Czynniki wpływające na odporność na korozję rur gazowych ze stali nierdzewnej

Czynniki środowiska pracy wewnątrz rur gazowych ze stali nierdzewnej

W przypadku rur ze stali nierdzewnej przewodzących gaz najbardziej szkodliwe scenariusze korozji zwykle zaczynają się, gdy na ściance rury tworzy się przewodząca faza ciekła. Bez elektrolitu (zwykle wody) większość wewnętrznych mechanizmów korozji ulega dramatycznemu spowolnieniu.

Obecność wody i punkt rosy gazu

Warunkiem umożliwiającym jest bezpłatna woda dla większości korozji wewnętrznej. Nawet jeśli gaz opuszcza instalację „sucho”, spadki temperatury na trasie mogą spowodować kondensację wody, jeśli punkt rosy wody nie jest odpowiednio kontrolowany. Wytyczne branżowe kładą nacisk na odwodnienie w celu obniżenia punktu rosy gazu i usunięcia warunków sprzyjających korozji.

• Zakłócenia wprowadzające mokry gaz (lub umożliwiające kondensację) skupiają ryzyko w niskich punktach, martwych nogach i za chłodzeniem.
• Niewielkie ilości wody mogą wystarczyć, jeśli stoją w miejscu i gromadzą sole, cząstki żelaza lub bakterie.

Kwaśne gazy, tlen i sole, które „aktywują” miejscowy atak

Gdy woda jest już obecna, rozpuszczone gatunki decydują o dotkliwości i trybie awarii:

• Chlorki (z wytworzonej wody, wody testowej, wnikania powietrza przybrzeżnego lub płynów czyszczących) są najczęstszą przyczyną korozji wżerowej/szczelinowej i pękania korozyjnego naprężeniowego chlorkami.
• CO₂ obniża pH skroplonej wody (kwasu węglowego) i może zwiększać ogólne ryzyko korozji w układach z mieszanymi metalami; wnikanie tlenu może dodatkowo przyspieszyć korozję w wilgotnych obszarach.
• H₂S zmienia podatność na pękanie i wymagania dotyczące kwalifikacji materiału w środowiskach kwaśnych; wykorzystanie materiału jest powszechnie regulowane przez normę MR0175/ISO 15156.

Praktyczny wniosek: kontroluj proces tak, aby powierzchnie wewnętrzne były widoczne suchy gaz i minimalne osadzanie się soli ; gdy nie można tego zagwarantować (rozruch, pigging, hydrotesty lub gaz niezgodny ze specyfikacją), decydujący staje się dobór materiałów i jakość produkcji.

Chemia stopów i wybór gatunku: dlaczego „stal nierdzewna” nie jest jednym materiałem

Stale nierdzewne są odporne na korozję, ponieważ na ich powierzchni tworzy się cienka, pasywna warstwa tlenku chromu. W przypadku zwilżania zawierającego chlorki różnica między „odpowiednią” a „wysoką” odpornością jest często zdominowana przez zawartość chromu (Cr), molibdenu (Mo) i azotu (N), które są powszechnie porównywane za pomocą liczby równoważnej odporności na wżery (PREN).

Użycie PREN do porównania odporności na wżery/szczeliny

PREN ≈ %Cr (3,3 × %Mo) (16 × %N) . Wyższy PREN ogólnie wskazuje na lepszą odporność na korozję wżerową i szczelinową powodowaną przez chlorki (kluczowy problem, gdy możliwy jest mokry gaz lub słony kondensat).

Praktyczny wniosek: jeśli zwilżanie chlorkami jest wiarygodne (kondensat, pozostałości hydrotestu, narażenie wybrzeża, przenoszenie wody), wybór gatunku powinien opierać się na miejscowa korozja i margines SCC , a nie tylko „stal nierdzewna kontra stal węglowa”.

Temperatura, chlorki i naprężenia: „przewód wyzwalający” SCC dla rurociągów gazowych

Pękanie korozyjne naprężeniowe chlorków (Cl-SCC) wymaga jednoczesnego spełnienia trzech warunków: naprężenia rozciągającego (może wystarczyć szczątkowe naprężenie spoiny), obecności chlorków na zwilżonej powierzchni i podwyższonej temperatury. W praktyce temperatura jest czynnikiem, który często zmienia możliwe do opanowania ryzyko wżerów w ryzyko pęknięć.

Praktyczny próg: wytyczna temperatura 60°C (150°F).

Gdy stale nierdzewne są całkowicie zanurzone, rzadko zdarza się, aby chlorek SCC miał temperaturę poniżej około 60 °C (150 °F) . Powyżej tego zakresu wrażliwość gwałtownie wzrasta i nawet stosunkowo niski poziom chlorków może stać się problematyczny – zwłaszcza w przypadku cyklu mokrego/suchego, który powoduje koncentrację soli na powierzchni.

Elementy sterujące działające w rzeczywistych systemach rurociągów

• Tam, gdzie to możliwe (projekt izolacji, prowadzenie i unikanie gorących punktów), należy utrzymywać temperaturę metalu poniżej reżimu wrażliwego na SCC.
• Zmniejsz ekspozycję na chlorki podczas hydrotestu/odbioru do eksploatacji i zapewnij dokładne osuszenie i osuszenie (pozostałości warstw mogą powodować wżery, które później przekształcą się w pęknięcia).
• Jeżeli nie można w sposób pewny uniknąć temperatury i mokrych chlorków, należy określić materiały duplex/super duplex lub materiały o wyższej zawartości stopów (i w stosownych przypadkach zakwalifikować je do mających zastosowanie norm kwaśnych/serwisowych).

Spawanie, odcień cieplny i stan powierzchni: jak produkcja może zmniejszyć odporność na korozję

W przypadku rur ze stali nierdzewnej do gazu wiele „tajemniczych” problemów z korozją ma swoje korzenie w procesie produkcyjnym: zabarwienie pod wpływem ciepła, osadzone żelazo, słabe czyszczenie średnicy wewnętrznej, szorstkie wykończenie i niepełne czyszczenie/pasywacja. Problemy te tworzą słabe punkty, w których warstwa pasywna jest uszkodzona lub nie może się równomiernie zregenerować.

Odcień cieplny i zgorzelina tlenkowa po spawaniu

Odcień cieplny to coś więcej niż odbarwienie: wskazuje na utlenioną powierzchnię i często warstwę zubożoną w chrom na powierzchni. Pozostawiony na miejscu może znacznie zmniejszyć miejscową odporność na korozję w miejscach, gdzie naprężenia szczątkowe są najwyższe (strefa wpływu ciepła i czoło spoiny).

Trawienie i pasywacja (i dlaczego jedno i drugie ma znaczenie)

Wytrawianie usuwa zgorzelinę spawalniczą/odcień cieplny i uszkodzoną warstwę powierzchniową; pasywacja zapewnia solidną warstwę pasywną. Normy takie jak ASTM A380 (praktyki czyszczenia/odkamieniania/pasywacji) i ASTM A967 (procesy pasywacji chemicznej) są powszechnie stosowane w celu zdefiniowania akceptowalnych procesów i weryfikacji.

• Zastosuj odpowiednie czyszczenie ID, aby zapobiec silnemu wewnętrznemu utlenianiu grani spoin rurowych (szczególnie krytyczne w przypadku rurociągów gazowych, gdzie dostęp wewnętrzny jest ograniczony po montażu).
• Usuń zanieczyszczenia żelazem z narzędzi szlifierskich lub kontaktu ze stalą węglową (wciąganie żelaza może „rdzewieć” na powierzchni i zainicjować atak niedostatecznego osadu).
• Określ kryteria akceptacji wykończenia spoiny (gładkie przejścia, minimalna liczba szczelin), ponieważ geometria wpływa na skład chemiczny szczelin i zatrzymywanie osadów.

Szczegóły projektu i instalacji wpływające na odporność na korozję

Nawet przy odpowiednim gatunku i dobrym spawaniu szczegóły projektu decydują o tym, czy gromadzą się żrące ciecze i osady, czy tlen może przedostać się do środka i czy pary galwaniczne przyspieszają atak.

Unikaj szczelin, martwych nóg i pułapek na ciecze

• Jeśli jest to praktyczne, należy ustawić linie nachylenia i zapewnić punkty spustowe w niskich miejscach, aby zapobiec zastojowi kondensatu.
• Zminimalizuj martwe nogi i zakryte gałęzie; stojąca woda jest częstym czynnikiem powodującym korozję mikrobiologiczną (MIC).
• Należy stosować konstrukcje uszczelek/połączeń, które nie tworzą trwałych szczelin w miejscach gromadzenia się solanek bogatych w chlorki.

Oddziaływania galwaniczne i metale mieszane

Jeśli stal nierdzewna jest elektrycznie połączona z mniej szlachetnymi metalami (np. stalą węglową) i obecny jest elektrolit, korozja galwaniczna może przyspieszyć atak na mniej szlachetny składnik i skoncentrować osady na złączach, tworząc miejscowe ryzyko korozji również w przypadku stali nierdzewnej. Strategie izolacyjne (złącza dielektryczne, staranne zaprojektowanie uziemienia i unikanie „mokrych” połączeń) zmniejszają to ryzyko.

Operacje, hydrotesty i MIC: „ukryte” czynniki decydujące o długoterminowej odporności

Wiele uszkodzeń korozyjnych rurociągów gazowych nierdzewnych ma miejsce nie podczas pracy w stanie ustalonym, ale podczas rozruchu, testów wodnych, przestojów lub zakłóceń procesu, które powodują przedostanie się wody i pozostawienie pozostałości.

Hydrotest jakości wody i dyscypliny suszenia

Hydrotest i woda do płukania mogą wprowadzić chlorki i drobnoustroje. Praktyczne wytyczne branżowe powszechnie zalecają wodę o niskiej zawartości chlorków (często ~50 ppm chlorku jako konserwatywny punkt odniesienia) i kładzie nacisk na czyszczenie, opróżnianie i suszenie, aby stojąca woda nie pozostała wewnątrz rury.

Ryzyko MIC w przypadku stojącej wody

Korozja mikrobiologiczna (MIC) może wystąpić w wodach stojących – nawet przy stosunkowo niewielkich poziomach chlorków – i została udokumentowana w instalacjach ze stali nierdzewnej, w których linie nie zostały osuszone po hydrotestach. Natychmiastowa kontrola jest skuteczna: nie pozostawiaj zastojów wody i unikaj długich przestojów bez środków biobójczych/kontrolnych, jeśli pozwala na to proces i przepisy.

1. Zdefiniuj sekwencję rozruchu kończącą się pełnym opróżnieniem, przedmuchem suchym gazem (lub równoważnym) i sprawdzeniem suchości.
2. Kontroluj dopływ tlenu w czasie przestojów (osłanianie, szczelna izolacja i usuwanie wycieków), ponieważ tlen w wilgotnych obszarach przyspiesza atak.
3. Najpierw sprawdź najbardziej wrażliwe miejsca: niskie punkty, martwe nogi, za chłodnicami i szpule obciążone zespawaniem.

Praktyczna tabela decyzyjna: czynnik, tryb awarii i sposoby postępowania

Finał na wynos: Rury gazowe ze stali nierdzewnej sprawdzają się najlepiej, gdy odporność na korozję traktuje się jako właściwość systemu — suchość procesu, zarządzanie chlorkami, dobór stopu (margines PREN/SCC), jakość produkcji i projekt zarządzania cieczą muszą być ze sobą zgodne.

Odniesienia używane do punktów danych i progów

• SSINA: Pękanie korozyjne naprężeniowe chlorków (rzadko poniżej ~60 °C przy pełnym zanurzeniu).
• Unified Alloys: formuła PREN i przykładowe asortymenty PREN (Równanie PREN i typowe zakresy dla popularnych gatunków).
• Raport PHMSA: Korozja rurociągów (kontrola odwodnienia i punktu rosy w celu usunięcia warunków sprzyjających korozji).
• GRI: Bezpośrednia ocena korozji wewnętrznej rurociągów gazowych (definicja punktu rosy i mechanizm kondensacji wody).
• TWI: Przywracanie właściwości korozyjnych po spawaniu (usunąć tlenek zabarwienia cieplnego i warstwę zubożoną w chrom).
• Nota techniczna Instytutu Niklowego: Trawienie i pasywacja (Odniesienia i cel ASTM A380/A967).
• Nickel Institute: Przykłady przypadków MIC ze stali nierdzewnej po hydrotestach (stojąca woda jako główna przyczyna).
• NACE MR0175 / ISO 15156-1 (kontekst złych usług i ramy środków ostrożności związanych z H₂S).