Putcorrosie vs. spleetcorrosie

Putcorrosie vs. spleetcorrosie:
identificeren van verschillen

Corrosie - de aantasting van technische materialen door chemische interactie met hun omgeving - is een buitengewoon kostbaar probleem. Ongecontroleerde roestvaststaalcorrosie in buissystemen is een belangrijke oorzaak van winstverlies bij offshore- en nearshore-toepassingen en kost meer dan 1 miljard dollar per jaar, volgens onderzoek van de National Association of Corrosion Engineers (NACE). Volgens de NACE zijn deze cijfers toe te schrijven aan "589 miljoen dollar aan kosten voor pijpleidingen en faciliteiten aan de oppervlakte; 463 miljoen dollar per jaar aan uitgaven voor tubing in het boorgat; en nog eens 320 miljoen dollar aan kapitaaluitgaven in verband met corrosie".

Het goede nieuws is dat veel voorkomende soorten corrosie kunnen worden beperkt of voorkomen met een aantal relatief eenvoudige maatregelen voordat ze aanzienlijke en kostbare schade veroorzaken aan olie- en gasvloeistofsystemen.

Om proactief te kunnen handelen, is het van belang dat u verschillende soorten corrosie kunt herkennen en te onderscheiden, en vervolgens de juiste oplossingen toe te passen. Put- en spleetcorrosie zijn enkele van de meest voorkomende en kostbare vormen van corrosie in de olie- en gasindustrie. Waarom ontstaat corrosie? Wat zijn de verschillen tussen put- en spleetcorrosie, en hoe u uw bedrijf kunt beschermen tegen defecten die door corrosie worden veroorzaakt.

Hoe roestvrijstaalcorrosie optreedt

Bijna elk metaal dat overal ter wereld wordt gebruikt, corrodeert onder bepaalde omstandigheden. Er zijn echter stappen die genomen kunnen worden om roestvrijstaalcorrosie te voorkomen in olie- en gastoepassingen, vooral offshore. Deze stappen vereisen een fundamenteel begrip van de verschillende soorten corrosie en hun oorzaken. 

Wanneer de locaties van corrosie bekend zijn, kunnen de risico's op booreilanden en in raffinaderijen worden verminderd, wat aanzienlijke besparingen in tijd en kosten oplevert.

Op het meest fundamentele niveau is corrosie een reeks elektrochemische reacties met oxidatie (verlies van elektronen) aan een anode en reductie (winst van elektronen) aan een kathode. Bijvoorbeeld, ijzer in tubes kan oxideren, waarbij twee elektronen vrijkomen en in water oplossen als een positief Fe₂+ ion. Tegelijkertijd kunnen de elektronen van het oxiderende ijzer deelnemen aan een reductie reactie waarbij O₂ opgelost in H₂O wordt gebruikt om OH- negatieve ionen te vormen.

Metalen tubesystemen worden meestal gebruikt voor analytische en procesinstrumentatie, hydraulische leidingen en regel- en nutstoepassingen. Veel metalen die worden gebruikt in olie- en gastoepassingen zijn gemaakt van roestvrij staal, dat meer dan 10% chroom bevat. Dit laatste helpt bij het vormen van een oxidelaag die de metalen beschermt tegen corrosie. Roestvrijstaalcorrosie treedt echter op wanneer omgevingsomstandigheden of mechanische schade ervoor zorgen dat die laag afbreekt. Als de beschermende oxide zich niet kan herstellen in een bepaalde oplossing, kunnen corrosiereacties snel verlopen.

Nogmaals, bijna elk metaal is gevoelig voor corrosie, afhankelijk van de omstandigheden. Roest is bijvoorbeeld een vaak voorkomend bijproduct van corrosie van koolstofstaal, dat ontstaat doordat ijzer corrodeert en ijzeroxide vormt. Er bestaan echter vele andere soorten corrosie. Elk type vormt een unieke bedreiging die moet worden geëvalueerd bij het selecteren van het optimale materiaal voor uw toepassing.

Putcorrosie vs. spleetcorrosie: Wat is het verschil?

Er zijn vele vormen van corrosie die aanzienlijke schade kunnen veroorzaken in olie- en gasinstallaties, afhankelijk van de samenstelling van de constructiematerialen, de bedrijfsomgeving en de procesvloeistoffen. Maar er zijn twee vormen van plaatselijke roestvaststaalcorrosie die vaker voorkomen dan andere: putcorrosie en spleetcorrosie.

Putcorrosie

Putcorrosie treedt op wanneer de beschermende Cr-rijke oxidelaag op het oppervlak van roestvrij staal afbreekt, waardoor het blanke metaal eronder gevoelig wordt voor voortdurende aantasting in een corrosieve oplossing. Deze plaatselijke elektrochemische aanval leidt tot de vorming van kleine holtes of "putjes".

Hoewel het ingangspunt van een putje door een grondige visuele inspectie kan worden opgespoord, kan er zich onder het oppervlak een diep netwerk van verloren materiaal bevinden. Als er niets aan gedaan wordt, kunnen zulke putjes diep genoeg worden om een tubewand volledig te doorboren, wat kostbare lekken veroorzaakt en gevaren voor het milieu en de veiligheid met zich meebrengt. Dit resulteert in duur ongepland onderhoud. Putcorrosie kan ook het ontstaan en de groei van scheuren in onderdelen onder trekbelasting vereenvoudigen. Omgevingen met hogere chlorideconcentraties (^Cl-), inclusief die welke ontstaan door verdamping van neergeslagen zoutwaterdruppels, zullen waarschijnlijk putcorrosie veroorzaken, vooral bij hoge temperaturen.

Wanneer u roestvrijstalen tubes onderzoekt op putcorrosie, zoek dan naar roodbruine ijzeroxideafzettingen en mogelijke putjes die zich op het metaaloppervlak hebben gevormd. Besteed speciale aandacht aan omhoog gerichte oppervlakken waar chloorhoudend  water (bijv. zeewater) zich kan verzamelen en verdampen. Als het water verdampt, zal de chlorideconcentratie in het resterende water toenemen en corrosiever worden.

Spleetcorrosie

Spleetcorrosie begint, net als putcorrosie, met de afbraak van de beschermende oxidelaag van roestvrij staal. Spleetcorrosie treedt echter niet op in het zicht, maar - zoals de naam al aangeeft - in spleten. Eenmaal begonnen, gaat spleetcorrosie verder met de groei van brede en relatief ondiepe putjes.

In een typisch gas- en vloeistofsysteem zijn er spleten tussen leidingen en slangsteunen of -klemmen, tussen aangrenzende leidingen en onder vuil en afzettingen die zich op oppervlakken kunnen hebben opgehoopt. Spleten zijn vrijwel onmogelijk te vermijden in tube-installaties en nauwe spleten vormen een van de grootste gevaren voor de integriteit van roestvrij staal. In kust- of offshore toepassingen treedt spleetcorrosie vaak op wanneer zeewater in een spleet diffundeert. Dit leidt tot een chemisch agressieve omgeving waarin corrosie veroorzakende ionen niet gemakkelijk uit de spleet kunnen diffunderen. In zo'n scenario kan het hele oppervlak binnen de spleet snel corroderen.

Spleetcorrosie kan alleen visueel worden waargenomen als een tubeklem van de geïnstalleerde tube wordt verwijderd. Het is belangrijk om te onthouden dat spleetcorrosie kan optreden bij lagere temperaturen dan putcorrosie omdat er minder inspanning nodig is om een "put" te creëren onder de geometrische spleet (bijv. de tubeklem).

Hoe putcorrosie en spleetcorrosie te voorkomen

Corrosie kan in veel gevallen geminimaliseerd worden door medewerkers basiskennis over materialen bij te brengen en de beste methoden voor corrosiepreventie toe te passen.

Denk eerst aan de materiaalkeuze voor tubetoepassingen, van de tube zelf tot de tubesteunen en -klemmen. Laboratoriumtesten op kritische puttemperatuur (CPT) en kritische spleettemperatuur (CCT) - volgens de ASTM G48-norm - zijn van onschatbare waarde voor het vergelijken van materialen die in corrosieve omgevingen moeten worden gebruikt. CPT-testen evalueren bij welke temperatuur putvorming begint op een materiaal in een specifieke corrosieve oplossing. Op dezelfde manier evalueren CCT-testen bij welke temperatuur spleetcorrosie begint wanneer een vooraf gedefinieerde spleet wordt geplaatst op een metaalmonster in een corrosieve oplossing.

Materialen met hoge waarden voor CPT en CCT zijn over het algemeen geschikter voor gebruik in vergelijkbare corrosieve omgevingen dan materialen met lage waarden. 304L heeft bijvoorbeeld de laagste CPT-waarde van de materialen in de bovenstaande figuur, terwijl 6Mo en 2507 de twee hoogste zijn voor CPT- en CCT-temperaturen. Dit suggereert dat 6Mo en 2507 waarschijnlijk beter bestand zijn tegen put- en spleetcorrosie dan 304L en 316L in chloridehoudende oplossingen. Het is belangrijk om in gedachten te houden dat deze testen nuttig zijn voor vergelijking en materiaalselectie, maar niet voorspellen wanneer een materiaal zal falen in een echte toepassing.

De 316L kwaliteit van roestvrij staal (UNS S31603) tubes werken goed in veel installaties, zolang het schoon wordt gehouden en de temperaturen niet te hoog zijn. In warmere klimaten, vooral op locaties waar zout afzettingen gemakkelijk vormen en in installaties waar roest van koolstofstaal structurele balken en vloeren accumuleert op roestvrij stalen oppervlakken, is corrosie van 316L roestvrij stalen tubes eenvoudiger waargenomen. Echter, als gevolg van de gunstige toevoeging van molybdeen, 316L presteert meestal beter dan 304L (UNS S30403) roestvrij staal in deze corrosieve omgevingen.

Voor situaties waar 316L onvoldoende is om te voldoen aan de levensduur eisen van de toepassing, tubes gemaakt van super austenitisch (bijv. 6Mo of 6HN, UNS N08367) of super duplex (bijv. 2507, UNS S32750) roestvrij staal biedt een aanzienlijk betere weerstand tegen corrosie. Bovendien maken de hogere vloei- en treksterkte van super austenitisch en super duplex roestvrij staal het gemakkelijker om systemen te bouwen die een hogere maximaal toegestane werkdruk (MAWP) moeten hebben. Als u samenwerkt met uw leverancier van tubes en tubefittingen voor begeleiding bij het selecteren van de juiste producten en materialen, kunt u dure fouten voorkomen.

Naast de keuze van materialen zijn zorgvuldige systeempraktijken nodig om corrosie te voorkomen en het aantal locaties waar spleetcorrosie kan optreden te minimaliseren. Een manier om spleetcorrosie in een tubesysteem te beperken is het vermijden van het plaatsen van tubes direct tegen wanden of tegen elkaar. Wanneer spleetcorrosie van 316L roestvrij stalen tubes wordt waargenomen, kan men 316L tubes vervangen door meer corrosiebestendige tubes zoals 6Mo, die kunnen worden geïnstalleerd met 316L tube fittingen in voorgestelde gemengde materiaal ontworpen combinaties.

Het opbouwen van een basiskennis van corrosie - hoe het eruit ziet, waar het zich voordoet en om welke redenen - bij diegenen die regelmatig met leidingsystemen werken, kan materiaalbreuk en dure reparaties helpen voorkomen en de levensduur van het systeem verbeteren. Met de basiskennis in handen kunnen u en uw team uw systemen effectiever beschermen en efficiënt blijven werken met minimale onderbrekingen.