Corrosion of AISI 316L in Fish Processing Facilities

Abstract

Fiskeforedlingsindustrien bruker mye prosessutstyr og rør konstruert av AISI 316L og AISI 340L rustfritt stål. Produksjonsutstyret er jevnlig utsatt for sjøvann, noe som har forårsaket korrosjons-relaterte problemer i flere anlegg. AISI 316L og AISI 304L regnes normalt ikke som sjøvannsbestandig, men til tross for en del problemer har utstyret totalt sett overlevd overraskende bra i disse anleggene. Imidlertid forekommer lokale korrosjons-angrep i form av spalt- og grop-korrosjon, noe som forårsaker lekkasjer og feil på utstyr.

Målet med denne oppgaven er å undersøke hvordan driftsforhold sammen med konstruksjons- og vedlikeholdsprosedyrer i fiskeforedlingsanlegg påvirker korrosjonsmotstanden til AISI 316L. I tillegg er det et mål å designe og konstruere et funksjonelt testoppsett for korrosjonstesting på eksterne lokasjoner i korrosive miljøer, slik at eksperimenter kan utføres i anleggene.

Arbeidet bestod av en innledende periode hvor testoppsettet ble designet, prototypet og konstruert, før de ble utplassert på foredlingsanleggene InnovaMar på Frøya, og InnovaNor på Senja, samt ved laboratoriet på NTNU. Testene utført på disse stedene var åpen kretspotential-tester på forskjellige prøver, inkludert AISI 316L prøver kuttet fra rørseksjoner hos InnovaNor. Potensiostatiske tester ved forskjellige temperaturer og potensialer ble også utført i laboratoriet for å finne ut hvilke forhold som kunne utløse initiering av korrosjon på prøvene. Etter disse testene ble noen av prøvene analysert ved hjelp av SEM og EDS.

Testoppsettet ga kontinuerlig data gjennom hele testperioden, noe som muliggjorde tett overvåking av prøvenes tilstand. Ved å sammenligne temperaturene og potensialene i anleggene med de potensiostatiske testene utført i laboratoriet, ble det funnet at spaltkorrosjon på både AISI 304L og AISI 316L kan oppstå i anleggene under normale driftsforhold. AISI 316L rør som ble sveiset uten korrekte sveiserutiner fikk også påvist gropkorrosjon under de samme forholdene. Mange prøver viste også tegn til initiering av gropkorrosjon når anleggene ble skrudd av, da prøvene ble utsatt for stillestående sjøvann og temperaturer opp mot 12°C i lengre tid.

Utstyret i anleggene rengjøres regelmessig, noe som ikke var tilfelle for prøvene i testkammeret. Resultatene fra disse testene, sammen med observasjoner av korrosjonsrelaterte feil i anleggene, indikerer imidlertid at dårlig sveisekvalitet, forhøyet temperatur ved produksjonsstans, og spalter i utstyr er kritiske faktorer for overlevelsesevnen til AISI 316L under driftsforholdene til fiskeforedlingsanlegg.

Fish processing facilities utilize a lot of process equipment and piping constructed of AISI 316L and AISI 340L stainless steel. The production equipment is intermittently exposed to seawater, which has caused several corrosion-related issues in many facilities.

The objective of this thesis is to investigate how the operating conditions, together with construction and maintenance procedures, in fish processing facilities affect the corrosion resistance of AISI 316L. Furthermore, to design and construct a functional test setup for corrosion testing at remote locations, in corrosive environments, so that experiments can be performed within the facilities.

The work consisted of an initial period where the test setup was designed, prototyped and constructed, before deployment to the processing facilities InnovaMar at Frøya and InnovaNor at Senja, together with the lab at NTNU. The tests performed at these locations were Open Circuit Potential tests on a variety of samples, including AISI 316L samples obtained from piping sections at InnovaNor. This was performed in order to monitor the state of the test samples in the operating conditions of the facility. Potentiostatic tests at different temperatures and potentials were also performed in the lab in order to determine what conditions could trigger the initiation of corrosion on the samples. After potentiostatic testing, SEM imaging and EDS were utilized to analyze some of these samples.

The test setup provided continuous, live, OCP data throughout the test period, allowing for close monitoring of the state of the samples. It was found that crevice corrosion on both AISI 304L and AISI 316L can occur in the facilities during normal operating conditions. AISI 316L piping that was welded without following proper welding routines suffered from pitting corrosion in the same conditions. Several samples did also show signs of pit initiation when the facilities were shut down, exposing the samples to stagnant seawater and temperatures up to 12°C for prolonged periods.

The equipment in the facilities is regularly cleaned, which was not the case for specimens in the test chamber. However, the results from these tests, together with observations of corrosion-related failures in the facilities, indicate that poor weld quality, elevated temperatures during halts in production, and crevices in equipment are critical factors regarding the survivability of AISI 316L in the operating conditions of fish processing facilities.