แม้จะมีความต้านทานการกัดกร่อนโดยธรรมชาติของท่อสแตนเลสท่อสแตนเลสที่ติดตั้งในสภาพแวดล้อมทางทะเลมีการกัดกร่อนประเภทต่าง ๆ ในช่วงชีวิตที่คาดหวังการกัดกร่อนนี้สามารถนำไปสู่การปล่อยสารภาพการสูญเสียผลิตภัณฑ์และความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้น สายแรงกระตุ้นและเครื่องมือวัดกระบวนการและอุปกรณ์ตรวจจับเพื่อให้แน่ใจว่าการกัดกร่อนไม่ได้คุกคามความสมบูรณ์ของการติดตั้งท่อและความปลอดภัยประนีประนอม
การกัดกร่อนแบบเฉพาะที่สามารถพบได้บนแท่น ภาชนะ เรือ และท่อจำนวนมากในการติดตั้งนอกชายฝั่ง การกัดกร่อนนี้อาจอยู่ในรูปของการกัดกร่อนแบบรูพรุนหรือรอยแยก ซึ่งทั้งสองอย่างนี้สามารถกัดกร่อนผนังท่อและทำให้ของเหลวไหลออกมา
ความเสี่ยงของการกัดกร่อนจะมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิในการทำงานของการใช้งานเพิ่มขึ้น ความร้อนสามารถเร่งการทำลายชั้นฟิล์มพาสซีฟออกไซด์ที่ป้องกันด้านนอกของท่อ ดังนั้นจึงส่งเสริมการก่อตัวของการกัดกร่อนแบบรูพรุน
น่าเสียดายที่การกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกเฉพาะที่ตรวจจับได้ยาก ทำให้การกัดกร่อนประเภทนี้ยากต่อการระบุ คาดการณ์ และออกแบบด้วยความเสี่ยงเหล่านี้ เจ้าของแพลตฟอร์ม ผู้ปฏิบัติงาน และผู้ออกแบบจึงควรใช้ความระมัดระวังในการเลือกวัสดุท่อที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งาน การเลือกวัสดุเป็นด่านแรกในการป้องกันการกัดกร่อน ดังนั้นการทำให้ถูกต้องจึงเป็นสิ่งสำคัญ โชคดีที่พวกเขาสามารถเลือกใช้การวัดความต้านทานการกัดกร่อนแบบเฉพาะที่ที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพมาก ซึ่งก็คือ Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) ยิ่งค่า PREN สูงเท่าไร ของโลหะยิ่งมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะที่มากขึ้นเท่านั้น
บทความนี้จะทบทวนวิธีการระบุการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก และวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกวัสดุท่อสำหรับการใช้งานน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่งตามค่า PREN ของวัสดุ
การกัดกร่อนแบบเฉพาะที่เกิดขึ้นในพื้นที่ขนาดเล็กเมื่อเทียบกับการกัดกร่อนทั่วไป ซึ่งมีความสม่ำเสมอมากกว่าบนพื้นผิวโลหะ การกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกเริ่มก่อตัวบนท่อเหล็กกล้าไร้สนิม 316 เมื่อฟิล์มพาสซีฟออกไซด์ที่อุดมด้วยโครเมียมด้านนอกของโลหะแตกออกเนื่องจากการสัมผัสกับของไหลที่มีฤทธิ์กัดกร่อน รวมถึงน้ำเกลือ สภาพแวดล้อมในทะเลนอกชายฝั่งและบนบกที่อุดมด้วยคลอไรด์ ตลอดจนอุณหภูมิสูงและแม้กระทั่งการปนเปื้อนของพื้นผิวท่อ เพิ่มศักยภาพในการเสื่อมสภาพของฟิล์มทู่นี้
การกัดกร่อนแบบหลุม (Pitting) การกัดกร่อนแบบหลุมเกิดขึ้นเมื่อฟิล์มทู่ตามความยาวของท่อถูกทำลาย เกิดเป็นโพรงหรือหลุมเล็ก ๆ บนพื้นผิวของท่อ หลุมดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะเติบโตเมื่อมีปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีเกิดขึ้น ทำให้เหล็กในโลหะละลายเป็นสารละลายที่ด้านล่างของหลุม จากนั้นเหล็กที่ละลายจะกระจายไปทางด้านบนของหลุมและออกซิไดซ์เพื่อก่อตัวเป็นเหล็กออกไซด์หรือสนิม เมื่อหลุมลึกขึ้น ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าจะเร่งตัวขึ้นและเกิดการกัดกร่อน ทวีความรุนแรงขึ้นและอาจนำไปสู่การทะลุของผนังท่อและนำไปสู่การรั่วไหลได้
ท่อมีความไวต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนมากขึ้นเมื่อพื้นผิวด้านนอกปนเปื้อน (รูปที่ 1) ตัวอย่างเช่น การปนเปื้อนจากการเชื่อมและการเจียรสามารถทำลายชั้นออกไซด์ที่ทะลุผ่านของท่อได้ จึงก่อตัวและเร่งการกัดกร่อนแบบรูพรุน เช่นเดียวกับการจัดการกับการปนเปื้อนจากท่อ นอกจากนี้ เมื่อหยดน้ำเกลือระเหย ผลึกเกลือเปียกที่ก่อตัวบนท่อจะทำเช่นเดียวกันเพื่อป้องกันชั้นออกไซด์และอาจนำไปสู่การกัดกร่อนแบบรูพรุน เพื่อป้องกัน การปนเปื้อนประเภทนี้ รักษาความสะอาดท่อของคุณด้วยการล้างด้วยน้ำจืดเป็นประจำ
รูปที่ 1 – ท่อเหล็กกล้าไร้สนิม 316/316L ที่ปนเปื้อนด้วยกรด น้ำเกลือ และคราบสกปรกอื่นๆ มีความอ่อนไหวสูงต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุน
การกัดกร่อนของรอยแยก ในกรณีส่วนใหญ่ รอยแยกสามารถระบุได้ง่ายโดยผู้ปฏิบัติงาน อย่างไรก็ตาม การกัดกร่อนของรอยแยกนั้นตรวจจับได้ไม่ง่ายนัก และก่อให้เกิดความเสี่ยงมากขึ้นต่อผู้ปฏิบัติงานและบุคลากร มักจะเกิดกับท่อที่มีช่องว่างระหว่างวัสดุรอบๆ แน่น เช่น ท่อที่ยึดไว้กับที่หรือท่อที่ติดตั้งแน่นเคียงข้างกัน เมื่อน้ำเกลือซึมเข้าไปในรอยแยก สารละลายเฟอริกคลอไรด์ (FeCl3) ที่เป็นกรดเชิงรุกทางเคมีจะก่อตัวขึ้นในบริเวณนั้นเมื่อเวลาผ่านไป และทำให้เกิดการกัดกร่อนของรอยแยกที่เร่งขึ้น (รูปที่ 2) ) เนื่องจากรอยแยกเพิ่มความเสี่ยงของการกัดกร่อน การกัดกร่อนของรอยแยกสามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าการกัดกร่อนแบบรูพรุน
รูปที่ 2 – การกัดกร่อนของรอยแยกอาจเกิดขึ้นระหว่างท่อและส่วนรองรับท่อ (ด้านบน) และเมื่อติดตั้งท่อใกล้กับพื้นผิวอื่นๆ (ด้านล่าง) เนื่องจากการก่อตัวของสารละลายเฟอริกคลอไรด์ที่เป็นกรดเชิงรุกทางเคมีในรอยแยก
การกัดกร่อนตามซอกมักจะจำลองการกัดกร่อนแบบรูพรุนก่อนในรอยแยกที่เกิดขึ้นระหว่างความยาวของท่อกับคลิปรองรับท่อ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเข้มข้นของ Fe++ ที่เพิ่มขึ้นในของเหลวภายในรอยร้าว ปล่องเริ่มต้นจะใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ จนครอบคลุมรอยร้าวทั้งหมด ในที่สุด การกัดกร่อนตามซอกสามารถเจาะท่อได้
รอยแตกแน่นเป็นความเสี่ยงที่ยิ่งใหญ่ที่สุดต่อการกัดกร่อน ดังนั้น แคลมป์รัดท่อที่พันรอบเส้นรอบวงส่วนใหญ่ของท่อมักจะมีความเสี่ยงมากกว่าแคลมป์แบบเปิด ซึ่งลดพื้นผิวสัมผัสระหว่างท่อและแคลมป์ให้น้อยที่สุด ช่างเทคนิคด้านการบำรุงรักษาสามารถช่วยลดโอกาสที่การกัดกร่อนของรอยแยกจะก่อให้เกิดความเสียหายหรือความล้มเหลวได้โดยการเปิดแคลมป์เป็นประจำและตรวจสอบพื้นผิวของท่อเพื่อหาการสึกกร่อน
การกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกสามารถป้องกันได้ดีที่สุดโดยการเลือกโลหะผสมที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน ผู้ระบุควรใช้การตรวจสอบอย่างรอบคอบเพื่อเลือกวัสดุท่อที่เหมาะสมที่สุดเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนตามสภาพแวดล้อมการทำงาน สภาวะของกระบวนการ และตัวแปรอื่นๆ
เพื่อช่วยให้ผู้ระบุเลือกวัสดุได้อย่างเหมาะสม พวกเขาสามารถเปรียบเทียบค่า PREN ของโลหะเพื่อพิจารณาความต้านทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะที่ PREN สามารถคำนวณได้จากองค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสม รวมถึงปริมาณโครเมียม (Cr) โมลิบดีนัม (Mo) และไนโตรเจน (N) ดังนี้:
PREN เพิ่มขึ้นตามเนื้อหาขององค์ประกอบที่ทนต่อการกัดกร่อน โครเมียม โมลิบดีนัม และไนโตรเจนในโลหะผสม ความสัมพันธ์ของ PREN ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิจุดวิกฤต (CPT) ซึ่งเป็นอุณหภูมิต่ำสุดที่สังเกตการกัดกร่อนแบบรูพรุนได้ สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดต่างๆ ที่สัมพันธ์กับองค์ประกอบทางเคมี โดยพื้นฐานแล้ว PREN เป็นสัดส่วนกับ CPT ดังนั้น ค่า PREN ที่สูงขึ้นบ่งชี้ถึงความต้านทานการเกิดรูพรุนที่สูงขึ้น PREN ที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยจะเทียบเท่ากับ CPT ที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยเท่านั้นเมื่อเทียบกับโลหะผสม โดยที่ เนื่องจากการเพิ่มขึ้นอย่างมากของ PREN บ่งชี้ถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญสำหรับ CPT ที่สูงขึ้นอย่างมาก
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบค่า PREN ของโลหะผสมต่างๆ ที่ใช้กันทั่วไปในการใช้งานน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าข้อมูลจำเพาะสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมากโดยการเลือกโลหะผสมท่อเกรดที่สูงขึ้นอย่างไร PREN จะเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเมื่อเปลี่ยนจากเหล็กกล้าไร้สนิม 316 เป็น 317 สำหรับประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ควรใช้เหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์ออสเทนนิติก 6 Mo หรือเหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์ดูเพล็กซ์ 2507
ความเข้มข้นของนิกเกิล (Ni) ที่สูงขึ้นในเหล็กกล้าไร้สนิมยังช่วยเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ปริมาณนิกเกิลในเหล็กกล้าไร้สนิมไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของสมการของ PREN ไม่ว่าในกรณีใด การระบุเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีความเข้มข้นของนิกเกิลสูงกว่ามักเป็นประโยชน์ เนื่องจากองค์ประกอบนี้ช่วยให้พื้นผิวที่มีรอยสึกกร่อนเกิดขึ้นใหม่ นิกเกิลทำให้ออสเทนไนท์คงตัวและป้องกันการก่อตัวของมาร์เทนไซต์เมื่อท่อแข็ง 1/8 โค้งงอหรือดึงเย็น มาร์เทนไซต์เป็นเฟสผลึกที่ไม่พึงปรารถนาใน โลหะที่ช่วยลดความต้านทานของเหล็กกล้าไร้สนิมต่อการกัดกร่อนเฉพาะที่ ตลอดจนการแตกร้าวจากความเครียดที่เกิดจากคลอไรด์ ปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้นอย่างน้อย 12% ใน 316/316L ยังเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับก๊าซไฮโดรเจนความดันสูง ความเข้มข้นของนิกเกิลขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม 316/316L ในข้อกำหนดมาตรฐาน ASTM คือ 10%
การกัดกร่อนเฉพาะจุดสามารถเกิดขึ้นได้ทุกที่บนท่อที่ใช้ในสภาพแวดล้อมทางทะเล อย่างไรก็ตาม การกัดกร่อนแบบรูพรุนมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีการปนเปื้อนอยู่แล้ว ในขณะที่การกัดกร่อนตามซอกมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีช่องว่างแคบระหว่างท่อและอุปกรณ์ติดตั้ง การใช้ PREN เป็นพื้นฐาน ตัวระบุสามารถเลือกโลหะผสมท่อที่ดีที่สุดเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนเฉพาะที่ใดๆ
อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่ามีตัวแปรอื่นๆ ที่อาจส่งผลต่อความเสี่ยงในการกัดกร่อน ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิส่งผลต่อความต้านทานรูพรุนของเหล็กกล้าไร้สนิม สำหรับสภาพอากาศทางทะเลที่ร้อน ควรพิจารณาท่อเหล็กกล้าไร้สนิม 6 โมลิบดีนัมซูเปอร์ออสเทนนิติกหรือ 2507 ซูเปอร์ดูเพล็กซ์ เนื่องจากวัสดุเหล่านี้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะที่และการแตกร้าวจากความเครียดจากคลอไรด์ได้ดีเยี่ยม สำหรับสภาพอากาศที่เย็นกว่า ท่อขนาด 316/316 ลิตรอาจเพียงพอแล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีประวัติการใช้งานที่ประสบความสำเร็จ
เจ้าของแพลตฟอร์มและผู้ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งยังสามารถดำเนินการเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนหลังจากติดตั้งท่อแล้ว พวกเขาควรรักษาท่อให้สะอาดและล้างด้วยน้ำจืดเป็นประจำเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนแบบรูพรุน นอกจากนี้ควรให้ช่างเทคนิคบำรุงรักษาเปิดแคลมป์ท่อในระหว่างการตรวจสอบตามปกติเพื่อค้นหาการกัดกร่อนของรอยแยก
ทำตามขั้นตอนที่ระบุไว้ข้างต้น เจ้าของแพลตฟอร์มและผู้ปฏิบัติงานสามารถลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนของท่อและการรั่วไหลที่เกี่ยวข้องในสภาพแวดล้อมทางทะเล ปรับปรุงความปลอดภัยและประสิทธิภาพ ในขณะที่ลดโอกาสของการสูญเสียผลิตภัณฑ์หรือการปล่อยก๊าซที่หลบหนี
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 เป็นนิตยสารที่สำคัญของ Society of Petroleum Engineers ซึ่งนำเสนอข้อมูลสรุปที่เชื่อถือได้และเนื้อหาเกี่ยวกับความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการสำรวจและการผลิต ปัญหาเกี่ยวกับอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ และข่าวสารเกี่ยวกับ SPE และสมาชิก