Nafta- ja gaasitööstuse soojusjälgimise seadmete korrosioonikindlus

Korrosioonimehhanismide mõistmine nafta- ja gaasitööstuse soojusjälgimissüsteemides

Kuidas isolatsiooni all tekkinud korrosioon (CUI) halvendab soojusjälgimise toimivust

CUI ehk isoleerimise all toimuv korrosioon on üks peamisi põhjuseid, miks soojusjälgimissüsteemid riknevad nafta- ja gaasiseadmetes, eriti siis, kui isolatsioonikihti satub vett. Wasimi ja Djukici 2022. aastal avaldatud uuringu kohaselt tuleneb peaaegu 40% rannikul asuvate torujuhtude korrosiooniprobleemid just sellest varjatud kahjustusest. Mereõhus lebavad soolasoodused moodustavad väga agressiivsed pisikesed taskud just isolatsiooni alla. Mis siis edasi juhtub? Nii efektiivsus langeb märkimisväärselt. Mineraalisoolaga kaablid võivad kaotada umbes 22% oma soojusülekande võimest. Ärgem unusta ka raha. Igal aastal tõusevad hoolduskulud iga mõjutatud toru jala kohta ligikaudu 180 dollarit. Enamik inimesi ei tea isegi, et probleem olemas on, enne kui on juba liiga hilja, kuna need komponendid asuvad seadmete sees. Seetõttu on rafineerimistehastes ja mereplatvormidel nii olulised head jälgimislahendused, kus probleemide varajane tuvastamine teeb suure erinevuse kulukate remondide ja äritegevuse pidevuse vahel.

Levinud korrosiooniliigid: Punktikorrosioon, pingekoorus ja galvaanilised mõjud

Kolm peamist korrosioonimehhanismi, mis ohustavad soojusjälgimise usaldusväärsust:

1. Punktikorrosioon : Kohalikud rünnakud, mis moodustavad 0,5–3 mm sügavad õõnsused roostevabast terasest kattedes
2. Pingekorrosioonilõhed (SCC) : Moodustab 19% soojustraadi katkuste põhjustest soursesse keskkonnas (NACE 2023)
3. Galvaaniline korroosioon : Tekib pingeerinevuse tõttu vasktraatidel (0,34 V) ja süsinikterasest tugedel (-0,85 V)

2023. aasta analüüs näitas, et punktikorrosiooni ja SCC kooslus põhjustab 63% rohkem seismist kui eraldi esinevad vormid, eriti tsüklilistes temperatuuritingimustes 60–120 °C vahel.

Juhtumiuuring: CUI katkestused mereplatvormide soojusjälgimisjoontes

Põhjamere platvormil tekkis täielik soojusjälgimise katkemine 18 kuu jooksul kontrollimatu CUI leviku tõttu:

Pärast ebaõnnestumise analüüsi selgus, et galvaaniline sidestus Inconeli kütteelementide ja roostevabast terasest kinnitusklambrite vahel tekitas voolutiheduse üle 15 ¼A/cm², kiirendades korrosiooni 1,8 mm/aastas – kuus korda kiiremini kui alusmaterjali kaotus.

Materjali valik soojusjäädvustuse korrosioonikindluse suurendamiseks

Kriitiliste tingimuste vastupidavate sulamite (CRAs) valiku kriteeriumid agressiivsetes keskkondades

Kui valida sobivaid korrosioonikindlaid sulamid (CRAs), tuleb arvestada mitme olulise teguriga, sealhulgas kemikaalidega, millega need kokku puutuvad, töötemperatuuridega, kaasnevate mehaaniliste koormustega ja pikaajaliste kulu tagajärgedega. Kroomi sisaldus vahemikus 18–25% koos 2–6% moolibdeeniga mängib suurt rolli augukorrosiooni ja poorkorrosiooni vältimisel, eriti kloriidide olemasolul. Näiteks hakkab roostevaba teras 316 lagunema temperatuuril üle 60 kraadi Celsiuse väävelhappe keskkonnas. Võrreldes sellega suudavad nikli baasil olevad CRA-d taluda palju raskemaid tingimusi ja jääda stabiilseks isegi umbes 200 kraadi Celsiuse juures. Enamik insenerne kasutab materjalide õigeks paigutamiseks hüdrokarboonitöötlemisjahtades ISO 21457 suuniseid, kus sellised asjad nagu vesiniksulfiidi tase või otsekontakt merivesega muutuvad kriitilisteks mureküsimusteks.

Nikli baseeruvate sulamite, nagu Inconel, eelised rafineerimise ja kõrgetemperatuuriliste rakenduste puhul

Inconel 625 ja teised nikli baseeruvad sulamid eristuvad eriti hea oksüdatsioonikindluse poolest temperatuurini umbes 980 kraadi Celsiuse juures. Need suudavad toime tulla ka kloriidide poolt esile kutsutud pingekoorusmurdudega palju paremini kui paljud alternatiivid. 2022. aastal läbi viidud välitesting näitas, et Inconeliga kaetud kaablid kestsid oluliselt kauem offshore naftaplatvormidel võrreldes roostevabade terasest vastedega, vähendades viie aastaga katkemisi ligikaudu 70%. Selle põhjuseks on see, et nikkel moodustab soojusetsüklite käigus kaitseoksiidi kihi, mis takistab prahtede teket juba alguses. Ettevõtetele, kes kasutavad kõrgetemperatuurilisi aurutoodete süsteeme, saab niklisulamitele üleminek aasta kohta hoolduskuludes kokku hoida ligikaudu 18 dollarit meetri kohta.

Elutsükli kulu analüüs: algse investeeringu ja pikaajalise vastupidavuse tasakaalustamine

Kuigi CRA-de esialgne hind on kõrgem – 3–5 korda suurem kui süsinikterase oma – vähendavad nad 15 aasta jooksul omandamiskulusid kokku 40–60%. NACE International (2023) analüüsis 12 LNG-taime ja leidis:

Nikkellegiiride kasutavad rajatised säästsid aastas miili kohta $740 000, vältides planeerimata seiskamisi ja remonditööde kulutusi.

Kaitsekatte ja pindtöötlusmeetodid seadmete eluea pikendamiseks

Epoksi- ja polüuretaankatted niiskuse ja keemilise mõju vastu

Epoksi- ja polüuretaankatted toimivad oluliste barjääridena nafta- ja gaasijahutussüsteemides, mis on väljas nii niiskuse, happelise kondensaadi kui ka keemiliste pritskustsoonide mõjule. Kui need kihid on mittejuhtivad, vähendavad nad CUI ohtu kuni 68%. Polüuretaan sobib eriti hästi paindlike alade, näiteks kumeruste jaoks, samas kui epoksi vastupidavalt talub pikkaajalist süsivesinike ja soolase veega kokkupuudet.

Metallkatted ja kapseldusmeetodid korrosiooni tekkimise vältimiseks

Edasijõudnud kapseldustehnikad, nagu alumiinium-silikonist termilaine, moodustavad metallürgilised sidemed, mis isoleerivad pinnad korrosiooni tekitavate ainetest. Sinkimine ja alüminiseerimine pikendavad süsinikterase kasutusiga mereäärsetes keskkondades 12–15 aastat. Temperatuuride ületamisel 400 °C takistab nikkellegi katmine kloriidipõhlist SCC-d rafineerimistehaste aurutorudes.

Kaetud ja kaetud mineraalisoolaga (MI) kaablite jõudluse eelised

Kaetud MI-kaablid kestavad soolase veega testides (NACE 2022) neli korda kauemaks kui mittekaetud versioonid. Ekstrudeeritud polümeerkaan on hermeetiline, takistab niiskuse tungimist magneesiumoksiidi isolatsiooni ja säilitab püsiva soojusväljundi. Seadmetes teatatakse 23% vähem hoolduskatkestusi, korrosiooniga seotud remondid aastas vähenedes 4,2 pealt 0,9 juhtumini miili kohta.

Korroosia vähendamiseks mõeldud projekteerimis- ja hooldusstrateegiad

Ingenööriprojekteerimine niiskuse kogunemise ja CUI-ohtude vähendamiseks

Korrosiooniprobleemid algavad sageli juba ammu enne, kui keegi neid märkab, seega võivad targad projekteerimisotsused planeerimisjärgs ettevõtmisel olla otsustavaks niiskuse tekitatud kahjustuste vältimisel. Näiteks soojusisolatsiooni kate tuleb kaldega paigaldada, keevitised peaksid olema ühenduseta piludeta ja aurupesad peaksid tegelikult hingama – see aitab vältida vee kinnijäämist sellistesse kohtadesse, kus seda ei tohiks olla. Komponentide vahelised väikesed pilud tuleb kõrvaldada ja konstruktsioon tuleb paigutada nii, et vesi jookseks loomulikult ära, mis on suur samm korrosioonikohtade vältimisel, millest hiljem keegi ei taha käsitleda. Rannikul asuvates paigaldustes vähendavad ümarad kandekonstruktsioonid soola kogunemisega seotud probleeme oluliselt. Ärgem unustagem ka modulaarset ehituslähenemist, mis muudab hooldusteenistusele palju lihtsamaks ligipääsu neile keerukatele kohtadele, kus korrosioon tendents varjuda ja pikaajaliselt raskusi tekitada.

Ennustav hooldus ja reaalajas korrosioonijälgimistehnoloogiad

Traadita korrosioonisondid koos ultraheli mõõteriistade ja nendega kaasaegsete IoT soojusanduritega aitavad tuvastada probleeme enne, kui need suurteks küüsi saavad. Need seadmed tuvastavad varases eas pinnasekahjustusi või seinte õhenevat seisu, jälgides temperatuuri kõikumisi, juhtivuse muutusi ning niiskusesuhete langust. Tehased, mis on võtnud kasutusele reaalajas akustilise emissiooni andureid, teevad uuringute kohaselt umbes 40% vähem ootamatuid seismasi võrreldes traditsiooniliste käsitsi kontrollidega. Kombineerides kogu selle tehnoloogia nutika ennustava analüütikatarkvaraga, on tulemused muljet avaldavad. Mehhaanika töötab meres kuni kuut kuni kaheksa aastat pikemalt, mis teeb suurt vahet rannikuväliseid piirkondi puudutava keerulise keskkonna korral, kus asenduskulud võivad olla tohutud.

Integreeritud lähenemine: materjalide, konstruktsiooni ja ettevaatliku halduse kombineerimine

Süsteemide kauaajaliseks kaitseks peame koondama materjale, mis vastuvad korrosioonile, nagu roostevaba terasest kate, looma komponente, mis vastuvad niiskusele, ning rakendama hooldust, mis põhineb tegelikel andmetel, mitte arvamustel. Võtke näiteks tööstusettevõtted. Kui nad kombineerivad Inconel-i jälitussüsteemid hüdrofoobse aerosoollisolatsiooniga ja planeerivad need elektromagnetilised kontrollid umbes kuuekuuliselt, siis ehitavad nad tõhuselt mitmekihilist kaitset kõigi võimalike rikete vastu. Sellist teed läinud rajatised näevad, et nende remondikulud on langenud ligikaudu 70% võrra juba kümne aasta jooksul. See on päris muljetavaldav, kui sellest mõelda. Esialgu paremate materjalide ja targema jälgimise peale kulutatud raha tasub end paluks tagasi vähendatud seismisaegade ja vähemate ootamatute remontide kaudu.

Korrosiooni mõju toimimisohutusele ja süsteemi tõhususele

Korrosiooni tõttu vähenenud soojusjuhtivus ja süsteemi reageerivus

Kui korrosioon koguneb, tekivad pindadele isolatsiooniomased oksiidkihid, mis mõjutavad soojusülekannet oluliselt. Soojusjuhtivus langeb 40–60 protsenti torujuhtedes ja kaablites, mis on mõjutatud. Mis siis juhtub? Tavaliselt peavad operaatored suurendama energiasisendeid 25% kuni 35%, et säilitada jõudlustaset, kuid see muudab süsteemi muidugi vähem tõhusaks. Äksetemperatuurimuutuste ajal reageerivad süsteemid palju aeglasemalt, kui peaks, suurendades seeläbi jäätumisohut, eriti talvistes tingimustes ettenähtud seadmetes. Ja kui mineraalisoolendiga kaablid alustavad degradeerumist, viibivad sulatamisprotsessid oluliselt. Räägime potentsiaalsest seiskamise kestuse piknemisest umbes 8 tundi iga intsidenti kohta, mis kiiresti kuhjub, kui hooldusmeeskonnad on juba nii või naa tihedalt hõivatud.

Elektriohutusohud degradeerunud soojusjälgimise elementidest

Oksüdatsioon ja purunenud isoleerimine suurendavad elektriohtlikkust vananevates süsteemides. 2023. aasta rannikuvälise ohutuskontroll seostas 22% soojusjälgimise ebaõnnestumisest korrosioonist põhjustatud lühisega ja maandusvigadega. Niiskuse tungimine kiirendab takistuse degradatsiooni – nichroomi elemendid enesereguleerivates kaablites degradeeruvad soolases keskkonnas kolm korda kiiremini.

Hinnaeelistuse paradoks: Lühiajalised kasud vs. Pikaajalised korrosiooniohtlikkused

Kui ettevõtted keskenduvad liiga palju algsete kulude kärpimisele asemel, et investeerida korrosioonikindlatesse materjalidesse, maksavad nad lõpuks oluliselt rohkem – umbes kolm kuni viis korda nii palju kokku. Vaadake, mis juhtus ühe Arktika uuringujaama puhul enam kui kümme aastat tagasi. Teraskomponente, millel polnud mingit kaitsekattet, tuli vahetada umbes kaks ja pool aastat. Samas kestsid samad komponendid, mille valmistamiseks kasutati korrosioonikindlaid materjale, edukalt üle kaheteistkümne aasta enne hoolduse vajadust. Ja finantsiliselt muutub olukord veelgi hullemaks. Lühinägeliku strateegia järgivad ettevõtted silmitsuvad oluliselt suuremate kontrollikuludega. Ponemon Institute'i 2023. aasta andmete kohaselt koguneb neil rajatel regulaarsete kontrollide eest lisaks umbes seitsekümmend nelikümmand tuhat dollarit just seetõttu, et halveneva varustuse tõttu on pidev elektriohtlikkuse oht.