Naftas un gāzes sildīšanas iekārtu korozijas izturība

Korozijas mehānismu izpratne naftas un gāzes sildīšanas sistēmās

Kā izolācijas apakšā rodas korozija (CUI) un kā tā pasliktina sildīšanas sistēmu darbību

CUI, vai korozija izolācijas apakšā, ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc sildīšanas sistēmas atteicas naftas un gāzes objektos, īpaši tad, ja izolācijas slānī iekļūst ūdens. Saskaņā ar 2022. gadā publicētajiem pētījumiem, ko veikuši Vāsims kopā ar Džukiču, gandrīz katrs ceturtais korozijas gadījums cauruļvados piekrastes tuvumā faktiski rodas tieši no šāda veida paslēptās bojājuma. Jūras gaisā esošie sāls daļiņas izveido ļoti agresīvas nelielas kabatas tieši zem izolācijas. Kas notiek tālāk? Nu, efektivitāte strauji samazinās. Minerālizolēti kabeļi var zaudēt aptuveni 22% no savas spējas pārnēsāt siltumu pareizi. Un neaizmirsīsim arī par naudu. Uzturēšanas rēķini palielinās par aptuveni 180 ASV dolāriem par katru ietekmētās caurules pēdu, gada pēc gada. Lielākā daļa cilvēku pat nenojauš, ka pastāv problēma, līdz ir jau par vēlu, jo šie komponenti parasti atrodas aprakti iekārtās. Tāpēc uzraudzības risinājumi kļūst absolūti būtiski pārstrādēs un jūras platformās, kur agrīna problēmu noteikšana nosaka starpību starp dārgiem remontiem un nepārtrauktu darbību.

Korozijas veidi: punktuveida korozija, spraiguma plaisāšana un galvaniskas ietekmes

Trīs galveni korozijas mehānismi apdraud siltumizolācijas uzticamību:

1. Apgaismojuma korozija : Lokālas uzbrukumu izraisītas 0,5–3 mm dziļas dobumi nerūsējošā tērauda apvalkos
2. Spraiguma korozijas plaisāšana (SCC) : Atbild par 19 % no sildīšanas kabeļu atteicēm skābā gāzes vidē (NACE 2023)
3. Ģalvaniskā korozija : Izraisīta sprieguma starpības starp vara vadiem (0,34 V) un oglekļa tērauda balstiem (-0,85 V)

2023. gada analīze atklāja, ka kombinēti punktuveida korozijas un SCC mehānismi rada 63 % vairāk pārtraukumu salīdzinājumā ar atsevišķiem gadījumiem, īpaši cikliskās temperatūras režīmos starp 60–120 °C.

Piemērs: CUI bojājumi jūras platformas sildīšanas līnijās

Ziemeļjūras platformā pēc 18 mēnešiem notika pilnīga siltumizolācijas atteice neatvērtas CUI progresēšanas dēļ:

Pēcatlases analīze parādīja, ka starp Inconel sildīšanas elementiem un nerūsējošā tērauda skavām radās galvaniska savienojuma strāvas blīvums vairāk nekā 15 μA/cm², kas paātrināja koroziju līdz 1,8 mm/gadā — sešas reizes ātrāk nekā pamata materiāla zudumos.

Materiālu izvēle, lai uzlabotu korozijas izturību siltuma uzturēšanā

Kritēriji korozijas izturīgu sakausējumu (CRAs) izvēlei agresīvās vidēs

Izvēloties piemērotas korozijas izturīgas sakausējumus (CRAs), ir jāņem vērā vairāki svarīgi faktori, tostarp tie ķīmiskie savienojumi, kuriem tie tiks pakļauti, ekspluatācijas temperatūras, iesaistītie mehāniskie spriegumi un ilgtermiņa izmaksu aspekti. Hroma klātbūtne apjomā no 18% līdz 25%, kopā ar molibdēnu diapazonā no 2% līdz 6%, ievērojami uzlabo pretestību pret punktuveida un spraugu koroziju, jo īpaši darbojoties ar hlorīdiem. Piemēram, nerūsējošais tērauds 316 sāk degradēties, kad temperatūra pārsniedz 60 grādus pēc Celsija sēra skābes vidē. Salīdzinājumam, niķeļa bāzes CRAs var izturēt daudz agresīvākus apstākļus, paliekot stabili pat aptuveni 200 grādu temperatūrā. Lielākā daļa inženieru, hidroogļradņu pārstrādes iekārtās materiālus pielāgojot konkrētiem apstākļiem, balstās uz ISO 21457 norādēm, kur sērūdeņraža līmenis vai tiešs saskare ar jūras ūdeni kļūst par kritiskiem aspektiem.

Niķeļa bāzes sakausējumu, piemēram, Inconel, priekšrocības rafinērijās un augstas temperatūras lietojumos

Inconel 625 un citi niķeļa bāzes sakausējumi izceļas ar lielisku pretestību pret oksidāciju temperatūrās līdz aptuveni 980 grādiem pēc Celsija. Tie arī daudz labāk panes hlorīda izraisīto spraugu koroziju salīdzinājumā ar daudziem citiem materiāliem. 2022. gadā veiktie lauka testi atklāja, ka kabeļi, kuri pārklāti ar Inconel, ekspluatācijā uz jūras naftas platformām ilga ievērojami ilgāk nekā to analogi no nerūsējošā tērauda, samazinot atteices par aptuveni 70% piecu gadu laikā. Šo materiālu ilgais kalpošanas laiks ir saistīts ar to, ka niķelis siltuma ciklu ietekmē veido aizsargkārtu no oksīda, kas novērš plaisu rašanos jau pašā sākumā. Uzņēmumiem, kuri darbojas ar augstas temperatūras tvaika trases sistēmām, pāreja uz niķeļa sakausējumiem vien uzturēšanas izmaksās var ietaupīt aptuveni 18 ASV dolārus uz katru pēdu gadā.

Dzīves cikla izmaksu analīze: sākotnējo ieguldījumu un ilgtermiņa izturību līdzsvarošana

Lai gan KRK ir augstākas sākotnējās izmaksas – 3–5 reizes lielākas nekā oglekļa tērauda – tās kopējās īpašuma izmaksas 15 gadu laikā samazina par 40–60%. NACE International (2023) analizēja 12 ŠGD iekārtas un atklāja:

Iekārtas, kas izmanto nīķeļa sakausējumus, ikgadēji katram jūdzē ietaupīja 740 000 USD, izvairoties no negaidītiem apstādinājumiem un remonta darbiem.

Aizsargpārklāji un virsmas apstrādes, lai pagarinātu aprīkojuma kalpošanas laiku

Epoksīda un poliuretāna pārklājumi mitruma un ķīmisko vielu izturībai

Epoksīda un poliuretāna pārklājumi veido būtisku barjeru naftas un gāzes sildīšanas sistēmās, kas pakļautas mitrumam, skābajam kondensātam vai ķīmisko šķīdinātāju pilieniem. Kā nevadoši slāņi tie samazina korozijas zem izolācijas (CUI) risku līdz pat 68%. Poliuretāns ir piemērots elastīgām vietām, piemēram, līkumos, savukārt epoksīds iztur ilgstošu ogļūdeņražu un sālsūdens iedarbību.

Metāla pārklājumi un enkapsulācijas metodes, lai novērstu korozijas rašanos

Izsmalcinātas enkapsulācijas tehnoloģijas, piemēram, alumīnija-silīcija termiskais uzsmidzinājums, veido metalurģiskus saišķus, kas atdala virsmas no korozīviem agensiem. Cinkošana un alumīnēšana jūras vides apstākļos pagarina oglekļa tērauda kalpošanas laiku par 12–15 gadiem. Temperatūrām, kas pārsniedz 400°C, nīķeļa sakausējuma apvalks novērš hlorīdu izraisīto stieples spraugu koroziju rafinērijas tvaika cauruļvados.

Pārklātu saliektais ar nepārklātiem minerālizolētiem (MI) kabeļiem salīdzināmie darbības rādītāji

Pārklāti MI kabeli sālsūdens iegremdēšanas testos iztur četras reizes ilgāk nekā nepārklātie varianti (NACE 2022). Ekstrudēti polimēra apvalki nodrošina hermētiskus noslēgumus, bloķējot mitruma iekļūšanu magnija oksīda izolācijā un saglabājot stabilu siltuma izdalīšanos. Objekti ziņo par 23% mazāk uzturēšanas pārtraukumiem, gada korozijas saistīto remontu skaits samazinājies no 4,2 līdz 0,9 incidentiem uz jūdzi.

Projektēšanas un uzturēšanas stratēģijas korozijas mazināšanai

Inženierprojektēšana mitruma uzkrāšanās un CUI riska samazināšanai

Korozijas problēmas bieži sākas ilgi pirms kāds tās pamanās, tāpēc gudri dizaina lēmumi projektēšanas stadijā var izšķirt visu, kad jautājumā ir mitruma iedarbības novēršana. Piemēram, izolācijas pārsegu pareiza slīpuma nodrošināšana, šuvju izveide bez spraugām un elpojošu tvaika barjeru uzstādīšana palīdz novērst ūdens uzkrāšanos nepareizās vietās. Mazi spraišļi starp komponentiem un konstrukciju izvietojums tā, lai ūdens dabiski notek, ir liels solis, lai novērstu nepatīkamas lokalizētas korozijas vietas, ar kurām neviens vēlāk negribētu cīnīties. Iekārtām tuvu piekrastei apaļas balstu konstrukcijas patiešām samazina sāls uzkrāšanos. Un nemirstam par modulārās būvniecības pieeju, kas uzturēšanas brigādēm padara daudz vieglāku piekļuvi grūti sasniedzamām vietām, kur korozija mēdz paslēpties un radīt problēmas laika gaitā.

Prognozējošā uzturēšana un reāllaika korozijas uzraudzības tehnoloģijas

Bezvadu korozijas sensori kopā ar ultraskaņas biezuma mērītājiem un moderniem IoT termosensoriem palīdz problēmas novērst pirms tās kļūst par lielām nepatikšanām. Šie ierīces atklāj agrīnus pazīmes par gropveida koroziju vai sieniņu sabiezēšanu, uzraugot temperatūras svārstības, elektrovadītspējas izmaiņas un mitruma līmeņa svārstības. Uzņēmumi, kas ir pieadaptojuši reāllaika akustiskās emisijas sensorus, ziņo, ka negaidītu apstādinājumu skaits salīdzinājumā ar tradicionālajām manuālajām pārbaudēm ir samazinājies aptuveni par 40%. Apvienojot šo tehnoloģiju ar gudru prognozējošās analīzes programmatūru, rezultāti ir ievērojami. Iekārtas jūras vides ārējos apstākļos kalpo papildus sešus līdz astoņus gadus, kas ir milzīgs atšķirība, strādājot grūtos jūras apstākļos, kur maiņas izmaksas var būt astronomiskas.

Integrēta pieeja: materiālu, dizaina un proaktīvas pārvaldības kombinācija

Lai ilgtermiņā aizsargātu sistēmas, mums ir jāapvieno materiāli, kas iztur koroziju, piemēram, nerūsējošā tērauda apvalks, jāprojektē sastāvdaļas, kas iztur mitrumu, un jāievieš uzturēšana, balstoties uz faktiskiem datiem, nevis minējumiem. Ņemsim, piemēram, rūpniecības uzņēmumus. Kad tie kombinē Inconel traserlīnijas ar kaut ko līdzīgu hidrofobam aerogelam kā izolācijai un plāno elektromagnētiskos pārbaudījumus ik pēc aptuveni sešiem mēnešiem, tie veido efektīvi daudzslāņu aizsardzību pret dažādiem potenciālajiem sabrukumiem. Iekārtas, kas šo ceļu jau ir nogājušas, desmit gados redz savu remontu izmaksu samazināšanos aptuveni par 70%. Tas ir diezgan ievērojami, ja to aplūko tuvāk. Sākotnējie izdevumi par labākiem materiāliem un gudrāku uzraudzību atmaksājas vairākkārt, samazinot darbības pārtraukumus un neparedzētos remontus nākotnē.

Korozijas ietekme uz ekspluatācijas drošību un sistēmas efektivitāti

Sistēmas siltumvadītspējas un reaģētspējas samazināšanās dēļ korozijas

Kad veidojas korozija, tās izveidotie izolējošie oksīda slāņi uz virsmām ievērojami traucē siltuma pārnesi. Termiskā vadītspēja pazeminās aptuveni par 40 līdz 60 procentiem cauruļvados un kabelos, kas ir bojāti. Kas notiek tālāk? Parasti operatoriem ir jāpalielina enerģijas patēriņš par 25% līdz 35%, lai uzturētu nepieciešamo veiktspēju, taču tas, protams, padara visu sistēmu mazāk efektīvu. Šādās pēkšņās temperatūras svārstībās sistēmas reaģē daudz lēnāk, nekā vajadzētu, palielinot aizsalšanas risku, īpaši aprīkojumam, kas paredzēts ziemas apstākļiem. Un, kad minerālizolētie kabeļi sāk degradēties, atkušanas process tiek ievērojami novilcināts. Mēs runājam par potenciālu darba pārtraukumu pagarinājumu aptuveni par 8 stundām katrā incidentā, kas strauji uzkrājas, ja uzturēšanas brigādes jau tā ir pārslogotas.

Elektrodrošības riski no degradējušiem sildīšanas elementiem

Oksidācija un bojāta izolācija palielina elektriskos bīstamības vecākās sistēmās. 2023. gada bezdrošības audits jūras vides objektos saistīja 22% siltumtrenaļu darbības traucējumus ar korozijas izraisītiem īssavienojumiem un zemes noplūdēm. Mitruma iekļūšana paātrina pretestības degradāciju – niķeļa-hroma elementi pašregulējošajos kabelos trīs reizes ātrāk noveco sāļos vidē.

Ietaupījumu paradokss: Īstermiņa ieguvumi pret ilgtermiņa korozijas riskiem

Kad uzņēmumi pārāk daudz koncentrējas uz sākotnējo izmaksu samazināšanu, nevis ieguldījumiem materiālos, kas pretojas korozijai, ilgtermiņā viņiem tas izmaksā daudz vairāk — aptuveni trīs līdz piecas reizes vairāk kopumā. Apskatiet, kas notika Arktikas pētniecības stacijā vairāk nekā desmit gadus atpakaļ. Tērauda detaļas bez aizsargpoksaļa aptuveni katras divas ar pusi gadā bija jānomaina. Savukārt tās pašas sastāvdaļas, izgatavotas no korozijas izturīgiem materiāliem, kalpoja vairāk nekā divpadsmit gadus, pirms tās vajadzēja nomainīt. Un finansiāli situācija kļūst vēl sliktāka. Uzņēmumi, kas pieņem šo īssighted stratēģiju, saskaras ar ievērojami augstākām inspekciju rēķinu summām. Saskaņā ar Ponemon Institute 2023. gada datiem, šādām iekārtām gadā tiek papildus iztērēti aptuveni septiņi simti četrdesmit tūkstoši dolāru tikai par regulārajām pārbaudēm, kas nepieciešamas pastāvīgā elektriskās briesmas riska dēļ, kas rodas no degradējošām iekārtām.