שחיקה-קורוזיה בצנרת נירוסטה: מגבלות מהירות זרימה לפי כיתה

תשובה מהירה - שחיקה-מגבלות מהירות קורוזיה לפי כיתה

• אין מהירות "בטוחה" אחת עבור נירוסטה - המגבלה הניתנת לעבודה תלויה בדרגה, בתכולת המוצקים, ברמת הכלוריד ובטמפרטורה, ולא בגודל הצינור בלבד.

• כנקודת ייחוס התחלתית, דרגות אוסטניטיות סטנדרטיות (304L/316L) מוגבלות בדרך כלל ל-3-5 מ"ש בקירוב (10-16 רגל/שנייה) בשירות נקי; דופלקס 2205 ל-4-8 מ"ש בערך; דרגות סופר דופלקס 2507 ו-6Mo ל-8-12 מ"ש לערך; וסגסוגות ניקל כגון Alloy 625 סובלות את המהירויות הגבוהות ביותר.

• תכולת כרום, מוליבדן וחנקן גבוהה יותר (מתבטאת כ-PREN) מעלה את סף השחיקה-על ידי ייצוב הסרט הפסיבי מפני הפרעות מכניות.

• חול, סחף או מוצקים אחרים מושכים מורידים בחדות את מגבלת המהירות של כל כיתה ודורשים בדיקה- ספציפית לפרויקט ולא חיפוש טבלה.

• שיטת ה-API RP 14E C-(C=300 עבור נירוסטה 13Cr, C=350 עבור דופלקס, ללא מוצקים נומינלית-) נותרה מתודולוגיית ההתחלה הנפוצה ביותר, אם כי היא נחשבת כעת לשמרנית על ידי אופרטורים רבים.

שחיקה-קורוזיה היא אובדן המתכת המואץ המתרחש כאשר נוזל זורם משבש באופן מכני את הסרט הפאסיבי המגן של נירוסטה מהר יותר ממה שהסרט יכול לשחזר - ומהירות הזרימה היא המשתנה היחיד שקובע אם ההפרעה הזו מתרחשת.

Erosion-Corrosion in Stainless Steel Piping

פלדות אל חלד וסגסוגות ניקלמתנגדים לקורוזיה מכיוון שכרום (ובדרגות גבוהות יותר, מוליבדן וניקל) יוצר סרט פסיבי כרום-מתרפא בעצמו על פני השטח. בתנאי מהירות סטטיים או-נמוכים, כל נזק מקומי לסרט הזה מתפזר כמעט באופן מיידי. שחיקה-קורוזיה מתחילה כאשר מהירות זרימה, מערבולות, או חלקיקים נאגרפים מסירים את הסרט בצורה מכנית מהר יותר מאשר תגובת ה-repassivation יכולה לבנות אותו מחדש. ברגע שמתכת חשופה נחשפת שוב ושוב, הסגסוגת הבסיסית נשחקת בקצב גבוה בהרבה ממה שהייתה תחת טבילה סטטית - הממוקמת לעתים קרובות במרפקים, תחתונים, מפחיתים, ריתוכים ומורד הזרם של השסתומים שבהם הזרימה נפרדת או מואצת.

מכיוון שהמנגנון הוא מכני-אלקטרוכימי ולא כימי גרידא, לא ניתן למנוע שחיקה-קורוזיה על ידי בחירת חומר בלבד במהירות בלתי מוגבלת. לכל כיתה יש מהירות סף שמעליה הסרט הפסיבי לא יכול לעמוד בקצב ההסרה המכנית, והסף הזה - לא עמידות בפני קורוזיה כללית בבדיקת קופון - הוא מה שקובע את תכנון הצנרת בשירות זרימה גבוהה-.

עמידות בפני קורוזיה-מתעקבת באופן הדוק עם מספר ההתנגדות המקבילה (PREN) של הסגסוגת - תכולת כרום, מוליבדן וחנקן גבוהה יותר מייצרת סרט פסיבי יותר- מתרפא יותר, שסובל מהירויות זרימה גבוהות יותר לפני שהנזק עובר תיקון.

PREN, המחושב כ-%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N, פותח כדי לדרג את התנגדות הבור, אך הוא מתאם חזק עם סבילות לשחיקה-לקורוזיה מכיוון ששני מצבי הכשל תלויים באותה יציבות-סרט פסיבית. ציונים בעלי ערכי PREN גבוהים יותר משפרים את שכבת התחמוצת המגינה שלהם מהר יותר לאחר הפרעה מכנית, מה שמאפשר להם לעמוד בלחץ גזירה גבוה יותר בקיר ובאנרגיית ההשפעה- של חלקיקים גבוהה יותר לפני שאובדן מתכת נקי הופך למשמעותי.

גם מבנה המיקרו משנה. דרגות דופלקס וסופר דופלקס משלבות שלבי אוסטניט ופריט, מה שנותן להם חוזק תפוקה גבוה יותר מדרגות אוסטניטיות של PREN - דומה, תכונה מכנית שעוזרת להתנגד להשפעות -התקשות פני השטח ומיקרו-חיתוך של זרימת מוצקים-, ללא תלות בתועלת הפסיביות הכימית. זו הסיבה שדרגות דופלקס מצוינות לעתים קרובות עבור שירות שחיקתי, גם כאשר דרגת אוסטניטית- חד-שלבית תציע עמידות כללית דומה בפני קורוזיה בטבילה סטטית.

ערכי PREN מייצגים לפי משפחת כיתה

צִיוּן	מס' UNS	PREN טיפוסי	מִבְנֶה
304L	S30403	≈18	אוסטינית
316L	S31603	≈24-26	אוסטינית
317L	S31703	≈30-32	אוסטינית
2205 דופלקס	S31803 / S32205	≈35	דופלקס
2507 סופר דופלקס	S32750	≈42	סופר דופלקס
254 SMO (6 חודשים)	S31254	≈43	סופר-אוסטני
סגסוגת 625	N06625	לא מדורג-PREN (מבוסס-Ni)	סגסוגת ניקל

ערכי PREN הם נקודות אמצע מייצגות המחושבות מכימיה נומינלית לפי טווחי הרכב ASTM A240/A276/A182; בדוק מול דוח הבדיקה של החום הספציפי (MTR) לשימוש בפרויקט.

בשירות נקי, -ללא מוצקים, דרגות אוסטניטיות סטנדרטיות מגיעות ל-3-5 מ"ש לשנייה, דופלקס 2205 מרחיב את הטווח הזה ל-4-8 מ"ש לערך, דרגות סופר דופלקס ו-6Mo מגיעות ל-8-12 מ"ש, וסגסוגות ניקל כגון Alloy 625 משמשות ספציפית לכל דרגות ללא יציבות.

What Are the Recommended Flow Velocity Limits for Common Piping Grades

הטווחים שלהלן הם נקודות התחלה הנדסיות, לא מותרות קבועות. הם מסנתזים את מתודולוגיית גורמי ה-API RP 14E C-(אשר מקצה גורמי C- גבוהים יותר, ולפיכך מהירות מותרת גבוהה יותר, לחומרים עמידים יותר-לשחיקה) עם מחקר קורוזיה בשחיקה על דרגות בודדות. כל פרויקט צריך לאשר מגבלות על הרכב נוזלים, טעינת מוצקים, טמפרטורה וגיאומטריית הצנרת הספציפית - עיין בסעיפים הבאים כיצד כל משתנה מעביר את המספר.

צִיוּן	מגבלת שירות נקייה{{0}	חול/מוצקים-מגבלת טעון	שיקול שלטוני
304L / 316L	≈3-5 מ'/שניה (10-16 רגל/שניה)	≈1-2 m/s	התפרצות בור/שחיקה ב-PREN נמוך יותר
317L	≈5-6 מ'/שניה (16-20 רגל/שניה)	≈2-3 m/s	הגברת Mo מתונה מעל 316 ליטר
2205 דופלקס	≈4-8 מ'/שניה (13-26 רגל/שניה)	≈3-4 m/s	סרט פסיבי + חוזק תפוקה גבוה יותר
2507 סופר דופלקס	≈8-12 מ'/שניה (26-39 רגל/שניה)	≈4-6 m/s	PREN גבוה, קשיות גבוהה
254 SMO (6 חודשים)	≈8-12 מ'/שניה (26-39 רגל/שניה)	≈4-6 m/s	יציבות סרט פסיבית Mo/N גבוהה
סגסוגת 625 / 825	Typically >12-15 m/s	נדרשת בדיקה ספציפית-לפרויקט	מטריצת Ni-Cr-Mo, סיכון גלווני מינימלי

טווחים שנאספו ממסגרת ה-API RP 14E שחיקת-מהירות C-מסגרת (13Cr אל חלד C≈300; נירוסטה דופלקסית C≈350, נומינלית ללא מוצקים-ללא), שפורסמו נתוני בדיקת שחיקה-קורוזיה על מהירות 2205 דופלקסת מי חול{9} ≈4 m/s), ושיטות תכנון תעשייתיות סטנדרטיות. אשר מול -זרימה ספציפית-נתוני לולאה או שדה לפרויקט לפני סיום גודל השורה.

משוואת מהירות השחיקה של API RP 14E, Ve=C ÷ √ρm, נכתבה עבור פלדת פחמן, אך בדרך כלל מורחבת לצינורות אל חלד ודופלקסים על ידי החלפת פקטור C- גבוה יותר - בערך 300 עבור 13Cr אל חלד {7} בשירות נירוסטה - נומינלית{7} - אשר מעלה את המהירות המותרת המחושבת ביחס לסבילות השחיקה הגדולה יותר של החומר- בפני קורוזיה.

במשוואה המקורית של API RP 14E, Ve היא מגבלת מהירות השחיקה ב-ft/s, ρm היא צפיפות תערובת הנוזל-הגז בתנאי זרימה ב-lb/ft³, ו-C הוא קבוע אמפירי הקשור לחומרת החומר והשירות. ברירת המחדל של C=100 של ממשק ה-API לשירות פלדה פחמן- מתמשך פותחה באופן שמרני והוכחה במחקרי שטח מאוחרים יותר כזהירה יתרה עבור מערכות נקיות, ללא-שיוף -, חלק מהמפעילים מדווחים על ביצועים מקובלים בגורמי C- הרבה מעל 200 ברגע שתוכן הקורוזיה מונעים ומוצקים.

עבור צנרת אל חלד ודופלקס, שיטות העבודה בתעשייה מעלה את-פקטור ה-C במידה ניכרת מעל קו הבסיס של פלדה-פחמן כדי לשקף את סף השחיקה-הגבוה יותר: ערכים בסביבות 300 עבור נירוסטה 13Cr ו-350 עבור אל חלד דופלקס מצוינים בדרך כלל עבור שירות ללא מוצקים{6}. מכיוון ש-API RP 14E אינו מגדיר בעצמו גורמי C- ספציפיים לחלד, נתונים אלה מתפקדים כהנחיית תכנון הנלקחת מניסיון מפעיל ומחקרים משלימים ולא כדרישת קוד חובה - המהנדסים צריכים להתייחס אליהם כנקודת התחלה לשינוי גודל, בכפוף לאימות מול השירות הספציפי.

כן - תכולת המוצקים היא המשנה הגדול ביותר של מגבלות מהירות קורוזיה-שחיקה, ונתוני בדיקה שפורסמו מראים אפילו שדרגה-מפוזרת היטב כמו דופלקס 2205 יורדת למהירות קריטית של קרוב ל-4 מ' לשנייה ברגע שהחול נבלע בזרימה, בהשוואה לכפול בערך במי ים נקיים.

Does Sand or Other Entrained Solids Change the Velocity Limit

מחקר{0}}קורוזיה בשחיקה על נירוסטה דופלקסית 2205 במי ים זורמים עם חלקיקי חול זיהה מהירות קריטית ליד 4 מ"ש, שמעליה נזקי הקורוזיה בשחיקה גדלים בחדות ככל שמהירות הזרימה עולה ואובדן המסה מואצת עם תכולת החול. מתחת לסף זה, קיימת השפעה מכנית מחלקיקים, אך הסרה בעזרת קורוזיה- של הסרט הפסיבי שולטת בנזק; מעליו, המנגנון עובר לכיוון שחיקה-שנשלטת על שחיקה שגוברת בהרבה על ה-repassivation.

זו הסיבה מדוע API RP 14E מסרב במפורש להציע -פקטור C קבוע עבור שירות עמוס במוצקים- ובמקום זאת קורא לביצוע בדיקות- ספציפיות לפרויקט. מהירות שמרנית בנוחות בזרם תהליך מסונן ונקי יכולה לעבור בהרבה את סף השחיקה- בקורוזיה של מים או תמיסה ללא סינון, תוך שימוש בדרגת צינור ועובי דופן זהים. יש להתייחס לכל טבלת מהירות - כולל זו שבמאמר זה - כלא ישימה ברגע שטעינת החומרים המוצקים עולה על כמה פאונדים לאלף חביות ללא אימות{10}} ספציפי לפרויקט.

ריכוז הכלוריד, הטמפרטורה ותכולת הגז המומס מעבירים כל אחד את מגבלת המהירות האפקטיבית ללא תלות בתכולת המוצקים, כך שאותה כיתה יכולה לשאת מהירות מותרת שונה בהזרקת מי ים, מים מופקים ותמלחת גיאותרמית אפילו בהעמסת חלקיקים זהה.

מי ים וכלוריד-שירות עשיר

כלורידים תוקפים את הסרט הפסיבי ישירות דרך בור, מה שמוריד את סף השחיקה- מכיוון שהסרט כבר נחלש לפני תחילת הפרעה מכנית. במי ים בעוצמה מלאה, 316L לעתים קרובות-מוגבלת הרבה מתחת לדירוג המים הנקיים-במיוחד כדי לנהל את הסיכון להתפרצות, ודרגות דופלקס או סופר-דופלקס הן מפרט ברירת המחדל ברגע שתכולת הכלוריד או הטמפרטורה עולים.

טמפרטורה מוגברת

קינטיקה פסיבית של-הפסילה מחדש של הסרט מואטת עם עליית הטמפרטורה במדיה אגרסיבית, מה שמצמצם את השוליים בין המהירות שגורמת להפרעה לבין המהירות שבה הסרט יכול להחלים. שירות שחיקה בטמפרטורה גבוהה - תמלחת גיאותרמית, זרמי תהליך חמים - בדרך כלל דוחפים את בחירת הכיתה לכיוון -PREN דופלקס, סופר-אוסטניטי או סגסוגת ניקל- גבוהה יותר, אפילו במהירויות זרימה שדרגה נמוכה יותר תסבול בטמפרטורת הסביבה.

CO2 ו-H2S מומס

במערכות איסוף נפט וגז, CO2 מומס יוצר חומצה פחמנית שתוקפת כל מתכת בסיס חשופה מהר יותר ממים רגילים, מה שגורם לשחיקה-לקורוזיה ברגע שהסרט הפסיבי נפרץ. NACE MR0175/ISO 15156 חמוץ-דרישות שירות שכבת אילוצים מתכתיים נוספים - כגון מגבלות קשיות ותנאי טיפול בחום - על גבי מגבלת מהירות השחיקה-של מהירות הקורוזיה, ושתי קבוצות הדרישות חייבות להיות מסופקות בו-זמנית במקום בו-זמנית.

חריגה ממגבלת מהירות השחיקה- מייצרת אובדן עובי דופן- מקומי ומאיץ -, בדרך כלל במרפקים, תחתונים ומורד הזרם של מגבלות - שיכולות להתקדם ממציאת סולם קופון- לדליפה דרך-ת חוזה קורוזיה אחידה הרבה יותר מהר מאשר אחידה.

What Happens When a Velocity Limit Is Exceeded

מכיוון ששחיקה-קורוזיה היא-מחזקת את עצמה, דילול במיקום-טורבולנטיות גבוה מגביר את החספוס המקומי ואת עוצמת המערבולת, מה שמאיץ עוד יותר את הסרת הסרט באותה נקודה. זה מייצר את דפוס האובדן האופייני ל-דופן-אובדן של פרסה שנמצא על יציאות מרפקים, ענפי טי ויציאות מפחיתות בנזק כושל בצנרת - שחישוב קצבת קורוזיה גנרית המבוססת על אובדן מתכת אחיד לא ינבא.

בפועל, פירוש הדבר שתוכניות בדיקה לקווים המועדים לשחיקה-לקורוזיה{{1} צריכות לתת עדיפות לחוסר המשכיות גיאומטרית עם מיפוי עובי אולטראסוני במקום להסתמך על מגמת אובדן ממוצעת של קיר- בלבד.

בחר את דרגת ה--PREN הנמוכה ביותר שמנקה את המהירות הממשית של הפרויקט, מעטפת המוצקים, הכלוריד והטמפרטורה עם השוליים - לא הגבוהים ביותר-דרגת PREN הקיימת - שכן צנרת דופלקס, סופר דופלקס וסגסוגת ניקל- נושאת פרמיית עלות משמעותית על דרגות אוסטניטיות סטנדרטיות.

רצף בחירה מעשי של ציונים- מתחיל ב-316L כקו הבסיס לשירות ללא מהירות בינונית,-כלוריד נמוכה,-מוצקים. היכן שצפויות חשיפה למי ים, סחף חול או מהירויות מעל ל-5 מ' לשנייה בערך, 2205 דופלקס הוא השדרוג הסטנדרטי, המציע קפיצה משמעותית הן ב-PREN והן בחוזק התנובה בעליית עלות מתונה ביחס לדרגות אוסטניטיות. סופר דופלקס 2507 ו-6Mo דרגות סופר-אוסטניטיות כגון 254 SMO שמורות למקטעי הכלוריד-הגבוהים ביותר או-הגבוהים ביותר של מערכת - בדרך כלל קצרים -גבוהים, סלילי טורבולנס גבוהים, חנק ובקרה שלמים, ולא בקצוץ של {1} אשר שולט בעלויות ועדיין מגן על נקודות הסיכון הגבוהות ביותר-.

סגסוגות ניקל כגון Alloy 625 נכנסות לבחירה כאשר המהירות, הטמפרטורה ותכולת הכלוריד יחד עולים על מה שכל משפחת נירוסטה יכולה לסבול באופן מהימן, או כאשר נדרשת תאימות גלוונית לציוד סגסוגת ניקל-קיים. מכיוון שסגסוגת 625 וסגסוגות ניקל דומות נושאות את עלות החומר הגבוהה ביותר בהשוואה זו, הן מיושמות בדרך כלל באופן סלקטיבי - במשאבות סילון, משנקים ורכיבים אחרים של-מקור- במהירות גבוהה - במקום עבור צינורות מלאים, עם קו צנרת דופלקס או סופר דופלקס הנושא את יתרת הצינורות.

Q: מהי המהירות המקסימלית עבור צינור נירוסטה 316L?

A: בשירות נקי -ללא חומרים מוצקים, 316L מוגבל בדרך כלל לכ-3-5 מ"ש לשנייה (10-16 רגל/שנייה). במי ים או בנוזלים אחרים העשירים בכלוריד, הגבול המעשי מוגדר בדרך כלל נמוך יותר כדי לנהל את הסיכון לבור ולא בשחיקה טהורה, ולעיתים קרובות צוינו במקום זאת דרגות דופלקס ברגע שיש כלורידים.

Q: האם פלדת אל-חלד דופלקסת עמידה יותר בפני שחיקה- מאשר 316L?

A: כֵּן. ל-Duplex 2205 יש PREN בערך 35 לעומת בערך 24-26 עבור 316L, ומבנה המיקרו הדו--שלו מוסיף חוזק תפוקה שחסרים לדרגות אוסטניטיות, שיחד מעלה את סף מהירות השחיקה שלו- הרבה מעל 316L's מהירות-עמוס גם בשירות נקי וגם'.

Q: האם משוואת ה-API RP 14E חלה ישירות על צנרת נירוסטה?

A: לא ישירות - API RP 14E של ברירת המחדל C-גורם של 100 פותח עבור פלדת פחמן. צנרת נירוסטה ודו-צדדית משתמשת בגורמי C- גבוהים יותר (בערך 300 עבור נירוסטה 13Cr ו-350 עבור דופלקס בשירות ללא מוצקים-נומינלית) שנלקחו משיטות העבודה בתעשייה, מכיוון שהפרקטיקה המומלצת עצמה אינה מפרסמת ערכים ספציפיים-לחלד.

Q: כמה מורידה תכולת החול את מגבלת המהירות עבור נירוסטה?

A: באופן מהותי. בדיקות שפורסמו על 2205 דופלקס במי ים עמוסים בחול- מצאו מהירות קריטית קרוב ל-4 מ"ש, בערך מחצית מהמהירות הנסבלת בתנאים נקיים, ללא-מוצקים, ונזקי הקורוזיה בשחיקה מואצים עוד יותר ככל שתכולת החול עולה מעבר לסף זה.

Q: מתי פרויקט צריך להשתמש בסגסוגת ניקל במקום סופר דופלקס נירוסטה?

A: כאשר מהירות הזרימה, הטמפרטורה ותכולת הכלוריד יחד עולים על מה שדרגות סופר דופלקס או 6Mo יכולות לסבול באופן מהימן, או כאשר חלות דרישות-שירות חמצמץ, תאימות גלוונית-או- טמפרטורה קיצונית. סגסוגות ניקל כגון Alloy 625 משמשות בדרך כלל באופן סלקטיבי ברכיבים במהירות גבוהה- ולא עבור צינורות שלמים, בהתחשב בפרמיית העלות שלהם.