Упркос инхерентној отпорности цеви од нерђајућег челика на корозију, цеви од нерђајућег челика инсталиране у морском окружењу подложне су различитим врстама корозије током свог очекиваног века трајања. Ова корозија може довести до неконтролисаних емисија, губитка производа и потенцијалних ризика. Власници и оператери платформи на мору могу смањити ризик од корозије тако што ће од самог почетка одредити јаче материјале за цеви ради боље отпорности на корозију. Након тога, морају остати опрезни приликом прегледа водова за убризгавање хемикалија, хидрауличних и импулсних водова, као и процесне инструмената и инструментације како би се осигурало да корозија не угрожава интегритет инсталираних цевовода или да угрози безбедност.
Локална корозија може се наћи на многим платформама, бродовима, бродовима и приобалним цевоводима. Ова корозија може бити у облику тачкасте или пукотинске корозије, од којих обе могу еродирати зид цеви и проузроковати испуштање течности.
Ризик од корозије се повећава са повећањем радне температуре примене. Топлота може убрзати деградацију заштитног спољашњег пасивног оксидног филма цеви, чиме се подстиче тачкаста корозија.
Нажалост, локализовану тачкасту и пукотинску корозију је тешко открити, што отежава идентификацију, предвиђање и пројектовање ових врста корозије. С обзиром на ове ризике, власници платформи, оператери и именована лица морају бити опрезни при избору најбољег материјала за цевоводе за своју примену. Избор материјала је њихова прва линија одбране од корозије, тако да је веома важно да се правилно изабере. Срећом, могу да користе веома једноставну, али веома ефикасну меру локализоване отпорности на корозију, еквивалентни број отпорности на тачкасту корозију (PREN). Што је већа вредност PREN метала, већа је његова отпорност на локализовану корозију.
Овај чланак ће се бавити начином идентификације тачкасте и пукотинске корозије и оптимизацијом избора материјала за цеви за примене у нафтним и гасним индустријама на мору на основу PREN вредности материјала.
Локална корозија се јавља на малим површинама у поређењу са општом корозијом, која је равномернија по површини метала. Корозија у облику тачака и пукотина почиње да се формира на цевима од нерђајућег челика 316 када се спољашњи пасивни оксидни филм метала богат хромом оштети излагањем корозивним течностима, укључујући слану воду. Морска окружења богата хлоридима, као и високе температуре, па чак и контаминација површине цеви, повећавају вероватноћу деградације овог пасивационог филма.
Питинг Питинг корозија настаје када се пасивациони филм на делу цеви поквари, формирајући мале шупљине или јаме на површини цеви. Такве јаме ће вероватно расти како се електрохемијске реакције одвијају, услед чега се гвожђе у металу раствара у раствору на дну јаме. Растворено гвожђе ће затим дифундовати до врха јаме и оксидовати да би формирало оксид гвожђа или рђу. Како се јама продубљује, електрохемијске реакције се убрзавају, корозија се повећава, што може довести до перфорације зида цеви и довести до цурења.
Цеви су подложније тачкастом образовању ако је њихова спољашња површина контаминирана (слика 1). На пример, загађивачи од заваривања и брушења могу оштетити пасивациони оксидни слој цеви, чиме се формира и убрзава тачкасто образовање. Исто важи и за једноставно решавање загађења из цеви. Поред тога, како капљице соли испаравају, влажни кристали соли који се формирају на цевима штите оксидни слој и могу довести до тачкастог образовања. Да бисте спречили ове врсте контаминације, одржавајте цеви чистима тако што ћете их редовно испирати свежом водом.
Слика 1. Цев од нерђајућег челика 316/316L контаминирана киселином, сланим раствором и другим наслагама је веома подложна тачкастом образовању.
корозија пукотина. У већини случајева, оператер може лако да открије тачкасту корозију. Међутим, корозију пукотина није лако открити и представља већи ризик за оператере и особље. Ово се обично дешава на цевима које имају уске размаке између околних материјала, као што су цеви причвршћене стезаљкама или цеви које су чврсто збијене једна уз другу. Када слана вода продре у размак, временом се у овом подручју формира хемијски агресиван закисељени раствор гвожђе(III) хлорида (FeCl3), што узрокује убрзану корозију размака (Сл. 2). Пошто корозија пукотина по својој природи повећава ризик од корозије, корозија пукотина може се јавити на много нижим температурама од тачкасте корозије.
Слика 2 – Пукотинска корозија може се развити између цеви и носача цеви (горе) и када је цев постављена близу других површина (доле) због формирања хемијски агресивног закисељеног раствора гвожђе(III) хлорида у размаку.
Пукотинска корозија обично симулира тачкасто урушавање прво у размаку формираном између дела цеви и носећег прстена цеви. Међутим, због повећања концентрације Fe++ у флуиду унутар пукотине, почетни левак постаје све већи и већи док не покрије целу пукотину. На крају, пукотинска корозија може довести до перфорације цеви.
Густе пукотине представљају највећи ризик од корозије. Стога су стезне обујмице за цеви које обухватају велики део обима цеви обично ризичније од отворених стезних обујмица, које минимизирају површину контакта између цеви и стезне обујмице. Сервисни техничари могу помоћи у смањењу шансе за оштећење или квар услед корозије пукотина редовним отварањем арматуре и прегледом површина цеви на корозију.
Корозија у облику тачкица и пукотина може се спречити избором праве металне легуре за одређену примену. Спецификације морају да посвете дужну пажњу избору оптималног материјала за цеви како би се ризик од корозије свео на минимум, у зависности од радног окружења, услова процеса и других варијабли.
Да би помогли спецификаторима да оптимизују свој избор материјала, могу упоредити вредности PREN метала како би одредили њихову отпорност на локализовану корозију. PREN се може израчунати из хемијског састава легуре, укључујући садржај хрома (Cr), молибдена (Mo) и азота (N), на следећи начин:
PREN се повећава са садржајем елемената отпорних на корозију, хрома, молибдена и азота, у легури. Однос PREN се заснива на критичној температури тачкастог крхотења (CPT) – најнижој температури на којој се јавља тачкасто крхотење – за различите нерђајуће челике, у зависности од хемијског састава. У суштини, PREN је пропорционалан CPT. Стога, веће вредности PREN указују на већу отпорност на тачкасто крхотење. Мало повећање PREN-а еквивалентно је само малом повећању CPT-а у поређењу са легуром, док велико повећање PREN-а указује на значајно побољшање перформанси у односу на много вишу CPT.
Табела 1 упоређује вредности PREN-а за различите легуре које се обично користе у офшор нафтној и гасној индустрији. Она показује како спецификација може значајно побољшати отпорност на корозију избором легуре за цеви вишег квалитета. PREN се благо повећава са 316 SS на 317 SS. Супер аустенитне 6Mo SS или супер дуплекс 2507 SS су идеалне за значајно побољшање перформанси.
Веће концентрације никла (Ni) у нерђајућем челику такође повећавају отпорност на корозију. Међутим, садржај никла у нерђајућем челику није део PREN једначине. У сваком случају, често је повољно бирати нерђајуће челике са већим садржајем никла, јер овај елемент помаже у репасивацији површина које показују знаке локализоване корозије. Никл стабилизује аустенит и спречава стварање мартензита при савијању или хладном вучењу круте цеви пречника 1/8. Мартензит је непожељна кристална фаза у металима која смањује отпорност нерђајућег челика на локализовану корозију, као и на пуцање под напоном изазвано хлоридима. Већи садржај никла од најмање 12% у челику 316/316L је такође пожељан за примене са водоником под високим притиском. Минимална концентрација никла потребна за нерђајући челик ASTM 316/316L је 10%.
Локална корозија може се јавити било где у цевоводу који се користи у морском окружењу. Међутим, до тачкасте корозије је вероватније да ће се јавити у подручјима која су већ контаминирана, док је до пукотинске корозије вероватније да ће се јавити у подручјима са уским размацима између цеви и монтажне опреме. Користећи PREN као основу, спецификатор може одабрати најбољу класу цеви како би се минимизирао ризик од било какве локализоване корозије.
Међутим, имајте на уму да постоје и друге варијабле које могу утицати на ризик од корозије. На пример, температура утиче на отпорност нерђајућег челика на тачкасту корозију. За топле поморске климатске услове, цеви од супер аустенитног молибденског челика 6 или супер дуплекс нерђајућег челика 2507 треба озбиљно размотрити јер ови материјали имају одличну отпорност на локализовану корозију и пуцање хлоридом. За хладније климатске услове, цев 316/316L може бити довољна, посебно ако постоји историја успешне употребе.
Власници и оператери офшор платформи такође могу предузети кораке како би минимизирали ризик од корозије након постављања цеви. Требало би да цеви одржавају чистим и редовно их испирају слатком водом како би смањили ризик од тачкасте корозије. Такође би требало да замоле техничаре за одржавање да отворе стезаљке током рутинских инспекција како би проверили да ли има корозије у пукотинама.
Пратећи горе наведене кораке, власници и оператери платформи могу смањити ризик од корозије цеви и повезаних цурења у морском окружењу, побољшати безбедност и ефикасност и смањити могућност губитка производа или неконтролисаних емисија.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Часопис „Journal of Petroleum Technology“, водећи часопис Друштва нафтних инжењера, пружа ауторитативне прегледе и чланке о напретку у технологији производње, питањима нафтне и гасне индустрије и вести о СПЕ-у и његовим члановима.