Trots den inneboende korrosionsbeständigheten hos rostfria stålrör utsätts rostfria stålrör installerade i marina miljöer för olika typer av korrosion under sin förväntade livslängd.Denna korrosion kan leda till flyktiga utsläpp, produktförluster och potentiella risker.Offshoreplattformsägare och operatörer kan minska risken för korrosion genom att specificera starkare rörmaterial från början för bättre korrosionsbeständighet.Därefter måste de vara vaksamma när de inspekterar kemikalieinsprutningsledningar, hydraul- och impulsledningar samt processinstrumentering och instrumentering för att säkerställa att korrosion inte hotar integriteten hos de installerade rörledningarna eller äventyrar säkerheten.
Lokal korrosion kan hittas på många plattformar, fartyg, fartyg och offshore-rörledningar.Denna korrosion kan vara i form av grop- eller spaltkorrosion, vilka båda kan erodera rörväggen och orsaka att vätska släpps ut.
Risken för korrosion ökar när applikationens driftstemperatur ökar.Värme kan påskynda nedbrytningen av rörets skyddande yttre passiva oxidfilm och därigenom främja gropbildning.
Tyvärr är lokal grop- och spaltkorrosion svåra att upptäcka, vilket gör det svårt att identifiera, förutsäga och designa dessa typer av korrosion.Med tanke på dessa risker måste plattformsägare, operatörer och designers iaktta försiktighet när de väljer det bästa rörledningsmaterialet för deras tillämpning.Materialvalet är deras första försvarslinje mot korrosion, så det är mycket viktigt att få det rätt.Lyckligtvis kan de använda ett mycket enkelt men mycket effektivt mått på lokal korrosionsbeständighet, Pitting Resistance Equivalent Number (PREN).Ju högre PREN-värde en metall har, desto högre motståndskraft mot lokal korrosion.
Den här artikeln kommer att titta på hur man identifierar gropfrätning och spaltkorrosion och hur man optimerar valet av rörmaterial för olje- och gastillämpningar till havs baserat på materialets PREN-värde.
Lokal korrosion förekommer i små områden jämfört med allmän korrosion, som är mer enhetlig över metallytan.Punktfrätning och spaltkorrosion börjar bildas på 316-rör av rostfritt stål när den yttre kromrika passiva oxidfilmen av metallen sprängs av exponering för frätande vätskor, inklusive saltvatten.Marina miljöer rika på klorider, såväl som höga temperaturer och till och med kontaminering av slangytan, ökar sannolikheten för nedbrytning av denna passiveringsfilm.
gropfrätning Gropkorrosion uppstår när passiveringsfilmen på en sektion av röret går sönder och bildar små håligheter eller gropar på rörets yta.Sådana gropar kommer sannolikt att växa allt eftersom elektrokemiska reaktioner fortskrider, som ett resultat av vilka järnet i metallen löses i lösning i botten av gropen.Det lösta järnet kommer sedan att diffundera till toppen av gropen och oxidera för att bilda järnoxid eller rost.När gropen fördjupas accelererar de elektrokemiska reaktionerna, korrosion ökar, vilket kan leda till perforering av rörväggen och leda till läckor.
Rör är mer mottagliga för gropbildning om deras yttre yta är förorenad (Figur 1).Till exempel kan föroreningar från svets- och slipoperationer skada rörets passiveringsoxidskikt och därigenom bilda och påskynda gropbildning.Detsamma gäller för att helt enkelt hantera föroreningar från rör.Dessutom, när saltdropparna avdunstar, skyddar de våta saltkristallerna som bildas på rören oxidskiktet och kan leda till gropbildning.För att förhindra dessa typer av kontaminering, håll dina rör rena genom att spola dem regelbundet med färskvatten.
Figur 1. 316/316L rör av rostfritt stål som är förorenat med syra, saltlösning och andra avlagringar är mycket känsliga för gropfrätning.
spaltkorrosion.I de flesta fall kan gropbildning lätt upptäckas av operatören.Spaltkorrosion är dock inte lätt att upptäcka och utgör en större risk för operatörer och personal.Detta sker vanligtvis på rör som har smala mellanrum mellan omgivande material, såsom rör som hålls på plats med klämmor eller rör som är tätt packade bredvid varandra.När saltlösningen sipprar in i spalten bildas med tiden en kemiskt aggressiv surgjord järnkloridlösning (FeCl3) i detta område, vilket orsakar en accelererad korrosion av spalten (fig. 2).Eftersom spaltkorrosion till sin natur ökar risken för korrosion, kan spaltkorrosion uppstå vid mycket lägre temperaturer än gropfrätning.
Figur 2 – Spaltkorrosion kan utvecklas mellan röret och rörstödet (överst) och när röret installeras nära andra ytor (botten) på grund av bildandet av en kemiskt aggressiv försurad lösning av järnklorid i spalten.
Spaltkorrosion simulerar vanligtvis gropbildning först i spalten som bildas mellan rörsektionen och rörstödkragen.Men på grund av ökningen av koncentrationen av Fe++ i vätskan inuti frakturen, blir den initiala tratten större och större tills den täcker hela frakturen.I slutändan kan spaltkorrosion leda till perforering av röret.
Täta sprickor utgör den största risken för korrosion.Därför tenderar rörklämmor som omger en stor del av rörets omkrets att vara mer riskabla än öppna klämmor, som minimerar kontaktytan mellan rör och klämma.Servicetekniker kan hjälpa till att minska risken för korrosionsskador eller fel genom att regelbundet öppna fixturer och inspektera rörytor för korrosion.
Punktfrätning och spaltkorrosion kan förhindras genom att välja rätt metallegering för den specifika applikationen.Specifierare måste vara noggranna med att välja det optimala rörmaterialet för att minimera risken för korrosion, beroende på driftsmiljö, processförhållanden och andra variabler.
För att hjälpa specifikationer att optimera sitt val av material kan de jämföra PREN-värdena för metaller för att bestämma deras motståndskraft mot lokal korrosion.PREN kan beräknas från legeringens kemi, inklusive dess innehåll av krom (Cr), molybden (Mo) och kväve (N), enligt följande:
PREN ökar med halten av korrosionsbeständiga element av krom, molybden och kväve i legeringen.PREN-förhållandet är baserat på den kritiska punktfrätningstemperaturen (CPT) – den lägsta temperaturen vid vilken gropfrätning uppstår – för olika rostfria stål beroende på den kemiska sammansättningen.I huvudsak är PREN proportionell mot CPT.Därför indikerar högre PREN-värden högre gropmotstånd.En liten ökning av PREN motsvarar endast en liten ökning av CPT jämfört med legeringen, medan en stor ökning av PREN indikerar en signifikant förbättring av prestanda jämfört med en mycket högre CPT.
Tabell 1 jämför PREN-värden för olika legeringar som vanligtvis används inom olje- och gasindustrin till havs.Den visar hur specifikationer avsevärt kan förbättra korrosionsbeständigheten genom att välja en rörlegering av högre kvalitet.PREN ökar något från 316 SS till 317 SS.Super Austenitic 6 Mo SS eller Super Duplex 2507 SS är idealiska för betydande prestandavinster.
Högre nickel (Ni)-koncentrationer i rostfritt stål ökar också korrosionsbeständigheten.Nickelhalten i rostfritt stål är dock inte en del av PREN-ekvationen.Hur som helst är det ofta fördelaktigt att välja rostfria stål med högre nickelhalt, eftersom detta element hjälper till att återpassivera ytor som visar tecken på lokal korrosion.Nickel stabiliserar austenit och förhindrar martensitbildning vid böjning eller kalldragning av 1/8-styvt rör.Martensit är en oönskad kristallin fas i metaller som minskar motståndet hos rostfritt stål mot lokal korrosion samt kloridinducerad spänningssprickning.Den högre nickelhalten på minst 12 % i 316/316L stål är också önskvärt för högtrycksvätgasapplikationer.Den minsta nickelkoncentration som krävs för ASTM 316/316L rostfritt stål är 10 %.
Lokal korrosion kan uppstå var som helst i en rörledning som används i en marin miljö.Det är dock mer sannolikt att gropbildning uppstår i områden som redan är förorenade, medan spaltkorrosion är mer sannolikt att uppstå i områden med smala mellanrum mellan röret och installationsutrustningen.Med hjälp av PREN som bas kan specifikatorn välja den bästa rörkvaliteten för att minimera risken för någon form av lokal korrosion.
Tänk dock på att det finns andra variabler som kan påverka risken för korrosion.Temperaturen påverkar till exempel rostfritt ståls motstånd mot gropfrätning.För varma maritima klimat bör superaustenitiska 6 molybdenstål eller superduplex 2507 rostfria stålrör övervägas allvarligt eftersom dessa material har utmärkt motståndskraft mot lokal korrosion och kloridsprickbildning.För svalare klimat kan ett 316/316L-rör vara tillräckligt, särskilt om det finns en historia av framgångsrik användning.
Ägare och operatörer av offshoreplattformar kan också vidta åtgärder för att minimera risken för korrosion efter att slangen har installerats.De bör hålla rören rena och regelbundet spolas med färskvatten för att minska risken för gropbildning.De bör också låta underhållstekniker öppna klämmorna under rutininspektioner för att kontrollera spaltkorrosion.
Genom att följa stegen ovan kan plattformsägare och operatörer minska risken för rörkorrosion och relaterade läckor i den marina miljön, förbättra säkerheten och effektiviteten och minska risken för produktförlust eller flyktiga utsläpp.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology, flaggskeppstidningen för Society of Petroleum Engineers, tillhandahåller auktoritativa kort och artiklar om framsteg inom uppströmsteknologi, olje- och gasindustrifrågor och nyheter om SPE och dess medlemmar.