DE2616599A1 - Verwendung eines hochlegierten stahles zum herstellen von hochfesten, gegen sauergaskorrosion bestaendigen gegenstaenden - Google Patents

Description

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Mannesmann Aktiengesellschaft, 4 Düsseldorf

Verwendung eines hochlegierten Stahles zum Herstellen von hochfesten, gegen SauergaskorTosion beständigen Gegenständen

Die Erfindung betrifft die Verwendung an sich bekannter hochlegierter Stähle mit mindestens 12 Gev.% Chrom zur Herstellung hochfester und gegen Sauergaskorrosionen beständiger Rohre, Rohr verb indungen und anderer Gegenstände.

Bisher wurden als Werkstoffe für Transport, Förderung und Verarbeitung von Sauergas (= Erdgas mit Gehalten an H₂S und/oder CO^) und Sauergasprodukten, z.B. Schwefelverbindungen, unlegierte und niedriglegierte Röhrenstähle mit üblichen Wärmebehandlungen angewendet. Diesen Werkstoffen ist eine unter den genannten Anwendungsbedingungen ungenügende Korrosionsbeständigkeit gemeinsam, beispielsweise eine nicht hinreichende Beständigkeit gegen allgemein abtragende Korrosion, Anfälligkeit gegen Lochkorrosion durch Elementbildung und Gefährdung durch wasserstoffinduzierte Spannungsrißkorrosion. Die genannten Korrosionsarten können einzeln oder gemeinsam auftreten. Zum Gewährleisten einer genügenden Betriebssicherheit sind daher bei Anwendung unlegierter und niedriglegierter Stähle verschiedene Haßnahmen, z.B. Trocknen des Gases und/oder Zugabe von Inhibitoren und/oder Anheben des pH-Wertes, zu treffen.

Bei der Förderung von Sauergas sind die genannten Werkstoffe bevorzugt durch großflächige lokale Korrosionen gefährdet. Diese Korrosionen werden an der Außenoberfläche von Tubings beobachtet und sind in Verbindung mit dem Einbringen Schwefel lösender oder die Ausfällung von Schwefel verhindernder Mittel in den Ringspalt

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zwischen Tubing und Casing zu sehen. Ursache dieser Korrosionsangriffe ist wahrscheinlich die Ausbildung großflächiger Makroelemente, deren Wirksamkeit mit zunehmender Bohrlochtiefe und damit ansteigender Temperatur zunimmt und unterhalb einer bestimmten, von den örtlichen Gegebenheiten und Betriebsbedingungen abhängigen Temperatur bzw. oberhalb einer bestimmten Bohrlochtiefe nicht mehr beobachtet wird.

Weiterhin treten Korrosionsschäden auf der Innenoberfläche der Förderstränge auf, die durch allgemein abtragende Korrosion und Erosionskorrosion verursacht werden. Die allgemein abtragende Korrosion ist offenbar mit der Säuerung des Bohrlochs zum Aufrechterhalten der Förderleistung verbunden. Durch Anwenden von Inhibitoren kann diese Korrosionsart zwar herabgesetzt, aber nicht genügend sicher vermieden werden. Zusätzlich können durch Unterschiede in den Strömungsverhältnissen bedingte örtliche Angriffe durch Erosionskorrosion auftreten. Diese sind wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß sich Deckschichten, welche während des Betriebes entstehen und eine gewisse Schutzfunktion ausüben, in bestimmten Bereichen der Rohroberfläche nicht ausbilden oder zerstört werden.

Im oberen, kälteren Tubing-Strangteil besteht insbesondere bei Stillstrnd der Förderung die Gefahr einer durch Wasserstoff verursachten Spannungsrißkorrosion. Das Auftreten dieser Korrosionsart ist darauf zurückzuführen, daß an der Werkstoffoberfläche durch Korrosionsreaktionen gebildeter Wasserstoff bei Anwesenheit von Schwefelwasserstoff nicht zu Wasserstoffmolekülen rekombiniert, sondern atomar in das Gefüge eindiffundiert. Dies kann bei Belastungen weit unterhalb der Streckgrenze zu Rißbildung, Brüchen und damit zum Abreißen des Rohrstranges führen. Die Neigung von unlegierten und niedriglegierten Stählen zur wasserstoffinduzierten Spannungsrißkorrosion nimmt mit fallender Temperatur zu und erreicht bei etwa Raumtemperatur einen Höchstwert. Dadurch erklärt sich die besondere Gefährdung der oberen, kälteren und gleichzeitig auch höchstbelasteten Teile des Stranges während des Förderbetriebes und die darüber hinaus erhöhte Gefährdung in Stillstandszeiten wegen

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der dann weiter abfallenden Temperatur. Als Gegenmaßnahme sind bisher höherfeste, niedriglegierte Vergütungsstähle mit im Vergleich zu warmgewalzten oder warmgewalzten und normalisierten Stählen verbesserter Beständigkeit gegen wasserstoffinduzierte Spannungsrißkorrosion verwendet worden, ohne daß jedoch Korrosionsschäden vollständig vermieden werden konnten.

Rohre für den Transport von Sauergas, sogenannte "flow-lines", sind wegen der hier vorliegenden niedrigen Temperatur fast ausschließlich durch wasserstoffinduzierte Spannungsrißkorrosion gefährdet, während allgemein abtragende Korrosion und andere lokale Korrosionsangriffe bei diesem Anwendungsfall keine praktische Bedeutung haben. Da die durch Wasserstoff absorption verursachte Spannungsrißkorrosion an eine elektrochemische Korrosionsreaktion, die bei niedrigen pH-Werten und nur bei Anwesenheit von Feuchtigkeit ablaufen kann, gebunden ist, wurde bisher zum Vermeiden von Spannungsrißkorrosion sofort nach dem Austritt des Gases aus der Bohrung der pH-Wert durch Zugabe von Alkalien auf pH > 8 angehoben und anschließend in einer Trocknungsanlage die Feuchtigkeit entfernt.

Die gleichen Korrosionsprobleme wie bei der Förderung und dem Transport bestehen auch bei Anlagen für Aufbereitung und Weiterveraroeitung von Sauergas.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, an sich bekannte hochlegierte Stähle mit mindestens 12# Chrom für den Aufschluß, Transport und für die Weiterverarbeitung von Sauergas verwendbar zu machen, ohne daß die betreffenden Gegenstände korrosionsgefährdet sind. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß aus solchen Stählen erzeugte Rohre, Rohrverbindungen und Apparateteile verwendet werden, die bei ihrer Herstellung mit einem Verformungsgrad von mindestens 3% kaltverförmt worden sind.

Die erfindungsgemäßen Gegenstände weisen aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung unter den Bedingungen des Aufschlusses von. Sauer-

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gasbohrungen, der Förderung, des Transports, der Aufbereitung und Weiterverarbeitung von Sauergas eine hohe Beständigkeit gegen allgemein abtragende Korrosion, örtliche Korrosionen wie Lochkorrosion und durch Chloride sowie besonders gegen durch Wasserstoffabsorption verursachte Spannungsrißkorrosion auf. Sie sind darüber hinaus beständig gegen durch Elementbildung erzeugte Korrosionen.

Durch die erfindungsgemäße Kältverformung der Werkstoffe werden die im lösungsgeglühten Zustand vorliegenden Mindeststreckgrenzen der hochlegierten Stähle wesentlich fels auf die für die Berührung bei großen Teufen erforderlichen Werta bei gleichzeitig genügend hohen Werten für Dehnung und Einschnürung erhöht. Es ist erfindungswesentlich, daß durch die Kalt^srformung die Beständigkeit gegen allgemein abtragende Korrosion gegen Lochkorrosion, durch Chloride und Eindringen von atomar&m Wasserstoff in das Gefüge erzeugte Spannungsrißkorrosion und die Beständigkeit gegen Korrosionen durch Elementbildung nicht beeinträchtigt wird. Weiterhin können die bisher angewendeten, für einen sicheren Schutz unlegierter und niedriglegierter Stähle im allgemeinen jedoch unzureichenden Korrosionsschutzmaßnahmen, wie Anwenden von Inhibitoren beim Spülen und Säuern des Bohrloches, Alkalisieren und Trocknen des Gases, entfallen oder zumindest eingeschränkt und dadurch die Betriebssicherheit der Anlagen erhöht und ein wirtschaftlicher Vorteil erzielt werden.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   ;'1 J Verwendung eines hochlegierten Stahles mit mindestens 12 Gew.$ Chrom zum Herstellen von Rohren, Rohr-verbindungen und anderen Gegenstände! mit hoher Festigkeit und einer Streckgrenze von mindestens 440 N·

   —2

   mm , welche gegen die beim Aufschluß, Transport und Weiterverarbeitung von Sauergas auftretenden Korrosionsangriffe beständig sind, mit der Maßgabe, daß die Gegenstände bei ihrer Herstellung einer Kaltverformung mit einem Verformungsgrad von mindestens 3% unterworfen werden.
2. 2. Stahllegierung für den Verwendungszweck nach. Anspruch 1_r gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzungs

   o,oo1 bis o,12 Gew.% Kohlenstoff

   0,2 Il 1,5 It Il Sxlizxum o,5 H 8 It Il Mangan 12 It 30 It It Chrom 2 H 16 tt Nickel-■ 0,1 It 5 Il Molybdän 0,01 It 1,2 Il Titan 0,01 Il 1,6 Niob 0,01 · Il 3,5 Kupfer 0.010 Il 0.35 Stickstoff

   Rest Eisen und übliche Begleitelemente.

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