Evaluation of Stress Corrosion Cracking Damage to an API 5L X52 Pipeline Transporting Ammonia: A Case Study

Abstract

The high number of leak events that took place in recent years at a 25.4 cm (10") Ø pipeline transporting anhydrous liquid ammonia, located in the Southeast of Mexico, was the main reason to carry out a number of field studies and laboratory tests that helped establish not only the failure causes but also mitigation and control solutions. The performed activities included direct evaluation at failure sites, total repair programs, metallographic studies and pipeline flexibility analyses. The obtained results were useful to conclude that the failures obeyed a cracking mechanism by Stress Corrosion Cracking (SCC) which was caused by the combined effect of different factors: high stress resistance, high hardness of the base metal with a microstructure prone to brittleness and residual strains originated during the pipeline construction. From the operative, logistic and financial standpoints, it is not feasible to release the stress of approximately 22 km of pipeline. Therefore, the only viable solution is to install a new pipeline with suitable fabrication, construction and installation specifications aimed at preventing the SCC phenomenon.

Análise Da Viabilidade Técnica Do Transporte De Amônia Em Oleodutos

“…Oúnico problemaé que o fluido pode causar severos danos, incluindo aos da classe API 5L, através da corrosão sob tensão, CST, queé um tipo específico de corrosão que acontece pela combinação de três fatores: um material suscetível a CST, um meio que cause CST nesse material e níveis suficientes de tensão. [25,28] A tabela a seguir apresenta a compatibilidade de alguns materiais com a amônia anidra. CSTé considerada como sendo a principal causa das falhas mecânicas nos metais.É uma falha considerada catastrófica pelo fato de geralmente ser difícil de detectar os danos na superfície do material causados por CST.…”

“…Em relação aos aços, quanto maior a sua dureza e resistência, mais suscetíveis estão a CST. [28,30] Na figura a seguir,é possível observar uma dessas fissuras em um duto de escoamento de amônia líquida. Fonte: [28] As tensões necessárias para que os aços sofram CST em meio de amônia são tensões altas, acima do limite de escoamento.…”

“…[28,30] Na figura a seguir,é possível observar uma dessas fissuras em um duto de escoamento de amônia líquida. Fonte: [28] As tensões necessárias para que os aços sofram CST em meio de amônia são tensões altas, acima do limite de escoamento. Porém a presença de oxigênio pode fazer com que tensões muito mais baixas, que podem ser de trabalho ou mesmo tensões residuais, causem CST.…”

“…Na instalação, onde são realizadas soldas circunferenciais para união dos tubos, os tratamentos térmicos são realizados em campo. [27,28] A adição de, pelo menos, 0,2% deágua na amônia anidra,é suficiente para transformar a mistura num meio não danoso aos aços. Issoé prática difundida nos Estados Unidos, o país com maior número de dutos que transportam amônia na fase líquida.…”

“…Sendo assim, o transporte dessa mistura, amônia eágua, não apresenta risco de comprometer a integridade dos dutos, via CST, o que poderia acontecer caso o transporte se desse pela amônia anidra. [25,28,30] 3.3 Revisão de Mecânica dos Fluidos…”