Schwefelwasserstoffkorrosion in der Öl- und Gasindustrie

Pipelines spielen im Öl- und Gassektor eine entscheidende Rolle, da sie den Transport von Produkten zu Aufbereitungsanlagen, Lagerdepots und Raffineriekomplexen erleichtern. Da diese Pipelines wertvolle und gefährliche Stoffe transportieren, hat jeder potenzielle Ausfall erhebliche finanzielle und ökologische Folgen, einschließlich des Risikos katastrophaler wirtschaftlicher Verluste und der Bedrohung von Menschenleben. Ausfälle können durch verschiedene Faktoren entstehen, darunter Korrosion (äußere, innere und Spannungsrisse), mechanische Probleme (wie Material-, Design- und Konstruktionsfehler), Aktivitäten Dritter (versehentlich oder absichtlich), betriebliche Probleme (Fehlfunktionen, Unzulänglichkeiten, Störungen von Sicherungssystemen oder Bedienfehler) und Naturereignisse (wie Blitzeinschläge, Überschwemmungen oder Landverschiebungen).

Dargestellt ist die Verteilung der Ausfälle über 15 Jahre (1990–2005). Korrosion ist der Hauptfaktor und verursacht 46,6 % der Ausfälle bei Erdgaspipelines und 70,7 % bei Rohölpipelines. Eine von einem renommierten Öl- und Gasunternehmen durchgeführte Korrosionskostenanalyse ergab, dass sich die Ausgaben für Korrosion im Geschäftsjahr 2003 auf etwa 900 Millionen US-Dollar beliefen. Die durch Korrosion verursachten globalen Kosten im Öl- und Gassektor belaufen sich auf etwa 60 Milliarden US-Dollar. Allein in den Vereinigten Staaten belaufen sich die dokumentierten korrosionsbedingten Kosten in solchen Branchen auf 1,372 Milliarden US-Dollar. Angesichts der steigenden Nachfrage nach Energie aus Öl und Gas und den damit verbundenen Bedenken wird außerdem erwartet, dass die weltweiten Korrosionskosten in der Branche weiter steigen. Daher besteht ein dringender Bedarf an proaktiven Risikobewertungen, die Kosteneffizienz und Sicherheit in Einklang bringen.

Die Gewährleistung der Integrität von Pipelines ist für einen sicheren Betrieb, den Umweltschutz und die Funktionalität wichtiger Produktionsanlagen von größter Bedeutung. Korrosion stellt sowohl von außen als auch von innen eine ernsthafte Bedrohung dar. Äußere Korrosion kann durch Faktoren wie Sauerstoff und Chlorid in der äußeren Umgebung verursacht werden [6]. Im Gegensatz dazu kann innere Korrosion auf Substanzen wie Schwefelwasserstoff (H2S), Kohlendioxid (CO2) und organische Säuren zurückzuführen sein, die in der Produktionsflüssigkeit vorhanden sind. Unüberwachte und unkontrollierte Rohrleitungskorrosion kann zu Lecks und katastrophalen Ausfällen führen. Interne Korrosion stellt ein erhebliches Problem dar und macht etwa 57,4 % bzw. 24,8 % der Korrosionsausfälle in Rohöl- bzw. Erdgaspipelines aus. Die Bekämpfung der inneren Korrosion ist für die Wahrung der Integrität und Sicherheit der Branche unerlässlich.

Im Öl- und Gassektor wird Korrosion typischerweise in zwei Haupttypen eingeteilt: Süß- und Sauerkorrosion, die in Umgebungen vorherrscht, die durch erhöhte Partialdrücke von H2S und CO2 (PH2S und PCO2) gekennzeichnet sind. Diese besonderen Formen der Korrosion stellen die Branche vor große Herausforderungen. Korrosion wird basierend auf dem Verhältnis von PCO2 zu PH2S weiter in drei Bereiche eingeteilt: Süßkorrosion (PCO2/PH2S > 500), Süß-Sauer-Korrosion (PCO2/PH2S im Bereich von 20 bis 500) und Sauerkorrosion (PCO2/PH2S

Zu den kritischen Faktoren, die die Korrosion beeinflussen, gehören PH2S- und PCO2-Werte sowie Temperatur und pH-Werte. Diese Variablen wirken sich erheblich auf die Auflösung korrosiver Gase aus und beeinflussen dadurch die Geschwindigkeit und den Mechanismus der Bildung von Korrosionsprodukten in süßen und sauren Umgebungen. Die Temperatur beschleunigt chemische Reaktionen und erhöht die Gaslöslichkeit, was sich auf die Korrosionsgeschwindigkeit auswirkt. Der pH-Wert bestimmt den Säuregehalt oder die Alkalität der Umgebung, wobei ein niedriger pH-Wert die Korrosion beschleunigt und ein hoher pH-Wert möglicherweise lokale Korrosionsmechanismen auslöst. Gelöste CO2- und H2S-Gase erzeugen im Wasser ätzende Säuren, die mit Metalloberflächen reagieren und weniger schützende Verbindungen bilden, wodurch die Korrosion beschleunigt wird. Bei süßer Korrosion entstehen typischerweise Metallcarbonate (MeCO3), während bei saurer Korrosion verschiedene Metallsulfidbildungen entstehen.

Im Öl- und Gassektor stellen Materialausfälle aufgrund von Korrosion sowohl in sauren als auch in süßen Umgebungen verschiedene Sicherheits-, Wirtschafts- und Umweltprobleme dar. Abbildung 2 zeigt den relativen Beitrag verschiedener Formen von Korrosionsausfällen in den 1970er Jahren. Durch H2S verursachte saure Korrosion gilt als Hauptursache für korrosionsbedingte Störungen in dieser Branche, wobei ihre Prävalenz im Laufe der Zeit stetig zunimmt. Für die Bewältigung der damit verbundenen Risiken in der Erdölindustrie sind die proaktive Bekämpfung von Säurekorrosion und die Einführung vorbeugender Maßnahmen unerlässlich.

Der Umgang und die Verarbeitung H2S-haltiger Stoffe stellen im Öl- und Gassektor große Herausforderungen dar. Es ist unerlässlich, die Feinheiten der H2S-Korrosion zu verstehen, da sie eine erhebliche Bedrohung für Ausrüstung und Infrastruktur darstellt und das Risiko von Strukturversagen und möglichen Unfällen erhöht. Diese Art von Korrosion verkürzt offensichtlich die Lebensdauer der Ausrüstung und macht kostspielige Wartungs- oder Austauscharbeiten erforderlich. Darüber hinaus wird die betriebliche Effizienz beeinträchtigt, was zu einer geringeren Leistung und einem erhöhten Energieverbrauch führt.

Das Verständnis und die Bewältigung der Herausforderungen, die H2S-Korrosion in solchen Branchen mit sich bringt, bringen spürbare Vorteile mit sich. Durch die Vermeidung von Ausfällen und die Wartung der Ausrüstung werden die Sicherheitsmaßnahmen gestärkt und die Möglichkeit von Unfällen und Folgen für die Umwelt verringert. Diese Strategie verlängert auch die Lebensdauer der Ausrüstung, verringert den Bedarf an kostspieligem Austausch und minimiert die für Reparaturen erforderlichen Ausfallzeiten. Darüber hinaus verbessert es die betriebliche Effizienz, indem es effektive und konsistente Abläufe gewährleistet, den Energieverbrauch senkt und die Durchflusszuverlässigkeit erhöht.

Die Erkundung von Bereichen für weitere Untersuchungen, einschließlich fortschrittlicher Beschichtungstechnologien, neuer Materialien, elektrochemischer Prozesse und neuer Technologien, ist von wesentlicher Bedeutung. Die Entwicklung innovativer Ansätze wie kontinuierliche Überwachungssysteme und prädiktive Modellierung zeigt das Potenzial zur Verbesserung von Vorsorgemaßnahmen. Der Einsatz fortschrittlicher künstlicher Intelligenz und fortschrittlicher Analysen zur Verwaltung, Vorhersage und Kontrolle von Korrosion ist ein aufstrebendes Gebiet, das weiterer Erforschung bedarf.

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