Kljub inherentni korozijski odpornosti cevi iz nerjavečega jekla so cevi iz nerjavečega jekla, nameščene v morskih okoljih, med pričakovano življenjsko dobo podvržene različnim vrstam korozije. Ta korozija lahko povzroči ubežne emisije, izgubo izdelka in morebitna tveganja. Lastniki in upravljavci morskih ploščadi lahko zmanjšajo tveganje korozije tako, da določijo močnejše materiale za cevi, ki zagotavljajo boljšo odpornost proti koroziji. Nato morajo ostati pozorni pri pregledovanju vbrizgavanja kemikalij pogonskih, hidravličnih in impulznih vodov ter procesne instrumentacije in senzorske opreme za zagotovitev, da korozija ne ogroža celovitosti nameščenih cevovodov in ogroža varnosti.
Lokalno korozijo je mogoče najti na številnih ploščadih, plovilih, ladjah in cevovodih v napravah na morju. Ta korozija je lahko v obliki luknjičaste korozije ali korozije v razpokah, ki lahko razjeda steno cevi in ​​povzroči izpust tekočine.
Tveganje korozije je večje, ko se delovna temperatura aplikacije poveča. Toplota lahko pospeši uničenje zaščitnega zunanjega pasivnega oksidnega filma cevi in ​​tako spodbuja nastanek luknjičaste korozije.
Na žalost je lokalizirano luknjičasto in razpokano korozijo težko odkriti, zaradi česar je te vrste korozije težje prepoznati, predvideti in načrtovati. Glede na ta tveganja morajo biti lastniki platform, operaterji in pooblaščenci previdni pri izbiri najboljšega materiala za cevovode za svojo uporabo. Izbira materiala je njihova prva obrambna linija pred korozijo, zato je pomembna pravilna izbira. Na srečo se lahko odločijo za uporabo zelo preprostega, a zelo učinkovitega ukrepa za lokalizirano korozijo odpornost, ekvivalentno število odpornosti proti luknjam (PREN). Višja kot je vrednost PREN kovine, večja je njena odpornost proti lokalizirani koroziji.
Ta članek bo pregledal, kako prepoznati luknjičasto in razpokano korozijo ter kako optimizirati izbiro materiala cevi za uporabo nafte in plina na morju na podlagi vrednosti PREN materiala.
Lokalizirana korozija se pojavi na majhnih območjih v primerjavi s splošno korozijo, ki je bolj enakomerna na kovinski površini. Jamičasta in razpokana korozija se začneta oblikovati na ceveh iz nerjavečega jekla 316, ko kovinski zunanji, s kromom bogat pasivni oksidni film poči zaradi izpostavljenosti jedkim tekočinam, vključno s slano vodo. S kloridi bogata morska okolja na morju in na kopnem, pa tudi visoke temperature in celo kontaminacija površine cevi poveča možnost degradacije tega pasivacijskega filma.
Jamčasta korozija se pojavi, ko se pasivacijski film na dolžini cevi uniči in na površini cevi nastanejo majhne votline ali jamice. Takšne jamice se bodo verjetno povečale, ko potekajo elektrokemične reakcije, zaradi česar se železo v kovini raztopi v raztopini na dnu jame. Raztopljeno železo bo nato difundiralo proti vrhu jame in oksidiralo, da nastane železov oksid ali rja. poglablja, elektrokemične reakcije se pospešijo, korozija se okrepi in lahko privede do predrtja stene cevi in ​​puščanja.
Cev je bolj dovzetna za luknjičasto korozijo, ko je njena zunanja površina onesnažena (slika 1). Na primer, kontaminacija zaradi varjenja in brušenja lahko poškoduje pasivno oksidno plast cevi, s čimer nastane in pospeši luknjičasto korozijo. Enako velja za preprosto ravnanje s kontaminacijo iz cevi. Poleg tega, ko kapljice slanice izhlapevajo, mokri kristali soli, ki se tvorijo na ceveh, storijo enako, da zaščitijo oksidno plast in lahko povzroči luknjičasto korozijo. Da preprečite te vrste kontaminacije, ohranjajte svoje cevi čiste tako, da jih redno izpirate s svežo vodo.
Slika 1 – Cev iz nerjavečega jekla 316/316L, onesnažena s kislino, slanico in drugimi usedlinami, je zelo dovzetna za luknjičasto korozijo.
korozija v razpokah. V večini primerov lahko upravljavec zlahka prepozna luknjičasto korozijo. Vendar korozije v razpokah ni lahko zaznati in predstavlja večje tveganje za operaterje in osebje. Običajno se pojavi na ceveh, ki imajo tesne prostore med okoliškimi materiali, kot so cevi, pritrjene s sponkami, ali cevi, ki so tesno nameščene ena poleg druge. Ko slanica prodre v špranjo, kemično agresiven nakisan železov klorid (FeCl3 ) na tem območju sčasoma nastane raztopina in povzroči pospešeno razpokano korozijo (slika 2). Ker same špranje povečajo tveganje korozije, se lahko razpokana korozija pojavi pri temperaturah, ki so veliko nižje od jamičaste korozije.
Slika 2 – Korozija v špranji se lahko pojavi med cevjo in nosilcem cevi (zgoraj) in ko je cev nameščena blizu drugih površin (spodaj) zaradi tvorbe kemično agresivne nakisane raztopine železovega klorida v reži.
Razpokana korozija običajno najprej simulira luknjičasto korozijo v špranji, ki nastane med dolžino cevi in ​​nosilno sponko cevi. Vendar pa zaradi naraščajoče koncentracije Fe++ v tekočini znotraj preloma začetni krater postaja vedno večji, dokler ne pokrije celotnega preloma. Končno lahko razpokana korozija preluknja cev.
Tesne razpoke so največje tveganje za korozijo. Zato cevne objemke, ki se ovijejo okoli večjega dela oboda cevi, običajno predstavljajo večje tveganje kot odprte objemke, ki zmanjšajo kontaktno površino med cevjo in objemko. Vzdrževalci lahko pomagajo zmanjšati verjetnost korozije v špranjah, ki povzroči poškodbe ali okvare, tako da redno odpirajo objemke in pregledujejo površino cevi za korozijo.
Jamčasto in špranjsko korozijo je mogoče najbolje preprečiti z izbiro prave kovinske zlitine za aplikacijo. Specifikatorji bi morali biti skrbni, da izberejo optimalen material za cevovode, da zmanjšajo tveganje korozije na podlagi delovnega okolja, pogojev postopka in drugih spremenljivk.
Da bi specifikatorjem pomagali optimizirati izbiro materiala, lahko primerjajo vrednosti PREN kovin, da določijo njihovo odpornost na lokalno korozijo.PREN je mogoče izračunati iz kemične sestave zlitine, vključno z vsebnostjo kroma (Cr), molibdena (Mo) in dušika (N), kot sledi:
PREN se poveča z vsebnostjo elementov, odpornih proti koroziji, kroma, molibdena in dušika v zlitini. Razmerje PREN temelji na kritični temperaturi luknjičaste korozije (CPT) – najnižji temperaturi, pri kateri opazimo luknjičasto korozijo – za različna nerjavna jekla glede na kemično sestavo. V bistvu je PREN sorazmeren s CPT. Zato višje vrednosti PREN kažejo višjo odpornost proti luknjičastim luknjam. Majhno povečanje PREN je le enakovredno majhnemu povečanju CPT v primerjavi z zlitino, medtem ko veliko povečanje PREN kaže pomembnejše izboljšanje zmogljivosti za bistveno višje CPT.
Tabela 1 primerja vrednosti PREN za različne zlitine, ki se običajno uporabljajo v naftnih in plinskih aplikacijah na morju. Prikazuje, kako lahko specifikacija znatno izboljša odpornost proti koroziji z izbiro zlitine cevi višjega razreda. PREN se pri prehodu iz nerjavečega jekla 316 na 317 le malo poveča. Za znatno povečanje zmogljivosti je idealno uporabiti 6 Mo super avstenitno nerjavno jeklo ali 2507 super duplex nerjavno jeklo.
Višje koncentracije niklja (Ni) v nerjavnem jeklu prav tako povečajo odpornost proti koroziji. Vendar pa vsebnost niklja v nerjavnem jeklu ni del enačbe PREN. V vsakem primeru je pogosto koristno določiti nerjavna jekla z višjo koncentracijo niklja, saj ta element pomaga ponovno pasivizirati površine, ki kažejo znake lokalne korozije. Nikelj stabilizira avstenit in preprečuje tvorbo martenzita pri upogibanju ali hladnem vlečenju 1/8 trda cev. Martenzit je neželena kristalna faza v kovinah, ki zmanjšuje odpornost nerjavnega jekla na lokalizirano korozijo in napetostne razpoke, ki jih povzroči klorid. Višja vsebnost niklja vsaj 12 % v 316/316L je prav tako zaželena za aplikacije, ki vključujejo visokotlačni plinasti vodik. Najmanjša koncentracija niklja, zahtevana za nerjavno jeklo 316/316L v standardnih specifikacijah ASTM je 10 %.
Lokalizirana korozija se lahko pojavi kjer koli na ceveh, ki se uporabljajo v morskih okoljih. Vendar pa je bolj verjetno, da se bo pojavila luknjičasta korozija na območjih, ki so že onesnažena, medtem ko je verjetneje, da se bo pojavila korozija v špranjah na območjih z ozkimi režami med cevjo in strojno opremo za pritrditev. Na osnovi PREN lahko specifikator izbere najboljšo zlitino cevi za zmanjšanje tveganja kakršne koli lokalizirane korozije.
Vendar ne pozabite, da obstajajo tudi druge spremenljivke, ki lahko vplivajo na tveganje korozije. Temperatura na primer vpliva na odpornost nerjavnega jekla na luknjičaste luknje. Za vroča morska podnebja je treba resno razmisliti o cevi iz 6 molibdenovega super avstenitnega ali 2507 super dupleksnega nerjavečega jekla, ker imajo ti materiali odlično odpornost proti lokalni koroziji in razpokam zaradi kloridne napetosti. Za hladnejše podnebje lahko zadostuje cev 316/316L, še posebej, če je v preteklosti uspešna uporaba je bila ugotovljena.
Lastniki in upravljavci morskih ploščadi lahko sprejmejo tudi ukrepe za zmanjšanje tveganja korozije po namestitvi cevi. Cevi morajo vzdrževati čiste in jih redno spirati s svežo vodo, da zmanjšajo tveganje luknjičaste korozije. Prav tako morajo vzdrževalci med rutinskimi pregledi odpreti cevne objemke, da ugotovijo prisotnost korozije v špranjah.
Po zgoraj opisanih korakih lahko lastniki in upravljavci ploščadi zmanjšajo tveganje korozije cevi in ​​s tem povezanih puščanj v morskih okoljih, izboljšajo varnost in učinkovitost ter hkrati zmanjšajo možnost izgube izdelka ali sproščanja ubežnih emisij.
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 je vodilna revija Društva naftnih inženirjev, ki ponuja verodostojne kratke informacije in članke o napredku v tehnologiji raziskovanja in proizvodnje, vprašanjih naftne in plinske industrije ter novice o SPE in njegovih članih.