MUNKABIZTONSÁG 2.5
Savas gázok által okozott korrózió biztonsági problémái Tárgyszavak: munkabiztonság; korrózió; csővezeték; vegyi anyag; kémhatás; megelőzés.
Savas kémhatású komponensek a földgázban A földgázban gyakran jelentős mennyiségben előfordul CO2 és/vagy H2S, amelyek vízben oldódva savas kémhatást okoznak. A savas gázkomponensek (akár egyedül, akár együtt) víz jelenlétében jelentős korróziót idézhetnek elő a szállító csőrendszerben, a tárolóedényekben és a feldolgozóberendezésekben. Az okozott korrózió rendszerint helyi (pörsenés, lepattogzás) vagy eróziós jellegű. Ha H2S (kén-hidrogén) van jelen, különféle hidrogénfejlődéssel kapcsolatos meghibásodások lépnek fel, pl. hidrogén okozta hólyagosodás és ridegedés, szulfidionok által okozott feszültségkorróziós repedés (stress corrosion cracking = SCC) vagy hidrogén által kiváltott korróziós fáradás.
Főbb korróziós mechanizmusok Ha a szén-dioxid és a kén-hidrogén feloldódnak a vízben, alacsony pH-jú, erősen korrozív közeget eredményeznek. A kondenzálódó és lecsepegő víz tartalmazza ezeket a gázokat, ami lokalizált korróziót eredményez. A viszonyokat az 1. ábra mutatja sematikusan. Látható, hogy a csővezeték teteje van elsősorban kitéve a korrózió veszélyének. Nagy sebességű gázáramlás esetén, ha CO2 van jelen, már a víz nyomai is erős korróziót eredményeznek. A fémveszteség arányos a korrozív gázok parciális nyomásával. Amint azt a 2. ábra mutatja – akár alacsony, akár magas hőmérséklet mellett – nagy nyomás esetén a korrózió sokkal gyorsabb, mint kis nyomás esetén. Ha kén-hidrogén is jelen van, a lokális katódokon víznyomok jelenlétében is hidrogén fejlődik. Ha vas-szulfid (FeS) alakul ki, a keletkező
hidrogénatomok egy jó része nem rekombinálódik gázzá, hanem bediffundál az acélba. Az acélba bejutó hidrogén vagy károkozás nélkül távozik a fémből, vagy a meglevő feszültségkoncentrációk környékén összegyűlik, és ekkor komoly további károkat tud okozni.
a korrózió lehetséges
kondenzáló víz inhibitor nélkül
csőfal gázzal és széndioxiddal telített víz rétegelt folyadék + korróziós inhibitor gátolt korrózió
1. ábra A korróziós viszonyok vázlatos bemutatása a csővezetékben
korróziós sebesség, mm/év
14 12 10 1 bar
8 6
3 bar 0,3 bar
4 0,1 bar CO2
2 0 20
40
60
80
100
120
hőmérséklet, °C
2. ábra A hőmérséklet és a nyomás hatása a szén-dioxidos korrózió sebességére
140
Ennek mechanizmusa még nem minden részletében tisztázott. Anynyit azonban már az eddigi kutatások alapján is tudni lehet, hogy ha sikerül megállítani a felületi korróziót és megszűnik a naszcens (atomos állapotú) hidrogén utánpótlása, csökken vagy megszűnik a hidrogén által kiváltott korróziós mechanizmusok hatása is. A naszcens hidrogén adszorpciójának erőssége és sebessége a fémen kevéssé függ a csővezetékben fennálló nyomástól. Az összes korróziós mechanizmus meglétének egyik feltétele, hogy a víz legalább nyomokban jelen legyen – bár névleg száraz gázt továbbító csővezetékekben is mutattak már ki belső korróziót. A korrózió megelőzésnek számos módja van, pl. epoxigyanta bevonat alkalmazása, katódos korrózióvédelem (pl. olyan csapdákban vagy tartályokban, ahol a víz kicsapódhat a gázáramból). Galvanikus és külső feszültséget alkalmazó módszereket is alkalmaznak. További lehetőség a már említett korróziós inhibitorok alkalmazása, amelyek megváltoztatják a korrózió feltételeit. Az inhibitor ilyenkor adszorbeált védőréteget képez a fém felszínén.
A korai felismerés jelentősége Egy Nigériában végzett felmérés szerint a kőolaj- és földgázkitermelés során a leggyakrabban fellépő problémák a belső és külső korrózió, valamint a feszültségkorróziós repedés (SCC). A földgáz kitermelése, továbbítása, feldolgozása többnyire nagy nyomáson történik, ezért a csővezeték bármilyen meghibásodása komoly robbanásokat és tüzeket okozhat, ami személyzet és a környező lakosság életét veszélyezteti. Ha kén-hidrogén is jelen van, a veszély még nagyobb a hidrogén által okozott számos károsító mechanizmus miatt. Ilyenkor az esetlegesen kiszabaduló kén-hidrogén erősen mérgező jellege további veszélyt jelent. Mivel sajnos nem minden gázvezetéket lehet in-line (beépített) felügyeleti rendszerrel ellátni, a belső korrózió helyének és idejének pontos előrejelzése nagy problémát jelent. A legtöbb csővezetéket nem úgy tervezték, hogy legyen benne hely a monitorozó berendezések számára és legtöbbjüket nem is lehet „kivonni a forgalomból”, hogy biztonsági nyomásvizsgálatnak vessék alá. A fejlődő országok problémái A veszélyes termékek biztonságos és ugyanakkor gazdaságos kezeléséhez az összes rendelkezésre álló eszköz intelligens használata
szükséges. A fejlett gazdaságokban nagy lépéseket tettek már a belső korrózió kordában tartására, de a fejlődő országokban nagy a lemaradás ezen a téren, különösen a trópusokon. A Szaharától délre fekvő országokban (pl. Nigériában) az ipar nem tud igazán jó korrózióálló ötvözeteket előállítani, viszont több közülük jelentős szénhidrogénkinccsel rendelkezik. A korróziómegelőző rendszerek széles körű bevezetésének több akadálya is van: • nincs elég (a trópusokra vonatkozó) empirikus adat a korrozív gázok és a korrózió mértéke közötti korrelációra; • nincsenek elég jól definiált korróziós paraméterek, amelyek segítségével a tervező mérnökök megfelelő anyagokat fejleszthetnének/választhatnának, amelyek a trópusokon is biztonsággal működnek; • nincsenek olyan kidolgozott módszerek, amelyekkel a trópusokon is kordában lehetne tartani a korróziót (inhibícióval vagy más módszerekkel). A trópusokon tehát további kutatómunkát kell végezni annak érdekében, hogy megérthessük a feldolgozási és egyéb változók hatását a korrózióra annak érdekében, hogy javítani lehessen a termelékenységet és csökkenteni a költségeket. A fejlett országokban folyó kutatás vagy nem hasznosítható közvetlenül a trópusokon, vagy túl későn kerül nyilvánosságra, vagy a belőle levonható következtetéseket már szabadalom védi. A korrózió kimutatásának lehetőségei Természetesen a fejlődő országokban is – a lehetőségek figyelembevételével – számos módszert alkalmaztak és alkalmaznak a korrózió kimutatására, többek között: • a csővezetékek és tartályok falának ellenőrzése; • roncsolásmentes falvastagság-ellenőrzés (röntgen vagy ultrahang), amelyhez nem szükséges a rendszer leállítása; • a továbbított gázáram korrozivitásának ellenőrzése a gázáramba benyúló érzékelők (pl. polarizációs eszközök, hidrogéndetektorok) segítségével; • a gázáram korrozivitásának ellenőrzése a gázból vett minták segítségével (oxigén-, víz-, baktériumtartalom, pH, szilárd anyag tartalom stb.);
• a korróziós termékek kimutatása a gázáramban (pl. vas- és mangántartalmú vegyületek kimutatása) A módszerek különböző kidolgozottsági szinten vannak, és bár mindnek megvannak a maga korlátjai, minél többet végeznek el belőlük, annál megbízhatóbb következtetéseket lehet levonni belőlük. Összeállította: Bánhegyiné Dr. Tóth Ágnes Olorunniwo, O. E.; Imasogie, B. I.: Internal corrison monitoring and control in sour gas systems. = Materials Performance, 44. k. 8. sz. 2005. p. 36–39. „Performance” is the Standard for Corrosion Protection. = Foundry Management & Technology, 133. k. 11. sz. 2005. p. 23–25.
[email protected] 061/4575322