Fattori che influenzano la resistenza alla corrosione dei tubi del gas in acciaio inossidabile

Fattori dell'ambiente di servizio all'interno dei tubi del gas in acciaio inossidabile

Per i tubi in acciaio inossidabile che trasportano gas, gli scenari di corrosione più dannosi iniziano generalmente quando sulla parete del tubo si forma una fase liquida conduttiva. Senza un elettrolita (solitamente acqua), la maggior parte dei meccanismi di corrosione interna rallentano notevolmente.

Presenza di acqua e punto di rugiada del gas

L’acqua gratuita è la condizione abilitante per la maggior parte della corrosione interna. Anche se il gas lascia un impianto “a secco”, le cadute di temperatura lungo il percorso possono costringere l’acqua a condensare se il punto di rugiada dell’acqua non è adeguatamente controllato. Le linee guida del settore enfatizzano la disidratazione per ridurre il punto di rugiada del gas ed eliminare le condizioni che favoriscono la corrosione.

• Le turbolenze che introducono gas umido (o consentono la condensazione) concentrano il rischio nei punti più bassi, nelle fasi morte e a valle del raffreddamento.
• Piccoli volumi d'acqua possono essere sufficienti se rimangono stagnanti e accumulano sali, particelle di ferro o batteri.

Gas acidi, ossigeno e sali che “attivano” l'attacco localizzato

Una volta che l'acqua è presente, le specie disciolte determinano la gravità e la modalità di guasto:

• Cloruri (da trascinamento di acqua prodotta, acqua di prova idroelettrica, ingresso di aria costiera o fluidi detergenti) sono i fattori scatenanti più comuni per vaiolatura/corrosione interstiziale e fessurazione per tensocorrosione da cloruri.
• CO₂ abbassa il pH nell'acqua di condensa (acido carbonico) e può aumentare il rischio generale di corrosione nei sistemi a metalli misti; l'ingresso di ossigeno può accelerare ulteriormente la corrosione nelle regioni umide.
• H₂S modifica la predisposizione alla fessurazione e i requisiti di qualificazione dei materiali in ambienti acidi; l'uso del materiale è comunemente regolato da MR0175/ISO 15156.

Conclusione pratica: controllare il processo in modo che le superfici interne siano visibili gas secco e minima deposizione di sale ; quando ciò non può essere garantito (avviamenti, pigging, idrotest o gas fuori specifica), la selezione dei materiali e la qualità di fabbricazione diventano decisive.

Chimica delle leghe e selezione dei gradi: perché “inossidabile” non è un materiale

Gli acciai inossidabili resistono alla corrosione perché sulla superficie si forma una sottile pellicola passiva di ossido di cromo. Nella bagnatura con cloruro, la differenza tra resistenza "adeguata" ed "elevata" è spesso dominata dal contenuto di cromo (Cr), molibdeno (Mo) e azoto (N), che vengono comunemente confrontati utilizzando il numero equivalente di resistenza alla vaiolatura (PREN).

Utilizzo del PREN per confrontare la resistenza alla vaiolatura/interstizio

PREN ≈ %Cr (3,3 × %Mo) (16 × %N) . Un PREN più elevato indica generalmente una migliore resistenza alla vaiolatura causata dai cloruri e alla corrosione interstiziale (un problema chiave quando è possibile la formazione di gas umido o condensa salata).

Conclusione pratica: se la bagnatura con cloruri è credibile (condensa, residui dell'idrotest, esposizione costiera, trascinamento dell'acqua prodotta), la selezione del grado dovrebbe essere basata su corrosione localizzata e margine SCC , non solo “acciaio inossidabile vs acciaio al carbonio”.

Temperatura, cloruri e stress: il “tripwire” SCC per le tubazioni del gas

La tensocorrosione da cloruri (Cl-SCC) richiede tre condizioni contemporaneamente: stress da trazione (lo stress di saldatura residuo può essere sufficiente), cloruri su una superficie bagnata e temperatura elevata. In pratica, la temperatura è il fattore che spesso trasforma un rischio di vaiolatura gestibile in un rischio di fessurazione.

Una soglia pratica: 60 °C (150 °F) indicativi

Quando gli acciai inossidabili sono completamente immersi, è raro vedere SCC di cloruro al di sotto di circa 60 °C (150 °F) . Al di sopra di tale intervallo, la suscettibilità aumenta notevolmente e anche livelli di cloruro relativamente bassi possono diventare problematici, soprattutto con il ciclo umido/secco che concentra i sali in superficie.

Controlli che funzionano in sistemi di tubazioni reali

• Mantenere le temperature dei metalli al di sotto del regime sensibile all'SCC, ove possibile (progettazione dell'isolamento, instradamento ed evitamento di punti caldi).
• Ridurre l'esposizione al cloruro durante il test idraulico/la messa in servizio e garantire un drenaggio e un'asciugatura completi (le pellicole residue possono creare cavità che successivamente si trasformano in crepe).
• Se la temperatura e i cloruri umidi non possono essere evitati in modo affidabile, specificare i materiali duplex/super duplex o leghe superiori (e qualificarli secondo gli standard di acido/servizio applicabili, ove pertinente).

Saldatura, tinta termica e condizioni superficiali: come la fabbricazione può eliminare la resistenza alla corrosione

Per i tubi in acciaio inossidabile per il gas, molti problemi di corrosione “misteriosi” risalgono alla fabbricazione: colorazione dovuta al calore, ferro incorporato, scarso spurgo sul diametro interno, finitura ruvida e pulizia/passivazione incompleta. Questi problemi creano punti deboli in cui lo strato passivo è danneggiato o non può riformarsi in modo uniforme.

Tinta termica e scaglia di ossido dopo la saldatura

La tinta dovuta al calore è più di uno scolorimento: indica una superficie ossidata e spesso uno strato impoverito di cromo sulla superficie. Se lasciato in sede, può ridurre notevolmente la resistenza alla corrosione localizzata proprio dove le sollecitazioni residue sono maggiori (zona termicamente alterata e punta della saldatura).

Decapaggio e passivazione (e perché entrambi sono importanti)

Il decapaggio rimuove le incrostazioni di saldatura/la tinta dovuta al calore e lo strato superficiale danneggiato; la passivazione promuove un robusto film passivo. Standard come ASTM A380 (pratiche di pulizia/disincrostazione/passivazione) e ASTM A967 (trattamenti di passivazione chimica) sono comunemente utilizzati per definire processi e verifiche accettabili.

• Utilizzare uno spurgo del diametro interno adeguato per prevenire una forte ossidazione interna sulle radici di saldatura dei tubi (particolarmente critico per le tubazioni del gas dove l'accesso interno è limitato dopo il montaggio).
• Rimuovere la contaminazione del ferro dagli utensili di macinazione o dal contatto con l'acciaio al carbonio (la raccolta del ferro può “arrugginire” sulla superficie e avviare un attacco di sottodepositi).
• Specificare i criteri di accettazione per la finitura della saldatura (transizioni omogenee, fessure minime) perché la geometria guida la chimica delle fessure e la ritenzione dei depositi.

Dettagli di progettazione e installazione che migliorano le prestazioni contro la corrosione

Anche con la giusta qualità e una buona saldatura, i dettagli di progettazione determinano se si accumulano liquidi e depositi corrosivi, se l'ossigeno può penetrare e se le coppie galvaniche accelerano l'attacco.

Evitare fessure, gambe morte e trappole di liquidi

• Le linee di pendenza sono pratiche e forniscono punti di drenaggio nei punti bassi per evitare la condensa stagnante.
• Ridurre al minimo le zampe morte e i rami ricoperti; l'acqua stagnante è un fattore comune di corrosione microbiologicamente influenzata (MIC).
• Utilizzare design di guarnizioni/connessioni che non creino fessure persistenti in cui si concentrano le salamoie ricche di cloruro.

Interazioni galvaniche e metalli misti

Se l’acciaio inossidabile è collegato elettricamente a metalli meno nobili (ad esempio, acciaio al carbonio) ed è presente un elettrolita, la corrosione galvanica può accelerare l’attacco al componente meno nobile e concentrare i depositi sulla giunzione, creando un rischio di corrosione localizzata anche per l’acciaio inossidabile. Le strategie di isolamento (unioni dielettriche, progettazione attenta della messa a terra ed evitare giunzioni "umide") riducono questo rischio.

Operazioni, hydrotesting e MIC: i fattori “nascosti” che determinano la resistenza a lungo termine

Molti guasti dovuti alla corrosione delle tubazioni del gas inossidabile non si verificano durante il funzionamento in condizioni stazionarie, ma durante la messa in servizio, i test idraulici, gli arresti o gli sconvolgimenti del processo che introducono acqua e lasciano residui.

Hydrotest qualità dell'acqua e disciplina di essiccazione

L'idrotest e l'acqua di scarico possono introdurre cloruri e microbi. Le linee guida pratiche del settore raccomandano comunemente acqua a basso contenuto di cloruro (spesso ~50 ppm di cloruro come punto di riferimento conservativo) e pone l'accento sulla pulizia, sullo scarico e sull'asciugatura in modo che l'acqua stagnante non rimanga all'interno del tubo.

Rischio MIC quando l'acqua viene lasciata stagnante

La corrosione influenzata microbiologicamente (MIC) può verificarsi in acque stagnanti, anche a livelli di cloruro relativamente modesti, ed è stata documentata in sistemi inossidabili in cui le linee sono state lasciate non drenate dopo l'idrotest. Il controllo immediato è operativo: non lasciare pellicole di acqua stagnante ed evitare lunghe soste stagnanti senza biocidi/misure di controllo ove consentito dal processo e dalle normative.

1. Definire una sequenza di messa in servizio che termini con lo scarico completo, lo scarico del gas secco (o equivalente) e la verifica dell'essiccazione.
2. Controllare l'ingresso di ossigeno durante i tempi di inattività (copertura, isolamento stretto e gestione delle perdite) poiché l'ossigeno nelle regioni umide accelera l'attacco.
3. Ispezionare prima i punti più vulnerabili: punti bassi, tratti morti, a valle dei raffreddatori e bobine di saldatura pesanti.

Tabella decisionale pratica: fattore, modalità di fallimento e cosa fare al riguardo

Asporto finale: I tubi del gas in acciaio inossidabile funzionano meglio quando si considera la resistenza alla corrosione come una proprietà del sistema: secchezza del processo, gestione del cloruro, selezione della lega (margine PREN/SCC), qualità di fabbricazione e progettazione della gestione dei liquidi devono essere tutti allineati.

Riferimenti utilizzati per punti dati e soglie

• SSINA: Cracking da corrosione da stress da cloruro (raro sotto i ~60 °C quando completamente immerso).
• Leghe unificate: formula PREN ed esempi di gamme PREN (Equazione PREN e intervalli tipici per i gradi comuni).
• Rapporto PHMSA: Corrosione della pipeline (disidratazione e controllo del punto di rugiada per rimuovere le condizioni che favoriscono la corrosione).
• GRI: Valutazione diretta della corrosione interna dei gasdotti (definizione del punto di rugiada e meccanismo di condensazione dell'acqua).
• TWI: ripristino delle proprietà di corrosione dopo la saldatura (rimuovere l'ossido della tinta termica e lo strato impoverito di cromo).
• Nota tecnica del Nickel Institute: Decapaggio e passivazione (Riferimenti e scopo ASTM A380/A967).
• Nickel Institute: esempi di casi MIC nell'acciaio inossidabile dopo l'idrotest (acqua stagnante come causa principale).
• NACE MR0175/ISO 15156-1 (contesto del servizio acido e quadro delle precauzioni relative a H₂S).