العوامل المؤثرة على مقاومة التآكل لأنابيب الغاز المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ

عوامل بيئة الخدمة داخل أنابيب الغاز المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ

بالنسبة لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ التي تحمل الغاز، تبدأ سيناريوهات التآكل الأكثر ضررًا عادةً عندما تتشكل مرحلة سائلة موصلة على جدار الأنبوب. وبدون وجود إلكتروليت (الماء عادةً)، تتباطأ معظم آليات التآكل الداخلي بشكل كبير.

وجود الماء ونقطة الندى الغاز

المياه المجانية هي الشرط التمكيني لمعظم التآكل الداخلي. حتى لو ترك الغاز النبات "جافًا"، فإن انخفاض درجة الحرارة على طول الطريق يمكن أن يجبر الماء على التكثيف إذا لم يتم التحكم في نقطة ندى الماء بشكل كافٍ. تؤكد إرشادات الصناعة على الجفاف لتقليل نقطة ندى الغاز وإزالة الظروف التي تعزز التآكل.

• تؤدي الاضطرابات التي تنتج الغاز الرطب (أو تسمح بالتكثيف) إلى تركيز المخاطر عند نقاط منخفضة، وأرجل ميتة، وفي اتجاه مجرى التبريد.
• يمكن أن تكون الكميات الصغيرة من الماء كافية إذا كانت راكدة وتراكمت فيها الأملاح أو دقائق الحديد أو البكتيريا.

الغازات الحمضية والأكسجين والأملاح التي "تنشط" الهجوم الموضعي

بمجرد وجود الماء، تؤدي الأنواع الذائبة إلى وضع الشدة والفشل:

• كلوريدات (من ترحيل المياه المنتجة، أو مياه الاختبار المائي، أو دخول الهواء الساحلي، أو سوائل التنظيف) هي المحفزات الأكثر شيوعًا لتآكل الشقوق/التآكل والتكسير الناتج عن إجهاد الكلوريد.
• ثاني أكسيد الكربون يخفض الرقم الهيدروجيني في الماء المكثف (حمض الكربونيك) ويمكن أن يزيد من خطر التآكل العام في الأنظمة المعدنية المختلطة؛ يمكن أن يؤدي دخول الأكسجين إلى تسريع التآكل في المناطق الرطبة.
• H₂S يغير قابلية التشقق ومتطلبات تأهيل المواد في البيئات الحامضة؛ يخضع استخدام المواد عادةً للمواصفة MR0175/ISO 15156.

الوجبات الجاهزة العملية: التحكم في العملية حتى ترى الأسطح الداخلية الغاز الجاف والحد الأدنى من ترسب الملح ; عندما لا يمكن ضمان ذلك (البدء، أو التخصيب، أو الاختبارات المائية، أو الغاز غير المطابق للمواصفات)، يصبح اختيار المواد وجودة التصنيع أمرًا حاسمًا.

كيمياء السبائك واختيار الدرجة: لماذا لا يعتبر "المقاوم للصدأ" مادة واحدة

يقاوم الفولاذ المقاوم للصدأ التآكل لأن طبقة رقيقة من أكسيد الكروم تتشكل على السطح. في حالة التبول المحتوي على الكلوريد، غالبًا ما يهيمن على الفرق بين المقاومة "الكافي" و"العالية" محتوى الكروم (Cr)، والموليبدينوم (Mo)، والنيتروجين (N)، والتي تتم مقارنتها عادةً باستخدام الرقم المكافئ لمقاومة التنقر (PREN).

استخدام PREN لمقارنة مقاومة التنقر/الشقوق

PREN ≈ %Cr (3.3 × %Mo) (16 × %N) . يشير ارتفاع PREN عمومًا إلى تحسين المقاومة للتنقر الناتج عن الكلوريد وتآكل الشقوق (مشكلة رئيسية عندما يكون الغاز الرطب أو المكثفات المالحة ممكنة).

الوجبات الجاهزة العملية: إذا كان الترطيب بالكلوريدات ذا مصداقية (المكثفات، وبقايا الاختبار المائي، والتعرض الساحلي، وترحيل المياه المنتجة)، فيجب أن يعتمد اختيار الدرجة على التآكل الموضعي وهامش SCC ، وليس فقط "الفولاذ المقاوم للصدأ مقابل الفولاذ الكربوني".

درجة الحرارة والكلوريدات والإجهاد: "سلك التعثر" SCC لأنابيب الغاز

يتطلب تكسير التآكل بإجهاد الكلوريد (Cl-SCC) ثلاثة شروط في نفس الوقت: إجهاد الشد (يمكن أن يكون إجهاد اللحام المتبقي كافيًا)، والكلوريدات على سطح مبلل، ودرجة حرارة مرتفعة. ومن الناحية العملية، فإن درجة الحرارة هي العامل الذي غالبًا ما يحول خطر الحفر الذي يمكن التحكم فيه إلى خطر التشقق.

العتبة العملية: 60 درجة مئوية (150 درجة فهرنهايت).

عندما يتم غمر الفولاذ المقاوم للصدأ بالكامل، فمن النادر رؤية كلوريد SCC أقل من حوالي 60 درجة مئوية (150 درجة فهرنهايت). . وفوق هذا النطاق، ترتفع القابلية للتأثر بشكل حاد، وحتى مستويات الكلوريد المنخفضة نسبيًا يمكن أن تصبح مشكلة - خاصة مع التدوير الرطب/الجاف الذي يركز الأملاح على السطح.

الضوابط التي تعمل في أنظمة الأنابيب الحقيقية

• حافظ على درجات حرارة المعادن أقل من النظام الحساس لـ SCC حيثما أمكن ذلك (تصميم العزل، والتوجيه، وتجنب النقاط الساخنة).
• قلل من التعرض للكلوريد أثناء الاختبار المائي/التشغيل وتأكد من التصريف والتجفيف الشامل (يمكن للأغشية المتبقية أن تؤدي إلى حفر تتطور لاحقًا إلى شقوق).
• إذا لم يكن من الممكن تجنب درجة الحرارة والكلوريدات الرطبة بشكل موثوق، فحدد المواد المزدوجة/المزدوجة للغاية أو ذات السبائك الأعلى (وأهلها لمعايير الحامض/الخدمة المعمول بها حيثما كان ذلك مناسبًا).

اللحام، والصبغة الحرارية، وحالة السطح: كيف يمكن للتصنيع أن يمحو مقاومة التآكل

بالنسبة لأنابيب الغاز المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، تعود العديد من مشكلات التآكل "الغامضة" إلى التصنيع: الصبغة الحرارية، والحديد المدمج، وسوء تطهير المعرف، والتشطيب الخشن، والتنظيف/التخميل غير الكامل. تخلق هذه المشكلات نقاط ضعف حيث تتضرر الطبقة السلبية أو لا يمكن إصلاحها بشكل موحد.

حرارة الصبغة ومقياس الأكسيد بعد اللحام

الصبغة الحرارية هي أكثر من مجرد تغير اللون: فهي تشير إلى سطح مؤكسد وغالبًا ما تكون طبقة مستنفدة للكروم على السطح. إذا تركت في مكانها، يمكن أن تقلل بشكل ملحوظ من مقاومة التآكل الموضعية في المكان الذي تكون فيه الضغوط المتبقية أعلى (المنطقة المتأثرة بالحرارة ومقدمة اللحام).

التخليل والتخميل (وسبب أهمية كليهما)

يزيل التخليل مقياس اللحام/الصبغة الحرارية والطبقة السطحية التالفة؛ التخميل يعزز فيلم سلبي قوي. تُستخدم معايير مثل ASTM A380 (ممارسات التنظيف/إزالة الترسبات/التخميل) وASTM A967 (معالجات التخميل الكيميائي) بشكل شائع لتحديد العمليات المقبولة والتحقق.

• استخدم تطهير المعرف المناسب لمنع الأكسدة الداخلية الثقيلة على جذور لحام الأنابيب (خاصة بالنسبة لأنابيب الغاز حيث يكون الوصول الداخلي محدودًا بعد التجميع).
• قم بإزالة تلوث الحديد من أدوات الطحن أو ملامسة الفولاذ الكربوني (يمكن أن "يصدأ" التقاط الحديد على السطح ويبدأ هجومًا تحت الودائع).
• حدد معايير القبول لإنهاء اللحام (الانتقالات السلسة، الحد الأدنى من الشقوق) لأن الهندسة تدفع كيمياء الشقوق والاحتفاظ بالرواسب.

تفاصيل التصميم والتركيب التي تدفع أداء التآكل

حتى مع الدرجة الصحيحة واللحام الجيد، تحدد تفاصيل التصميم ما إذا كانت السوائل والرواسب المسببة للتآكل تتجمع، وما إذا كان يمكن للأكسجين الدخول، وما إذا كانت الأزواج الجلفانية تعمل على تسريع الهجوم.

تجنب الشقوق والأرجل الميتة والفخاخ السائلة

• خطوط المنحدر حيثما تكون عملية وتوفر نقاط تصريف في المناطق المنخفضة لمنع ركود المكثفات.
• تقليل السيقان الميتة والفروع المغطاة؛ تعتبر المياه الراكدة محركًا شائعًا للتآكل المتأثر بالميكروبيولوجيا (MIC).
• استخدم تصميمات الحشية/الوصلات التي لا تخلق شقوقًا مستمرة حيث تتركز المحاليل الملحية الغنية بالكلوريد.

التفاعلات الكلفانية والمعادن المختلطة

إذا كان الفولاذ المقاوم للصدأ متصلاً كهربائيًا بمعادن أقل نبلاً (على سبيل المثال، الفولاذ الكربوني) وكان هناك إلكتروليت، فإن التآكل الجلفاني يمكن أن يسرع الهجوم على المكون الأقل نبلًا وتركيز الرواسب عند الوصلة - مما يخلق خطر تآكل موضعي للفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا. استراتيجيات العزل (الاتحادات العازلة، وتصميم التأريض الدقيق، وتجنب الوصلات "الرطبة") تقلل من هذا الخطر.

العمليات والاختبار المائي والميكروفون: العوامل "الخفية" التي تحدد المقاومة طويلة المدى

العديد من حالات فشل تآكل أنابيب الغاز غير القابل للصدأ لا تحدث أثناء التشغيل في الحالة المستقرة، ولكن أثناء التشغيل، أو الاختبار المائي، أو إيقاف التشغيل، أو اضطرابات العملية التي تؤدي إلى إدخال الماء وترك المخلفات وراءها.

اختبار نوعية المياه ونظام التجفيف

يمكن أن يؤدي الاختبار المائي ومياه الشطف إلى إدخال الكلوريدات والميكروبات. توصي إرشادات الصناعة العملية عادة بالمياه منخفضة الكلوريد (في كثير من الأحيان ~ 50 جزء في المليون كلوريد كمعيار محافظ) ويؤكد على التنظيف والصرف والتجفيف حتى لا تبقى المياه الراكدة داخل الأنبوب.

خطر MIC عندما يترك الماء راكدا

يمكن أن يحدث التآكل المتأثر ميكروبيولوجيًا (MIC) في المياه الراكدة - حتى عند مستويات الكلوريد المتواضعة نسبيًا - وقد تم توثيقه في الأنظمة غير القابلة للصدأ حيث تُركت الخطوط دون تصريف بعد الاختبار المائي. التحكم الفوري جاهز للعمل: لا تترك طبقات المياه الراكدة، وتجنب فترات الركود الطويلة بدون تدابير المبيدات الحيوية/المكافحة حيثما تسمح بذلك العملية واللوائح الخاصة بك.

1. حدد تسلسل التشغيل الذي ينتهي بالتصريف الكامل، ونفخ الغاز الجاف (أو ما يعادله)، والتحقق من الجفاف.
2. التحكم في دخول الأكسجين أثناء فترة التوقف (التغطية، والعزل المحكم، وإدارة التسرب) لأن الأكسجين في المناطق الرطبة يعمل على تسريع الهجوم.
3. قم بفحص المواقع الأكثر ضعفًا أولاً: النقاط المنخفضة، والأرجل الميتة، وأسفل المبردات، والبكرات الثقيلة اللحام.

جدول القرار العملي: العامل ونمط الفشل وما يجب فعله حيال ذلك

الوجبات الجاهزة النهائية: تعمل أنابيب الغاز المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل أفضل عند التعامل مع مقاومة التآكل كخاصية للنظام - يجب أن تتماشى جميعها بين جفاف العملية وإدارة الكلوريد واختيار السبائك (هامش PREN/SCC) وجودة التصنيع وتصميم إدارة السوائل.

المراجع المستخدمة لنقاط البيانات والعتبات

• SSINA: تكسير التآكل الناتج عن إجهاد الكلوريد (نادرًا ما يقل عن 60 درجة مئوية عند غمره بالكامل).
• السبائك الموحدة: صيغة PREN ومثال لنطاقات PREN (معادلة PREN والنطاقات النموذجية للدرجات المشتركة).
• تقرير PHMSA: تآكل خطوط الأنابيب (التحكم في الجفاف ونقطة الندى لإزالة الظروف التي تعزز التآكل).
• GRI: التقييم المباشر للتآكل الداخلي لخطوط أنابيب الغاز (تعريف نقطة الندى وآلية تكثيف الماء).
• TWI: استعادة خصائص التآكل بعد اللحام (قم بإزالة أكسيد الصبغة الحرارية والطبقة المستنفدة للكروم).
• ملاحظة فنية لمعهد النيكل: التخليل والتخميل (مراجع وغرض ASTM A380/A967).
• معهد النيكل: أمثلة لحالات MIC من الفولاذ المقاوم للصدأ بعد الاختبار المائي (المياه الراكدة هي السبب الجذري).
• ناسي MR0175 / إسو 15156-1 (سياق الخدمة الحامضة وإطار الاحتياطات المتعلقة بـ H₂S).