แม้ว่าท่อสแตนเลสจะมีความทนทานต่อการกัดกร่อนในตัว แต่ท่อสแตนเลสที่ติดตั้งในสภาพแวดล้อมทางทะเลก็อาจเกิดการกัดกร่อนได้หลายประเภทตลอดอายุการใช้งาน การกัดกร่อนดังกล่าวอาจส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยสารระเหย การสูญเสียผลิตภัณฑ์ และความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้น เจ้าของและผู้ควบคุมแพลตฟอร์มนอกชายฝั่งสามารถลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนได้โดยระบุวัสดุท่อที่แข็งแรงกว่าซึ่งให้ความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดีกว่า หลังจากนั้น พวกเขาต้องคอยเฝ้าระวังเมื่อตรวจสอบท่อฉีดสารเคมี ท่อไฮดรอลิกและท่อแรงกระตุ้น ตลอดจนเครื่องมือวัดและเครื่องมือวัดในกระบวนการ เพื่อให้แน่ใจว่าการกัดกร่อนจะไม่คุกคามความสมบูรณ์ของท่อที่ติดตั้งหรือกระทบต่อความปลอดภัย
การกัดกร่อนเฉพาะจุดสามารถพบได้ในแท่นขุดเจาะ เรือ และท่อส่งนอกชายฝั่งหลายแห่ง การกัดกร่อนนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในรูปแบบของการกัดกร่อนแบบหลุมหรือรอยแยก ซึ่งทั้งสองอย่างนี้สามารถกัดกร่อนผนังท่อและทำให้ของเหลวถูกปล่อยออกมาได้
ความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิในการใช้งานที่เพิ่มขึ้น ความร้อนสามารถเร่งการเสื่อมสภาพของฟิล์มออกไซด์แบบพาสซีฟด้านนอกของท่อ จึงทำให้เกิดหลุมได้
น่าเสียดายที่การกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยกในบริเวณนั้นยากต่อการตรวจจับ ทำให้ยากต่อการระบุ คาดการณ์ และออกแบบการกัดกร่อนประเภทนี้ เมื่อพิจารณาถึงความเสี่ยงเหล่านี้ เจ้าของ ผู้ประกอบการ และผู้ได้รับมอบหมายจะต้องใช้ความระมัดระวังในการเลือกวัสดุท่อที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานของตน การเลือกวัสดุถือเป็นแนวป้องกันชั้นแรกในการป้องกันการกัดกร่อน ดังนั้นการเลือกให้ถูกต้องจึงมีความสำคัญมาก โชคดีที่พวกเขาสามารถเลือกวิธีการวัดความต้านทานการกัดกร่อนในบริเวณนั้นที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพมาก นั่นก็คือค่าเทียบเท่าความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุม (PREN) ยิ่งค่า PREN ของโลหะมีค่าสูง ความต้านทานต่อการกัดกร่อนในบริเวณนั้นก็จะยิ่งสูงขึ้น
บทความนี้จะพิจารณาถึงวิธีการระบุการกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยก รวมถึงวิธีเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกใช้วัสดุท่อสำหรับการใช้งานน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่งโดยพิจารณาจากค่า PREN ของวัสดุ
การกัดกร่อนเฉพาะจุดเกิดขึ้นในพื้นที่เล็กๆ เมื่อเทียบกับการกัดกร่อนทั่วไป ซึ่งมีความสม่ำเสมอมากกว่าบนพื้นผิวโลหะ การกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยกเริ่มก่อตัวบนท่อสแตนเลส 316 เมื่อฟิล์มออกไซด์แบบพาสซีฟที่มีโครเมียมสูงด้านนอกของโลหะแตกสลายเนื่องจากสัมผัสกับของเหลวที่กัดกร่อน เช่น น้ำเกลือ สภาพแวดล้อมทางทะเลที่มีคลอไรด์สูง ตลอดจนอุณหภูมิสูงและการปนเปื้อนบนพื้นผิวท่อ ทำให้ฟิล์มพาสซีฟนี้มีแนวโน้มเสื่อมสภาพมากขึ้น
การกัดกร่อนแบบหลุมเกิดขึ้นเมื่อฟิล์มป้องกันบนท่อบางส่วนแตกออก ทำให้เกิดโพรงหรือหลุมเล็กๆ บนพื้นผิวท่อ หลุมดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะขยายตัวขึ้นเมื่อเกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี ส่งผลให้เหล็กในโลหะละลายในสารละลายที่ก้นหลุม จากนั้นเหล็กที่ละลายจะแพร่กระจายไปยังส่วนบนของหลุมและเกิดการออกซิไดซ์จนกลายเป็นออกไซด์ของเหล็กหรือสนิม เมื่อหลุมลึกขึ้น ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีจะเร่งตัวขึ้น การกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การเจาะทะลุของผนังท่อและทำให้เกิดการรั่วซึม
ท่อจะเกิดหลุมได้ง่ายขึ้นหากพื้นผิวด้านนอกของท่อปนเปื้อน (รูปที่ 1) ตัวอย่างเช่น สิ่งปนเปื้อนจากการเชื่อมและการเจียรสามารถทำลายชั้นออกไซด์ของท่อ ทำให้เกิดหลุมและเร่งให้เกิดหลุมได้ เช่นเดียวกับการจัดการกับมลพิษจากท่อ นอกจากนี้ เมื่อหยดเกลือระเหยไป ผลึกเกลือเปียกที่เกิดขึ้นบนท่อจะปกป้องชั้นออกไซด์และอาจทำให้เกิดหลุมได้ เพื่อป้องกันการปนเปื้อนประเภทนี้ ให้รักษาท่อของคุณให้สะอาดโดยล้างด้วยน้ำจืดเป็นประจำ
รูปที่ 1 ท่อสแตนเลส 316/316L ที่ปนเปื้อนกรด น้ำเกลือ และสิ่งตกค้างอื่นๆ มีแนวโน้มที่จะเกิดหลุมได้ง่าย
การกัดกร่อนในรอยแยก ในกรณีส่วนใหญ่ ผู้ประกอบการสามารถตรวจพบการเกิดหลุมได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม การกัดกร่อนในรอยแยกนั้นไม่ง่ายที่จะตรวจพบและก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อผู้ประกอบการและบุคลากรมากขึ้น ซึ่งมักเกิดขึ้นกับท่อที่มีช่องว่างแคบระหว่างวัสดุโดยรอบ เช่น ท่อที่ยึดเข้าที่ด้วยแคลมป์หรือท่อที่อัดแน่นติดกัน เมื่อน้ำเกลือซึมเข้าไปในรอยแยก เมื่อเวลาผ่านไป สารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ที่มีกรดกัดกร่อน (FeCl3) จะก่อตัวขึ้นในบริเวณนี้ ซึ่งทำให้เกิดการกัดกร่อนในรอยแยกเร็วขึ้น (รูปที่ 2) เนื่องจากรอยแยกเองเพิ่มความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน จึงสามารถเกิดการกัดกร่อนในรอยแยกได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าการเกิดหลุมมาก
รูปที่ 2 – การกัดกร่อนตามรอยแยกสามารถเกิดขึ้นระหว่างท่อและตัวรองรับท่อ (ด้านบน) และเมื่อติดตั้งท่อใกล้กับพื้นผิวอื่นๆ (ด้านล่าง) อันเนื่องมาจากการก่อตัวของสารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ที่เป็นกรดซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนทางเคมีในช่องว่าง
การกัดกร่อนตามรอยแยกมักเลียนแบบการเกิดหลุมก่อนในช่องว่างที่เกิดขึ้นระหว่างส่วนท่อและปลอกรองรับท่อ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเข้มข้นของ Fe++ ในของเหลวภายในรอยแตกเพิ่มขึ้น ทำให้กรวยเริ่มต้นมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งครอบคลุมรอยแตกทั้งหมด ในที่สุด การกัดกร่อนตามรอยแยกอาจนำไปสู่การเกิดรูพรุนของท่อ
รอยแตกร้าวหนาแน่นถือเป็นความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนสูงสุด ดังนั้นการใช้แคลมป์ท่อที่ล้อมรอบท่อส่วนใหญ่จึงมีความเสี่ยงมากกว่าแคลมป์แบบเปิด ซึ่งช่วยลดพื้นผิวสัมผัสระหว่างท่อกับแคลมป์ ช่างเทคนิคสามารถช่วยลดโอกาสที่รอยแยกในท่อจะเสียหายหรือเสียหายได้ โดยการเปิดแคลมป์และตรวจสอบพื้นผิวท่อว่ามีการกัดกร่อนหรือไม่เป็นประจำ
สามารถป้องกันการกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยกได้โดยการเลือกโลหะผสมที่ถูกต้องสำหรับการใช้งาน ผู้กำหนดรายละเอียดต้องใช้ความรอบคอบในการเลือกวัสดุท่อที่เหมาะสมที่สุดเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนให้เหลือน้อยที่สุด โดยขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของกระบวนการ เงื่อนไขของกระบวนการ และตัวแปรอื่นๆ
เพื่อช่วยให้ผู้กำหนดรายละเอียดสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกวัสดุได้ พวกเขาสามารถเปรียบเทียบค่า PREN ของโลหะเพื่อพิจารณาความต้านทานต่อการกัดกร่อนในพื้นที่ PREN สามารถคำนวณได้จากเคมีของโลหะผสม รวมถึงปริมาณโครเมียม (Cr) โมลิบดีนัม (Mo) และไนโตรเจน (N) ดังนี้
ค่า PREN จะเพิ่มขึ้นตามปริมาณของธาตุที่ทนต่อการกัดกร่อน ได้แก่ โครเมียม โมลิบดีนัม และไนโตรเจนในโลหะผสม อัตราส่วน PREN ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการเกิดหลุมวิกฤต (CPT) ซึ่งเป็นอุณหภูมิต่ำสุดที่เกิดหลุมสำหรับสแตนเลสชนิดต่างๆ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี โดยพื้นฐานแล้ว PREN จะแปรผันตาม CPT ดังนั้น ค่า PREN ที่สูงขึ้นจะบ่งชี้ถึงความต้านทานการเกิดหลุมที่สูงขึ้น ค่า PREN ที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยจะเทียบเท่ากับค่า CPT ที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับโลหะผสม ในขณะที่ค่า PREN ที่เพิ่มขึ้นอย่างมากบ่งชี้ถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับค่า CPT ที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบค่า PREN สำหรับโลหะผสมต่างๆ ที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง แสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติจำเพาะสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมากโดยการเลือกโลหะผสมท่อที่มีคุณภาพสูงกว่า ค่า PREN จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยจาก 316 SS เป็น 317 SS Super Austenitic 6 Mo SS หรือ Super Duplex 2507 SS เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ
ความเข้มข้นของนิกเกิล (Ni) ที่สูงขึ้นในสแตนเลสยังเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ปริมาณนิกเกิลในสแตนเลสไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของสมการ PREN ไม่ว่าในกรณีใด การเลือกสแตนเลสที่มีปริมาณนิกเกิลสูงขึ้นมักเป็นประโยชน์ เนื่องจากองค์ประกอบนี้ช่วยทำให้พื้นผิวที่แสดงสัญญาณของการกัดกร่อนเฉพาะที่เกิดซ้ำเกิดปฏิกิริยาอีกครั้ง นิกเกิลทำให้ออสเทไนต์เสถียรขึ้นและป้องกันการเกิดมาร์เทนไซต์เมื่อดัดหรือดึงท่อแข็ง 1/8 เย็น มาร์เทนไซต์เป็นเฟสผลึกที่ไม่พึงประสงค์ในโลหะซึ่งลดความต้านทานของสแตนเลสต่อการกัดกร่อนเฉพาะที่เกิดซ้ำ รวมทั้งการแตกร้าวที่เกิดจากคลอไรด์ ปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้นอย่างน้อย 12% ในเหล็ก 316/316L ยังเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานก๊าซไฮโดรเจนแรงดันสูงอีกด้วย ความเข้มข้นของนิกเกิลขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับสแตนเลส ASTM 316/316L คือ 10%
การกัดกร่อนเฉพาะจุดสามารถเกิดขึ้นได้ทุกที่บนท่อที่ใช้ในสภาพแวดล้อมทางทะเล อย่างไรก็ตาม การเกิดหลุมมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในบริเวณที่มีการปนเปื้อนอยู่แล้ว ในขณะที่การกัดกร่อนตามรอยแยกมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในบริเวณที่มีช่องว่างแคบระหว่างท่อและอุปกรณ์ติดตั้ง โดยใช้ PREN เป็นพื้นฐาน ผู้กำหนดรายละเอียดสามารถเลือกโลหะผสมท่อที่ดีที่สุดเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนเฉพาะจุดทุกประเภท
อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่ามีตัวแปรอื่นๆ ที่อาจส่งผลต่อความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนได้ ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิส่งผลต่อความต้านทานของสเตนเลสต่อการเกิดหลุม สำหรับสภาพอากาศทางทะเลที่ร้อน ควรพิจารณาใช้ท่อเหล็กกล้าซูเปอร์ออสเทนนิติก 6 โมลิบดีนัมหรือสเตนเลสซูเปอร์ดูเพล็กซ์ 2507 อย่างจริงจัง เนื่องจากวัสดุเหล่านี้มีความต้านทานการกัดกร่อนเฉพาะที่และการแตกร้าวจากคลอไรด์ได้ดีเยี่ยม สำหรับสภาพอากาศที่เย็นกว่า ท่อ 316/316L อาจเพียงพอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีประวัติการใช้งานที่ประสบความสำเร็จ
เจ้าของและผู้ดำเนินการแพลตฟอร์มนอกชายฝั่งสามารถดำเนินการเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนหลังจากติดตั้งท่อได้ โดยควรรักษาท่อให้สะอาดและล้างด้วยน้ำสะอาดเป็นประจำเพื่อลดความเสี่ยงของการเกิดหลุม พวกเขาควรให้ช่างบำรุงรักษาเปิดแคลมป์ท่อระหว่างการตรวจสอบตามปกติเพื่อตรวจหาการกัดกร่อนในซอกหลืบ
โดยปฏิบัติตามขั้นตอนข้างต้น เจ้าของและผู้ปฏิบัติงานแพลตฟอร์มสามารถลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนของท่อและการรั่วไหลที่เกี่ยวข้องในสภาพแวดล้อมทางทะเล ปรับปรุงความปลอดภัยและประสิทธิภาพ และลดโอกาสของการสูญเสียผลิตภัณฑ์หรือการปล่อยไอระเหย
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology เป็นวารสารชั้นนำของ Society of Petroleum Engineers นำเสนอบทสรุปและบทความที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับความก้าวหน้าของเทคโนโลยีต้นน้ำ ประเด็นต่างๆ ของอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ และข่าวสารเกี่ยวกับ SPE และสมาชิก