Erozija-Korozija u cjevovodima od nehrđajućeg čelika: Ograničenja brzine protoka prema stupnju

Što je erozija-korozija i zašto je kontrolira brzina protoka?

Erozija-korozija je ubrzani gubitak metala do kojeg dolazi kada tekuća tekućina mehanički ometa zaštitni pasivni film od nehrđajućeg čelika brže nego što se film može preoblikovati -, a brzina protoka jedina je varijabla koja određuje hoće li doći do tog poremećaja.

Nehrđajući čelici i legure niklaotporan na koroziju jer krom (i, u višim stupnjevima, molibden i nikal) stvara tanki, samo{0}}kromov-oksidni pasivni film na površini. Pod statičkim uvjetima ili uvjetima niske -brzine, svako lokalno oštećenje ovog filma gotovo se trenutačno repasivira. Erozija-korozija počinje kada brzina protoka, turbulencija ili uvučene čestice mehanički uklone film brže nego što ga reakcija repasivacije može ponovno izgraditi. Nakon što je goli metal opetovano izložen, donja legura korodira brzinom daleko višom nego što bi bila pod statičkim uranjanjem - često lokalizirano na koljenima, T-priključcima, reduktorima, zavarima i nizvodno od ventila gdje se protok odvaja ili ubrzava.

Budući da je mehanizam mehanički-elektrokemijski, a ne čisto kemijski, erozija-korozija ne može se spriječiti samo odabirom materijala pri neograničenoj brzini. Svaki stupanj ima graničnu brzinu iznad koje pasivni film ne može držati korak s mehaničkim uklanjanjem, a taj prag - nije opća otpornost na koroziju u kuponskom testu - ono što upravlja dizajnom cjevovoda u uslugama visokog-protoka.

Što određuje hoće li jedna ocjena biti bolja od druge?

Otpornost na koroziju-koroziju blisko je povezana s ekvivalentnim brojem otpornosti na točku (PREN) legure - viši sadržaj kroma, molibdena i dušika stvara čvršći, brže{2}}zacjeljujući pasivni film koji tolerira veće brzine protoka prije nego što oštećenje nadmaši popravak.

PREN, izračunat kao %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N, razvijen je za rangiranje otpornosti na piting, ali je u snažnoj korelaciji s erozijom-tolerancijom na koroziju jer oba načina kvara ovise o istoj pasivnoj-stabilnosti filma. Vrste s višim PREN vrijednostima brže obnavljaju svoj zaštitni oksidni sloj nakon mehaničkog oštećenja, što im omogućuje da izdrže veće naprezanje smicanja stijenke i veću udarnu energiju-čestica prije nego što neto gubitak metala postane značajan.

Mikrostruktura je također važna. Duplex i super duplex tipovi kombiniraju austenitnu i feritnu fazu, što im daje veću granicu tečenja od austenitnih razreda usporedivog PREN-a - mehaničko svojstvo koje pomaže u otpornosti na površinsko-otvrdnjavanje i mikro-rezanje učinaka krutog-opterećenog protoka, neovisno o dobrobiti kemijske pasivizacije. To je razlog zašto se dupleksni stupnjevi često specificiraju za erozijsku upotrebu čak i kada bi jedno-fazni austenitni stupanj ponudio usporedivu opću otpornost na koroziju u statičkom uronjenju.

Reprezentativne PREN vrijednosti prema obitelji razreda

PREN vrijednosti su reprezentativne srednje točke izračunate iz nominalne kemije prema ASTM A240/A276/A182 rasponima sastava; provjerite u skladu s izvješćem o ispitivanju mlina (MTR) specifične topline za korištenje u projektu.

Koje su preporučene granice brzine protoka za uobičajene stupnjeve cjevovoda?

U čistoj usluzi,-bez krutih tvari, standardni austenitni stupnjevi dostižu maksimalnu brzinu od oko 3-5 m/s, duplex 2205 proširuje taj raspon na otprilike 4-8 m/s, super duplex i 6Mo stupnjevi dosežu 8-12 m/s, a legure nikla kao što je legura 625 koriste se posebno tamo gdje brzine premašuju ono što bilo koja nehrđajuća klasa može tolerirati.

Rasponi u nastavku su inženjerske polazne točke, a ne fiksne dopuštene vrijednosti. Oni sintetiziraju metodologiju API RP 14E C-faktora (koja dodjeljuje više C-faktore, a time i višu dopuštenu brzinu, materijalima koji su otporniji na-eroziju) s istraživanjem erozije-korozije na pojedinačnim stupnjevima. Svaki projekt treba potvrditi ograničenja u odnosu na sastav tekućine, opterećenje krutim tvarima, temperaturu i specifičnu geometriju cjevovoda - pogledajte odjeljke koji slijede kako svaka varijabla mijenja broj.

Rasponi sastavljeni iz okvira API RP 14E faktora -brzine C- (13Cr nehrđajući C≈300; dvostruki nehrđajući C≈350, nominalno bez krutih tvari), objavljenih podataka o-testovima korozije na 2205 dupleksu u morskoj vodi-natrpanoj pijeskom (kritična brzina ≈4 m/s), i standardne industrijske prakse projektiranja. Potvrdite u odnosu na-specifičan tok-podatke petlje ili polja prije finaliziranja veličine linije.

Kako se API RP 14E C-faktorska metoda primjenjuje na nehrđajuće i dvostrane kvalitete?

API RP 14E jednadžba brzine erozije, Ve=C ÷ √ρm, napisana je za ugljični čelik, ali se obično proširuje na nehrđajuće i dvostruke cijevi zamjenom višeg C-faktora - otprilike 300 za 13Cr nehrđajući i 350 za dupleks nehrđajući u nominalno krutim tvarima-besplatna usluga - što povećava izračunatu dopuštenu brzinu proporcionalno većoj eroziji-toleranciji materijala na koroziju.

U izvornoj jednadžbi API RP 14E, Ve je ograničenje brzine erozije u ft/s, ρm je gustoća mješavine plina-tekućine u uvjetima strujanja u lb/ft³, a C je empirijska konstanta povezana s materijalom i ozbiljnošću usluge. API-jev zadani C=100 za kontinuiranu uslugu ugljičnog-čelika razvijen je konzervativno i pokazalo se u kasnijim terenskim studijama da je pretjerano oprezan za mnoge čiste, ne-brušene sustave - neki operateri izvješćuju o prihvatljivim performansama pri C-faktorima znatno iznad 200 nakon što se kontroliraju inhibicija korozije i sadržaj krutine.

Za nehrđajuće i dvostruke cijevi, industrijska praksa podiže C-faktor znatno iznad osnovne linije ugljičnog-čelika kako bi odražavala viši prag erozije-korozije: vrijednosti oko 300 za nehrđajući 13Cr i 350 za dupleks nehrđajući čelik obično se navode za nominalno uslugu bez krutih tvari-. Budući da API RP 14E sam po sebi ne definira nehrđajuće-specifične C-faktore, ove brojke funkcioniraju kao smjernice za dizajn proizašle iz iskustva operatera i dodatnih studija, a ne kao obavezni zahtjev koda - inženjeri bi ih trebali tretirati kao početnu točku za dimenzioniranje, podložno provjeri u odnosu na određenu uslugu.

Mijenjaju li pijesak ili druge uvučene krute tvari granicu brzine?

Da - sadržaj krutih tvari je najveći pojedinačni modifikator ograničenja brzine erozije-korozije, a objavljeni podaci o ispitivanju pokazuju da čak i dobro-pasivirani stupanj kao što je 2205 duplex pada na kritičnu brzinu od blizu 4 m/s nakon što je pijesak uvučen u tok, u usporedbi s približno dvostrukom brzinom u čistoj morskoj vodi.

Istraživanje erozije-korozije na duplex nehrđajućem čeliku 2205 u tekućoj morskoj vodi s česticama pijeska identificiralo je kritičnu brzinu blizu 4 m/s, iznad koje se oštećenje erozijom-korozijom naglo povećava kako brzina protoka raste, a gubitak mase ubrzava s sadržajem pijeska. Ispod tog praga prisutan je mehanički udar čestica, ali korozija-potpomognuto uklanjanjem pasivnog filma dominira oštećenjem; iznad njega, mehanizam se pomiče prema trošenju-u kojem dominira erozija koje daleko nadmašuje repasivaciju.

To je razlog zašto API RP 14E izričito odbija ponuditi fiksni C-faktor za usluge-opterećene krutim tvarima i umjesto toga poziva na-testiranje specifično za projekt. Brzina koja je ugodno konzervativna u filtriranoj, čistoj procesnoj struji može biti daleko iznad praga erozije-korozije u nefiltriranoj proizvedenoj-vodi za vodu ili mulj koristeći identičnu vrstu cijevi i debljinu stijenke. Bilo koju tablicu brzine - uključujući onu u ovom članku - treba tretirati kao neprimjenjivu nakon što opterećenje krutim tvarima prijeđe nekoliko funti na tisuću barela bez-provjere specifične za projekt.

Kako bi se ograničenja brzine trebala prilagoditi specifičnim uvjetima rada?

Koncentracija klorida, temperatura i sadržaj otopljenog plina svaki pomiče granicu efektivne brzine neovisno o sadržaju krutih tvari, tako da isti stupanj može nositi različitu dopuštenu brzinu u ubrizgavanju morske vode, proizvedenoj vodi i geotermalnoj slanoj vodi čak i pri identičnom opterećenju česticama.

Morska voda i kloridi-Bogata usluga

Kloridi napadaju pasivni film izravno kroz udubljenje, što snižava prag erozije-korozije jer je film već oslabljen prije nego što počne mehaničko oštećenje. U punoj -morskoj vodi, 316L je često-ograničena brzina znatno ispod svoje ocjene za čistu-vodu posebno radi upravljanja rizikom od rupičaste vode, a duplex ili super-duplex stupnjevi su zadana specifikacija nakon povećanja sadržaja klorida ili temperature.

Povišena temperatura

Kinetika pasivne-repasivacije filma usporava se kako temperatura raste u agresivnim medijima, što sužava granicu između brzine koja uzrokuje poremećaj i brzine pri kojoj film može zacijeliti. Visoko{2}}temperaturna erozivna usluga - geotermalna slana voda, tokovi vrućih procesa - obično guraju odabir kvalitete prema višim-PREN dupleksnim, super-austenitnim ili-cjevovodima od legura nikla, čak i pri brzinama protoka koje bi niža klasa tolerirala na temperaturi okoline.

Otopljeni CO2 i H2S

U sustavima za prikupljanje nafte i plina, otopljeni CO2 stvara ugljičnu kiselinu koja napada svaki izloženi osnovni metal brže od obične vode, povećavajući eroziju-koroziju nakon što se pasivni film probije. NACE MR0175/ISO 15156 kiseli-uslužni zahtjevi postavljaju dodatna metalurška ograničenja - kao što su ograničenja tvrdoće i-uvjeti toplinske obrade - povrh ograničenja brzine erozije-korozije, a dva skupa zahtjeva moraju biti zadovoljena istovremeno, a ne neovisno.

Što se događa kada se prekorači ograničenje brzine?

Prekoračenje ograničenja brzine erozije-korozije proizvodi lokalizirani, ubrzani gubitak debljine-stijenke - obično na koljenima, T-komadama i nizvodno od ograničenja - koji može napredovati od nalaza na -ljestvici kupona do propuštanja-stijenke mnogo brže nego što bi to predvidjela ravnomjerna korozija.

Budući da je erozija-korozija samo-ojačavajuća, stanjivanje na visokoj-turbulentnoj lokaciji povećava lokalnu hrapavost i intenzitet turbulencije, što dodatno ubrzava uklanjanje filma na toj istoj točki. Ovo proizvodi karakterističan oblik potkove-ili nazubljenog zida-koji se nalazi na koljenima, T-račvama i izlazima reduktora u neispravnim cjevovodima - oštećenje koje generički izračun-dopuštenja korozije temeljen na ravnomjernom gubitku metala neće predvidjeti.

U praksi to znači da bi programi inspekcije za vodove-koroziju-sklone eroziji trebali dati prioritet geometrijskim diskontinuitetima s ultrazvučnim mapiranjem debljine umjesto da se oslanjaju samo na trend prosječnog-gubitka zida.

Kako bi inženjeri trebali odabrati pravi stupanj za-cijevovod velike brzine?

Odaberite najniži-PREN stupanj koji čisti stvarnu brzinu projekta, krutine, kloride i temperaturnu omotnicu s marginom - ne najviši-dostupan PREN stupanj - budući da dvostruki, super dupleksni i cjevovodi od-legure nikla nose značajnu premiju u odnosu na standardne austenitne stupnjeve.

Praktičan slijed odabira-razreda počinje s 316L kao bazom za umjerenu brzinu, niske-kloride,-bez krutih tvari. Tamo gdje se očekuje izloženost morskoj vodi, uvlačenje pijeska ili brzine veće od otprilike 5 m/s, 2205 duplex je standardna nadogradnja, koja nudi značajan skok u PREN-u i granici tečenja uz umjereno povećanje troškova u odnosu na austenitne stupnjeve. Super duplex 2507 i 6Mo super{10}}austenitni stupnjevi kao što je 254 SMO rezervirani su za najveću-brzinu ili najviše-kloridne segmente sustava - obično kratke visoko-turbulentne špule, prigušnicu i regulacijski ventil ili kolektore za ubrizgavanje -, a ne specificirane preko cijele linije, što kontrolira troškove dok i dalje štiti najviše-točke rizika.

Legure nikla kao što je legura 625 ulaze u izbor kada brzina, temperatura i sadržaj klorida zajedno premašuju ono što bilo koja porodica nehrđajućeg čelika može pouzdano tolerirati ili gdje je potrebna galvanska kompatibilnost s postojećom opremom-legura nikla. Budući da legura 625 i usporedive legure nikla nose najveću cijenu materijala u ovoj usporedbi, obično se primjenjuju selektivno - na mlaznim pumpama, prigušnicama i drugim točkastim-komponentama visoke{6}}brzine - radije nego za pune cijevi, s duplex ili super duplex cijevima koje nose ravnotežu cjevovoda.

Često postavljana pitanja

Q: Koja je najveća brzina za cijevi od nehrđajućeg čelika 316L?

A: U čistim uslugama bez-krutih tvari, 316L obično je ograničen na otprilike 3-5 m/s (10-16 ft/s). U morskoj vodi ili drugim tekućinama bogatim kloridima, praktična granica obično je postavljena niže kako bi se upravljao rizikom od pitinga, a ne čistom erozijom, a dupleks stupnjevi se često navode umjesto toga kada su kloridi prisutni.

Q: Je li dvostruki nehrđajući čelik otporniji na-eroziju od 316L?

A: Da. Duplex 2205 ima PREN otprilike 35 naspram otprilike 24-26 za 316L, a njegova dvo-fazna mikrostruktura dodaje granicu tečenja koja nedostaje austenitnim stupnjevima, što zajedno podiže njegov prag brzine erozije-korozije znatno iznad 316L u čistoj i opterećenoj krutim tvarima.

Q: Primjenjuje li se jednadžba API RP 14E izravno na cijevi od nehrđajućeg čelika?

A: Ne izravno - API RP 14E zadani C-faktor od 100 razvijen je za ugljični čelik. Nehrđajuće i dvostruke cijevi koriste više C-faktore (otprilike 300 za nehrđajući 13Cr i 350 za dupleks u nominalno krutim-bez usluga) izvedene iz industrijske prakse, budući da sama preporučena praksa ne objavljuje specifične-vrijednosti za nehrđajuće.

Q: Koliko sadržaj pijeska snižava granicu brzine za nehrđajući čelik?

A: Značajno. Objavljeno testiranje na dupleksu 2205 u morskoj-natrpanoj pijeskom otkrilo je kritičnu brzinu blizu 4 m/s, otprilike polovicu brzine koja se tolerira u čistim uvjetima-bez krutih tvari, a oštećenje od korozije-erozijom dodatno se ubrzava kako sadržaj pijeska raste iznad tog praga.

Q: Kada bi projekt trebao koristiti leguru nikla umjesto super dupleks nehrđajućeg čelika?

A: Kada brzina protoka, temperatura i sadržaj klorida zajedno prelaze ono što super dupleks ili 6Mo stupnjevi mogu pouzdano tolerirati, ili gdje vrijede zahtjevi kisele-rade, galvanske-kompatibilnosti ili ekstremne-temperature. Legure nikla kao što je legura 625 obično se koriste selektivno za komponente visoke-brzine, a ne za cijele nizove cijevi, s obzirom na njihovu visoku cijenu.