Development of a novel model for prediction of aggressive top-of-line corrosion with organic acids (ModTLC)

Å bruke rørledninger er det mest effektive middelet for å transportere olje og gass fra offshorefelt til land eller fra felt til plattformer og skip. Lavlegert karbonstål er det kostnadseffektive materialet i rørledninger, men bruk av det forutsetter at man kjenner stålets korrosjonshastighet og har metoder som er i stand til å begrense den. ModTLC-prosjektet studerer korrosjon som skjer på innsiden i toppen av rør med stor diameter. Når produksjonsstrømmen kjøles i rørledningen på veien fra de varme brønnene til prosessanlegget, vil vann kondensere ut på den kalde ståloverflaten og mer i toppen enn i bunnen av røret. Dette vannet er korrosivt siden det inneholder oppløste sure gasser (CO2 og H2S) og organiske syrer som maursyre og eddiksyre. Gassen i røret har høy hastighet og kan bære dråper av vann og kondensat som avsettes på ståloverflaten hvis de treffer den. Når man skal forutsi korrosjonshastigheten i rørledninger, bør man også ta hensyn til at vannfasene ofte blandes opp med etylenglykol for å hindre is og hydrater. I ModTLC utvikler man et dataprogram som vil være i stand til å estimere korrosjonshastigheten i toppen av rørledninger som transporterer gass, kondensat og vann over lange avstander, såkalt TLC (top-of-line corrosion). Det skal ha modeller for massetransport av syrer og glykol fra gassfase til vannfase på toppen av røret og beregne korrosjonshastigheten til stålet. Dataprogrammet skal også ha modeller for dråpedeponering og ta hensyn til dette når det beregner korrosjonshastigheten. Verktøyet som utvikles i prosjektet vil bedre beregninger av TLC-hastighet og legge til rette for å skreddersy metoder for å kontrollere den. Nye eksperimentelle data har blitt generert som fører til bedre forståelse av mekanismene til organisk syre-dominert korrosjon sammenlignet med karbonsyre-dominert korrosjon. Det ble nylig publisert både en oversiktsartikkel om TLC modellering og eksperimentelle resultater som tilsier at konsentrasjonen av udissosierte organiske syrer har en større innvirkning på korrosjonshastigheten enn pH, Prosjektet bruker den avanserte instrumenteringen ved IFE til å måle massetransport mellom gass og væskefase, og studerer de kjemiske reaksjonene som skjer på fuktige ståloverflater i rørledninger. Rammeverket til en «single-control-volume» simulator ble utviklet som legger til rette at del-modellene for korrosjonshastighet, massetransport og dråpedeponering virker sammen sømløst.

Carbon steel is being extensively used as a cost-effective option for pipelines transporting wet gas. It corrodes in water containing CO2, H2S and organic acids and needs to be protected by either a corrosion product film, various types of organic material (corrosion inhibitor, coating) or cladding with corrosion resistant alloys. Large diameter pipelines will normally have lower temperature at the top than at the bottom. Top-of-line (TOL) corrosion (TLC) is a result of water condensation in presence of acid gases (CO2 and H2S) and volatile organic acids (acetic and formic acid) at the upper part of a large diameter pipeline. The present TLC rate calculation tools account for the water condensation rate and the acid components in the gas. However, they assume thermodynamic equilibrium between the gas phase and the aqueous phase TOL. This will not be true for minor components like organic acids and monoethylene glycol (MEG) which have a fugacity in the gas in the millibar range or less. The gas will be depleted of these compounds when they dissolve TOL, unless they are replenished from the aqueous phase bottom of line (BOL). In addition, there can be transportation of droplets of the liquids from BOL, aqueous phase and light hydrocarbons, to the TOL. The inmix of BOL liquids in the condensed water has potentially a large effect. The delivery of the project will be a TLC rate model that accounts for all these effects. The tool will especially address organic acid induced TLC under sweet conditions (gas with CO2, no H2S), but some of the principles and the knowledge may also be applicable to sour conditions (gas with H2S). The various model components in the tool will be validated against measured data, and the project will have an extensive experimental program to generate empirical data for droplet distribution and deposition, mass transfer from gas to liquid TOL at high pressure and corrosion rate of carbon steel covered by thin water films.