčšie riziko korózie. Preto sú potrubné objímky, ktoré obopínajú väčšiu časť obvodu potrubia, rizikovejšie ako otvorené objímky, ktoré minimalizujú kontaktnú plochu medzi potrubím a objímkou. Servisní technici môžu pomôcť znížiť riziko poškodenia alebo poruchy v dôsledku štrbinovej korózie pravidelným otváraním objímok a kontrolou povrchu potrubia, či na ňom nie je korózia.
Jamkovej a štrbinovej korózii sa dá predísť výberom správnej kovovej zliatiny pre danú aplikáciu. Špecifikátori musia pri výbere optimálneho materiálu potrubia postupovať s náležitou starostlivosťou, aby minimalizovali riziko korózie v závislosti od procesného prostredia, procesných podmienok a ďalších premenných.
Aby špecifikátori mohli optimalizovať výber materiálu, môžu porovnať hodnoty PREN kovov a určiť ich odolnosť voči lokálnej korózii. PREN sa dá vypočítať z chemického zloženia zliatiny vrátane obsahu chrómu (Cr), molybdénu (Mo) a dusíka (N) takto:
PREN sa zvyšuje s obsahom prvkov odolných voči korózii, ako sú chróm, molybdén a dusík, v zliatine. Pomer PREN je založený na kritickej teplote jamkovania (CPT) – najnižšej teplote, pri ktorej dochádza k jamkovaniu – pre rôzne nehrdzavejúce ocele v závislosti od chemického zloženia. V podstate je PREN úmerný CPT. Preto vyššie hodnoty PREN naznačujú vyššiu odolnosť proti jamkovaniu. Malé zvýšenie PREN je ekvivalentné iba malému zvýšeniu CPT v porovnaní so zliatinou, zatiaľ čo veľké zvýšenie PREN naznačuje významné zlepšenie výkonu oproti výrazne vyššej CPT.
Tabuľka 1 porovnáva hodnoty PREN pre rôzne zliatiny bežne používané v ropnom a plynárenskom priemysle na mori. Ukazuje, ako môže špecifikácia výrazne zlepšiť odolnosť proti korózii výberom kvalitnejšej zliatiny na potrubia. PREN sa mierne zvyšuje z nehrdzavejúcej ocele 316 SS na nehrdzavejúcu oceľ 317 SS. Superaustenitická nehrdzavejúca oceľ 6Mo alebo superduplexná nehrdzavejúca oceľ 2507 SS sú ideálne na výrazné zvýšenie výkonu.
Vyššie koncentrácie niklu (Ni) v nehrdzavejúcej oceli tiež zvyšujú odolnosť proti korózii. Obsah niklu v nehrdzavejúcej oceli však nie je súčasťou rovnice PREN. V každom prípade je často výhodné vybrať si nehrdzavejúce ocele s vyšším obsahom niklu, pretože tento prvok pomáha repasivovať povrchy, ktoré vykazujú známky lokálnej korózie. Nikel stabilizuje austenit a zabraňuje tvorbe martenzitu pri ohýbaní alebo ťahaní za studena pevných rúrok s priemerom 1/8. Martenzit je nežiaduca kryštalická fáza v kovoch, ktorá znižuje odolnosť nehrdzavejúcej ocele voči lokálnej korózii, ako aj voči praskaniu v dôsledku napätia vyvolanému chloridmi. Vyšší obsah niklu, aspoň 12 %, v oceli 316/316L je tiež žiaduci pre aplikácie s vodíkom pri vysokom tlaku. Minimálna koncentrácia niklu požadovaná pre nehrdzavejúcu oceľ ASTM 316/316L je 10 %.
Lokalizovaná korózia sa môže vyskytnúť kdekoľvek na potrubiach používaných v morskom prostredí. Jamková korózia sa však s väčšou pravdepodobnosťou vyskytuje v už kontaminovaných oblastiach, zatiaľ čo štrbinová korózia sa s väčšou pravdepodobnosťou vyskytuje v oblastiach s úzkymi medzerami medzi potrubím a inštalačným zariadením. Na základe PREN môže špecifikátor vybrať najlepšiu zliatinu na potrubie, aby sa minimalizovalo riziko akéhokoľvek druhu lokalizovanej korózie.
Majte však na pamäti, že existujú aj iné premenné, ktoré môžu ovplyvniť riziko korózie. Napríklad teplota ovplyvňuje odolnosť nehrdzavejúcej ocele voči jamkovej korózii. Pre horúce prímorské podnebie by sa mali vážne zvážiť rúry zo superaustenitických molybdénových oceľových 6 alebo superduplexných nehrdzavejúcich oceľových 2507, pretože tieto materiály majú vynikajúcu odolnosť voči lokalizovanej korózii a praskaniu spôsobenému chloridmi. Pre chladnejšie podnebie môže postačovať rúra z nehrdzavejúcej ocele 316/316L, najmä ak existuje história úspešného používania.
Vlastníci a prevádzkovatelia morských plošín môžu tiež podniknúť kroky na minimalizáciu rizika korózie po inštalácii potrubí. Mali by udržiavať potrubia čisté a pravidelne preplachovať sladkou vodou, aby sa znížilo riziko jamkovej korózie. Taktiež by mali nechať technikov údržby otvárať potrubné objímky počas bežných kontrol, aby skontrolovali škárovú koróziu.
Dodržiavaním vyššie uvedených krokov môžu majitelia a prevádzkovatelia plošín znížiť riziko korózie potrubí a súvisiacich únikov v morskom prostredí, zlepšiť bezpečnosť a efektívnosť a znížiť riziko straty produktu alebo fugitívnych emisií.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Časopis Journal of Petroleum Technology je popredným časopisom Spoločnosti ropných inžinierov (Society of Petroleum Engineers), ktorý obsahuje autoritatívne súhrny a články o pokrokoch v technológiách ťažby, otázkach ropného a plynárenského priemyslu a novinky o SPE a jej členoch.