Прогнозирование углекислотной коррозии

Чтобы развернуто ответить на этот вопрос, потребуется написать большую статью или даже книгу. Публикация Европейской федерации по проблемам коррозии (EFC) №23 «Углекислотная коррозия при проектировании объектов нефтегазодобычи» может служить отличным источником информации, хоть и датирована 1997 годом. Для получения более современных сведений и практических рекомендаций можно изучить недавно опубликованные статьи по данной теме, представляемые на ежегодных конференциях международной ассоциации инженеров-коррозионистов (NACE).

Тем не менее, полезно рассмотреть этот вопрос в два этапа. Для данной совокупности условий, во-первых, какова вероятность возникновения углекислотной коррозии; и, во-вторых, если вероятность есть, то в каком виде и с какой скоростью она будет протекать.

В то время как прогностические модели уже стали весьма привычным инструментом, особенно по мере того, как вычислительные и технические возможности ноутбуков, планшетов и смартфонов быстро растут вместе с легким доступом в интернет, рекомендую остановиться и задуматься, какие простые правила стоит иметь под рукой. Что касается вероятности возникновения углекислотной коррозии, заслуживает внимания следующее эмпирическое правило:

PCO2 < 7 фунт/дюйм2 (0,5 бар) Коррозия маловероятна

7 фунт/дюйм2 (0,5 бар) < PCO2 < 30 фунт/дюйм2 (2 бар) Коррозия возможна

PCO2 > 30 фунт/дюйм2 (2 бар) Коррозия

Важная оговорка к этому правилу: как на коррозионный процесс влияют следующие соотношения парциального давления с учетом присутствия H2S:

CO2/H2S > 500 CO2 преобладает

500 > CO2/H2S > 20 Смесь CO2/H2S

0 > CO2/H2S > 0.05 H2S преобладает

С точки зрения проектирования и эксплуатации системы, а также для разработки подходящей стратегии управления коррозией/целостностью, очевидно, что вышеприведенные правила обеспечивают ограниченную, жесткую оценку и основу для работы. Однако они позволяют быстро и просто проанализировать ситуацию до начала моделирования, которое, несмотря ни на что, необходимо, но также имеет свои проблемы и ограничения.

Нет ни одной общепризнанной и принятой в промышленности стандартной модели углекислотной коррозии. На протяжении многих лет наблюдается стабильный рост числа используемых моделей, отчасти обусловленный тем, что некоторые крупные нефтегазовые компании разрабатывают свои собственные модели. В основном все модели направлены на прогнозирование углекислотной коррозии углеродистых и низколегированных сталей.

Здесь также стоит отметить многолетнюю работу Де Ваарда и соавторов (Shell) за их значительный вклад в понимание принципов и основных требований построения надежной модели углекислотной коррозии и ее обоснованного применения. Большинство из 17 моделей, легко найденных в интернете / опубликованных технических статьях, во многом основаны на фундаментальном и практическом понимании, полученном в результате работы Де Ваарда и соавторов. Следует отметить, что многие модели по сути являются эмпирическими и основаны на лабораторных и/или эксплуатационных данных. Наиболее обширная и широко признанная теоретически обоснованная модель углекислотной коррозии, продукт программы Межотраслевого проекта (JIP), финансируемой Университетом штата Огайо, является неотъемлемой частью программного обеспечения для прогнозирования коррозии Multicorp штата Огайо, которое охватывает почти все ключевые аспекты внутренней коррозии нефтегазопроводов из низкоуглеродистой стали. Если вы не являетесь членом JIP штата Огайо, то доступ к программе Mulitcorp предоставляется за отдельную плату.

Доступ к моделям может быть ограничен, но в качестве отправной точки в интернете можно найти: модель расчета скорости углекислотной коррозии, NORSOK стандарт M-506 ред. 2, июнь 2005 г. Коммерческие модели, которые можно приобрести за отдельную плату: Электронный инструмент инженера-коррозиониста ECETM ® (компания Wood Group) для количественной оценки скорости коррозии, включая моделирование и прогнозирование углекислотной коррозии, и выбора коррозионностойких материалов; и запатентованная веб-модель углекислотной коррозии enpICDATM (компания Broadsword Engineering) предоставляется в рамках технического обслуживания данной компании.

Сравнительный обзор многих моделей был представлен в документе № 10371 на конференции NACE 2010 в Сан-Антонио «Модели углекислотной коррозии для нефтегазовых систем». Документ № 05552, представленный на конференции NACE 2005, Хьюстон, под названием «Средства прогнозирования углекислотной коррозии. Когда им можно верить?» позволяет получить дополнительные справочные материалы, полученные при разработке компанией BP модели Cassandra.

У всех моделей есть свои преимущества и недостатки, которые в той или иной степени будут зависеть от конкретного применения. Поэтому было бы неуместно здесь рекомендовать использование какой-то одной модели. Понимание текущей ситуации и технических особенностей системы — это крайне важный шаг к правильному выбору и последующему применению модели. Необходимо учитывать следующие ключевые моменты:

• понимание происхождения модели и того, как в ней учитываются основные факторы, которые будут определять прогнозируемую скорость коррозии;
• диапазон парциального давления и температуры;
• как рассчитывается pH и диапазон применимости;
• режим потока и скорость жидкости с учетом того, что углекислотная коррозия — это управляемая реакция массопереноса;
• наличие потенциальных очагов коррозии, например, изгибов, глухих ответвлений, и нарушения поверхностного течения, например, ранее существовавшая коррозия, наплавленный валик сварного шва, может существенно повлиять на тип воздействия (общая или локализованная потеря металла);
• загрязнение поверхности / экранирование из-за воска, окалины, твердых частиц может существенно повлиять на тип воздействия (общая или локализованная потеря металла);
• влияние смачивания жидкой углеводородной фазой;
• образование защитной окалины FeCO3, ее характер и стабильность могут существенно повлиять на тип воздействия (общая или локализованная потеря металла).

Дополнительно

• Присутствие H2S – часто приводит к очень низкой скорости общей коррозии, но повышенному риску образования питтинговой коррозии, немногие модели способны спрогнозировать совместное коррозионное действие и скорость коррозии в присутствии CO2 + H2S.
• Присутствие растворенных летучих органических кислот (например, уксусная кислота/ацетат) может значительно увеличить фактическую скорость коррозии.
• Риск возникновения коррозии в верхней части трубы (обычно в системах с влажным газом, но также может быть и в многофазных системах при расслоенном потоке с газовым пространством), когда важна скорость конденсации влаги; кроме того, риск повышается в присутствии летучих органических кислот и H2S.
• Присутствие твердых частиц, вызывающее эрозию-коррозию, обычно усиливает влияние на скорость потери металла для углеродистых / низколегированных сталей, что может привести к локализованному воздействию.

Если учитывать указанные рекомендации при выборе модели, которую в дальнейшем можно сравнить с полевыми аналогами, как правило, можно получить приемлемые прогнозируемые показатели, например, углеродистую сталь можно использовать с ингибитором коррозии и без него с учетом заданного припуска на коррозию при расчете требуемой номинальной толщины стенки трубопровода. Кроме того, прогнозируемые показатели можно использовать для оценки рисков возникновения коррозии при разработке стратегии контроля коррозии. Например, если, исходя из вышеизложенных пунктов или результатов проверки, ожидается, что воздействие будет локализованным, обычно к прогнозируемой исходной скорости коррозии применяется коэффициент перерасчета (2 или 3). На основе руководящих документов и практического опыта компаний могут быть указаны конкретные требования к применяемым коэффициентам перерасчета. Также важно понимать, что неэффективное применение способов борьбы с коррозией, таких как обработка ингибитором и достижение необходимой степени чистоты системы, может отрицательно повлиять на исходное значение прогнозируемой скорости коррозии.

Не рекомендуется контролировать коррозию исключительно на основе прогнозируемой скорости коррозии после ввода системы в эксплуатацию, независимо от того, насколько хорошей считается модель. Моделирование следует рассматривать как дополнение к проактивной и надежной программе мониторинга и контроля коррозии с обратной связью для дальнейшего усовершенствования модели.

И, наконец, может ли какая-либо модель действительно предсказать скорость коррозии (мм/год) с точностью до двух или даже одного знака после запятой? Модель может показать рассчитанную скорость с такой точностью, но это будет больше зависеть от программного обеспечения, чем от фактической точности модели. Следует с осторожностью подходить к использованию прогнозируемых скоростей коррозии на основе моделей с такой точностью!

Дон Харроп, FICorr(Hon) FEFC(Hon), компания CorroDon Consulting Ltd.