Jak Korozja Wpływa na Przemysł Naftowy i Gazowy oraz Jak Skutecznie Jej Zapobiegać?

Korozja wewnętrzna w rurociągach naftowych i gazowych może prowadzić do poważnych konsekwencji, zarówno w postaci zmniejszenia produkcji, jak i w kontekście zagrożeń dla bezpieczeństwa pracowników oraz uszkodzenia aktywów i środowiska. Z biegiem lat korozja w tej branży stała się jednym z głównych problemów, który generuje ogromne koszty związane z utrzymaniem infrastruktury. Wartość tych strat mierzona w dolarach może sięgać miliardów, co podkreśla skalę wyzwań, przed którymi stoi przemysł wydobywczy. Koszty związane z korozją dotyczą zarówno wydatków na inwestycje początkowe (CAPEX), jak i na bieżące koszty operacyjne (OPEX), a także mają wpływ na kwestie zdrowia, bezpieczeństwa i ochrony środowiska (HSE).

Zjawisko korozji powoduje nie tylko straty materialne, ale także podważa wydajność operacyjną, zmieniając wydobycie w proces obarczony ryzykiem i koniecznością ciągłego monitorowania. Jednym z głównych źródeł strat jest osadzanie się produktów korozji w rurociągach, co obniża efektywność transportu surowców, powodując zatory i uszkodzenia mechaniczne. W wyniku tego wydobycie może zostać znacznie opóźnione, a awarie mogą wymagać kosztownego i czasochłonnego serwisowania.

Obecnie, w wielu przypadkach, do budowy komponentów wykorzystywanych w wydobyciu ropy i gazu stosuje się stopy stali węglowej. Jednak w odpowiedzi na rosnące zagrożenia korozją oraz ich wysokie koszty, coraz częściej branża decyduje się na bardziej odporne na korozję materiały, takie jak stopy korozyjne (CRA), mimo że wiąże się to z wyższymi kosztami początkowymi. Zmiana ta jest w dużej mierze podyktowana dążeniem do wydłużenia życia komponentów oraz zmniejszenia potrzeb w zakresie konserwacji, co przekłada się na długoterminowe oszczędności.

Wszystkie te zmiany można przypisać globalnym stratom finansowym związanym z korozją, które według szacunków wynoszą rocznie około 1,372 miliarda dolarów. W tym koszty związane z rurami wiertniczymi (463 miliony dolarów), wydatki kapitałowe związane z korozją (320 milionów dolarów) oraz koszty utrzymania infrastruktury (589 milionów dolarów). Korozja jest jednym z głównych zagrożeń w platformach wiertniczych, gdzie utrata szczelności urządzeń, wynikająca z uszkodzeń spowodowanych korozją, stanowi drugi najczęstszy powód utraty węglowodorów.

Wspomniane problemy mają również swoje odzwierciedlenie w kosztach utrzymania infrastruktury, gdzie korozja odpowiada za 36% kosztów związanych z konserwacją rafinerii w sektorze naftowym i gazowym. W Stanach Zjednoczonych coroczne wydatki na zarządzanie majątkiem, wymianę i monitorowanie korozji sięgają około 7 miliardów dolarów. Na poziomie globalnym, raporty wskazują, że przemysł energetyczny, który w dużej mierze odpowiada za produkcję energii z węgla, ropy i gazu, ponosi znaczną część tych kosztów.

Metody ochrony przed korozją mogą obejmować takie techniki jak stosowanie anod, powłok nieorganicznych, inhibitorów korozji czy także nowoczesnych materiałów kompozytowych. W zależności od specyfiki instalacji i rodzaju materiału, odpowiednia metoda ochrony będzie różna. Na przykład, wykorzystanie powłok epoksydowych na wewnętrznych powierzchniach zbiorników naftowych lub zastosowanie kompozytowych osłon w rurach ma na celu skuteczne zabezpieczenie przed działaniem agresywnych substancji, takich jak woda czy zanieczyszczenia chemiczne. Z kolei w obszarze wydobycia wiertniczego stosowanie balonów i systemów pompowych do usuwania gazów z wnętrza odwiertów zmniejsza ryzyko dostępu powietrza do głęboko położonych struktur i tym samym ogranicza procesy korozji.

Monitoring korozji odbywa się przy użyciu różnych technik. W zależności od charakterystyki struktury, może to być prosta inspekcja wizualna lub bardziej zaawansowane techniki, takie jak pomiary kątów zwilżania przy użyciu goniometrów. Wykorzystanie dronów do przeprowadzania inspekcji w trudno dostępnych miejscach stało się jedną z najnowszych metod, która nie tylko zwiększa efektywność monitoringu, ale i poprawia bezpieczeństwo pracowników.

Ważnym elementem jest także kontrolowanie tempa korozji. Zmniejszenie tego tempa (mierzonego w mm na rok) znacząco wydłuża żywotność komponentów, a co za tym idzie, zmniejsza koszty związane z ich wymianą. Długoterminowa strategia zarządzania korozją w sektorze naftowym powinna obejmować wdrażanie zaawansowanych metod oceny stanu technicznego instalacji oraz precyzyjnie dostosowaną do potrzeb konserwację, która pozwoli na maksymalne wydłużenie eksploatacji sprzętu.

Coraz częściej w przemyśle naftowym wdrażane są innowacyjne technologie, które pozwalają na bardziej precyzyjne prognozowanie cyklu życia poszczególnych elementów infrastruktury. Dzięki tym technologiom możliwe jest obliczenie kosztów związanych z korozją oraz przewidywanie czasów awarii, co umożliwia wcześniejsze podjęcie odpowiednich działań naprawczych. Wzrost inwestycji w technologie pozwala na bardziej kompleksowe podejście do zapobiegania korozji, co w ostateczności przekłada się na obniżenie kosztów utrzymania i zwiększenie efektywności produkcji.

Jak zapobiegać korozji w przemyśle chemicznym?

Korozja w wysokotemperaturowych środowiskach, szczególnie w obecności siarkowodoru lub dwutlenku siarki, jest wynikiem reakcji chemicznych prowadzących do tworzenia się kruchych węglików, które osłabiają właściwości mechaniczne metali. Zjawisko to jest powszechnie spotykane w reaktorach chemicznych, piecach i innych urządzeniach działających w warunkach wysokotemperaturowych. Aby chronić elementy konstrukcyjne w takich środowiskach, konieczne jest zastosowanie specjalnie zaprojektowanych stopów i powłok ochronnych, które wykazują odporność na działanie tych agresywnych substancji.

Kolejnym poważnym zagrożeniem dla metali w przemyśle chemicznym jest korozja w środowisku organicznym. Metale narażone są na działanie różnych rozpuszczalników organicznych, takich jak aceton, benzen czy alkohole, które w obecności wody lub zanieczyszczeń mogą prowadzić do powstawania substancji korodujących. Organicze kwasy, takie jak kwas octowy czy mrówkowy, wykazują szczególnie silne działanie korozyjne na stal nierdzewną i stopy miedzi, prowadząc do powstawania dziur i ogólnych uszkodzeń. W tym przypadku interakcje między substancjami organicznymi a powierzchniami metalowymi często prowadzą do skomplikowanych mechanizmów korozyjnych, które wymagają uwzględnienia zarówno reakcji chemicznych, jak i elektrodynamicznych.

Kluczowym aspektem w zapobieganiu korozji w przemyśle chemicznym jest staranny dobór materiałów, które wykazują wysoką odporność na warunki korozyjne, a także cechują się odpowiednimi właściwościami mechanicznymi. W tym kontekście stal nierdzewna jest często wykorzystywana ze względu na swoją zdolność do odporności na korozję w wodzie i oksydację w wysokich temperaturach. Z kolei stopy niklu są wybierane do zastosowań, w których istnieje wysokie ryzyko sulfidacji, jak ma to miejsce w wielu zakładach przemysłowych.

Dobrym przykładem może być zakład chemiczny, który działając w bardzo kwaśnym środowisku, zdecydował się na zastosowanie stali duplex zamiast stali węglowej. Zmiana ta doprowadziła do znacznego zmniejszenia tempa korozji oraz kosztów związanych z konserwacją i naprawami. Kolejny przykład to wykorzystanie tytanu w zakładzie produkcji chloru, gdzie jego odporność na pękanie korozyjne spowodowane przez chlor była szczególnie cenna. Te przykłady pokazują, jak ważne jest dokładne dobranie materiałów, które będą odpowiednie do specyficznych warunków pracy i zapewnią maksymalną trwałość instalacji.

Powłoki ochronne odgrywają nieocenioną rolę w ochronie sprzętu i konstrukcji przed wpływem korozyjnych warunków chemicznych. Istnieje wiele różnych rodzajów powłok, które są dobierane w zależności od ich właściwości oraz środowiska, w którym będą stosowane. Farby ochronne stanowią ogólne zabezpieczenie w różnych warunkach, podczas gdy powłoki epoksydowe oferują wyjątkową odporność chemiczną, co czyni je idealnym rozwiązaniem w trudnych warunkach. Powłoki poliuretanowe są szczególnie cenione za swoją trwałość oraz odporność na promieniowanie UV, co sprawia, że są one odpowiednie do stosowania na zewnątrz. Z kolei powłoki metalowe, takie jak galwanizacja czy aluminizacja, poprawiają ochronę poprzez stworzenie warstwy poświęcającej się, która koroduje zamiast metalu bazowego.

Aby zapewnić skuteczność ochrony, powłoki muszą być regularnie kontrolowane. Do wykrywania uszkodzeń i degradacji powłok stosuje się różne metody badawcze, takie jak ultradźwiękowe testowanie, inspekcje wizualne czy pomiar grubości powłok. W razie konieczności przeprowadzana jest konserwacja, obejmująca malowanie uzupełniające, nakładanie nowych warstw ochronnych lub całkowite usunięcie starej powłoki i jej ponowne naniesienie.

Ochrona katodowa i anodowa to kolejne techniki, które pozwalają na skuteczną ochronę przed korozją. Ochrona katodowa polega na przypisaniu powierzchni metalu do roli katody w ogniwie elektrochemicznym, co jest osiągane poprzez użycie anod poświęcających się, które zapewniają ochronę galwaniczną. Z kolei systemy prądu wymuszonego mogą wykorzystywać zewnętrzne źródło zasilania do zapewnienia ochrony. Ochrona anodowa natomiast polega na celowym uczynieniu powierzchni metalu anodą, co prowadzi do spowolnienia tempa reakcji anodowej, skutkując zmniejszeniem tempa korozji.