Disputas om CO2-korrosjon på karbonstål


I en fersk doktorgrad fra Universitetet i Stavanger har Tonje Berntsen studert hvordan transportrør for olje og gass kan bli mer motstandsdyktige mot korrosjon.

Materialet i de fleste lange rørledningene som transporterer olje og gass er karbonstål, populært kalt svartstål. Det er langt rimeligere enn rustfrie kvaliteter og brukes selv om oljen og gassen inneholder vann som kan forårsake korrosjon.

For å hindre at det dannes gasshydrater dersom temperaturen i røret skulle faller, tilsettes glykol (frostvæske) for å holde vannet i væskeform. Karbondioksid i gassen reagerer med denne vann-glykol-blandingen og gjør den sur og korrosiv.

En metode for å hemme korrosjon på stålet er derfor å nøytralisere syren ved å øke pH-verdien i vannet. Tilsetningen er bikarbonat, i prinsippet helt vanlig bakepulver. Denne metoden kalles «pH-stabilisering» og brukes blant annet i Troll Gass- og Snøhvit-rørledningene i Nordsjøen.

Bekyttende lag

Karbonstål som er i kontakt med pH-stabilisert vann-glykol, får etter hvert et tynt, beskyttende lag av jernkarbonat på overflaten. Med effektiv pH-stabilisering korroderer stålet langt under en millimeter per år på en rørvegg som typisk er flere centimeter tykk. Dermed er det mulig å bruke rørledningene i mange tiår.

Den beskyttende jernkarbonatfilmen dannes forholdsvis raskt ved høyere temperaturer, typisk for innløpet av rørledninger, og langsommere når røret og vann-glykol blandingen er avkjølt ned mot havbunnstemperaturen. Korrosjonshastigheten avhenger både av stålets kjemiske sammensetning og mikrostruktur, spesielt jernkarbidinnhold, og av sammensetning og pH i vannet.

I dette ph.d.-arbeidet er det undersøkt om, og hvor raskt, et korrosjonsbeskyttende lag av jernkarbonat dannes på rørledningsstål ved 20-40°C, som tilsvarer forhold nærmere utløpet av transportrørledninger.

Resultatene viser at det kan ta et par måneder før en jernkarbonatfilm dekker hele overflaten og blir beskyttende nok. I mellomtiden er korrosjonen noe raskere, og materialtapet i den perioden kan være like stort som i de påfølgende 10 år.

Tydelige effekter

Forskningen viser at mengde og fordeling av jernkarbid i stålets mikrostruktur, pH og glykolinnhold i vannet, og temperatur har tydelige effekter på korrosjonshastigheten.

Doktoravhandlingen gir også innblikk i mekanismene som er avgjørende for korrosjonshastigheten på karbonstål både før, under og etter dannelsen av beskyttende jernkarbonatfilm. Avhandlingen beskriver hvordan et tynt lag magnetitt også bedrer de beskyttende egenskapene.

Potensielle besparelser

Avhandlingen bidrar til å øke kunnskapen om CO2-korrosjon på karbonstål i kontakt med pH-stabilisert vann-glykol, særlig ved lavere temperaturer. Med disse resultatene vil man kunne forbedre modellene som brukes til å beregne levetiden til rørledninger som transporterer olje og gass, men også inneholder vann.

Økt tiltro til pH-stabilisering som en pålitelig og miljøvennlig metode for å holde korrosjonshastigheten under et akseptabelt nivå (normalt 0.1 mm/år), vil potensielt gi store besparelser både ved investering i stål til rørledninger ved at man kan bruke en rimelig ståltype, og i driftsfasen i form av forlenget levetid.

Dette kan være viktige bidrag for beslutninger om utvinning av nye olje- og gassreserver.

Om kandidaten

Tonje Berntsen er 40 år og kommer fra Senja i Troms. Hun har en mastergrad i elektrokjemi fra NTNU og arbeider til daglig som overingeniør innenfor dynamiske stigerør i Statoil.

Hennes doktoravhandling har tittelen «CO2-korrosjon i pH-stabiliserte flerfase karbonstålrørledninger». Berntsen disputerte ved Universitetet i Stavanger 16. august. Hovedveileder på doktorgradsprosjektet var professor Tor H. Hemmingsen.

 


Sist oppdatert av Leiv Gunnar Lie (21.09.2017)

Skriv ut artikkel print symbol