Koolstofstaal voor waterstofsulfidecorrosietoepassingen

Waterstofsulfide H₂S is een anorganische verbinding die kleurloos, brandbaar, oplosbaar in water zuur gas, waterstofsulfide corrosie verwijst naar de olie-en gaspijpleiding met een bepaalde concentratie van waterstofsulfide (H2S) en water corrosie. H₂S lost op in water en wordt zuur, wat leidt tot elektrochemische corrosie en plaatselijke pitting en perforatie van pijpleidingen. De waterstofatomen die tijdens het corrosieproces ontstaan, worden geabsorbeerd door het staal en verrijkt in de metallurgische defecten van de pijp, wat kan leiden tot verbrossing van het staal en het ontstaan van scheuren, wat scheurvorming tot gevolg heeft. De pijpleiding en apparatuur van zure olie- en gasvelden die H₂S bevatten, zijn vele malen plotseling gescheurd of bros gebroken, er zijn scheuren ontstaan in laszones en andere ongelukken, die voornamelijk worden veroorzaakt door waterstofgeïnduceerd scheuren (HIC) en sulfide spanningsscheuren (SSC).

De factoren die de corrosie van H₂S beïnvloeden zijn onder andere de waterstofsulfideconcentratie, PH-waarde, temperatuur, stroomsnelheid, kooldioxide- en chloride-ionconcentratie (C1-). Er is sprake van een nat spanningscorrosiemilieu van waterstofsulfide als aan de volgende voorwaarden wordt voldaan:

• De mediumtemperatuur is niet hoger dan 60+2P ℃, P is de overdruk van het medium (MPa);
• B gedeeltelijke druk van waterstofsulfide is niet minder dan 0,35mpa;
• Het medium bevat water of de mediumtemperatuur is lager dan de dauwpunttemperatuur van water;
• Medium met PH lager dan 9 of cyanide.

De resultaten tonen aan dat voor het gelegeerde staal wanneer de sterkte of hardheid van het staal hetzelfde is, de microstructuur van uniforme verdeling van kleine bolvormige carbiden kan worden verkregen door ontlaten bij hoge temperatuur na afschrikken, en de weerstand tegen H2S corrosie is beter dan die na ontlaten. De vorm van insluitsels is ook belangrijk, vooral de vorm van MnS, omdat MnS gevoelig zijn voor plastische vervorming bij hoge temperaturen en de plaat MnS gevormd door warmwalsen niet kan worden veranderd tijdens de daaropvolgende warmtebehandeling.

De elementen Mn, Cr en Ni worden toegevoegd aan de koolstofstaal om de hardbaarheid te verbeteren, vooral Ni. Algemeen wordt aangenomen dat het nikkelelement gunstig is voor de taaiheid van gelegeerd staal, maar de overpotentiaal van de waterstofevolutiereactie van nikkelstaal is laag, het waterstofion is gemakkelijk te ontladen en te verminderen om de waterstofneerslag te versnellen, zodat de weerstand van nikkelstaal tegen sulfide spanningscorrosie slecht is. In het algemeen moeten koolstofstaal en gelegeerd staal minder dan 1% of geen nikkel bevatten. Elementen zoals Mo, V, Nb, etc. die stabiele carbiden vormen in staal.

ISO 15156-2, ISO 15156-3 of NACE MR0175-2003 hebben de omgevingscondities beperkt om het optreden van spanningscorrosie te voorkomen. Als niet aan deze voorwaarden wordt voldaan, moeten HIC- en SSC-tests worden uitgevoerd en moet aan andere relevante normen worden voldaan. Het American Corrosion Institute (NACE) MR-01-95 stelt dat ter voorkoming van sulfide spanningscorrosie (SSCC) gewoon staal (nikkelgehalte lager dan 1%) met een hardheid lager dan Rockwell HRC22 of gehard chroom-molybdeenstaal met een nikkelgehalte lager dan HRC 26 moet worden gebruikt.

Daarnaast zijn er nog andere beperkingen:

• Onzuiverheden in staal: zwavel ≤ 0,002%, P≤0,008%, O≤ 0,002%.

• De hardheid is niet meer dan 22HRC, de vloeigrens is minder dan 355MP, de treksterkte is minder dan 630MPa

• Het koolstofgehalte van staal moet zoveel mogelijk worden verlaagd om te voldoen aan de mechanische eigenschappen van staalplaat. Voor laag koolstofstaal en koolstof-mangaanstaal: CE≤0,43, CE=C+Mn/6; Voor laaggelegeerd staal: CE≤045 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

Staalplaat: SA387 Gr11(HlC), SA387 Gr12(HlC), SA387 Gr22(HlC), SA516 Gr65(HlC), SA516 Gr70(HlC);

Stalen pijp: API 5CT H40, J55, L55, C75 (1,2,3), L80 (type 1), N80 (type Q/T), C95 (type Q/T), P105, P110 Q/T); API 5L graad A, graad B, X42, X46, X52; ASTM A53, A106(A, B, C)

De beschikbare koolstofstaalpijp en plaat voor H₂S-toepassing