2012
BÁSICO DE CORROSIÓN
PhD Pablo Rodríguez
1.
Contenido UNIDAD. PRINCIPIOS DE CORROSIÓN .......................... .......................... ......................... ....... 7
1.1.
INTRODUCCIÓN ........................... ......................... ......................... .......................... ....... 7
1.1.1. 1.2.
INFLUENCIA DE LOS FACTORES METALÚRGICOS EN LA CORROSIÓN.......................... ...... 8
1.2.1 1.3.
PRINCIPIOS GENERALES DE LA CORROSIÓN ......................... ......................... ........... 7
Introducción ........................... .......................... ......................... ........................... .. 8
Principios de la corrosión......................... .......................... ......................... .................... 8
1.3.1.
Factores metalúrgicos ........................... ......................... .......................... ............... 8
1.3.2.
Aleaciones ........................... ......................... ......................... .......................... ..... 10
1.4.
Influencia de los factores termodinámicos y electroquímicos........................................ 11
1.4.1.
Introducción ........................... .......................... ......................... ........................... 11
1.5. POLARIZACIÓN. INFLUENCIA INFLUENCIA DE LOS FACTORES FISICOQUÍMICOS Y AMBIENTALES EN LA CORROSIÓN. PREVENCIÓN. ...................................................................................................... 16 1.5.1.
Polarización ......................... ......................... ......................... .......................... ..... 16
1.5.2.
Introducción ........................... .......................... ......................... ........................... 16
1.6. 2.
Prevención de la corrosión................................... ........................... .......................... .... 21
UNIDAD. TIPOS DE CORROSIÓN ........................... ......................... .......................... ............. 23 2.1.
INTRODUCCIÓN ........................... ......................... ......................... .......................... ..... 23
2.2.
Tipos de corrosión .......................... .......................... ......................... ........................... 23
2.2.1.
Corrosión uniforme.......................... .......................... ......................... .................. 23
2.2.2.
Corrosión galvánica.......................... .......................... ......................... .................. 24
2.3.
CORROSIÓN POR HENDIDURAS, PICADURAS E INTERGRANULAR............................... .... 31
2.3.1
Introducción ........................... .......................... ......................... ........................... 31
2.3.2
Corrosión por hendiduras ........................ ........................... ......................... ......... 32
2.3.3
Corrosión por picaduras ........................ ......................... .......................... ............. 33
2.4
CORROSIÓN INTERGRANULAR POR ATAQUE SELECTIVO Y EROSIÓN.............................. 35
2.4.1
CORROSIÓN INTERGRANULAR........................... .......................... .......................... 35
2.4.2
INTRODUCCIÓN ........................... .......................... ......................... ...................... 35
2.4.3
CARACTERÍSTICAS GENERALES .......................... .......................... .......................... 36
2.4.4
LA CORROSIÓN INTERGRANULAR ........................... ......................... ...................... 36
2.4.5
Corrosión por ataque selectivo............................... .......................... ..................... 40
2.4.6
Erosión / corrosión........................... .......................... ......................... .................. 40
3 2.5
2.5.1
Introducción ........................... .......................... ......................... ........................... 50
2.5.2
Corrosión por esfuerzos (stress corrosión cracking) ......................... ..................... 50
2.5.3
Corrosión por fatiga ......................... .......................... ......................... .................. 53
2.6
4.
CORROSIÓN BACTERIOLÓGICA. DAÑO POR HIDROGENO ......................... ..................... 55
2.6.1
Introducción ........................... .......................... ......................... ........................... 55
2.6.2
Corrosión bacteriológica ........................... .......................... ......................... ......... 56
2.6.3
Daño por hidrógeno ......................... .......................... ......................... .................. 57
2.7
3.
CORROSIÓN POR ESFUERZO Y POR FATIGA ........................ ......................... .................. 50
CORROSIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA, PETROQUÍMICA Y GAS........................... .... 59
2.7.1
Introducción ........................... .......................... ......................... ........................... 59
2.7.2
Corrosión en instalaciones de subsuelo ........................... ......................... ............. 60
2.7.3
Corrosión en instalaciones de superficies. ........................... ......................... ......... 61
2.7.4
Equipos de procesamiento de gas .......................... ......................... ...................... 63
2.7.5
Corrosión por dióxido de carbono.(CO2) ................................................................ 64
2.7.6
Corrosión por H2S en acero al carbono .................................................................. 65
UNIDAD. INHIBIDORES DE CORROSIÓN ........................ .......................... ......................... ..... 69 3.1
Introducción ........................... ......................... ........................... ......................... ......... 69
3.2
Inhibidores de corrosión en la industria petrolera. .......................... .......................... .... 69
3.2.1
Introducción ........................... .......................... ......................... ........................... 69
3.2.2
Inhibidores de corrosión ........................... .......................... ......................... ......... 69
UNIDAD. DETECCIÓN Y MEDICIÓN DE LA CORROSIÓN ........................ ......................... ......... 73 4.1
Introducción ........................... ......................... ........................... ......................... ......... 73
4.2
CONSIDERACIONES CONSIDERACIONES GENERALES ....................... ........................... ......................... ......... 73
4.2.1 4.3
5.
Introducción ........................... .......................... ......................... ........................... 73
DETECCIÓN Y MEDICIÓN DE LA CORROSIÓN ........................... ......................... ............. 73
4.3.1
Identificación de las fuentes potenciales de corrosión......................... .................. 74
4.3.2
Pruebas para condiciones condiciones corrosivas .......................... ......................... .................. 75
4.3.3
Medición de la tasa de corrosión....................... ......................... ........................... 77
4.3.4
Control de la corrosión.......................... ......................... .......................... ............. 83
UNIDAD. SELECCIÓN DE MATERIALES PARA REDUCIR REDUCIR LA TASA DE CORROSIÓN..................... 86 5.1
Introducción ........................... ......................... ........................... ......................... ......... 86
5.2
SELECCIÓN DE MATERIALES PARA REDUCIR LA TASA DE CORROSIÓN........................ .... 86
4 5.2.1
Introducción ......................................................................................................... 86
5.2.2
Metales y aleaciones............................................................................................. 86
6. UNIDAD. PROTECCIÓN CATÓDICA Y REVESTIMIENTO. CONTROL DE CORROSIÓN MEDIANTE EL DISEÑO APROPIADO .................................................................................................................... 92 6.1
Introducción ................................................................................................................. 92
6.2
Selección de protección catódica y revestimiento. ........................................................ 92
6.2.1
Introducción ......................................................................................................... 92
6.2.2
Protección catódica.......................... ..................................................................... 92
6.3
A.
CONTROL DE CORROSIÓN MEDIANTE EL DISEÑO APROPIADO ...................................... 98
6.3.1
Introducción ......................................................................................................... 98
6.3.2
Control de corrosión mediante el diseño apropiado .............................................. 98
Anexo 1. CORROSIÓN Y SELECCIÓN DE MATERIALES. PREVENCIÓN .................................... 101
5
CORROSIÓN Y SELECCIÓN DE MATERIALES. IMPACTO EN LOS DISEÑOS MECÁNICOS DE EQUIPOS.
INTRODUCCIÓN El m ódulo corro sión y selección de materiales. Imp acto en lo s d iseñ os m ecánic os d e equip os , está dirigido a abordar lo referente a los principios
básicos de corrosión y métodos para prevenirla, así como también a la selección de materiales para la construcción de equipos que sean resistentes a la corrosión. Por otra parte, en este módulo se analizan aspectos como: Utilización de recubrimientos protectores, uso de inhibidores y empleo de protección catódica.
OBJETIVO GENERAL Analizar los módulos de monitoreo, medición y prevención de los ambientes corrosivos, señalando las ventajas y desventajas de cada método.
6
Unidad
1
Principios de corrosión
1. UNIDAD. PRINCIPIOS DE CORROSIÓN
1.1. INTRODUCCIÓN Corrosión se define como la destrucción o deterioro de un material debido a las reacciones con el medio ambiente. La corrosión de metales es un proceso electroquímico; en tal sentido, en el primer tema de de esta unidad se abordan los aspectos electroquímicos de corrosión, lo cual es esencial para la compresión de este fenómeno.
1.1.1. PRINCIPIOS GENERALES DE LA CORROSIÓN 1.1.1.1
Alg un as con sideracio nes
En general, todos los ambientes son corrosivos como son por ejemplo: el aire, la humedad el agua dulce y salada, las atmosferas industriales y urbanas, los gases, los ácidos orgánicos e inorgánicos, etc. La mayoría de los metales, como el hierro, se encuentran en vetas en forma de óxidos metálicos o sales, y el hierro en estado natural se parece mucho al óxido (tipo de corrosión comúnmente visto), esto no es coincidencia ya que el hierro en estado natural es óxido de hierro comúnmente llamado hemetita, la cual tiene la misma composición química del óxido (producto de corrosión), cuya fórmula química es Fe2O3. Los metales cuando se encuentran en su estado natural, se dice que poseen un estado termodinámico estable. Sin embargo, en los procesos de manufacturas y otros, a esos metales se le añade energía durante el proceso con el fin de lograr aleaciones. En algunos casos su estado termodinámico cambia. Cuando el metal es procesado para la fabricación del acero y luego es expuesto al medio ambiente, existe una tendencia de regresar a su estado natural original para formar compuestos, como por ejemplo hidróxido de hierro, cuya fórmula química es Fe(OH)3. El ciclo de procesamiento del hierro es análogo a empujar una pelota cuesta arriba (procesamiento), la cual requiere de energía para ser trasladada hasta la cúspide. En este caso el proceso de corrosión seria análogo a dejar caer la pelota cuesta abajo, proceso durante el cual se libera la energía acumulada hasta llegar abajo. En este punto la pelota se detiene y alcanza un estado de energía mínimo (estado termodinámico estable). Esto correspondería al estado natural del hierro.
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El trabajo del especialista de corrosión, es prevenir que la pelota ruede cuesta abajo o que al menos ruede con menor velocidad. Entre otras cosas, como dice Robert Brown, en su artículo (ver referencia 1) “el ingeniero de corrosión tiene gran y difícil trabajo de despertar y promover la conciencia de lo que significa la corrosión (concientizar), ya que después de todo, hoy por hoy, hay muchos Ingenieros Químicos, Mecánicos, Civiles y otros que continúan diseñando y construyendo con problemas de corrosión y erosión.
1.2.
INFLUENCIA DE LOS FACTORES METALÚRGICOS EN LA CORROSIÓN
1.2.1 Introducción
Para prevenir la corrosión o disminuir su efecto es muy importante conocer el impacto que tienen los factores ambientales en los diferentes materiales. Por esta razón es necesario estudiar diferentes aspectos como son los metalúrgicos, termodinámicos, fisicoquímicos y ambientales. Esto indica que la corrosión es un proceso complejo donde intervienen un número apreciable de disciplinas como por ejemplo, Ingeniería, Finanzas, Legal y otras. En este tema se hace una descripción de la influencia de algunos de los factores ya mencionados.
1.3.
PRINCIPIOS DE LA CORROSIÓN
La resistencia a la corrosión de un material depende de factores tales como:
Metalúrgicos Termodinámicos Electroquímicos Físico/químicos y ambientales
1.3.1. Factores metalúrgicos
Los metales y sus diferentes aleaciones son sólidos de estructura cristalina. Las tres estructuras cristalinas más comunes son la cúbica de cuerpo centrado (BCC) por ejemplo α-Fe, β-T; cúbica de cara centrada (FCC) por ejemplo Al, Cu, gamma-Fe; y la hexagonal de cuerpo centrado (IICC) por ejemplo Zn, Mg; y se encuentran ilustradas en la figura No. 1 (3). De estas estructuras, la FCC y la HCC son las más
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compactas. Las estructuras cristalinas son definidas de esta manera ya que son las formas geométricas en las cuales se encuentran distribuidos los átomos en un metal al solidificarse. Son estas estructuras las que determinan las propiedades mecánicas de los metales e indirectamente sus propiedades de resistencia a ambientes corrosivos. Por ejemplo un acero tipo API N-80 con una microestructura perlítica (BCC) tiene características mas favorables para la formación de capas protectoras contra la corrosión en cisternas de CO 2 que el mismo API N-80 con una microestructura de martensita revenida (4). Cuando el metal se ha solidificado y enfriado se crean los bordes entre los granos del metal. Los bordes de los granos son áreas de mucha energía y son los más activos químicamente y es por eso que son atacados más rápidamente que las mismas caras del grano cuando son expuestas a ambientes corrosivos. Un ejemplo de esto es cuando se realiza una acidificación metalográfica para visualizar el contraste entre los granos.
Figura No. 1. Esquema de las estructuras FCC, HCP
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También, las zonas de imperfección en la estructura cristalina de los metales son puntos susceptibles a la corrosión. Las zonas de imperfección se manifiestan como interrupciones en las cadenas de átomos que forman el cristal. Estas interrupciones aparecen por la ausencia de una matriz de átomos, la presencia de un átomo impuro o por la presencia de una matriz de átomos en lugar equivocado. La figura No. 2 muestra las zonas de imperfección más comunes.
Figura No. 2. Representación de un cristal sólido, ilustrando los puntos de imperfección.
1.3.2.Aleaciones
Son mezclas de dos o más metales o elementos para cambiar las propiedades mecánicas, físicas, químicas y de resistencia a corrosión de los materiales. Existen dos clases de alcaclones: homogéneas y heterogéneas. Las aleaciones homogéneas son soluciones solidas de componentes que son totalmente solubles y el metal tiene una sola fase como por ejemplo el acero 18-8, en el cual el hierro, níquel, cromo y carbón se encuentran disueltos completamente y tienen una composición uniforme. Las aleaciones heterogéneas son aquellas que tiene una o
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más fases separadas y sus componentes no son completamente solubles y existen en fases separadas. Por lo general, las aleaciones homogéneas son más dúctiles y tienen menor resistencia a esfuerzos que las heterogéneas. Las aleaciones homogéneas son más resistentes a la corrosión ya que no existen acoples galvánicos entre los granos del material. Mientras más puros son los metales, son más resistentes a la corrosión. Por ejemplo zinc puro no se corroe en HCL puro, pero cualquier material comercial de zinc reacciona rápidamente. Pero los metales puros son caros y no tienen las propiedades mecánicas deseables. Un ejemplo típico de la resistencia a la corrosión de metales puros se encuentra en la India en la Ciudad de Nueva Delhi en la cual se encuentra una columna de hierro que ha sobrevivido por más de 2.000 años con señales mínimas de corrosión. Se ha encontrado que esta columna tiene un 99.72% de hierro puro y sólo cantidades pequeñísimas de azufre y fosforo.
1.4. INFLUENCIA DE LOS FACTORES TERMODINÁMICOS Y ELECTROQUÍMICOS. 1.4.1. Introducción
La Termodinámica y la Electroquímica son ciencias que han ayudado a explicar unan cantidad apreciable de fenómenos que tienen lugar durante un proceso de corrosión. Por ejemplo, mediante estas ciencias se puede conocer si una reacción puede ocurrir de una manera espontanea o si en cambio es necesario agregar cierta cantidad de energía para que la reacción sea posible. Las reacciones electroquímicas se caracterizan por un cambio de energía que debe ser calculado en los procesos de corrosión. En este tema se estudian tanto los factores termodinámicos como los electroquímicos que tienen un efecto directo en los procesos de corrosión.
1.4.2. Factores termodinámicos y electroquímicos Termodinámica es la ciencia que estudia los cambios de energía y ha sido aplicada a estudios de corrosión por muchos años. En corrosión la termodinámica nos indica si una reacción puede ocurrir espontáneamente o no. Para esto utilizamos el concepto de energía libre. El sistema de producir trabajo o de la capacidad eléctrica máxima disponible en el sistema. Si el cambio de energía libre de un estado a otro de un sistema es negativo, indica una pérdida de energía libre la dirección del
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sistema. Si no existen fuerzas externas actuando en un sistema, el sistema siempre tratará de transformarse a un estado donde su energía sea el mínimo. Si el cambio de energía libre es positivo, entonces implica que la reacción ocurre si se le añade energía al sistema. Todos los procesos, inclusive las reacciones químicas están gobernadas por la En erg ía Li b re d e Gibb s . Durante un proceso, el cambio de la energía libre está representado por la siguiente ecuación: ∆G=H-T ∆S
(C-1)
Para reacciones electroquímicas el cambio en energía libre puede ser calculado utilizando la siguiente ecuación: ∆G= -nFE
(C-2)
Donde:
n = Número de electrones envueltos en la reacción. F = La constante de Faraday = 96.484,56 culombios/moles. E = Potencial de la celda. Para que una reacción sea posible G tiene que ser negativa, por lo tanto E tiene que ser positiva. Si un pedazo sólido de hierro se sumerge en una solución que contenga iones de hierro (Fe++), existe un diferencial de potencial entre el pedazo de hierro y los iones de hierro E [Fe/Fe++]. Si la concentración de los iones de hierro es de un gramoátomo/litro (concentración de actividad unitaria) entonces el potencial medido se denomina potencial de media celda), E o. Este potencial se mide con un voltímetro, en referencia a un electrodo inerte colocado, en la misma solución. La figura No. 3 muestra gráficamente esta medición. Se ha establecido como norma que todos los potenciales de media celda sean medidos con referencia al electrodo de hidrogeno. Sabemos que hidrogeno es un gas, entonces para hacer esta medición se utiliza platino como la superficie inerte donde burbujas de hidrogeno se deslizan para hacer el electrodo de hidrogeno. Las reacciones termodinámicas sirven como guía para determinar las reacciones que son termodinámicamente posibles bajo las circunstancias dadas. Resumiendo, podemos decir que un metal tiende a corroerse cuando está en contacto con una solución donde las reacciones catódicas son posibles con un potencial de equilibrio mayor que el de las reacciones de disolución del metal.
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Es importante mencionar de nuevo que la termodinámica indica las reacciones que son posibles pero no dice nada acerca de la velocidad a la cual ocurren. Una reacción que sea termodinámicamente posible puede estar ocurriendo a tasas tan lentas que para los propósitos de la practica se puede decir que no ocurre del todo.
Figura No.3. Celda que contiene electrodos de hierro e hidrógeno para la medición de potenciales.
1.4.3. Reacciones electroquímica Las reacciones electroquímicas son aquellas que producen o consumen electrones. Ejemplo de estas reacciones podemos indicar las siguientes: 1. Zn + 2HCl --------------→ ZnCl 2 + H2 2. Fe + 2HCl --------------→ FeCl2 + H2 3. 2Al + 6HCl -------------- → 2AlCl3 + 3H2 Cada una de estas reacciones están compuestas por reacciones anódicas y catódicas. Las reacciones anódicas son: Zn + 2HCl --------------→ Zn2+ 2eFe + 2HCl --------------→ Fe2+ 2e2Al + 6HCl --------------→ Al3+2e-
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La reacción catódica para este caso es una sola para los tres: 2H+ + 2e- --------------→2+ Ya que ésta es la única reacción que ocurre en el cátodo en soluciones de HCl libres de O2. Entonces podemos resumir que las relaciones anódicas son aquellas que producen electrones (oxidación). Zn + 2HCl --------------→ Zn2+ 2eFe + 2HCl --------------→ Fe2+ 2eLas reacciones catódicas son aquellas que consumen electrones (reducción). Evolución de hidrógeno (soluciones ácidas libres de O 2) Reducción de oxigeno (soluciones acidas) Reducción de oxigeno (soluciones básicas o neutras) Reducción de iones Deposición de metal
Durante el proceso de corrosión:
2H+ + 2 . ---------→ H2 + . O2 + 4H 4 ---------→ 2H2O O2 + 2H2O4 . ---------→ 4O. . M3 + ---------→ M2+ . M+ + ---------→ M
a) Puede ocurrir más de una reacción de oxidación y una reacción de reducción. b) Reacciones anódicas y catódicas son dependientes una de otra; si se producen reacciones anódicas se producen también reacciones catódicas; por lo tanto es posible reducir la corrosión reduciendo una de las dos reacciones. El proceso de corrosión de los metales es generalmente un proceso electroquímico, ya que produce el flujo de electrones.
Para que ocurra la corrosión tiene que intervenir cuatro factores: Ánodos Son áreas en el metal donde ocurren reacciones anódicas o reacciones de oxidación. Reacciones anódicas son aquellas que producen electrones. Los ánodos se encuentran presentes en el metal debido a imperfecciones de superficies, inclusiones o impurezas, concentración de esfuerzos, cambios de ambientes, etc. Son áreas en el metal donde ocurren reacciones anódicas o reacciones de oxidación. Reacciones anódicas son aquellas que producen electrones. Los ánodos se encuentran presentes en el metal debido a imperfecciones de superficies, inclusiones o impurezas, concentración de esfuerzos, cambios de ambientes, etc.
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Cátodos Son áreas en el metal donde ocurren reacciones catódicas o reacciones de reducción, es decir, aquellas que consumen electrones. Electrolito Es toda aquella solución que permite la transferencia de cargas en forma de iones entre el ánodo y el cátodo. Por ejemplo: condensación de agua, agua de producción, agua de lluvia, agua de mar, etc. Contacto metálico Para explicar el proceso de corrosión con sus cuatro condiciones obsérvese la figura No. 4, la cual representa una celda de corrosión. En esta figura, el ánodo puede ser representado por hierro y el cátodo por cobre, el contacto metálico está representado por un cable que va del ánodo al cátodo por cobre, el contacto metálico está representado por un cable que va del ánodo al cátodo y para este ejemplo el electrolito es una solución de llCl en agua completamente sin oxigeno. En la figura, se puede observar que el ánodo por el proceso de corrosión, produce dos electrones por cada ion de hierro en forma de ferroso que se desprende a la solución, al mismo tiempo, en el cátodo se consumen estos dos electrones para producir una burbuja de hidrogeno (H 2), utilizando dos iones de hidrógeno. Esta burbuja de hidrógeno se libera en forma de gas a la atmósfera o se adhiere a la superficie del cátodo.
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Figura No. 4. Caída de corrosión
1.5. POLARIZACIÓN. INFLUENCIA DE LOS FACTORES FISICOQUÍMICOS Y AMBIENTALES EN LA CORROSIÓN. PREVENCIÓN. 1.5.1.Polarización 1.5.2.Introducción
En corrosión es muy importante estudiar los fenómenos de polarización, pasivación y velocidad de corrosión. Esto se debe a que una gran cantidad de los procesos de corrosión se explican mediante terminologías que incluyen: Ánodos, cátodos, electrolitos, y contacto metálico. En cuanto a la pasivación encontramos que productos de corrosión en un número importante de casos se utilizan para controlar la misma corrosión. La velocidad de corrosión es un factor de suma importancia en el diseño de Tuberías y Equipos por cuanto este parámetro es fundamental para determinar el desgaste que por corrosión puede tener lugar en tuberías y equipos.
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En este tema se revisan los efectos de factores físico-químicos y ambientales en el proceso de corrosión, así como también metodologías para prevenirlas. La poralización se puede explicar de la siguiente manera, para el caso de la celda de corrosión de la figura No. 4, si el ánodo es un material que tiene un potencial A con respecto al hidrógeno y el cátodo es otro material que tiene un potencial B con respecto al hidrogeno, una vez que estos dos materiales están conectados por un cable como es el caso de la celda de corrosión, el proceso de corrosión empieza hasta que ambos materiales alcanzan un equilibrio, tanto el ánodo como el cátodo han alcanzado un potencial diferente al que tenían al principio, cuando esto ha ocurrido, se dice que los electrodos están polarizados.
1.5.1.1
Polarización po r co ncent ración
A medida que la burbuja de hidrogeno se absorbe a la superficie del cátodo, éste le resta superficie de reacción al cátodo, por lo que la velocidad de corrosión disminuye por este efecto. Pero si algún movimiento es incluido a la solución remueve estas burbujas de la superficie del cátodo permitiendo que el proceso de corrosión continué. Al mismo tiempo, la corrosión puede estar controlada por la difusión de los iones de hidrogeno (H+) en la solución hacia la superficie del cátodo. En estos dos casos de dice que la corrosión está controlada por un proceso de Poralización por Concentración o difusión. Esto quiere decir que si la velocidad de corrosión aumenta por el incremento en velocidad o agitación de la solución es porque las reacciones catódica están controladas por polarización por concentración.
1.5.1.2
Polar ización po r activ ación
Esto se refiere al proceso electroquímico que está controlado por la secuencia de reacciones que ocurren en la interfaz entre la superficie del metal y el electrolito. Esto se debe a que primero la especie a ser reducida en el cátodo debe ser absorbida a la superficie antes que cualquier reacción pueda suceder; después viene la transferencia del electrón a la especie, resultando en la reacción; luego dos átomos de hidrógeno se combinan para formar una burbuja de hidrógeno.
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1.5.1.3
Pasivación
Este fenómeno ha fascinado a los especialistas por más de 120 años (6), y es difícil de definir por su naturaleza compleja y las condiciones específicas a las cuales ocurre. En vocabulario simple, pasividad es la perdida de actividad química de ciertos metales bajo condiciones particulares. Existen ciertos metales que cuando se han pasivo son tan inertes como el platino y el oro. Esta es una propiedad que favorece al Ingeniero ya que varios de los utilizados en Ingeniería poseen esta propiedad, como son por ejemplo: níquel, titanio, cromo, hierro, etc.
1.5.1.4
Facto res fis icoq uím ico s y amb ientales
Los factores fisicoquímicos están relacionados con el mecanismo de las reacciones de corrosión en sí, las condiciones de las superficies de los metales, y otras propiedades que no se discutirán en este curso.
Efecto del oxígeno y oxidantes.
Durante la corrosión, la tasa de reacciones de oxidación es igual a la tasa de reacciones de reducción, o en términos más sencillos, la producción y consumo de electrones son iguales. Este principio permite explicar por qué una solución ácida que contiene oxígeno disuelto es más corrosiva que la misma solución libre de oxígeno. Por ejemplo, en el caso de Zn en una solución sin O 2 su reacción de corrosión es la siguiente: Zn +2HCl ---------→ ZnCl2 + H2 Siendo la reacción catódica: 2H+ + 2 . ---------→ H2 En presencia de O2 la reacción seria: O2 + 4H+ + 4 . ---------→ 2H2O
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Esto quiere decir que el Zn tiene que reaccionar dos veces más para poder producir los 4 . requeridos. Conducta similar se puede observar en presencia de oxidantes como Fe 3+ (FeCl3). Conductas como ésta se pueden representar gráficamente para diferentes metales en la figura No. 5.
Efecto del oxígeno y oxidantes.
Figura No. 5(6)
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Efecto de velocidad Este puede estar representado por la figura No. 6
Figura No. 6
La velocidad del fluido no tiene efecto en la velocidad de corrosión (B). Por el contrario, si la corrosión se encuentra controlada por polarización de concentración, a medida que la velocidad del fluido aumenta la velocidad de corrosión también aumenta (A). Muchos materiales bajo ciertos medios, forman películas protectoras en la superficie. Existen velocidades del fluido a las cuales estas películas protectoras se deterioran y la velocidad de corrosión incrementa (C). A la velocidad que define este punto de incremento en la velocidad de corrosión se le denomina crítica o velocidad de erosión. Esta velocidad crítica depende de las propiedades del producto de corrosión que forma la película protectora. Para el caso cuando se utilizan inhibidores de corrosión, también existe una velocidad crítica por encima de la cual el inhibidor es removido debajo el metal expuesto al medio corrosivo.
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Para el caso de inhibidores, también existe una velocidad crítica que depende del tipo de inhibidor aplicado. Estos puntos se tratan con más detalle en capítulos posteriores. Efecto de temperatura Se observa en la figura No. 7.
Figura No. 7 (6)
1.6.
PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN
En general, para prevenir la corrosión lo más importante es convencer a la administración de que ésta es un problema. Desde el punto de vista técnico, la corrosión se previene evitando una de las cuatro condiciones mencionadas anteriormente. Por ejemplo, si cortamos el conducto metálico de la celda de la figura No. 4, obstruimos el paso de electrones entre el ánodo y el cátodo, por lo que no se producen reacciones anódicas ni catódicas, previniendo así la corrosión. Cuando se presenten los diferentes tipos de corrosión, se explicará con detalle cómo prevenir cada uno de ellos, pero en realidad es sólo la aplicación especifica de lo expresado anteriormente.
Unidad
2
Tipos de corrosión .
2. UNIDAD. TIPOS DE CORROSIÓN
2.1. INTRODUCCIÓN Es importante identificar los tipos de corrosión con el fin de poder aplicar la metodología adecuada para reducirla o eliminarla. En esta unidad se analizan diferentes tipos de corrosión y se indican los procedimientos que se deben tomar para minimizarla o evitarla. En este sentido se realiza un esfuerzo para analizar casos de la industria del Petróleo, Gas y Petroquímica, señalando procedimientos específicos y suministrando ejemplos.
2.2. TIPOS DE CORROSIÓN La corrosión puede ser clasificada de la siguiente manera:
C o r r o s i ón u n i f o r m e Cor ro sión galv ánic a
Corrosión por hendiduras (Crevice-Corrosión) Corrosión por picaduras. Corrosión intergranular. Corrosión por disolución selectiva Corrosión-erosión Corrosión por esfuerzos Corrosión por fatiga Corrosión bacteriológica Corrosión por CO2 Corrosión por H2S.
2.2.1. Corrosión uniforme
Es la forma más común de corrosión y se caracteriza por desgaste uniforme del material. Por una reacción electroquímica en la superficie de éste el material se va adelgazando progresivamente hasta que falla. Un ejemplo de este tipo de corrosión es el desgaste de una tubería expuesta continuamente a un fluido corrosivo en forma más o menos uniforme y sobre toda la superficie. Es la corrosión vista comúnmente en superficies metálicas expuestas al medio ambiente.
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Este tipo de corrosión se representa por las siguientes reacciones: 2Fe + 2H2O + O2 -------→ 2Fe++ + 4OH++ -------→ 2Fe (OH)2 (Hidróxido de hierro) 2Fe + (OH) 2 + H2O + 1/2O 2 -------→ 2Fe (OH) 3 (Oxido comúnmente observado)
Prevención de ataque uniforme Para prevenir este tipo de corrosión se debe utilizar los materiales adecuados, revestimientos e inhibidores y el uso de protección catódica.
2.2.2. Corrosión galvánica
Es un proceso electroquímico de corrosión acelerado, que ocurre cuando 2 materiales disímiles, en contacto eléctrico en un medio corrosivo o solución conductora, producen una diferencia de potencial entre ellos. Si están en contacto directo (o conectados eléctricamente) uno se disminuye rápidamente, mientras que el otro se protege. Ello no ocurriría si los metales no estuvieran en contacto. Se dice entonces que el metal menos resistente se convierte en anódico y el más resistente en catódico. El ejemplo más típico de este tipo de corrosión es el caso de la pila como se muestra en la figura No. 8. En la cual podemos observar que el zinc se corre (ánodo) mientras que el electrodo de carbono es protegido.
Factores que influyen sobre la corrosión galvánica 1. Tiempo: el potencial generado por celdas galvánicas formadas por metales diferentes pueden cambiar con el tiempo. 2. Ambiente: la humedad atmosférica juega un papel importante y se puede decir que la severidad de la corrosión galvánica depende de la cantidad de humedad presente. 3. Distancia: generalmente la corrosión galvánica es más severa en las uniones y el ataque disminuye a medida que nos alejamos de ellas. El ataque es propio de la junta y dos metales diferentes. 4. Área: es muy importante la relación área catódica/área anódica, siendo el caso más desfavorable un área catódica muy grande en comparación con el área anódica, debido a que para un flujo de corriente determinado, la densidad de corriente es mayor en el área anódica y por lo tanto la velocidad de corrosión será mayor.
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≫ ⟹ ⟹
Figura No. 8. Pila seca
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La corrosión es controlada por el número de reacciones posibles en el cátodo muy grande con respeto al ánodo, entonces las reacciones posibles en el cátodo son mayores; tomando en cuenta que el número de reacciones en el ánodo, tienen que ser iguales a las del cátodo, entonces el ánodo, que tienen un área pequeña, tienen que producir el mismo número de reacciones que el cátodo ocasionado la falla por la zona del ánodo. Por ejemplo (6), una planta en Tulsa, Oklaoma, USA, instaló alrededor de 100 tanques nuevos que contenían una solución ligeramente corrosiva al acero. Los tanques viejos están hechos de acero y revestidos completamente con una pintura fenólica; ésta se dañó en el piso de los tanques debido al abuso mecánico del programa de mantenimiento. Para evitar esta situación en los tanques nuevos se decidió que el fondo tenía que llevar una capa de acero inoxidable de 18-8. El tope y los lados del tanque eran hechos de acero al carbono como se muestra en la figura No. 9. Al acero al carbono se le aplicó a la misma pintura fenólica pero sólo recubrió una pequeña porción del acero inoxidable como muestra la figura. Pocos meses después que los tanques empezaron a funcionar, empezaron a fallar debido a perforaciones en las paredes. La mayoría de las perforaciones se encontraban a 2 pulgadas por encima de la soldadura. La mayoría de los tanques viejos duraron sin presentar problemas de corrosión alrededor de 10 años. La explicación del por qué los tanques nuevos duraron tan poco es la siguiente: la falla por efecto de área desfavorable; un ánodo pequeño se desarrolló en las paredes del tanque. Este estaba en contacto eléctrico con el acero inoxidable del fondo. La mayoría de las pinturas son permeables y pueden contener defectos, creando pequeños ánodos. La solución: revestir el acero inoxidable del fondo. La moraleja es la siguiente: si dos metales disimiles están en contacto y se van a recubrir, se debe recubrir el metal más noble o el más resistente a la corrosión.
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Figura No. 9. Ejemplo de un tanque.
La serie de fuerza electro motriz y la serie galvánica Las diferencias de los potenciales entre los metales forman la base para la predicción de las tendencias de corrosión. Estos potenciales se encuentran reflejados en la tabla 2-1, la cual representa la serie electromotriz de los materiales. Este potencial es medido con respecto a un electrodo de hidrógeno y en soluciones que contienen iones de cada metal a concentraciones de actividad unitaria (un gramo del peso atómico de cada ion) a temperatura constante. Los potenciales entre los metales se determinan tomando la diferencia absoluta; por ejemplo existe una diferencia de potencial de 1.1 voltios entre el zinc y el cobre. Este potencial no se puede determinar para aleaciones, sólo para metales puros.
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Tabla No. 2-1 Serie de fuerza electromotriz Equilibrio del ion metal-metal (Actividad Unitaria)
Noble o catódico
Activo Anódico
Au – Au + 3 Pt – Pt + 2 Pd – Pd + 2 Ag – Ag + Hg – Hg + 2 Cu + Cu + 2 H2 – H+ Pb – Pb + 2 Sn – Sn + 2 Ni – Ni + 2 Co – Co - 2 Cd – Cd - 2 Fe – Fe + 2 Cr – Cr + 3 Zn – Zn – 2 Al – Al – 3 Mg – Mg + 2 Na – Na + K – K +
Potencial del electrodo va el electrodo de hidrogeno normalizado a 25° C, voltios + 1,498 + 1,2 + 0,967 + 0,799 + 0,788 + 0,337 0,000 -0,126 -0,136 -0,250 -0,277 -0,403 0,440 -0,744 -0,763 -1,662 -2,363 -2,714 -2,925
En problemas reales de corrosión, los acoplamientos galvánicos ocurren muy rara vez en soluciones en equilibrio que contienen sus propios iones y la mayoría de los materiales utilizados en la ingeniería son aleaciones; por esto se desarrollo la serie galvánica, la cual da mejores predicciones. Esta serie se desarrollo en agua de mar a temperatura ambiente; lo ideal sería desarrollarla para varias condiciones pero representaría un número ilimitado de ellas.
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Platino Oro Grafito Noble o Titanio catódico Plata Chiorimet 3 (62 Ni, 18 Cr, 18 Mo) Hastelloy C (62 Ni, 17 Cr, 15 Mo) 18-8 Mc Acero inoxidable (pasivo) 18-8 Acero inoxidable 11-30° Cr (pasivo) Chromium Acero Inoxidable 11-30° Cr (pasivo) Inconel (pasivo) (80 Ni, 13 Cr, 7 Fe) Niquel (pasivo) Soldadura de Plata Monei (70 Ni, 30 Cu) Cuproniquel (60-90 Cu, 40 – 10 Ni) Bronces (Cu-Sn) Cobre Brasses (Cu-Sn) Chiorimet 2 (66 Ni, 32 Mo, 1 Fe) Hastelloy B (60 Ni, 30 Mo, 6 Fe, 1 Mn) Inconel (active) Niquel (active) Estaño Plomo Soldadura de Estaño – Plomo 18-8 Mo atainiess Bteei (active) 18-8 atainiese ateel (active) Ni – Resist (high Ni cast iron) Chromlum atainises steel. 13° Cr (active)
Activo Hierro Colado Anódico Acero ó Aluminio 2024 Aluminio (4,5 Cu, 1,5 Mg, 0,6 Mn) Cadmio Aluminio Puro
Zinc Magnesio y aleaciones de magnesio
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2.2.3. Prevención de la corrosión galvánica 1. Seleccionar materiales que estén lo más cerca posible en la serie galvánica. 2. Evitar áreas desfavorables de ánodo pequeño y cátodo grande. 3. Aislar metales disímiles (ver figura No.10). 4. Aplicar revestimientos y pinturas con cuidado, evitando dejar pequeñas áreas descubiertas, que con el tiempo se convertirán en anódicas.
Figura No. 10. Empacadora Aislante
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2.2.4. Beneficios del afecto galvánico El beneficio más grande que tiene el efecto galvánico es la protección catódica. El acero galvanizado es el ejemplo más típico de protección catódica, en este caso el zinc se corroe preferencialmente y a su vez protege al acero; el zinc actúa como ánodo de sacrificio. La protección catódica también se obtiene por corriente impresa con el uso de rectificadores que crean un diferencial de potencial entre los dos metales. Otros beneficio es que este efecto se puede utilizar como monitoreo de corrosión. Existen unos tipos de probetas que utilizan dos metales diferentes para monitorear los cambios de eventos en sistemas. El efecto galvánico se puede utilizar para limpieza de las joyas de plata. La mayoría de la platería se limpia utilizando químicos tales como “Brasso”, etc.;
estos químicos lo que hacen es agitar la plata y por supuesto se remueve una pequeña capa de ella. Para limpiar la plata sin dañarla se recomienda hacer lo siguiente: poner los objetos de la plata en una olla de aluminio que contenga una solución de agua con bicarbonato. La corriente que se genera entre el aluminio y la plata hace que el sulfato de plata (sustancia oscura cuando la plata está sucia) se reduzca a plata; esto no ocasiona la remoción de plata. Después lavar con agua y jabón. El efecto galvánico también sirve para la producción de energía. Este es el caso de las pilas.
2.3. CORROSIÓN POR HENDIDURAS, PICADURAS E INTERGRANULAR 2.3.1 Introducción
Existen ciertos tipos de corrosión localizada como son por Ejemplo, la corrosión por hendiduras y la galvánica. En este tema se analizan estos dos tipos de corrosión y se presentan ejemplos relacionados con la Industria del Petróleo, Petroquímica y Gas, y se incluye la metodología para minimizarla y prevenirla.
32
2.3.2 Corrosión por hendiduras
Es el proceso de corrosión acelerado altamente localizado en lugares como solapes, tuercas o cabezas de tornillos, tornillos, tornillos roscados, grietas, hendiduras, etc., donde pequeños volúmenes de solución estancada son atrapados y puestos en contacto con el material susceptible. La aceleración del proceso de corrosión se debe a que la solución en lo profundo de la grieta o rendija difiera de la que está expuesta en la superficie, probablemente, tanto en composición como en movilidad y contenido de oxigeno, estas diferencias crean un efecto galvánico. En general, este ataque ocurrirá en aquellos sitios en los que un metal está sujeto a cambios de condiciones, siendo el responsable de muchas de las perdidas del material en aceros que están enterrados o sumergidos.
2.3.2.1
Efecto del amb iente
Este tipo de corrosión es promovido por depósitos de arena, sucio, productos de corrosión, ya que éstos actúan como barreras protectoras, creando condiciones de estancamientos debajo de ellos. Los aceros inoxidables en superficies con empacaduras son particularmente susceptibles a este tipo de corrosión. En los medios que contienen cloruros, la corrosión por hendiduras es particularmente severa, teniendo un periodo de incubación, una vez iniciado progresa rápidamente. En metales pasivos como el acero inoxidable 18Cr-8Ni y el aluminio, los iones Ci destruyen la capa protectora, haciendo que dichos metales se hagan susceptibles a este tipo de corrosión. Ejemplos de este tipo de corrosión que se encuentra en la industria petrolera son: líneas subterráneas que se cruzan con carreteras, presentando corrosión en los bordes, así como tanques reposando sobre fundaciones en el suelo, que se corroerán por debajo cerca de los bordes externos, debido al cambio de condiciones a los que se ven sometidos. La reacción típica de la corrosión por hendiduras es:
M ------→ M+ + O2
+
H2O
.
(Ánodo)
+ 4
.------→ 4OH-
(Cátodo)
33
2.3.2.2
Prevención de co rros ión po r hend idur as
1. Usar en lo posible juntas soldadas en lugar de remachadas o atornilladas. 2. Rellenar con soldadura continua los solapes de las tuberías o con un sello de masilla, etc. 3. Diseñar recipientes con drenajes eficaces para evitar estancamientos. Evitar esquinas y rincones agudos. 4. Remover depósitos y empacaduras húmedas y usadas cuando se inspeccionen los equipos. 5. Usar empacaduras solidas no absorbentes, tales como: teflón o metálicas siempre que sea posible.
2.3.3 Corrosión por picaduras
Es un ataque electroquímico muy localizado que lleva al desarrollo de agujeros o picaduras que penetran rápidamente al metal. Las picaduras se desarrollan como pequeños huecos o perforaciones muy agudas, que generalmente crecen en la dirección de la gravedad, extendiéndose hacia abajo en superficies horizontales y con menor frecuencia en superficies verticales, requieren de tiempo para formarse antes de ser visibles (dependiendo del metal y del medio corrosivo), aunque en general al aumentar el ataque, la velocidad del picado se hace mayor (proceso autocatalítico). La reacción que ocurren en el proceso de picado son:
M ------→ M+ + O2
+
H2O
.
(Ánodo)
+ 4
.------→ 4OH-
(Cátodo)
Y están esquematizadas en la figura No. 11
34
Figura No. 11. Esquema de las reacciones en un sitio de picadura.
Algunas características de este tipo de corrosión son: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
El equipo puede fallar sin pérdida de material apreciable. Es difícil de detectar por su tamaño reducido. Muchas veces está cubierta por productos de corrosión. Es difícil de cuantificar debido a que varía en profundidad y numero. Difícil de simular en ensayos de laboratorio. Las fallas pueden ser lentas o muy repentinas.
Dadas estas características, la corrosión por picaduras es una de las formas mas destructivas y difíciles de atacar. Influencia de la composición química por medio corrosivo.
En general, en la práctica la mayoría de las fallas por picaduras ocurren en soluciones que contienen iones cloruro o iones cloro. Las picaduras son características de corrosión en medios que contengan H 2O y CO2. Este tipo de picaduras se discutirá más adelante. Cloruro, bromuros e hipocloruros son los de mayor tendencia al picado.
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Iones metálicos oxidantes en presencia de cloruros son muy agresivos (Cu+2,Fe+3). El picado puede ser evitado con la presencia de cromatos y sales de silicato, pero puede acelerar el picado cuando están presentes en concentraciones muy pequeñas.
Influencia de la velocidad del medio corrosivo. Las picaduras son favorecidas en zonas de estancamiento y tienden a disminuir con el aumento de la velocidad.
Prevención de la corrosión por picaduras. Para prevenir las picaduras se pueden utilizar los métodos sugeridos para combatir la corrosión por hendiduras. Además de estos, se éstos, se deben evitar aquellos materiales que tengan tendencia al picado cuando se vaya a proyectar una planta o equipo por ejemplo: 304 acero inoxidable, 316 Acero Inoxidable Hastelloy F, Durimet 20 Hastelloy C, Clorimet 3 Titaniun. Hay que advertir que la adición de inhibidores no siempre disminuye la tendencia al picado. Por el contrario, si el ataque no se detiene completamente el picado puede aumentar, dependiendo del tipo de material e inhibidor seleccionado.
2.4 CORROSIÓN EROSIÓN.
INTERGRANULAR
POR
ATAQUE
SELECTIVO
Y
2.4.1 CORROSIÓN INTERGRANULAR 2.4.2 INTRODUCCIÓN
Existe un tipo de corrosión relacionada con la estructura metálica del material que afecta la fabricación de equipos. En este tema se revisa la corrosión intergranular y en general la corrosión por ataque selectivo. Asimismo, se estudia la corrosión
36
originada por erosión. Se incluyen, además, ejemplos de estos tipos de corrosión y las formas de minimizarla o eliminarla.
2.4.3 CARACTERÍSTICAS GENERALES
La corrosión intergranular es del tipo selectiva y tiene lugar preferiblemente, en los límites de los granos de algunas aleaciones de: Cobre, cromo, Níquel, Aluminio y Zinc. Esto ocurre cuando las soldaduras donde intervienen estos materiales se efectúan de manera inadecuada o cuando se produce un maltrato desde el punto térmico. La corrosión intergranular se inicia en la superficie que está expuesta y luego continua penetrando hasta cubrir toda la extensión de los granos al azar. Por esta razón, este tipo de corrosión puede reaparecer en cualquier parte de la superficie cuando el material es deformado nuevamente.
2.4.4 LA CORROSIÓN INTERGRANULAR
La corrosión intergranular ocurre a causa de impurezas o micro constituyentes concentrados en los bordes de los granos, y va acompañada por la formación de micropilas galvánicas que provocan la formación de productos de corrosión en los límites de los granos, con una seria degradación de la resistencia del material. En consecuencia, el material se desintegra y pierde su resistencia cohesiva interna. Para el caso de aceros inoxidables austenísticos, la teoría universalmente aceptada para la corrosión intergranular está basada en el empobrecimiento de cromo en el límite de los granos. Esto ocurre cuando estos aceros son calentados a un rango de temperatura entre 950 a 1450 °F. El cromo se añade al acero para hacerlo resistente a la corrosión en varios medios; por lo general se añade más de 10% de cromo para hacer acero inoxidable. Si la cantidad de cromo es reducida por debajo de esta cifra, entonces el acero inoxidable adquiere la resistencia del acero corriente. En el rango de temperatura indicado, Cr 26C6 (carburo de cromo) y carbón son insolubles y se precipitan fuera de la solución solida si el contenido de carbón es mayor 0.03%. Cuando el carburo de cromo es removido de la solución solida, el área adyacente a éste queda vacía o con menor cantidad de cromo y es atacada por la corrosión. En toda esta zona donde ocurre este fenómeno, existen
37
composiciones de dos metales diferentes, en donde el cátodo tiene un área grande (todo el resto del metal) y el ánodo tiene un área muy pequeña (sólo la zona donde esto ocurre). Figura No. 12.
Figura No. 12. Corrosión intergranular.
Este fenómeno ocurre mucho cuando se hacen soldaduras, y se puede visualizar en la figura 13. Esta figura representa una analogía entre el electrodo de la soldadura y un lápiz que pasa por debajo de un mantel. El punto más alto representa el contacto entre el electrodo y el metal, el cual es el punto más caliente. Entre este punto y el punto más bajo, la estructura alcanza la temperatura de sensitización, representada en la figura por las líneas marcadas con una “X”.
38
Figura No. 13. Analogía de gradientes de temperatura por el paso de un electrodo de soldadura (8) 2.4.4.1
Prevención de la co rros ión interg ranular
1. Emplear tratamientos térmicos de solución a altas temperaturas (templadorecocido o templado-solución). 2. Agregar elementos estabilizadores de carburos, tales como el columbio + tantalio y el tatanio. Estos elementos tienen mayor afinidad con el carburo que el cromo, evitan que los carburos de cromo se formen y precipiten. 3. Emplear aceros con un contenido de carbono muy bajo (menos de 0.03%). Mientras menos sea el contenido de carbono, menor será la posibilidad de formación de carburos de cromo. En la tabla 3. Se indican algunos ambientes corrosivos que causan ataque intergranular.
39
2.4.4.2
Prevención de la co rros ión interg ranular
Tabla No. 3. Corrosivos que inducen a la corrosión intergranular. Acetic acid
Oxalic acid
Acetic acid +9 salicylic acid
Phenol + naphthenic acid
Ammonium nitrate
Phosphoric acid
Ammonium sulfate
Philipe acid
Ammonium sulfate + H2SO4
Salt spray
Beet Juice
Seewater
Calcium nitrate
Silver nitrate + acetic acid
Chromic acid
Sodium bisulfate
Chromium chloride
Sodium hydroxide + sodium sulfide
Cooper sulfate
Sodium hypocrite
Crude oil
Sulfamic acid
Fatty acids
Sulfite cooking liquor
Ferric chicride
Sulfite digester acid (calcium bisulfate + sulfur dioxide)
Ferric sulfate
Sulfite solution
Formic acid
Sulfuric dioxide (wet)
Hydrocyanic acid
Sulfuric acid
Hydrocyanic acid + sulfur dioxide
Sulfuric acid + acetic acid
Hydrofluoric acid + ferric sulfate
Sulfuric acid + copper sulfate
Lactic acid
Sulfuric acid + ferrous
Lactic acid + nitric acid sulfate
Sulfuric acid + methanol
Matsic acid
Sulfuric acid + nitric acid
Nitric acid
Sulfurous acid
Nitric acid + hydrochloric acid
Water + starch + sulfur
Nitric acid + hydrofluoric acid dioxide
Water + aluminum sulfate
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2.4.5 Corrosión por ataque selectivo
Es un proceso corrosivo en el cual uno de los elementos de aleación sólida es removido. Cuando un material metálico contiene proporciones de dos o más microconstituyentes, se puede formar una película protectora en uno, más rápido que en el otro o un constituyente puede corroerse más activamente que el otro. En ciertas aleaciones de cobre, por corrosión selectiva se disuelve alguna región de la aleación que inmediatamente forma cobre metálico poroso. Esto es, generalmente, conocido como desaleación y dependiendo de la aleación y los componentes que permanecen en la solución, puede llamarse: deszincificacion, desniquelificación, desaluminificación, etc. Este tipo de ataque puede ocurrir altamente localizado. Prevención d la corrosión por ataque selectivo
1. Reducir la agresividad del ambiente, por ejemplo eliminando el oxigeno disuelto en el medio. 2. Usar protección catódica. 3. Usar aleaciones menos susceptibles, tales como aleaciones Cobre-Níquel. 4. Añadir elementos inhibidores, tales como el Estaño, Arsénico antimonio y Fósforo. Estos elementos se depositan formando una película que impide la deposición del cobre. 2.4.6 Erosión / corrosión
Es el ataque químico y mecánico acelerado que resulta cuando un flujo de material abrasivo continuamente desgasta por acción mecánica y expone material nuevo y no protegido al medio corrosivo. En aquellos casos en que los metales están protegidos por finas películas protectoras, óxidos, productos de corrosión adherentes, flujo turbulento de gases y fluidos, aumentándose así la tasa de corrosión. Esta acción es acelerada si en la corriente del fluido se encuentran presentes sólidos suspendidos o gases contaminados. En la tabla No. 4 se muestra la corrosión de los metales cuando se utilizan inhibidores de corrosión para mitigar este tipo de ataque, su efectividad es mayor a bajas velocidades.
41
Tabla No. 4. Corrosión de materiales en agua salada diferentes velocidades MATERIAL
Típicas velocidades de corrosión (MDD) 1/t/sec°.
4/t/sec.
27/t/sec.
Acero al carbono
34
72
254
Hierro colado
45
--
270
Silicón bronce
1
2
343
Admiraley brass
2
20
170
Hydraulic bronze
4
1
339
G bronze
7
2
280
Al bronze (10% Al)
5
--
236
Aluminum brass
2
--
105
90-10 Cu Ni (0.8 ½ Fe)
5
--
99
70-30 Cu Ni (0.5 ½ Fe)
2
--
199
70-30 Cu Ni (0.5 ½ Fe)
<1
<1
39
Monel
<1
<1
4
Acero Inoxidable
1
0
<1
Hastelloy C
<1
--
3
Titani
0
--
0
Sumergidos en corriente de mareas
Sumergidos en agua mar.
Sumergidos en discos rotatorios 2
Imdd=Img/dm /Dia=
,
Existen diferentes formas por las cuales ocurre el proceso de erosión/corrosión. Estos son:
Corrosión localizada inducida por el flujo (FILC) Impacto liquido Impacto sólido
42
Cavitación Roce o fricción
Prevención de la erosión corrosión
1. Usar materiales resistentes a la erosión-corrosión Ejemplo: hierro fundido con alto contenido de sílice, carburo de tungsteno, etc. 2. Modificar el diseño: cambios en las formas y geometría de las estructuras disminuye la velocidad y se facilita la formación de flujo laminar. 3. Aumentar el espesor para fortalecer áreas vulnerables. 4. Eliminar el material abrasivo del fluido de transporte, por ejemplo mediante la utilización de filtros. 5. Reducir la velocidad del flujo.
Control de erosión/corrosión La erosión – corrosión tiende a ocurrir en sitios donde hay imperfecciones en las tuberías las cuales producen obstrucciones en el flujo, lo que a su vez genera impactos líquidos y sólidos en la superficie de la tubería en sitios como codos, válvulas, choques (estranguladores), conexiones enroscadas de tubería de producción y en sitios existentes de corrosión. Daños causados por erosión/corrosión son más severos y frecuentes en flujos multifásicos. En sistemas de flujo monofásico los esfuerzos de corte que ejerce el fluido en la superficie de metal son muy bajos para remover una película protectora. Mientras que en flujo multifásico, la fase liquida en forma de tapón (SLUGS) o de gotas, choca contra la superficie del metal ocasionado altos esfuerzos en los puntos de contacto. La magnitud de estos esfuerzos depende de la velocidad del fluido. Por lo tanto, al controlar esta velocidad también se controla la tasa de corrosión. La API bajo su “Recommend Practice API – 14E” contiene una recomendación para limitar las velocidades de producción para prevenir Erosión –Corrosión:
=
43
Donde: Ve= velocidad erosional, Ft/seg. C = 100 para servicio continuo y la unidad de densidad de Lb/ft 3. C = 125 para servicio intermitente y la densidad en unidades de Lb/ft 3. Esta ecuación ha servido de referencia. Aunque no existe una justificación teórica para ella, varias compañías petroleras internacionales usan esta ecuación en sus diseños con un numerador entre 80 y 160. Los valores de 100 y 125 para C, dados por la API surgieron de un compromiso llegado por el comité. No fue la intención del comité utilizar esta ecuación para tuberías de producción y tampoco se especifica cómo determinar la velocidad. Para calcular la velocidad de remoción del inhibidor según Salama y Venkastesh (39).
=
8
Donde:
= constante gravitaciinal 32.2 Ft/rec 2.
f = factor de fricción.
t = Esfuerzo de corte: Del producto de corrosión Lb/ft 2 De la película de inhibidor.
Para el control de erosión se recomienda el uso del siguiente procedimiento desarrollado por el “ EROSION/CORROSION RESEARCH CENTER” de la Universidad del Tulsa, OK, USA.
44
Figura No. 17.
Corrosión localizada inducida por el flujo (FILC) Este es un tipo de corrosión que es afectado por la turbulencia local del fluido. En sitios de la pared de la tubería donde existen discontinuidades como juntas, soldaduras, conexiones, se forman turbulencias locales que incrementan el transporte de sustancias del fluido hacia la pared de la tubería y viceversa. Estos micros turbulencias hacen como una especie de socavación local del metal, causando su falla. Este mecanismo se muestra esquemáticamente en la figura No. 18.
45
FIGURA No. 18. Corrosión localizada inducida por el flujo (FILC)
En una sección más adelante se explica este mecanismo con más detalle: De acuerdo con la referencia (7) existen 4 tipos de FILC: a) b) c) d)
Corrosión controlada por transporte de masa. Corrosión controlada por transporte de fase. Erosión – corrosión. Corrosión por cavitación.
Estos tipos se encuentran representados en la figura 19. El incremento en la velocidad del flujo generalmente aumenta las velocidades de corrosión, pero también tiene beneficios ya que reduce la acumulación de agentes agresivos de la superficie del metal y disminuye corrosión por picaduras y hendiduras. También, el incremento en velocidades aumenta el transporte de pasivadores e inhibidores.
46
FIGURA No. 19. Tipos de FILC
Impacto liquido En este tipo de erosión una gota o un chorro de líquido viajando a altas velocidades chocan contra la superficie de un metal. Las altas presiones locales que se generan inicialmente al momento del contacto con la superficie y las altas velocidades laterales que escapan de esta zona de altas presión, son los dos grandes mecanismos de daño a las superficies, véase la figura No. 20. Se ha observado este tipo de daño en turbinas de vapor, utilizadas para la generación de electricidad, en turbinas en aviones que vuelan bajo la lluvia, al igual que misiles volando en estas mismas condiciones. En la industria de petróleo y gas, este fenómeno se puede observar en tuberías de producción operando en flujos multifásicos, especialmente si el patrón de flujo es d el tipo neblina, donde las gotas del líquido son transportadas por el gas. En sitios donde existen obstrucciones o cambios de dirección, estas gotas continúan una trayectoria rectilínea chocando con la superficie del metal induciendo de esta forma la erosión o disolución del metal y/o productos de corrosión. Véase la figura No. 20. Si el medio es corrosivo, el daño causado por el impacto del líquido, hace que la velocidad de corrosión aumente considerablemente.
47
Figura No. 20. Impacto liquido.
Cavitación Este fenómeno envuelve la formación de burbujas y que luego colapsa violentamente contra una superficie. Esto ocurre donde existen cambios abruptos de presión estática a consecuencia de sobrecargas hidrodinámicas o restricciones en válvulas, orificios, etc. Existen dos teorías que explican este fenómeno.
Es una forma de corrosión asistida por turbulencia local y las fuerzas mecánicas producidas por las burbujas al impacto. Las fuerzas mecánicas producidas por el impacto de las burbujas son suficientes para causar daños.
Roce o fricción Este es un tipo de erosión / corrosión que ocurre en áreas de contacto directo entre materiales que se encuentran bajo esfuerzos y en sistemas donde hay vibraciones y deslizamientos. El tipo de corrosión se caracteriza por picaduras o hendiduras en el metal, rodeadas de productos de corrosión. Se observa frecuentemente en componentes de motores, partes conectadas con tornillos, etc. Este es un tipo de corrosión catastrófico ya que implica La destrucción de componentes metálicos y la producción de estos de oxido, que ayudan al derecho del metal. La fricción también es una causa de fractura por fatiga ya que si se Aflojan componentes, éstos producen un exceso de estiramiento y las picaduras actúan como puntos donde los esfuerzos son muy altos.
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Un caso clásico de este tipo de corrosión se puede observar en los sistemas de ajuste de los rieles de ferrocarriles. Frecuentemente se requiere ajustar o apretar estos sistemas para prevenir el avance de corrosión por fricción. Otro caso muy común ocurre en la interfaz entre una rolinera y una barra como muestra la figura no. 23.
Figura No. 23. Roce o fricción
Los requisitos básicos para este tipo de corrosión son: 1. La interfaz tiene que estar bajo cargas. 2. Vibración o movimiento entre las superficies. 3. La carga y las vibraciones tienen que producir suficiente movimiento entre las superficies. Se ha comprobado que movimientos tan pequeños como 10 -3 cm entre superficies causan daño por fricción. Este tipo de corrosión se puede minimizar de la siguiente forma:
49
1. Engrasando con lubricantes de baja viscosidad; éstos reducen la fricción y excluyen el O 2. 2. Aumentando la dureza de los materiales. 3. Utilizando empacaduras que absorban vibración. 4. Aumentando las cargas para disminuir el deslizamiento entre las superficies. La tabla 7 muestra la resistencia a fricción de varios materiales.
Tabla No. 7. Resistencia a fricción de varios materiales. POOR
AVERAGE
GOOD
Aluminium on cast iron
Cast ron cast iron
Aluminium on etsinless steel
Copper on cast iron
Laminated plastic on gold plate
Magnitum on cast iron
Brass on cast iron
Hard tool steel on tool steel
Cas iron on chorme plate
Zinc on cast iron
Laminated plastic on cast iron
Cast iron on silver plate
Cast iron on cast iron with
Sukelite on cast iron
Cast iron on silver plate
Phosphate coating
Hard tool steel on stainiess
Copper plate
Cast iron on cast iron with
Chome plate on chome
Cast iron on amalgamanted
Coasting of rubber cement
Plate
Rough suface
Cast iron on cast iron with
Cast iron on in plate
Magnesium on copper plate
Coasting of tungsten sulfide
Cast iron on cast iron wih
Zirconum
Cast iron on cast iron with
Cold-rolled steel on cold-rolled steel
Rubber gasket Cast iron on cast iron with Molykote lubricant Cast iron on atsiniess with Molykote lubricant
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2.5 CORROSIÓN POR ESFUERZO Y POR FATIGA 2.5.1 Introducción
Materiales sometidos, simultáneamente, tanto a esfuerzos como a agentes corrosivos pueden bajo ciertas condiciones sufrir fracturas o agrietamiento, en su parte interna o externa. En este tema se revisa la metodología para minimizar o eliminar este tipo de corrosión, así como también se señalan ejemplos relacionadas con la industria del petróleo, petroquímica y gas.
2.5.2 Corrosión por esfuerzos (stress corrosión cracking)
Es un tipo de corrosión que tiene lugar cuando un metal se fractura por la presencia de esfuerzos de tensión, en presencia de un medio corrosivo. Aquellos materiales que son sensibles a la aplicación de esfuerzos pueden agrietarse espontáneamente cuando están sujetos simultáneamente a esfuerzos y agentes corrosivos específicos, en un rango favorable y temperatura. Grieta típicas comienzan en puntos de picaduras o en rendijas intergranular, las cuales aparecen en el metal a través de los granos (grietas transgranular), o entre ellos (Intergranular), dependiendo de las condiciones. Los esfuerzos que causan agrietamiento pueden ser residuales (internos) o también aplicados (externos). La susceptibilidad puede ser disminuida marcadamente, sino removida por completo, con tratamiento térmico, para reducir los esfuerzos residuales a un nivel razonable seguro. La combinación de esfuerzos residuales e impurezas especificas en el metal puede causar agrietamiento bajo esfuerzos espontáneos, el cual es el caso de algunos metales inducidos que son específicamente susceptibles a agrietamiento por hidrogeno bajo esfuerzo. Los factores que influyen en la corrosión por esfuerzos son:
Temperatura Composición química del medio corrosivo y la aleación. Magnitud de los esfuerzos producidos por el sistema. Metalúrgicas del material.
51
Se ha encontrado también que los productos de corrosión pueden producir esfuerzos de hasta 10.000lb/m2 en regiones restringidas como se representa esquemáticamente en la figura 25.
Figura No. 25 2.5.2.1
Tiempo de agrietamiento
Inicialmente la tasa de agrietamiento es más o menos constante, pero a medida que la grieta progresa, el área transversal del material disminuye y el esfuerzo de tensión incrementa. La tasa de agrietamiento aumenta con la profundidad de la grieta hasta que se fractura. Justo antes que ocurra la fractura, la sección transversal del material se reduce al punto que el esfuerzo en tensión es igual o mayor que el esfuerzo de ruptura del metal y la fractura ocurre mecánicamente. Es importante que las pruebas para determinar los efectos de SCC deban conducirse hasta que ocurra la fractura.
2.5.2.2
Facto res amb ientales
No existe un patrón general para ambientes que causen SCC de varias aleaciones. La tabla 8 muestra algunos ambientes en los que se puede favorecer la corrosión por esfuerzo en metales aleaciones. Como es la mayoría de las reacciones químicas, SCC se acelera al incrementarse la temperatura.
52
Tabla No. 8. Ambiente que pueden causar corrosión por esfuerzos de metales y aleaciones.
MATERIAL Aluminum alloys
ENVIROMENT NaCIH2O2 solutions Na CI solutions
MATERIAL Ordinary steels
ENVIROMENT NaOH solutions NaOH Na2SI2O2 solutions
Seawater
Calcium, ammonium, and
Air, water vapor
sodium nitrate solutions
Ammonia vapors and solutions
Mixed acids (H2SO4HNO3)
Amines
HCN solutions
Water, water vapor
Acidic H2S solutions
FeCI3 solutions
Seawater
Acetic acid sale solutions
Molten Na-Pb alloys
Inconel
Caustic soda solutions
Acid chloride solutions
Lead
Lead acetate solutions
Magnesium alloys
NaCIK2CrO4 solutions
Copper alloys
Gold alloys
Monel
Nickel
Stainless steels
Such as MgCl 2 and BaCl2
Rural and coastal atmosphere
NaCl-H2O2 solutions
Distilled water
Seawater
Fused caustic soda
H2S
Hydrofluoric acid
NaOH-H2S solutions
Hydroflusilicic acid
Condensing steam from
Fused caustic soda
Chloride waters Red fuming nitric acid Titanium alloys
2.5.2.3
Seawater, N2O4 Methanol HCI
Facto res m etalúrg ico s
La susceptibilidad de los metales a SCC es afectada por la composición química promedio, la orientación de los granos, composición y distribución de productos de corrosión, dislocaciones. Estos factores actúan con el medio ambiente y los esfuerzos para afectar el tiempo de agrietamiento.
53
2.5.2.4
Prevención de la co rros ión po r esfuerzos
1. Reducir el nivel de esfuerzos y aplicar tratamiento térmico al material expuesto a tensiones para minimizar esfuerzos residuales. 2. Eliminar los contaminantes críticos del medio (desgasificar, desmineralizar, destilar, etc.) 3. Cambiar la aleación si no es posible cambiar el medio corrosivo o eliminar los esfuerzos. 4. Usar inhibidores para prevenir la posibilidad de corrosión localizada y picaduras. 5. Usar revestimientos.
2.5.3 Corrosión por fatiga
Este tipo de corrosión origina fallas prematuras, frágiles, sin deformación, en las cuales el material tiende a fracturarse debido a la acción de los esfuerzos repetitivos. Las fallas suelen ocurrir por picaduras sobre la superficie del metal, sirviendo éstas como puntos concentradores de tensiones y medidores de grietas por fatiga. Por otra parte, el proceso de apertura y propagación de las grietas por fatiga descubren el metal nuevo no protegido, susceptible a ser atacado por el medio corrosivo. Este proceso sigue hasta que se produce la fractura del componente. 2.5.3.1
Ensayo s po r fatiga
Se obtienen en el laboratorio aplicando esfuerzos repetitivos y cíclicos, consiguiendo las curvas que se muestran en la Figura 26.
54
Figura No. 26. Corrosión por fatiga
La vida de fatiga del acero y otros materiales ferrosos, usualmente es independiente de los esfuerzos a nivel bajos. En general, se presume que si un metal está sujeto a un esfuerzo por debajo de su límite de fatiga, soportará un número infinito de ciclos sin que se fracture. Si el acero recibe un pequeño corte, su resistencia a la fatiga es proporcional al radio o filo del corte. La resistencia a la fatiga se reduce por la presencia de un medio corrosivo. Usualmente se observa la presencia de un área cubierta de productos de corrosión y un área pequeña como resultado de la fractura final.
2.5.3.2
Facto res amb ientales
Estos factores influyen notablemente en este tipo de corrosión. La corrosión por fatiga es mayor a esfuerzos aplicados a baja frecuencia esto es debido a que en ciclos de baja frecuencia existe mayor tiempo en contacto entre el metal y el corrosivo. Por lo tanto, cuando se va evaluar resistencia a la corrosión por fatiga es importante realizar las pruebas bajo idénticas condiciones a las que se encuentra en la práctica.
55
Los factores ambientales que afectan a la corrosión por fatiga:
Contenido de O 2 pH Temperatura. Composición de la solución. H2S
2.5.3.3
Mecanismos
El mecanismo de este tipo de corrosión no ha sido estudiado en detalle todavía, sólo se conoce el tipo de ataque de una forma cualitativa. La resistencia a fatiga se reduce en presencia de un medio corrosivo, porque la picadura actúa como punto de concentración de esfuerzos.
2.5. 2.5.3. 3.4 4
Prevención de la co rros ión po r fatiga
1. Reducir los esfuerzos sobre los miembros componentes: Alternado el diseño, aliviando los esfuerzos con tratamientos térmicos, o produciendo esfuerzos compresivos sobre la superficie metálica (Shot peening). 2. Utilizar inhibidores inhibidores de corrosión para contrarrestar la corrosividad del medio. 3. Utilizar recubrimientos metálicos metálicos electrolíticos de zinc, cromo, níquel, etc.
2.6 CORROSIÓN BACTERIOLÓGICA. DAÑO POR HIDROGENO 2.6.1 Introducción
Actualmente en la Industria del Petróleo, Petroquímica y Gas, se le presta gran atención a la corrosión causada por bacterias aeróbicas y anaeróbicas. En este tema se analizan este tipo de corrosión, así como también se discuten métodos para reducirla o eliminarla. Además de incluyen ejemplos.
56
2.6.2 Corrosión bacteriológica bacteriológica
Es el proceso resultante de la actividad de organismos vivos, usualmente por sus procesos de ingestión de nutrientes y eliminación de desperdicios que son ácidos o hidróxidos corrosivos que atacan el material. En las aguas de los campos petroleros se pueden encontrar muchas clases diferentes de bacterias, que pueden ser separadas en dos grupos:
Bacterias Aeróbicas Bacterias Anaeróbicas.
Las primeras (aeróbicas) son aquellas que se desarrollan en ambientes en los que el oxigeno está presente en el agua, mientras que las bacterias anaeróbicas se desarrollan donde no exista presencia de oxigeno. Los principales problemas en aguas que contengan oxigeno son la presencia de: moho, algas, hongos, bacterias y otras sustancias babosas que tienden a tapar y ensuciar los equipos. La bacteria sulfato – reductora, única especie anaeróbica que puede causar corrosión en campos petroleros, es de peculiar interés. Esta bacteria digiere los sulfatos contenidos en el agua y los reduce a sulfuro de hidrogeno (H 2S), que es usualmente corrosivo a la mayoría de los metales. Es importante destacar que los análisis bacteriológicos son de elevado costo y pueden evitarse teniendo presente un hecho singular: las bacterias sulfato – reductoras sólo pueden subsistir donde exista un medio rico en sulfatos a un pH determinado y en ausencia de oxigeno. En consecuencia, del análisis es posible determinar la presencia de bacterias y la adecuada selección y aplicación del método que las inhibe en su ataque. La reacción producida por las bacterias aeróbicas (SOB) 3S + 3O2 + 2H2O ---------→ 2H2SO4 Estos organismos viven mejor en ambientes de bajo pH y pueden producir concentraciones locales de acido sulfúrico hasta 5% por peso. Estas bacterias crean condiciones muy positivas; requieren el azufre en forma elemental o en forma combinada y es por ello que se encuentran en campos de azufre, campos de producción de petróleo y en tuberías de aguas negras que contengan compuestos orgánicos de azufre.
57
La reacción producida por las bacterias anaeróbicas es en gran parte la producida por las bacterias sulfato-reductoras (SRB):
42 + 42 → 2 + 42 Reducen el sulfato (SO 4) a sulfuro. El hidrogeno que utiliza la reacción proviene de reacciones de corrosión que se generan de compuestos orgánicos, azucares o celulosa, que se encuentran en el suelo. La presencia de iones de sulfuro influencian las reacciones anódicas y catódicas que ocurren en las superficies del acero. Los sulfuros retardan las reacciones catódicas en particular la evaluación de hidrogeno y acelera la disolución anódica, siendo esta ultima la más común. El producto de corrosión de las SRB es sulfuro de hierro (FeS).
2.6. 2.6.2. 2.1 1
Prevención de la co rros ión bacterio lógica
1. Utilizar inhibidores de corrosión (bactericidas). 2. Aplicar protección catódica con niveles de potencial entre -1.5 y -2.0 volt. 3. Aplicar recubrimientos adecuados para el servicio bactericida.
2.6.3 Daño por hidrógeno
El hidrogeno es un factor importante en situaciones de agrietamiento de metales. La presencia de hidrógeno proviene de varias fuentes:
El mismo proceso de corrosión. Sobrecarga en sistemas de protección catódica. Operaciones de acidificación. Electrodeposición.
En metales que tengan una microestructura de BCC, la presencia de hidrogeno es un gran problema ya que destruye las propiedades mecánicas del acero. El daño por hidrogeno es frecuente y puede esperarse en aceros que tengan un esfuerzos de ruptura (Tu) por encima de 100.000 Psi. El daño por hidrogeno se puede clasificar en varios tipos (6):
58
1. Ampollamiento por hidrogeno (BLISTERING). 2. Fragilización por hidrogeno. 3. Descarburación. 2.6.3.1
Am po llamiento por hidrog eno
Ocurre por la penetración de hidrogeno dentro del metal y su acumulación en una zona dentro de éste produciendo una ampolla. Formación del hidrogeno ocurre en el interior de la superficie como resultado de una reacción de corrosión. En todo momento, se encuentra una reacción de corrosión. En todo momento, se encuentra una concentración fija de átomos de hidrogeno en superficie del metal, algunos de éstos se difunden a través del metal y se combinan para formar moléculas de hidrogeno (H 2) en la superficie exterior. Si los átomos de hidrogeno que se difunden en el metal, se encuentran con un vacío, se combinan para formar H 2 dentro de este vacío. El H 2 no se difunde a través del metal por lo tanto, la concentración y presión H 2 se incrementan dentro de este vacío. La presión de equilibrio entre el H 2 y el H es varios cientos de miles de atmósferas, la cual es suficiente para romper cualquier material conocido en ingeniería.
Nota:
El hidrogeno atómico (H°) en la superficie es el que puede difundirse a través de metales. El hidrogeno molecular (H 2) no se difunde a través de metales.
Sustancias tales como iones de sulfuro, fosforo, y compuestos de arsénico retardan la tasa de combinación de H° para formar H 2; en presencia de estos compuestos existente mayor concentración de H° en la superficie del metal.
2.6.3.2
Prevención de ampo llamiento por hidrog eno
1. Utilizar acero limpio para evitar los posibles bolsillos en el metal. 2. Usar revestimientos. 3. Usar inhibidores, estos reducen la velocidad de corrosión y la tasa de reducción del hidrógeno. 4. Remover contaminantes tales como sulfuros, arsénicos, cianuros y fosforo.
59
5. Utilizar aleaciones apropiadas como aceros que contengan Ni.
2.6.3.3
Fragilización de hid rógeno
El mecanismo exacto de cómo ocurre este fenómeno no es muy conocido todavía. La tasa inicial se deben a la penetración del hidrogeno atómico dentro del metal. Para el caso de hierro y acero, la interacción entre los átomos del hidrogeno disuelto y el metal no es muy conocida. 2.6.3.4
1. 2. 3. 4.
Prevención de Fragilización de hid rógeno
Reducir velocidades de corrosión – usa inhibidores. Usar tratamiento térmico. Usar aleaciones - uso de NI o MOLIBDENUM en aleaciones. Mantener condiciones secas, durante la soldadura utilizar procedimientos adecuados de soldadura, varilla de soldadura de bajo contenido de H 2.
2.7 CORROSIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA, PETROQUÍMICA Y GAS. 2.7.1 Introducción
En el pasado se le daba poca importancia a los procesos de corrosión en yacimientos, pozos y equipos de superficies. Actualmente se analizan casos de corrosión dulce, producida por Dióxido de Carbono, y corrosión agria producida por Sulfuro. Estos tipos de corrosión pueden afectar severamente la producción de los campos petroleros, ya que afectan el desempeño de bombas de subsuelo, tuberías, árbol de navidad, líneas, múltiples, separadores, tanques y equipos de tratamiento. En este tema se analizan varios casos de corrosión en la industria del petróleo, petroquímica y gas. También se incluye el estudio de la metodología para minimizarla o prevenirla, y se analizan varios ejemplos. En la industria petrolera y de gas podemos encontrar ejemplos de cada uno de los tipos de corrosión descritos hasta ahora mas corrosión por dióxido de carbono (Corrosión Dulce) o por Sulfuro de Hidrogeno, H 2S (Corrosión Agria). En operaciones de producción la corrosión es inevitable. Muchos campos de producción que se les designa como no corrosivos, en algún momento de su
60
historia se les encuentra fallas debido a que la corrosión se incrementa hasta el punto que es necesario tomar medidas de control. La figura No. 29 representa un sistema de operación de producción de petróleo y gas con los diferentes tipos de problemas que se pueden controlar. Como muestra la figura, el proceso de corrosión puede ocurrir en cualquier parte de un sistema de producción, desde el fondo del pozo hasta el equipo que se utiliza para la venta de gas y petróleo, inclusive en los procesos de refinación del petróleo y procesamiento del gas. Encontramos problemas de corrosión hasta en los sistemas de transporte de gasolina, como fue el caso reciente en Guadalajara, México, donde murieron varias personas.
Figura No. 29. Sistema de producción. 2.7.2 Corrosión en instalaciones de subsuelo
La completación de pozos es donde se debe tomar las primeras consideraciones de diseño para establecer un programa de control. En pozos de bajo volumen de producción donde se utilizan sistemas de bombeo tales como las bombas electrosumergibles o balancines, existe una deficiencia de crudo almacenado en el espacio anular como para inyectar un inhibidor de
61
corrosión. También, debido a esta deficiencia del nivel crudo, la bomba en el fondo se calienta, produciendo incrustaciones de sólidos. En sistemas donde los niveles de fluido sean más altos en el espacio anular, este fluido sirve como almacenaje de inhibidores de corrosión asegurado su flujo continuo, al mismo tiempo este flujo sirve para enfriar la bomba del fondo. Este tipo de pozo (de alto nivel de fluido) representa una mayor carga en la varilla de succión de la bomba, produciendo una posible falla. Igualmente, esta varilla durante su acción de descenso y ascenso puede recostarse de la tubería de producción, originándose, una corrosión por fricción que induciría a la falta de la varilla y/o de la tubería de producción. Las bombas electrosumergibles, producen muchos problemas de erosión/corrosión tanto en los impulsores de la bomba como en la tubería de producción. Ya que éstas arrastran cantidades de arena y la impulsan a alta velocidades produciendo fallas. Para pozos que fluyen naturalmente tienen dos tipos de completación; con y sin packer. En los pozos que no tienen packer, el espacio anular se puede utilizar para llevar el inhibidor hasta el fondo de la tubería donde entraría con la producción y la protege. La corrosión del casing, es generalmente corrosión externa a menos que el pozo se haya comunicado.
2.7.3 Corrosión en instalaciones de superficies. 2.7.3.1
Cabezales de po zos.
Las altas velocidades y la turbulencia producida previenen cualquier formación de productos de corrosión que pudieran protegerlo. Los arbolitos de navidad son en particular muy susceptibles al fenómeno de corrosión inducida por el flujo, ya que debido a las restricciones y cambios de dirección que en el ocurren, los efectos de este tipo de corrosión son aumentados; el daño se intensifica aun mas si los flujos producidos contienen arena, CO2 H2S y H2O. Depende de las concentraciones, esta combinación puede ser mortal. A medida que el choque se va dañado, se crea una inestabilidad del flujo y mecánica de choque incrementando la tasa de daño. Una de las partes con mayores problemas en el arbolito de navidad está en los choques y la caja de choques. Las velocidades de flujo que se desarrollan en un
62
choque son muy altas y dependiendo de las condiciones del pozo, éstas pueden alcanzar velocidades por encima de la velocidad del sonido; magnificando los problemas en varios órdenes de magnitud. Usualmente los problemas se presentan tanto aguas arriba como aguas abajo (en mayor magnitud) del choque. Aguas arriba porque existe un cambio de dirección en el flujo y por la misma razón que se desea pasar una gran cantidad de líquido a través de un orificio sumamente pequeño. Y aguas abajo del mismo porque allí ocurre una expansión la cual hace que el flujo choque contra las paredes de la caja de choque. Al mismo tiempo, las partículas solidas o liquidas que se encuentren en el flujo llevan una mayor energía cinética, y chocan la caja de choque produciendo grandes daños. Este fenómeno se representa en la figura No. 30.
Figura No. 30. Arbolito de navidad 2.7.3.2
L ín eas d e fl u jo
Las líneas de flujo también se ven muy afectadas por las velocidades del fluido, especialmente en sitios donde se encuentren cambios de dirección o restricciones de algún tipo. Estas también están sujetas a daño por corrosión externa.
2.7.3.3
Separadores
Estos pueden presentar daños por erosión/corrosión, corrosión por picaduras en el fondo del mismo. Corrosión externa.
63
2.7.4 Equipos de procesamiento de gas
Presentan varios tipos de corrosión especialmente si existe oxigeno presente y si existen gases ácidos en presencia de agua.
Figura No. 31. Choque
2.7.4.1
Deshid ratación del crud o
Los equipos utilizados para la deshidratación del crudo son: tratadorescalentadores, tanque de lavado. Ambos equipos tienen como función separar el agua del crudo. Estos equipos están sujetos a problemas de formación de incrustaciones y problemas de corrosión ya que lo general son aguas saladas de producción. Estas aguas son sumamente corrosivas y contaminantes. Los techos de los tanques de lavado son susceptibles a la corrosión por la condensación de gotas de agua.
2.7.4.2
Tanqu es de almacen amiento
Presentan problemas de corrosión tanto en el fondo como en el techo del tanque. La corrosión externa del fondo de los tanques es un problema continuo.
64
2.7.4.3
Sistemas de inyecc ión de agua
Estos sistemas están sujetos a corrosión primordialmente debido a la presencia de gases ácidos como H2S y CO2 y la presencia de oxigeno. Estas aguas son sumamente contaminantes por lo que se requiere un estricto control de corrosión. En este tipo de sistema, la presencia de bacterias representa un problema adicional de corrosión. El oxigeno es una amenaza a la corrosión en este tipo de sistemas ya que el operador no se da cuenta que las bombas son los sitios por donde el oxigeno puede entrar.
2.7.5 Corrosión por dióxido de carbono.(CO 2)
El dióxido de carbono (CO 2) disuelto en el agua corroe el acero al carbono. En la industria petrolera esta corrosión es encontrada con más frecuencia en pozos de agua, en los que el dióxido de carbono está presente. Si el vapor de agua condesada en las tuberías o líneas de flujo, el ácido carbónico formado produce corrosión por picaduras en el metal expuesto. La porción desde una cierta profundidad hacia la tubería de producción y las líneas de flujo de superficie es más susceptible a este tipo de corrosión. La tasa de corrosión usualmente aumenta al aumentar la presión del cabezal del pozo, ya que se disolverá mas dióxido de carbono en vapor de agua a diferentes presiones, creándose así un acido más fuerte. Una manera de predecir la corrosividad de un gas está basada en la presión del dióxido de carbono, que se calcula como sigue:
ó 2 =
%2 100
En forma general si el valor de la presión parcial está por encima de 30, la corriente del fluido producida por el pozo es corrosiva, de 7 a 30 es moderadamente corrosiva y de 0 a 7 no es corrosiva. Este principio no es siempre aplicable cuando hay presencia de agua salada, ya que las salas disueltas causan tasas de corrosión que se incrementan considerablemente.
65
pH. Temperatura. Dimensión del sistema. Régimen de flujo. Relación volumétrica entre fases. Velocidad de los flujos. Presión. Características físico químicas del medio. Material expuesto. Presencia de sólidos en fluido.
Las reacciones a través de las cuales se produce la corrosión por CO 2 es: 2CO2 + 2 H2O ------→ 2 H2CO3 (ácido) ←-------
Fe
+ 2H2CO3 ------→ Fe++ + 2HCO3 + H2
Fe2+ + 2HCO3 ------→ FeCO3 +
H2O
+ CO2
Existen varios tipos (24) de corrosión del acero al carbono por CO 2, clasificadas de acuerdo al rango de temperatura en el cual se presenta el medio corrosivo. Estos son: 2.7.6 Corrosión por H2S en acero al carbono
El gas H 2S disuelto en agua, normalmente, en pequeñas cantidades, puede crear un ambiente sumamente corrosivo. Este tipo de ataque puede ser identificado dada la formación de una capa negra de sulfuro de hierro sobre la superficie metálica, la cual es conocida como corrosión general por H 2S. Además de la corrosión general, se pueden presentar otros dos tipos de corrosión por H2S. Estos son: Corrosión bajo tensión en presencia de sulfuro (SSCC). Agrietamiento inducido por hidrogeno (HIC) En estos tipos de corrosión, el hidrogeno desprendido de la reacción catódica se desplaza dentro del metal y se aloja en las imperfecciones que éste puede tener, bien sea, desde su proceso de fabricación o por alguna deformación producida en el momento de instalación del equipo. Estos tipos de corrosión sólo se diferencian en que una se produce bajo tensión (SSCC) y la otra sin tensión (HIC).
66
Los iones hidrogeno al unirse a llegan a formar, dentro del material, hidrogeno molecular; el cual influirá sobre la imperfección interna, produciendo un agrietamiento de ésta hasta que el material se ampolla o se agrieta, aún sin la presencia de tensiones externas sobre él. Este efecto guarda relación con la presión parcial del H 2S. El equivalente debido a corrosión por sulfuro bajo esfuerzo (SSCC) ocurre cuando el ambiente contiene H 2S y agua en concentraciones más altas que ciertos niveles, además que el pH del agua sea ácido y que la estructura esté sometida a esfuerzos cercanos al punto de cedencia. La relación que gobierna la corrosión del acero al carbono por H 2S es la siguiente: Fe ----------→ Fe2
+ 2e
H2S ----------→ 2H+ + S Fe
+
H2S + H2O ----------→ FeS + 2H2
En la norma NACE, MR 175-91 denominada Resistencia a SSC de materiales metálicos para equipos de la industria del petróleo, se encuentran varias figuras que son una ayuda practica para establecer si se presentan problemas de este tipo, figura 40 y 41 de este manual.
2.7.6.1
Con trol de SSC
1. Usar materiales y procesos descritos en la referencia 34. 2. Controlar el ambiente. 3. Aislar los componentes de ambientes ácidos. Los materiales que se incluyen en la norma MR 0175-91 son resistentes a SSC pero no inmunes a SSC.
2.7.6.2
Requ isitos de pu reza del metal
Todos los aceros al carbono y de bajo contenido de carbón son aceptables si tiene un máximo de 22 HRC y si tienen:
1. <1% Ni
67
2. El material tiene que estar relajado de esfuerzos si ha recibido alguna deformación en frio o cualquier proceso de manufactura que resulte en una deformación de más de 5% de las fibras externas. El proceso de relajamiento térmico tiene que ser bajo las normas de código ASME, sección VIII, división 1 con la temperatura mínima de 1100°F (515°C) 3. Siguen la sección 5 de la norma. 4. Se usan en una de las siguientes condiciones de tratamiento térmico: Acero laminado en caliente (Hot-Rolled) Acero laminado (Annealed) Normalizado Normalizado y templado Normalizado, austenizado, revenido. Austenizado, revenido y templado.
2.7.6.3
Man ejo del m aterial
El manejo impropio de los materiales puede causar que los que sean resistentes a SSC, se conviertan en materiales susceptibles.
68
Unidad
3
Inhibidores de Corrosión
69
3. UNIDAD. INHIBIDORES DE CORROSIÓN
3.1 INTRODUCCIÓN Diariamente en los campos petroleros se utilizan diferentes químicas con el fin de minimizar o eliminar los efectos de corrosión. Para ello es necesario realizar procesos de selección de químicas y evaluar las dosis correspondientes, según sea el caso. Esto se hace con el fin de optimar su efecto en la producción de los campos. En esta unidad se analizan los inhibidores de corrosión que se emplean en la industria del Petróleo, Gas y Petroquímica.
3.2 INHIBIDORES DE CORROSIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA. 3.2.1 Introducción
En este tema se clasifican los diferentes tipos de inhibidores que se utilizan en la industria Petrolera, Química y Gas, y se analiza la aplicabilidad de cada uno de ellos, según del tipo Anódico, Catódico o mezcla de ellos. También se estudian los métodos de tratamiento ya sean continuos o por tapones y su metodología de transporte, tomando en cuenta su solubilidad ya sea en petróleo o en agua. 3.2.2 Inhibidores de corrosión
En la industria petrolera, uno de los mecanismos más uti lizados para combatir la corrosión es el uso de inhibidores de corrosión. Estos son aditivos químicos que se añaden al flujo, y dependiendo del tipo tienen las siguientes propiedades: 1. Formar por adsorción una película en la superficie de la tubería. 2. Inducir la formación de productos de corrosión gruesos y protectores. 3. Cambiar las características del medio para formar precipitados protectores o remover o inactivar el constituyente corrosivo. Los inhibidores se clasifican en: 1. Anódicos 2. Catódicos 3. Mezcla de 1 y 2
70
3.2.2.1
Inh ibid ores An ódicos
Hidróxidos, cromatos, fosfatos, silicona y carbonatos, mantienen una película que se forma primordialmente en las áreas anódicas del metal, y por ende reduce la velocidad de corrosión. Este tipo de inhibidores puede ser peligroso (35) ya que la reducción del área anódica, resulta en el incremento de la densidad de la densidad de corriente en las zonas anódicas que no están cubiertas de inhibidor produciendo una mayor penetración de la corrosión. Este es un caso de áreas desfavorable. 3.2.2.2
Inh ibid ores catódicos
Al contrario que los anódicos, éstos se congregaron en el cátodo. De esta forma, si existen zonas catódicas sin ser cubiertas por el inhibidor, todavía estaríamos en una condición de áreas favorables. Á Á
≫1
Y la velocidad de corrosión sería baja y controlada por el número de reacciones posibles en el cátodo. Según su forma de transporte, los inhibidores pueden ser:
Solubles en petróleo. Solubles en petróleo – dispersables en agua. Solubles en agua. Solubles en agua – dispersables en petróleo
Los métodos de tratamientos de inhibidores más comúnmente utilizados son:
Tratamiento por tapones (Batch) Tratamiento continúo.
71
3.2.2.3
Tratamiento tipo Batch
Se inyecta en el pozo una cantidad de inhibidor suficiente como para llenar la tubería de producción y se deja por un corto periodo, durante el cual se forma la película protectora. La vida útil de la película formada tiene que ser mayor o igual al tiempo transcurrido entre cada tratamiento. Dependiendo de las condiciones de cada pozo la frecuencia de tratamiento puede ser mayor o menor. Por ejemplo, en pozos que produzcan a tasas muy altas, necesitan más frecuencia de tratamiento que para los que produzcan a bajas tasas.
3.2.2.4
Tratam iento co nti núo
Como lo sugiere su nombre, volúmenes continuos de inhibidores se inyectan en la tubería, reponiendo continuamente la película protectora. La eficiencia de los inhibidores es afectada por varias condiciones del medio ambiente y de los materiales. Las condiciones más comunes del medio son temperatura y velocidad de flujo: A mayor temperatura menor la efectividad del inhibidor. Los efectos de temperatura en los inhibidores, usualmente se determinan después de evaluar el medio corrosivo y efectuar las pruebas correspondientes. El factor temperatura debe ser considerado en el diseño para seleccionar el inhibidor aprobado.
72
Unidad
4
Detección y Medición de la Corrosión
73
4. UNIDAD. DETECCIÓN Y MEDICIÓN DE LA CORROSIÓN
4.1 INTRODUCCIÓN Es importante reconocer que si el ambiente corrosivo se identifica de una manera adecuada se le puede prevenir o reducir. Para ello los procesos de detección y medición de la corrosión deben ser implementados de una manera continua y bien gerenciados. En esta unida se analizan métodos de detección y medición de corrosión, así como también se estudia el impacto que ello puede tener en la productividad de la Industria Petrolera, Petroquímica y Gas.
4.2
CONSIDERACIONES GENERALES
4.2.1 Introducción
En este tema se analiza la metodología para identificar las fuentes potenciales de corrosión y las pruebas que deben realizarse para tal fin. También se incluye la metodología que se debe seguir para medir la tasa de corrosión y el registro de espesores de equipos. Finalmente, se aborda un breve estudio del control de la corrosión.
4.3 DETECCIÓN Y MEDICIÓN DE LA CORROSIÓN La corrosión puede ser prevenir o reducida si un ambiente corrosivo es reconocido. La detección a tiempo de corrosión activa permitirá la iniciación de medidas de control y usualmente se evitaran serios daños.
¿Cómo puede ser identificada una corrosión activa antes de que una falla catastrófica o daños irreparables ocurran? Busquemos los factores que incrementan las tasas. Si cualquiera de estos factores se presenta, se mide la tasa de corrosión. Si la perdida de metal es insignificantemente, puede ser más económico permitir que la corrosión continúe, que combatirla.
74
4.3.1 Identificación de las fuentes potenciales de corrosión
El primer paso en el control es la identificación de los factores que causan la corrosión. Inspecciones visuales pueden ser adecuadas. Pruebas químicas, bacteriológicas o electroquímicas son hechas, usualmente, para verificar conclusiones. Existen muchos factores que contribuyen a la corrosión: 1. El agua debe estar antes de que pueda iniciarse la corrosión. El agua puede ser de campo petrolero, agua rociada, vapor o condensación. 2. Gases ácidos, sulfato de hidrogeno y dióxido de carbono, en pozos de gas o petróleo, forman ácidos cuando se disuelven en agua. También puede ser generado sulfuro de hidrogeno por la bacteria sulfato – reductora en aguas que contienen sulfatos disueltos. 3. Aire (oxigeno) entra a los sistemas de los campos petroleros por la respiración de los recipientes, a través del ángulo entre el revestidor y la tubería, desde las grietas de las empacaduras de bombas y válvulas, desde cubiertas de gas defectuosas, y otras fuentes. Pequeñas cantidades de gas pueden causar severas picaduras. 4. Metales diferentes en contacto físico pueden causar corrosión galvánica. Algunos casos comunes son válvulas de latón en líneas de ace ro, barras de latón pulidas e impulsos de bronce en una bomba con carcaza de acero. 5. Altas velocidades de fluido o turbulencia pueden remover la película protectora. Esto puede ser un problema en pozos de gas de alta capacidad, bombas centrifugas de alta velocidad, válvulas reductoras, estranguladores e intercambiadores de calor. 6. La concentración de celdas corrosivas ocurre en muchas situaciones – líneas de distribución: corrosión externa de líneas que cruzan campos cultivados, salmueras y áreas sucias, lechos arcillosos y carreteras. 7. Corrosión interna de líneas que manejan fluidos con productos considerablemente corrosivos u otros sólidos suspendidos, pierden la capa protectora. 8. Revestimiento de pozos: corrosivos externa causada por aislamiento eléctrico defectuoso entre el cabezal del pozo y la línea de flujo o acumulación de gas en la línea. Pozos de petróleo con grietas en el revestimiento conocidas, deberían ser revisadas por corrosión externa. 9. Corrosión interna: causada frecuentemente por la “aspiración” de aire si la tubería está abierta a la atmósfera. 10. Recipientes: La corrosión externa de tanques se presenta en fundiciones ácidas, líneas de desgaste enterradas bajo los tanques se presenta en fundiciones ácidas, líneas de desgaste enterradas bajo los tanques y hendiduras donde la humedad puede almacenarse entre el tanque y los soportes.
75
4.3.2 Pruebas para condiciones corrosivas
4.3.2.1
Pru eb as qu ím ic as
El tipo y la cantidad de gases ácidos u oxigeno disuelto en agua o en corriente de gas, zonas de vapor, y cubiertas de gas pueden ser determinado con pruebas químicas que proveen un indicio del tipo y la severidad de la corrosión. Una capa, como ácido de hierro, formada por corrosión puede ser analizada químicamente. La composición usualmente indicara la posible causa.
4.3.2.2
Pruebas po r bacterias
La mayoría de las aguas en los campos petroleros contienen bacterias, bien sean aeróbicos o anaeróbicas. Los sulfatos reductores son l principal causa de corrosión relacionada con bacterias en las operaciones de los campos petroleros. Si repentinamente aparece sulfuro del hierro negro en el agua, o se detecta un olor a “huevo podrido”, hay que hacer la prueba para la bacteria
sulfato reductora.
4.3.2.3
Pru eb as elect ro qu ím ic as
Son usadas para chequear las líneas superficiales, revestimientos de pozos u otras estructuras de acero enterradas.
4.3.2.4
Prueb as par a líneas de dis trib uc ión
Los suelos contienen humedad y conducirán electricidad. Celdas corrosivas se desarrollaran a lo largo de la línea de distribución y la pérdida de metal ocurre como un flujo de corriente desde las áreas anódicas hacia las catódicas. La baja resistencia eléctrica del suelo, como en áreas contaminadas con agua salada, permitirá una rápida corrosión. Las resistividades de los suelos pueden ser medidas a lo largo de rutas propuestas para localizar áreas de baja resistividad y alta corrosividad en el
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suelo. La línea puede ser entonces protegida o ubicada en las áreas menos corrosivas. Tuberías plásticas pueden ser más económicas en zonas muy corrosivas. La tendencia a corroerse de secciones de tuberías de acero, en contacto con el subsuelo, puede predecirse con el uso de un voltímetro y un electrodo cobre-sulfato de cobre. La tubería de acero es acoplada al cobre-sulfato de cobre. La tubería de acero es acoplada al cobre, a través de un voltímetro, siendo el agua contenida en el suelo el electrolito. El contenedor grabará el flujo de corriente de corrosión y un voltaje. Las secciones corrosivas o “puntos calientes” pueden ser localizados a través de esta prueba en las líneas
existentes, cubiertas o descubiertas.
4.3.2.5
Pruebas de co rrientes en revestim ientos de po zos
Las resistividades de los suelos pueden ser medidas a lo largo de rutas propuestas para localizar áreas de baja resistividad y alta corrosividad en el suelo. La línea puede ser entonces protegida o ubicada en las áreas menos corrosivas. Tuberías plásticas pueden ser más económicas en zonas muy corrosivas. La tendencia a corroerse de secciones de tuberías de acero, en contacto con el subsuelo, puede predecirse con el uso de un voltímetro y un electrodo cobre-sulfato de cobre. La tubería de acero es acoplada al cobre, a través de un voltímetro, siendo el agua contenida en el suelo el electrolito. El contenedor grabará el flujo de corriente de corrosión y un voltaje. Las secciones corrosivas o “puntos calientes” pueden ser localizados a través de esta prueba en las
líneas existentes, cubiertas o descubiertas.
4.3.2.6
Pruebas de flujo de corr ientes en revestim ientos de po zos
La corriente eléctrica fluyendo en el revestimiento puede ser: corriente por corrosión o corriente proveniente de un sistema de protección catódica. Cualquiera sea el origen de la corriente, un voltaje se producirá a lo largo de todo el exterior del revestimiento, debido al flujo de corriente y la resistencia de la tubería. Si el revestidor es uniforme, la resistencia R es constante y el voltaje es proporcional al flujo de corriente.
77
4.3.3 Medición de la tasa de corrosión
Si se encuentran factores favorables para la corrosión, el siguiente paso es determinar las tasas de corrosión. Las mediciones son hechas usualmente sobre un tiempo largo porque pruebas sencillas no proporcionan valores absolutos de daños. Una comparación de varias pruebas proporcionan una apreciación más precisa de la tasa de corrosión. Con esta información una decisión puede ser tomada, acerca de si el control de la corrosión puede ser justificado económicamente. Se utilizan comúnmente 4 técnicas para evaluar la corrosión activa: inspección, pruebas de tasa de corrosión, pruebas de tasa química e historia de ejecución de equipos. Una técnica específica puede ser más conveniente, dependiendo de la corrosión, el equipo involucrado, y las condiciones de operación. Frecuentemente una combinación de técnicas proporcionará la información más completa. Los siguientes son los principales medios para determinar la tasa de corrosión.
4.3.3.1
Ins pecc ión visu al
Equipos fuera de servicio pueden ser inspeccionados para determinar daños de corrosión. Todo el equilibrio puede ser examinado mejor que las superficies locales, el cual es el caso de la mayoría de las otras técnicas. Buenos registros y descripciones son esenciales para futuras referencias y comparaciones.
4.3.3.2
Ins pecc iones po r calipers
Sirven para inspeccionar la superficie interna de tuberías o revestimientos. Sensores mecánicos hacen contacto con la superficie interna del metal y detectan las perdidas del mismo, debidas al agrietamiento, adelgazamiento del metal o desgastes de la barra. Se obtienen mejores datos con instrumentos registradores. Estos permiten determinar sobre cualquier punto la existencia de grietas, reducciones del metal en general, áreas combinadas, nudos, etc. Cuando las herramientas corren a través de tuberías revestidas internamente, es necesario tomar algunas precauciones con algunos tipos de calipers, para evitar
78
dañar el revestimiento. La inspección calibrada es el método más complejo y se utiliza periódicamente para determinar el avance de grietas o áreas de pérdida de metal. Inspecciones periódicas son convenientes para determinar la efectividad del tratamiento de inhibición de corrosión.
4.3.3.3
Registro de espeso r de revestim iento
La herramienta de inspección de revestimiento registra el cambio de fase en el campo magnético entre una bobina excitadora y una bobina receptora, cuando la herramienta es bajada o subida sobre un cable eléctrico en el tubo de revestimiento, mide el espesor total del metal en cualquier punto del tubo. Si la pérdida de metal en el interior del tubo ha sido medida con un calibre interno, entonces se puede calcular la perdida de metal en el exterior a partir de los datos de espesor de tubería registrados.
Pruebas no destructivas. Medios ultrasónicos o radioactivos son utilizados para medir el espesor de pared y detectar grietas pequeñas. Estas pruebas pueden realizarse con equipos “en corriente”. El audio medidor y “penetrón” miden el espesor de paredes de tuberías y tanques
cuyo acceso es por un solo lado. El audio medidor mide el sonido que viaja en el tiempo a través del metal. El “penetrón” mide la intensidad de los rayos gamma disipados por metal.
Evaluación de tasa de pérdida de metal con el uso de cupos.
Las pruebas de pérdidas de peso son las más comunes de todas las pruebas de medición de tasa. Una pequeña cinta metálica, usualmente acero de bajo contenido de carbono, es expuesta en el fluido del sistema donde la corrosión puede ser activa. La cinta es dejada por un periodo definido de tiempo y luego removida, limpiada y luego pasada para determinar la cantidad de metal perdido.
79
La pedida de peso, el área del cupón y el tiempo de exposición son usados para calcular la tasa de corrosión, la cual es suministrada en milésimas de pulgadas por año (M.P.A.) de pérdida de metal. La aparición y presencia de agrietamiento debería ser incluida en el informe de corrosión de las probetas. Las probetas de corrosión son tiras de acero suave, con aproximadamente 1/16 pulg de espesor x 6 pulg ó ¾ pulg x 4 pulg, con un hoyo en un extremo de manera que puedan ser montados sobre una barra aislante (plástica) e insertada en una línea de tubería o un tanque, mediante un elemento roscado. Se pueden hacer arreglos como se muestra en la figura 39 para insertar los cupones en tubo o recipiente bajo presiones moderadas, a través de la válvula. El elemento mostrado en la figura 43 puede ser usado también para instalar un medidor de presión, termómetro, o para tomar muestras del fluido en la línea. Los cupones deben ser cuidadosamente pesados antes de ser expuestos. No debe haber corrosión del cupón mientras éste es almacenado o siendo transportado hacia y desde el lugar de prueba. El cupón no corroído debe estar libre de grasas y aceites, ya que esto no permitiría una corrosión adecuada al ser expuesto. Una vez expuesto, al cupón se le deben limpiar todos los productos de la corrosión, sin ningún ataque al metal. Los cupones son entonces pesados y la tasa de corrosión es calculada. Todos los factores que afectan tasa de corrosión deberían ser constantes durante el tiempo de exposición. Como la tasa de corrosión de cada cupón sobre un tiempo especifico, raramente coincide con la tasa sobre otro intervalo similar en el mismo sitio, dos cupones deberían ser expuestos en cada punto. La determinación de tasa de corrosión mediante cupones puede ser económica, si el número de cupones usados en un sistema es grande y se dispone de personal para procesar dichos cupones. Algunos proveedores de inhibidores suministran cupones, entonces los limpian y pesan después de su exposición. Las principales desventajas de los cupones. 1. El tiempo requerido para obtener resultados y 2. La corrosión es mostrada solo en el punto de instalación.
80
Figura No. 43. Tubería para instalar cupón de prueba de corrosión
El metal del cupón por lo general no es idéntico al metal en la tubería, por esta razón la tasa de corrosión del cupón no puede ser idéntico al metal en la tubería, por esta razón la tasa de corrosión del cupón no puede ser idéntica a la tubería. Por lo tanto, si la corrosión es insignificante en el cupón colocado cerca del centro de la tubería y a menudo cerca de la corrosión de la tubería puede ser también y a menudo cerca de la corrosión de la tubería puede ser también insignificante. De igual manera, si la inyección de un inhibidor reduce la tasa de corrosión de la tubería puede ser también insignificante. De igual manera, si la inyección de un inhibidor reduce la tasa de corrosión del cupón a un valor insignificante, iguales resultados pueden ser esperados en el recipiente o tubería. La deposición de productos de la corrosión a veces causa tasas de corrosión que disminuyen con el tiempo. Una tasa de corrosión de pocos MPY puede ser grave si el tipo de corrosión que ocurre es por agrietamiento, mientras que un alto valor de MYP puede ser insignificante y lo que se presenta es una pérdida de metal en un tipo de área general.
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Niples de prueba de tuberías con metal idéntico al de la línea que es chequeada por corrosión, son instalados directamente en la línea o en un bypass. Los niples deben ser limpiados y pesados antes y después del intervalo de prueba, usualmente de 3 meses a 1 año, para determinar la perdida de metal. El corrosómetro mide la resistencia eléctrica y es una adaptación del puente de Weatstone. Este puente consiste de cuando resistencias, con dos de ellas en la sonda y las otras dos en la capa del instrumento. Una de las resistencias de sondeo, una pequeña tira, alambre, o tubo de acero u otro metal, es expuesto al ambiente corrosivo; el cambio de la resistencia con la corrosión provee una medida precisa de la tasa de corrosión. Elementos de sondeo pueden ser obtenidos en varios tamaños y espesores. Tomando dos lecturas del instrumento y aplicando las características correcciones para la sonda particular, la tasa de corrosión puede ser determinada cerca de la millonésima de pulgadas (1x10 6 pulg). La tasa de corrosión también puede ser expresada en milésimas de pulgada por año u otras unidades convenientes. Como un ejemplo extremo, con un fino elemento de sondeo (4mm), una tasa de corrosión moderada puede ser medida con buena precisión en una hora una sonda menos sensible y más rugosa y un tiempo más largo es usualmente preferido. El corrosómetro mide aproximadamente 6 pulg x 8 pulg x 16 pulg. Es conectado a través de un cable a una sonda instalada en una tubería o recipiente a través de un elemento roscado. Cualquier número de sondas puede ser instalado en varios sitios. Todas las sondas pueden ser observadas a un intervalo de tiempo conveniente con un instrumento puede ser alimentado con una fuente de 110 A.C. o con baterías internas. El corrosómetro reduce apreciablemente el tiempo total requerido para obtener resultados veraces. Por ejemplo, si un tratamiento inhibidor de corrosión va a ser evaluado, varias sondas pueden ser instaladas en diferentes sitios del sistema y ser observados hasta que cada una muestre, en definitiva, una línea recta de tasa de corrosión. Entonces, sin mover o cambiar ninguna de las sondas, la inyección del inhibidor es iniciada. Continuas medidas de la tasa de corrosión en cada sonda mostrarán el tiempo requerido por del inhibidor para penetrar cada sonda y la efectividad del mismo en cada sitio en porcentaje de reducción de corrosión. La inyección del
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inhibidor puede ser de detenida entonces y se puede observar la persistencia de éste en cada punto. El efecto de otros procesos operantes en la tasa de corrosión pueda ser evaluado de manera similar. Serian necesarios varios meses para obtener tal información con los cupos.
Las desventajas del corrosómetro son: 1. Es muy costoso. 2. Es un instrumento sensible y delicado, cuya reparación no es fácil. 3. Operadores inexpertos pueden tener dificultades en la operación del instrumento. 4. Este método está limitado usualmente a la medición de corrosión uniforme, dado que no es muy satisfactorio para la medición de corrosión por picaduras. También pueden obtenerse resultados engañosos si se forman depósitos en la sonda.
Métodos electroquímicos (contador de tasa de corrosión) El contador de tasa de corrosión mide tanto la corriente como la tasa de corrosión, ya que la pérdida de metal es directamente proporcional al flujo de corriente desde el electrodo de prueba. Con el contador de tasa de corriente, una corriente externa es aplicada desde el electrodo de prueba. Con el contador de corrosión, una corriente externa es aplicada desde el electrodo de prueba para cambiar un potencial cerca de 10mw. La corriente aplicada está relacionada con la tasa de corrosión y perdida de metal. Ciertos diseños de este instrumento pueden registrar datos para múltiples puntos de prueba sobre una base continua. Este es muy apropiado para estudiar los cambios a lo largo de un sistema que son causados por introducción de medidas de oxigeno, inhibidores, gotas de aire, u otros cambios. Las sondas de prueba deben ser sumergidas en líquidos y un cuidadoso posicionamiento de dichas sondas debe ser realizado en una corriente que fluye para evitar interferencia en un electrodo por el otro. El cortocircuito de los electrodos con los productos de la corrosión o sólidos debe ser evitado.
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Prueba química para la tasa de corrosión. La medición de hierro disuelto en una corriente de agua producida puede indicar una tasa de pérdida de metal, los productos de la corrosión deben ser solubles en el agua. Por esta razón la prueba es aplicable principalmente a corrosión por CO2, en la cual el bicarbonato ferroso [Fe(HCO 3)2], soluble en el agua, es el producto de la corrosión. Este tipo de corrosión está usualmente asociada con el pozos de gas y pozos que producen crudos ligeros. Productos de la corrosión, tales como: sulfuro de hierro y óxido de hierro son insolubles en el agua y no pueden ser usados con confiabilidad para evaluar la tasa de corrosión.
4.3.4 Control de la corrosión
Es imposible detener completamente la corrosión. Esta puede ser permitida en algunas ocasiones a una tasa aceptable, si las pérdidas económicas proyectadas por concepto de corrosión son menores que el costo de control de corrosión. El grado de control de la corrosión está influenciado por los aspectos de seguridad, regulaciones gubernamentales y consideraciones ambientales. Existe una variedad de métodos para minimizar la corrosión en las operaciones de los campos petroleros, incluyendo: selección de materiales, diseño, inhibidores, revestimiento, remoción de gases corrosivos y protección catódica.
Aquí podemos observar algunas de las propiedades que determinan la selección apropiada de un material estructural. Aunque la selección inicial nos dirija hacia la resistencia a la corrosión, la elección final depende de otras propiedades diferentes de dicha resistencia.
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El costo y la resistencia a la corrosión son muy importantes en la mayoría de la aplicación a la ingeniería, que requieren mucha resistencia química. Sin embargo, para aplicaciones arquitectónicas, la apariencia es la propiedad más importante. La fabricabilidad, que incluye la facilidad de trabajo, soldabilidad, etc., deben ser consideradas. En aplicaciones de ingeniería estructural, el comportamiento mecánico o resistencia es muy importante, aún en el caso de que el material haya sido elegido por su resistencia a la corrosión.
85
Unidad
5
Selección de Materiales para reducir la tasa de corrosión.
86
5. UNIDAD. SELECCIÓN DE MATERIALES PARA REDUCIR LA TASA DE CORROSIÓN.
5.1 INTRODUCCIÓN Hoy en día para el diseño y construcción de tubería y equipos en la Industria Petrolera, es de suma importancia la selección apropiada de los materiales. Usualmente los materiales se seleccionan basados en su resistencia mecánica; sin embargo, es fundamental seleccionar materiales que sean resistentes a la corrosión. En muchas ocasiones los
5.2 SELECCIÓN DE MATERIALES PARA REDUCIR LA TASA DE CORROSIÓN 5.2.1 Introducción
En este se analizaran las aleaciones de acero al carbón que suelen ser las más utilizadas en la fabricación de tuberías y equipos para la industria petrolera. Sin embargo, existen otras aleaciones importantes para la industria como las aleaciones de: Níquel, Aluminio, Cobre, Plomo, Zinc y Estaño, las cuales se abordan, brevemente, en este tema. Finalmente se estudia la importancia de otros materiales no metálicos de amplio uso en la industria petrolera, petroquímica y gas, tales como son: Plástico, Cemento-Asbesto, Cerámica y Concreto.
5.2.2 Metales y aleaciones
Las aleaciones de acero al carbono son las más comúnmente usadas en las operaciones de campos petroleros, dado su bajo costo, facilidad de fabricación y resistencia. Sin embargo, existen numerosas aplicaciones en las que el método más sencillo para prevenir la corrosión es seleccionar la aleación más adecuada para un servicio corrosivo en particular. Algunas de las combinaciones de metales que proporcionan buena resistencia a la corrosión son: 1. Aceros inoxidables 2. Aleaciones de Níquel
87
3. 4. 5. 6. 7. 8.
Aleaciones de Aluminio Aleaciones de Cobre Aleaciones de Plomo Aleaciones de Cinc Aleaciones de Estaño Aleaciones de Titanio
Aceros inoxidables Martensíticos: pueden ser endurecidos por tratamiento, térmico y su resistencia a
la corrosión es usualmente menor que la de los ferríticos y austeníticos. Se utilizan cuando se requiere moderada resistencia a la corrosión y alta resistencia mecánica y/o alta dureza. Se aumenta su resistencia pero se disminuye su ductilidad. Los aceros inoxidables martensíticos son básicamente aleación de hierro-cromo que contienen de 11,5 a 18% de Cr y 0,15 a 1.2% C. Si los aceros que contienen las cantidades de Cr y C que deben ser, se calientan hasta la región gamma y se enfrían rápidamente la austenita se transforma en martensita; estos aceros son magnéticos. Ferríticos: no son endurecidos por tratamiento térmico. Poseen buena resistencia
al calor y resistencia al ataque de gases de azufre. Su resistencia a altas temperaturas está limitada. Aceros inoxidables: de aleaciones Cr-C cuya composición sea tal que esté por
fuera de la sección gamma a cualquier temperatura, serán ferríticos. Aceros con 16% Cr o más, con bajo contenido de C no pueden ser tratados térmicamente y siempre son magnéticos. Austeníticos: no magnéticos y no endurecidos por tratamiento térmico.
El elemento formado de austenita es el níquel. Presenta la mejor resistencia a la corrosión, el calor y la oxidación, de todos los grupos, pudiendo ser incrementado con los contenidos de Cromo y Níquel. Endurecidos por envejecimiento: Son endurecidos por tratamiento de precipitación
(solución, temple y calentamiento posterior). Su resistencia a la corrosión es menor que la de los austeníticos en ambientes severos.
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Aleaciones de níquel Muchas aleaciones resistentes a la corrosión están basadas en el níquel como elemento base y la resistencia aumenta a medida que aumenta el contenido de níquel. El aumento por encima de un 10% incrementa la resistencia a la corrosión por esfuerzos (SCC), por ejemplo: Inconel. El níquel generalmente tiene buena resistencia a soluciones neutras y un poco ácidas. Se utiliza mucho en la industria de alimentos. Sus aleaciones son poco resistentes a soluciones fuertemente oxidantes como NHO3. Sufren ataques y fragilización en presencia de gases sulfurosos a altas temperaturas, pero en ausencia de estos aumenta la resistencia. Ejemplo de una aleación: Monel (66Ni-33Cu), Chiorimet 3 y Hasteloy son dos aleaciones comerciales resistentes desde el punto de vista de la corrosión.
Aleaciones de aluminio El aluminio es un metal muy activo que desarrolla una capa de óxido muy adherente, que proporciona buena resistencia a la corrosión en muchos ambientes. Presentan también buena resistencia mecánica y a se usan con propósitos estructurales. Además presenta buena conductividad térmica y eléctrica, y alta relación resistencia/peso. Pierden su resistencia mecánica al ser expuestas a temperaturas superiores a 350°F, pero posee buena resistencia a temperaturas muy bajas (Criogénicas).
Aleaciones de cobre El cobre combina su alta resistencia a la corrosión con una alta conductividad térmica y eléctrica, maleabilidad, maquinabilidad y resistencia mecánica. Como es metal noble, no
Aleaciones de plomo Este metal forma películas protectoras de varios productos de corrosión: Sulfatos, óxidos y fosfatos. Muy poco resistentes a la erosión-corrosión por su maleabilidad.
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Son resistentes al H2SO4, al ácido crómico, fluorhídrico, fosfórico, soluciones neutras, agua de mar y suelos. Es atacado por el ácido acético y no se usa en ácido clorhídrico, acido nítrico y ácido orgánicos.
Aleaciones de cinc El cinc es un metal con baja resistencia a la corrosión, pero se utiliza como ánodo sacrificio en la protección catódica del acero al carbono. Sus aleaciones son de bajo punto de fusión y tiene aplicaciones limitadas.
Aleaciones de estaño El estaño se utiliza como revestimiento de otros metales por su resistencia a la corrosión. Es fácil de trabajar y soldar. Sirve como base para revestimientos orgánicos, no es toxico y posee buena apariencia. Es casi en ausencia de oxidantes.
Aleaciones de titanio El titanio posee alta relación resistencia/peso y sirve como elemento estabilizador en los aceros inoxidables para evitar la corrosión intergranular.
No metales La mayoría de los metales tienen menos resistencia mecánica que el acero y pueden tener serias limitaciones de temperatura. En las operaciones de campo petroleros se utilizan con frecuencia plásticos, cemento-asbesto, cerámica y cemento. La tubería de plástico está siendo usada extensamente; particularmente la tubería de fibra de vidrio reforzada con resina “Epoxy”. Este tipo de tubería ha
reemplazado la PVC, dado que mejora la resistencia mecánica y permite su uso a altas temperaturas.
La tubería de cemento-asbesto, como su nombre lo indica, es una mezcla de cemento y asbesto, con gran resistencia a la corrosión producida por todas las
90
aguas de campos petroleros: dulces, ácidas y aireadas. La presión máxima de trabajo es de 200 lpc y la máxima temperatura promedio es de 700°F. Esta tubería es quebradiza por lo que su manejo se debe realizar con mucho cuidado. La cerámica es usada principalmente en bombas de desplazamiento positivo sumergidas. Este material resiste la acción corrosiva de todo tipo de agua presente en las operaciones de producción. Es quebradizo, débil tensión y sujeto a choques térmicos. El concreto resiste la corrosión de todos los tipos de agua producida. Su principal aplicación ha sido en sumideros, estanques de almacenamiento, sistemas de drenajes de plantas, tuberías de cemento y reparación de fondos de tanques, los cuales son atacados por ácidos.
91
Unidad
6
Protección catódica y revestimiento. Control de corrosión mediante el diseño apropiado.
92
6. UNIDAD. PROTECCIÓN CATÓDICA Y REVESTIMIENTO. CONTROL DE CORROSIÓN MEDIANTE EL DISEÑO APROPIADO
6.1 INTRODUCCIÓN Dos de los métodos más utilizados para prevenir la corrosión consisten en la protección catódica y el uso de revestimientos. En algunos casos se utilizan ambos para proteger el mismo equipo. En esta unidad se estudia, de una manera breve, los métodos de protección catódica y de revestimiento. Tomando en cuenta la importancia de ellos, se agrega a este modulo una información detallada relacionada con éstos. Finalmente, en esta unidad se analiza una metodología de control de corrosión mediante el diseño apropiado, la cual debe revisarse con detenimiento por su impacto en el diseño y construcción de equipos.
6.2 SELECCIÓN DE PROTECCIÓN CATÓDICA Y REVESTIMIENTO. 6.2.1 Introducción
En este tema se revisan de una manera breve el método de protección catódica mediante corriente impresa y corriente galvánica. También se estudian diferentes tipos de revestimiento y sus aplicaciones. Una información más detallada de estos métodos se suministra en la sección de anexos.
6.2.2 Protección catódica
6.2.2.1
Mé tod os uti lizado s par a pr otec ción catódic a
La protección catódica requiere de una corriente continua, la cual puede ser generada por ánodos galvánicos (corriente galvánica) o por cualquier fuente generadora de corriente continua. De acuerdo a la forma de generar la corriente, podemos clasificar los métodos utilizados para proporcionar protección catódica, Estos son:
93
Por corriente impresa
Utilizado ánodo que son energizados por una fuente externa de corriente directa, que se inyecta a la estructura a proteger. Figura No. 49. Por corriente galvánica
Utilizando ánodos autogeneración de corriente o ánodos de sacrificio. En este caso basta utilizar un metal que sea más electronegativo que la estructura que se quiere proteger. Figura no. 50. En la protección de pozos de petróleo, el métodos más utilizado es el de corriente impresa, dado que su capacidad de desarrollar voltajes y corrientes más altos, le permiten proteger estructuras más grandes. Con la corrosión galvánica se manejan voltajes pequeños, por lo que con éste sólo se protegen pequeñas áreas de metal, dada la relativamente baja corriente de salida. A continuación se muestran comparativamente las características más resaltantes de cada uno de los métodos de protección catódica.
CARACTERÍSTICAS DE LOS MÉTODOS DE PROTECCIÓN CATÓDICA.
CORRIENTE IMPRESA
CORRIENTE GALV NICA
1. Requiere suministro de corriente
1. Autogeneradora de corriente
2. El voltaje se puede variar
2. El voltaje varia con el tiempo
3. La corriente se puede variar
3. La corriente está limitada
4. Puede cualquier
ser
limitada
requerimiento
para de
5. Puede ser utilizada en suelos de considerarse
interferencias
de
de bajas resistividades.
6. Usualmente las interferencias de
altas y bajas resistividades.
vecinas.
corrientes pequeñas.
5. Usualmente utilizada en suelos
corriente.
6. Debe
4. Se usa con cantidades de
las
estructuras
las
estructuras
menor.
vecinas
es
94
Figura No. 49. Protección catódica por corriente impresa.
Figura No. 50. Protección catódica con ánodos galvánicos.
95
Revestimientos Los revestimientos se utilizan para el control de la corrosión en las siguientes áreas:
Protección atmosférica de estructuras de cero Protección de tanques y recipientes Revestimientos internos de tanques, recipientes y tuberías Protección de tuberías enterradas y sumergidas
Tipos de revestimientos líquidos Los tipos más comunes de revestimientos líquidos son:
Orgánicos:
Acríticos Goma clorinadas Expoxy – catalizado (dos partes) Expoxy Ester (una parte) Fenólicas: resisten mejor las altas temperaturas que Exposis Polivinilacetatos Silicón Uretano Vinil Vinil acrílico
Inorgánicos
Ricos de cinc - Base de agua - Base de solvente - Existen orgánicos de cinc, los cuales se adhieren mejor al acero. Cemento - Se utiliza en sistemas de tuberías que manejan agua salada de desecho. - Se utiliza como anclaje de tuberías enterradas o sumergidas. Revestimientos plásticos
96
- Polietileno. - PVC. - Fibra de vidrio. Son los más utilizados. Tapes: - Se utilizan para protección externa. Se debe tomar mucho cuidado en su aplicación.
Normas de preparación de superficies. NACE (National Association of Corrosion Engineers) 1. 2. 3. 4.
Metal blanco (chorro de arena) Próximo a metal blanco (95% metal blanco) (Chorro de arena) Acabado comercial (67% metal blanco pulgada2). Acabado con cepillo (0% metal blanco pulgada 2).
SSPC (Steel Structure Palnting Counsel)
SSPG-SP1-82 Limpieza con solvente. SSPG-SP2-82 Limpieza con herramientas de mano. SSPG-SP3-82 Limpieza con herramientas eléctricas. SSPG-SP4-82 Limpieza con fuego – acero nuevo (obsoleto). SSPG-SP5-82 Metal blanco (con chorro de arena). SSPG-SP6-82 Acabado comercial. SSPG-SP7-82 Acabado con cepillo. SSPG-SP8-82 Decape químico (pickling). SSPG-SP9-82 Tratamiento térmico + chorro de arena (obsoleto). SSPG-SP10-82 Próximo a metal blanco.
Normas suecas
3 2½ 2 1
→ → → →
NACE 1 NACE 2 NACE 3 NACE 4
97
Factores de la preparación de superficie que afectan la vida de los revestimientos. 1. Residuos de aceite, grasa y polvo. Disminuyen la adherencia del revestimiento a la superficie. 2. Residuo de sales químicas. Inducen corrosión debajo del revestimiento produciendo ampollas. 3. Oxido en las superficies. Disminuyen las adherencias del revestimiento a la superficie . 4. Escamas del metal al salir de manufactura. 5. El patrón de anclaje puede ser tan áspero que los picos que se forman no pueden revestirse adecuadamente dejándolos vulnerables al medio. 6. Filos bordes dejados por la limpieza mecánica o por tornos causan lo mencionado en el punto No. 5. 7. Condensación de agua en la superficie produce delimitación y amplias. 8. Revestimientos viejos pueden tener adherencia muy pobre y ser incompatible o muy deteriorada para ser recubierta.
Regiones que deben ser inspeccionadas.
Condiciones atmosféricas: Humedad, temperatura, velocidad del viento. Temperatura de la superficie a recubrir. Patrón de anclaje de la superficie a recubrir. Contaminantes del ambiente: vapores químicos, gases de combustión, sales.
Nota: Al utilizar termómetros de medición de temperaturas de superficie, se debe tener precaución con los rayos del sol, ya que estos pueden influenciar las lecturas. Estos instrumentos pierden su exactitud si se golpean. Preparación de superficie Preparación mezclas
Medida incorrecta de las partes: influencia en el tiempo de curado. Tiempo incorrecto de mezclas: pierden propiedades de adherencia.
98
6.3 CONTROL DE CORROSIÓN MEDIANTE EL DISEÑO APROPIADO 6.3.1 Introducción
Ahorros importantes y operación óptima de tuberías y equipos pueden ser el resultado del control de la corrosión mediante un diseño apropiado. En este tema se suministra una serie de reglas generales de diseño que están dirigidas al control de la corrosión desde la misma etapa de diseño.
6.3.2 Control de corrosión mediante el diseño apropiado
Mediante una planificación apropiada se puede obtener gran economía en el mantenimiento de estructuras y equipos que son afectados por la corrosión. Corno todos los metales tienen una tendencia inherente a corroerse, la corrosión ocurrirá aunque se tomen medidas preventivas. En muchas oportunidades, el diseño inapropiado de sistema origina fallas futuras que se presentan Inadecuadamente, minimizándose la posibilidad do estas fallas cuando el diseño es apropiado. El diseño de una estructura debe Incluir los requerimientos de: • Construcción mecánica • Resistencia mecánica • Corrosión permisible (Corrosión Allowa nce)
En todos los casos el diseño mecánico de un componente debería estar basado en el material de construcción. Esto es importante porque estos materiales usados por su resistencia a la corrosión, varían ampliamente en sus características mecánicas. Para realizar el diseño de una estructura o equipo, de manera que éste Incremente su resistencia a la corrosión se deben seguir las siguientes reglas generales de diseñe: 1. En la construcción de líneas que transportan gas, tanques y otros recipientes para manejo de fluidos corrosivos a alias presiones y
99
temperaturas, se recomiendan juntas soldadas y no remachadas ni apernadas. 2. Diseñar tanques y otros recipientes con facilidades de drenaje y limpieza eficaces. 3. Diseñar sistemas que posean componentes fáciles de reemplazar cuando, por el tipo de trabajo a efectuar esos componentes sean susceptibles a fallas. 4. Evitar esfuerzos mecánicos excesivos y concentraciones de esfuerzos de componentes expuestos a medios corrosivos. 5. Evitar el contacto de dos metales disímiles para no formar pilas galvánicas. 6. Evitar conexiones con cambios bruscos de dirección en sistemas que manejan fluidos de altas velocidades de flujo, que contengan sólidos disueltos y que tiendan a generar turbulencias. 7. Diseñar equipos que trabajen a altas temperaturas de manera tal que asegure una distribución del gradiente de temperatura. Evitar concentraciones locales de calor (allot-Spot). 8. Tratar de eliminar el aire (oxigeno) del sistema para reducir o eliminar la corrosión. Corno regla general, se deben evitar heterogeneidades (metales diferentes, distribución desigual de esfuerzos y calor, etc.) con el fin de que las condiciones sean uniformes a través de todo el sistema. Dado que la corrosión es un fenómeno de penetración y desgaste del material, es necesario considerar un espesor adicional permisible (corrosión Allowance) para poder utilizar los equipos en su vida útil programada. Así por ejemplo, si la vida útil programada de una tubería es de años, y la corrosión que se espera para ese servicio es de 1/8” en diez años (velocidad de c orrosión de 12 MPY) la tubería se debería diseñar con un espesor adicional de 1/8”.
100
Anexo
1
Corrosión y Selección Materiales. Prevención
de
101
A.
Anexo 1. CORROSIÓN Y SELECCIÓN DE MATERIALES. MATERIALES . PREVENCIÓN
CORROSIÓN Deterioro de un material por reacciones electroquímicas
Condiciones para la corrosión -
Ánodo Cátodo Electrolito Contacto metálico
Factores que influyen en la corrosión por p or CO2 -
pH Temperatura Dimensión Del Sistema Régimen De Flujo Relación Volumétrica Entre Fases Velocidad De Los Fluidos Presión Características Fisco-Químicas Del Medio Material Expuesto Presencia De Sólidos En El Fluido
102
Cupones de pérdida de peso V.C = 534 W/DAT V.C = velocidad de corrosión (mpy) W = pérdida de peso, mg = Densidad del cupón, g/cm 2 D = Área del cupón, pulg 2 A = Tiempo expuesto, hr T Corrosión: Aspectos básicos y métodos para su s u prevención. Corrosión galvánica Esquema
Métodos de Monitoreo -
Visual Cupones – perdida de espesor Ultrasonido – perdida de espesor Radiografía Análisis químico Caliper Fotografía Probetas Resistencia eléctrica polarización galvánicas, hidrogeno
103
Análisis Químico -
Contenido de fluido – Fe++, Fe++
-
Cambios de composición del fluido
-
Productos de corrosión
-
Análisis biológico – bacteria
Corrosión uniforme Cálculo
W: D: A: T:
Pérdida de peso (gr) Densidad de la muestra (gr/cm3) Área de la muestra (cm 2) Tiempo de exposición (hr) Corrosión por picaduras (“ Pitting ”)
Esquema de reacción
104
Corrosión Galvánica Ley de Faraday
Esquema de una pila primaria
105
Metales y aleaciones comerciales en aguas saladas
106
Corrosión bajo tensión (ACBT) Falla catastrófica de una torre de amina (“Unión Oil Co.in Chicago” July 23th 1984)
A.C.B.T. de aceros inoxidables austeníticos en presencia de iones cloruros y temperatura.
Aceros al carbono en soluciones con H2S
107
Corrosión intergranular Gradiente de temperatura durante la soldadura del acero inoxidable austenítico AISI
108
Corrosión - Fatiga Resistenc ia a la fatiga de aleaciones
Fragilidad po r hidrógeno
109
Ataque po r hidrógeno a alta temp eratura Reacción
Estimado d e costos directos en prevención y control d e corrosión en la IPPCN.
Función
1991
1995
Producción
2932
13354
Refinación
1955
8904
Petroquímica
783
3566
Gas industrial
530
2414
I&D&AT
114
519
Mercadeo interno
155
706
6469
29463
Total (MMBs)
Factor: 4,55 vces
110
Estimado d e costos directos en prevención y control d e corrosión en la IPPCN.
Reglón
1991
1995
Manten. Mat. reemplazo
3252
14805
Pinturas y revestimientos
1369
6233
Protección catódica
856
3383
Químicos
739
3365
Personal
253
1152
6469
29463
Total (MMBs)
Factor: 4,55 vces
Recubrimientos protectores Temperaturas limites de operación de revestimientos industriales Revestimiento industrial
Máxima temperatura de servicio (°F) Atmosférica
Inmersión
Alquídicos
175
-
Fenólicos
200
150
Expóxicos: poliamidas
225
175
300
200
Epoxi-fenólicos
275
180
Siliconas
950
-
Vinilos
150
125
Acrílicos
250
-
Gomas coloradas
150
125
Poliéster
200
150
Poliuretano
200
180
Zinc inorgánicos
750
180
Aminas
111
Prevención y control de la corrosión durante la fas de diseño y operación Protección catódica Corriente galvánica
Utilizando ánodos autogeneradores de corrientes o ánodos de sacrificio
Corriente impresa
Utilizando ánodos que son energizados por una fuente externa de corriente directa
Corriente impresa
112
Corriente de fuga
Corriente de fuga – Prevención
113
Ensayos no destructivos Fuentes de rayos gamma
114
Figura No. 7-18. Protección, catódica utilizando una fuente de potencia externa
Figura No. 7-21. Protección catódica con ánodos galvanizados
115
Figura No. 7-22. Aislamiento para ev itar co rros ión g alvánic a
Corrosión Esquema de corrosión del zinc - Solución de HCI
Ejemplos de reacciones anódicas
116
Zn -----→ Zn2+ +
2e-
Fe -----→ Fe+2 + 2eAl -----→ Al+3 + 3eIlustración esquemática de los experimentos de pasividad de Faraday (hierro)
Tipos
Uniforme
Por picaduras (“pitting”) Por hendiduras (“crevices”)
Galvánica
Ataque selectivo (“leaching”)
Agrietamiento por corrosión bajo tensión
(“stress corrosión cracking”)
Corrosión intergranular. Corrosión- erosión. Corrosión- fatiga. Corrosión inducida o por bacterias. Fragilidad por hidrógeno Ataque por cenizas de vanadio/sodio.
117
CORROSIÓN Y SELECCIÓN DE MATERIALES. PREVENCIÓN Objetivo
Analizar los factores que influyen en la corrosión, destacando su importancia en los procesos de Refinación y Petroquímica y las funciones de seguimiento y control que debe realizar el Ingeniero de Procesos. Contenido
UNIDAD 1: Corrosión: Aspectos básicos y métodos para su prevención. UNIDAD 2: Prevención y control de la corrosión durante la fase de diseño y operación.
118
UNIDAD 1: Corrosión: Aspectos básicos y métodos para su prevención. CORROSIÓN: Aspectos básicos y métodos para su prevención. Definición Deterioro de un material o daño de sus propiedades, debido a su interacción con el medio ambiente al cual está expuesto.
Efectos de la corrosión
Pérdida de peso, desgaste
Agrietamiento
Reducción resistencia mecánica y ductilidad
Deformación plástica, abombamiento, fragilización
Corrosión en la IPPCN refinación / petroquímica
Cabeceras de columnas de destilación Plantas de endulzamiento de gases con aminas Reactor urea/carbamato Ácidos - Nafténicos - Politiónicos - Fluorhídrico - Sulfúrico Aguas - Calderas - Intercambiadores de calor Alta temperatura - Oxidación / sulfurización - Sales de sodio y vanadio
Corrosión en la IPPCN exploración / producción
Fluidos de perforación Fluidos de estimulación Sistemas de producción primaria - Pozos ácidos (CO2) - Pozos agrios (CO2/H2S)
119
Sistemas de recuperación secundaria /terciaria - Inyección de agua - Inyección de vapor - Inyección de CO2 Transporte y almacenamiento - Tuberías - Tanqueros - Tanques Sistemas de endulzamiento de gases
Ejemplos de ambientes corrosivos
Agua (dulce, salobre, salada) Aire, humedad (atmósferas urbanas, rurales, industriales) Ácidos (HCI, H 2SO4, HF, Acético, Nafténico, Fórmico) Bases (NaOH, NH4OH, KOH) Contaminantes (CI-, O2, H2S, NH3, CN-)
Funciones de Ingeniería Aplicación de la ciencia, tecnología y experiencia para la prevención o control de corrosión y sus costosos efectos (paradas de plantas, fallas catastróficas, contaminación ambiente, pérdida productos). Naturaleza electroquímica Zn + 2HCI = ZnCI 2 + H2 (gas) Anódica (oxidación): Zn ------→ Zn+2 + 2e Catódica (reducción): 2H+ + 2e ------→ H2 (gas) Oxidación: Producción de electrones (aumento de valencia) Reducción: Consumo de electrones (disminución de valencia)
Ejemplos de reacciones catódicas 2H+ + 2e------→ H2 (Evolución hidrógeno) + O2 + 4H + 4e ------→ 2H2O (Red. O 2, soluc. ácidas) O2 + 2H2O + 4e - ------→ 4OH- (Red. O2, soluc. básicas) Fe 3+ + e------→ Fe 2+ (Red. ion metálico) Cu 2+ + 2e------→ Cu (Depósito metálico)
120
Influencia catalizadora del oxígeno en la reacción de corrosión
Factores Temperatura Diferencia potencial Tratamiento térmico Condición superficial Velocidad de fluido Impurezas medio corrosivo
Tiempo Esfuerzos Presión Diferencia aireación Diferencia concentración Macro / micro organismos
Velocidad de corrosión: Efecto de la temperatura
121
Velocidad de corrosión: Efecto de la concentración del fluido sobre la velocidad de corrosión
Velocidad de corrosión: Efecto de la velocidad del fluido
Velocidad de corrosión: Efecto del tiempo
122
Pasividad. Definición Fenómeno complejo, que se produce en ciertos metales y aleaciones. Se define como la pérdida de reactividad química de los mismos, bajo ciertas condiciones ambientales
Velocidad de corrosión (metal no pasivo): poder oxidante de la solución
Velocidad de corrosión (metal no pasivo): poder oxidante de la solución
123
Características
Ataque y desgaste parejo del metal hasta que ocurre la fuga / falla.
La más común y fácil de prevenir
Acero al carbono
Prevención
Pinturas anticorrosivas Protección catódica Aumento de espesor Inhibidores de corrosión, etc. Seguimiento de la corrosión (END)
Corrosión por picaduras (“Pitting”)
Características Uno de los ataques más destructivos, perjudiciales y difíciles de combatir Equipo puede fallar sin pérdida de material apreciable Difícil de detectar y de cuantificar (tamaño y número) A veces cubierto por productos de corrosión Fugas y fallas suceden inesperadamente Ocurren usualmente en aleaciones pasivadas por una capa muy fina, invisible y adherente, originada por reacción con el ambiente
124
Origen, propagación y efectos Generalmente relacionada con ruptura de la pasividad Diferencias metalúrgicas en el metal: - Impurezas - Inclusiones no metálicas - Precipitados en bordes granos - Muescas, rayas, rugosidades - Rotura de la capa pasiva Efecto ambiente: corrosividad, concentración, temperatura, pH y movilidad Progresa en profundidad debido a la acidez del ambiente Tasa penetración aumenta con el tiempo y la picadura es más profunda Intensidad picado es tal, que el sitio de la picadura se corroe y actúa como un ánodo de sacrificio, protegiendo el área adyacente (cátodo)
Mecanismo
Fórmulas Tipo de corrosión más agresiva. Ataque localizado intenso, sin pérdida significativa de material Fe = Fe+2 + 2e(ánodo, sin acceso de oxígeno) 1/2 O2 + H2O + 2e = 20H (cátodo, con acceso de oxígeno) Fe+2 + 2CI- = FeCI2 FeCI2 + 2H2O = 2HCI + Fe (OH) 2
125
Esquema de reacción
Factores metalúrgicos
Aceros inoxidables austeníticos serie AISI 300, son los más susceptibles (302, 204, 309) Elementos que aumentan resistencia al picado: Cr-Ni-Mo-N disminuyen resistencia: C-Si-Se-S-Nb Otras condiciones que reducen su resistencia al picado - Trabajado en frío - Condición de sensibilizado Aceros al carbono son menos susceptibles al picado, sufren mayor ataque general Resistencia equivalente al picado (REP) REP = % Cr + 3.3% Mo + 11% N
126
Fórmula REP
Apariencia física: Forma y crecimiento Pequeños huecos y perforaciones agudas Se desarrollan en sentido de la gravedad, en superficies horizontales y son menos frecuentes y profundas en superficies verticales Difíciles de detectar en sus etapas iníciales Usualmente, mientras menos picaduras, el ataque es más severo
Influencia y velocidad del medio Picado está asociado a condiciones de estancamiento del fluido Aumento de velocidad generalmente disminuye picado. Ej.: AISI 316SS trabaja bien como impulsor bomba para agua salada, de manera continua; pero fuera de servicio sufre picadura Ambientes corrosivos que promueven el picado Haluros, cloruros, bromuros e hipocloruros vs. aceros inoxidables austeníticos Iones metálicos oxidantes en presencia de cloruros: Cu+2 Hg+2 Fe+3
Prevención
Seleccionar aleaciones más resistentes Evitar el estancamiento o baja velocidad en el fluido Evitar la acumulación de sólidos (diseñar recipientes con facilidades de drenaje, lavado y limpieza) Reducir la temperatura
127
Utilizar pinturas y revestimientos Agregar inhibidores de corrosión Aumentar espesor de la pared
Corrosión por hendidura (“Crevices”)
Definición Mecanismo de corrosión similar al de picaduras. Ocurre por la presencia de celdas de concentración de oxígeno en áreas muy confinadas, que favorecen el estancamiento del fluido debajo de depósitos de sólidos
Características
Tipo de corrosión muy común Producida generalmente por celdas de oxigeno (celda aireación diferencial) Asociación frecuentemente a pequeñas áreas con soluciones estancadas, tales como: - Hoyuelos - Superficies de empacaduras - Uniones solapadas - Hendiduras bajo tornillos y remaches También conocida como corrosión por depósitos o por empacaduras.
128
Etapa inicial
Etapa final
129
Factores ambientales
Depósitos que promueven la corrosión por hendiduras - Arena - Productos de corrosión - Otros sólidos extraños Depósitos actúan como una barrera y crean una zona y condición estancamiento debajo de ella. Superficies contacto entre metal y no metal causan corrosión por hendidura, Ej.: en superficies de empacaduras: - Plástico - Goma - Concreto - Asbesto Contacto metal y no metal es más crítico o peligroso que metal y metal
Prevención
Utilizar empacaduras sólidas no absorbentes de humedad Usar juntas soldadas en vez de remachadas Especificar penetración completa en las soldaduras y evitar juntas punteadas Evitar estancamiento del fluido y la acumulación de sólidos Instalar drenajes en recipientes y equipos
Cor ro sión galv ánic a
Definición Se origina entre dos metales de diferente actividad química conectados entre sí, por contacto directo o en distintas zonas de un mismo metal, en presencia de un ambiente corrosivo.
Características
Acople de dos metales o dos zonas del mismo metal en un medio corrosivo
Se genera (FEM) o diferencia potencial la cual origina corriente de corrosión
(FEM) en mismo metal o aleación debido a: -
Diferentes niveles esfuerzos Estructuras metalúrgicas distintas Variaciones temperatura y concentración electrolito Irregularidades superficiales
130
Factores Tiempo Ambiente (atmosférica) Distancia/conductividad Relación entre áreas
Potencial de corrosión tiende a disminuir al formarse productos de corrosión, reduciendo su velocidad. Humedad Tipo de ambiente (rural, marina, etc.) Más severo el ataque en uniones y disminuye al alejarse de ellas. Muy importante y crítico. Caso más desfavorable: Ánodo pequeño / cátodo grande. Densidad corriente muy alta y concentrada en ánodo y por tanto mayor tasa de corrosión localizada.
Concentración de oxígeno
Fuerza electromotrices (FEM)
A.J. Bethune and N.A.S. Looud, 1964
Sistemas active – pasivo
Aumenta la corriente galvánica
131
Región: I: Activo II: Pasivo III: “Crevice”
IV: Picadura
Prevención Seleccionar aleaciones cercanas en la serie galvánica - Evitar relación desfavorable ánodo pequeño/cátodo grande - Aislar eléctricamente aleaciones - Evitar uniones roscadas entre metales diferentes - Aplicar pinturas protectoras
Ataque selectivo
Características Ataque preferencial y disolución de un elemento de una aleación (ánodo) en presencia de un ambiente corrosivo específico Tipos: grafitización y descinficación
Grafitización Caso particular de ataque selectivo en fundiciones de hierro Agua salada, suelos, bacterias reductoras de sulfatos, aguas acidificadas, etc. Internamente: grafito es catódico vs. resto (ánodo matriz hierro) Hierro se disuelve, resultando finalmente en una masa de óxidos de hierro, grafito libre y poros
Prevención Emplear hierro dúctil y hierro maleable
Descincificación de latones
132
Prevención descincificación
Reduciendo agresividad ambiente, Ej.: Eliminando O 2 presente, disminuyendo la temperatura Usando aleaciones más resistentes (menor contenido Zn), Ej.: latón rojo (max. 15% Zn) Agregando elementos inhibidores a la aleación Ej.: Admiralty metal (71Cu-29Zn-1Sn) Arsenical adm. metal (70Cu-29Zn-1Sn-0.04As) Empleando aleaciones muy resistentes, que no contienen zinc en sistemas enfriamiento, Ej.: 90Cu-10Ni y 70Cu-30Ni
Corrosión b ajo tensión (ACBT)
Características Efecto combinado/simultáneo: esfuerzos de tensión, aleación susceptible y ambiente corrosivo Fractura frágil sin deformación, desgaste, ni pérdida de peso Fallas prematuras, costosas y, a veces catastróficas
Tipos más comunes Agrietamiento del latón amarillo, por NH 3 húmedo Fisuramiento de aceros inoxidables austeníticos, por iones cloruros Fragilidad de aceros al carbono en presencia de hidróxido de sodio y por aminas Agrietamiento en aceros al carbono y de baja aleación, de alta resistencia mecánica y dureza por H 2S húmedo
Factores Ambiente Temperatura Magnitud del esfuerzo Tipo de aleación Proceso de fabricación
Mecanismo No está totalmente establecido debido a la complejidad e interrelación entre ambiente, tipo de aleación y magnitud de esfuerzos. La corrosión inicia una picadura. Discontinuidad en la superficie, rotura local capa pasiva u otro defecto, actúan como concentradores de esfuerzos. Celda electroquímica: Fondo picadura (ánodo) vs. resto superficie (cátodo) en medio corrosivo y los esfuerzos, inician y propagan el agrietamiento
133
Mecanismo de falla por CBT
Ambiente corrosivo
No hay reglas fijas: medios acuosos, metales líquidos, sales fundidas, líquidos inorgánicos
La presencia de oxidantes acelera el agrietamiento, Ej.: 0 2 vs. 304 SS en agua tratada
El agrietamiento es catalizado con la temperatura Ej.: aleación de magnesio a temperatura ambiente y aceros inoxidables austeníticos a 60 °C
Origen de los esfuerzos Aplicados o externos - Presión del sistema - Expansión térmica - Vibración mecánica - Esfuerzos alternantes - Restricciones físicas Residuales o internos - Fabricación del material - Durante la construcción
Factores metalúrgicos El A.C.B.T. es función de: - Elementos aleantes
134
- Composición y distribución de precipitados - Resistencia mecánica y dureza - Tratamiento térmico y fases presentes Metales puros también pueden sufrir A.C.B.T. - Cu (99.999%) en soluciones amoniacales
Plantas Endulzadoras Agrietamiento en plantas de MEA en refinería del R.U. (U.K. corrosión/82) Falla catastrófica (17 muertos) en una refinería de Chicago. (NBS Report, Mar.1986) Encuesta de NACE en EEUU reportó grietas en 83 % de las unidades de MEA y aprox. 15 % en las de DEA y MDEA. (Corrosión, Ene.88) Reactores en refinerías y petroquímicas de Venezuela han presentado grietas por CBT y al menos dos (2) han tenido que ser sacados fuera de servicio (1989).
Caustic soda service graph
135
Efecto del contenido Ni para controlar el A.C.B.T.
Aleaciones susceptibles a A.C.B.T.
136
Control del A.C.B.T.
Corrosión intergranular
Definición Consiste en un ataque localizado en los límites l ímites o bordes de los granos de d e la microestructura cristalina de una aleación.
137
Características A medida que la corrosión progresa, los granos se descohesionan y la aleación se desintegra Los bordes de los granos son anódicos con respecto a la matriz, la cual es catódica Ej.: AISI 304SS vs. ácidos politiónicos, aleaciones de níquel vs. compuestos de azufre, aceros al carbono vs. NaOH, aleación Cu-Zn vs. NH 3
Mecanismo Sensibilización del acero por exposición a 400°C/800°C debido a precipitación de Cr 23C6 en límite de grano Con el agotamiento del Cr en la matriz, el acero pierde su resistencia a la corrosión Durante paradas de planta se produce ácidos sulfurosos, corrosión intergranular y fractura Caso típico: desintegración soldaduras, AISI 304SS Desintegración de soldaduras Ocurren muchas fallas en soldaduras de aceros inoxidables austeníticos Las zonas inmediatas y paralelas a ambos lados de la soldadura están expuestas al rango de sensibilización Las fallas tienen apariencia azucarada debido a la desintegración interna de la estructura El tiempo y la temperatura dependen del espesor y tamaño del material soldado. Espesores menores a 3 mm, no experimentan sensibilización
Relación tiempo - temperatura
138
Ambiente que causan corrosión intergranular en aceros inoxidables austeníticos AISI 300 sensibilizados
139
Prevención Utilizar aceros inoxidables austeníticos de bajo contenido de carbono Agregar elementos estabilizadores y formadores de carburos, como el titanio y la mezcla niobio más tantalio Hacer un tratamiento térmico de recocido de solución y temple
Corrosión-Erosión
Características Daño severo por la acción conjunta del ambiente corrosivo y la velocidad del fluido sobre la superficie metálica Presencia de partículas sólidas ocasiona mayor severidad Proceso sinergístico Factores influyentes Películas superficiales: una capa densa, adherente y dura, suple mayor protección que una porosa, no adherente y blanda La capacidad de protección de las películas dependen de su velocidad de regeneración, resistencia a la corrosión y al daño mecánico Velocidad lineal del fluido corrosivo, régimen y fases del fluido Esfuerzo de corte
140
Factores influyentes La turbulencia y cambios de dirección originan mayor agitación del fluido y mayor contacto del medio corrosivo con el metal Composición química de la aleación: - En general los metales pasivos (Al, Ti y aceros inoxidables serie AISI300) son más resistentes - Adición de hierro al cobre aumenta resistencia a corrosión-erosión de las aleaciones Cu-Ni
Equipos más afectados Codos, tees, reducciones Válvulas, bombas, sopladores Hélices, impulsores Tubos intercambiadores calor Medidores de orificio Boquillas atomizadoras Alabes de turbinas Materiales susceptibles Prácticamente todos los metales (incluyendo los pasivos) experimentan corrosión y erosión Los metales blandos, Ej.: cobre y plomo, son menos resistentes al efecto físico del desgaste
Corrosión de metales por agua salada a diversas velocidades
141
Prevención Seleccionar correctamente materiales metálicos y no metálicos Utilizar revestimientos duros depositados con soldadura, elastómeros y refractarios monolíticos Reducir la agresividad del ambiente Mejorar el diseño mecánico y de proceso Reducir el flujo o cambios bruscos de dirección Reducir el contenido de sólidos Cavitación Se produce en condiciones de operación en zonas de alta velocidad del fluido, caídas bruscas de presión Al aumentar su presión al nivel normal, las burbujas no pueden existir y se
origina una “implosión”, que desgasta/deforma severamente el metal
La apariencia física se asemeja a picaduras localizadas mucho más profundas, de bordes agudos/cortantes Cavitación - Prevención Evitar ocurrencia simultánea de condiciones de alta velocidad del fluido caída brusca de presión
Diseñar bombas centrífugas con un correcto “NPSH” (Net Positive Suction Head”)
Utilizar sistemas escalonados para reducir altos gradientes de presión
COR RO SIÓN-FA TIGA
Definición Reducción significativa resistencia a la fatiga de una aleación, debido al efecto del ambiente corrosivo Fallas que ocurren prematuramente, de manera frágil por la acción de esfuerzos cíclicos o repetidos N veces
Apariencia Dos zonas muy distintas: Una extensa de textura fina, azucarada y de fractura frágil y otra más pequeña, deformada, de superficie rugosa y fractura dúctil El agrietamiento se propaga desde la superficie (defecto) en dirección perpendicular a la zona fina y luego se produce fractura al debilitarse la sección transversal
142
Características
Factores ambientales Muy influida por ciclos de esfuerzos de baja frecuencia, los cuales permiten mayor tiempo contacto entre metal y corrosivo Contenido de O2, pH, composición química del ambiente En agua salada - El bronce al aluminio retiene un 70% de su resistencia normal - Las aleaciones con alto cromo retienen sólo un 30% de su resistencia normal
Influencia del ambiente corrosivo sobre la resistencia a la fatiga
143
Prevención Reducir magnitud de esfuerzos cíclicos aplicados y agresividad del ambiente corrosivo Utilizar tratamientos térmicos superficiales en aceros
Aplicar esfuerzos de compresión sobre la superficie metálica (“shot peening”)
Controlar e inspeccionar la calidad de los procesos de fabricación, maquinado y de acabado superficial Aplicar revestimientos electrolíticos sobre la superficie metálica (cromado duro)
Corrosión induc ida por bacterias
Afecta el mecanismo de corrosión - Influyendo sobre las reacciones anódicas y catódicas - Modificando películas protectoras - Creando condiciones más corrosivas - Generando depósitos que ocasionan corrosión El metal se deteriora debido a procesos de corrosión, como resultado de la actividad de organismos vivos Estos organismos se reproducen en ambiente de pH variables entre 2 y 11, temperaturas desde 5 a 75 oC y presiones tan elevadas de 1.000 kg/cm 2, en suelos, aguas, etc.
Bacterias anaeróbicas reductores d e sulfatos
Ej.: Desulfovibrio desulfuricans reduce SO4 = a S = Despolarizadoras del cátodo, consumiendo electrones Reacción global:
= → 3 Fe(OH) 2 + FeS + 2OH - 4 Fe + SO 4 + 4 H 2 O ------
Bacterias aeróbicas Ej.: Thiobacillus thiooxidans, pueden oxidar al (S) o comp. de (S) a H2SO4 2 S + 3 O 2 + 2 H2 O -------→2H2SO4 (mayor 5%) Ambientes: - Pozos petroleros - Atacan tuberías cemento
144
Prevención Utilizar bióxidas, como el cloro o sus compuestos Usar sales cuaternarias de amonio y pinturas a base de compuestos de cobre Utilizar revestimientos y protección catódica Evitar acumulación de sólidos y condiciones anaeróbicos
Fragilidad po r hidrógeno
La causa inicial es la penetración del hidrógeno dentro de la estructura metálica formando hidruros, y compuestos frágiles Tendencias a producirse - En las aleaciones de titanio, circonio y aceros - Procesos químicos, durante la soldadura, limpieza química y electrodeposición - Presencia de venenos catódicos como CN y S=
Ampollamiento por hidrógeno Prevención Usar adecuadamente inhibidores de corrosión Controlar procesos de electrodeposición Calentar titanio para remover el H 2 a temperaturas de 93o y 149 oC Cambiar el material Usar electrodos de bajo hidrógeno Adecuada selección de materiales Utilizando recubrimientos metálicos, inorgánicos, resistentes al medio corrosivo Usando inhibidores que reducen la evolución de hidrógeno Eliminando elementos contaminantes que tienden a favorecer la descomposición del H 2 en H Cambiando el material: los aceros que contienen níquel poseen mayor resistencia
Ataque po r hidrógeno a alta temperatura Deterioro de las propiedades de acero en ambiente de altas temperaturas y presiones de H 2 Comienza a 260 °C y Pp(H 2 ) mayores a 100psi para el acero al carbono - Fisuramiento intergranular - Pérdida ductilidad - Descarburación acero - Reducción de propiedades mecánicas - Deterioro de la soldabilidad
145
Mecanismo H 2 se disocia a 2H en superficie metálica H penetra y se difunde en el acero alojándose en límites de los granos Reacción: 2H2 + Fe3C ------→ 3 Fe + CH 4
Genera presión interna y produce fisuramiento con descarburación
Ataque por hidrógeno a alta temperatura Prevención Prevención Evitar operar en un rango de temperatura y presión elevado según especificación API 941 (curva de Nelson) Adición de Cr, Mo, V y Ti; por ser estabilizadores de carburos aumentan la resistencia del acero al ataque Disminución en el contenido de C ZAC en soldaduras son más susceptibles que metal base Emplear aceros austeníticos inoxidables los cuales son inmunes al ataque (presentan una sola fase, no descarburan)
Proces os m etalúrgico s de degradación
Características
Termofluencia o “creep” Fragilidad por revenido o “temper embrittlement”
Fragilidad por precipitación de fase sigma Fragilidad de los 470 oC Sensibilización Fragilidad y pérdida de la tenacidad del material a bajas temperaturas o en niveles criogénicos
Termofluencia (“Creep”) Se ha reportado agrietamiento por “Creep” en soldaduras y ZAC, en
recipientes de acero al Cr-Mo y otros aceros aleados Mo y Nb aumentan resistencia al “Creep” y resistencia mecánica en caliente EJ.: Aleación HP (25 Cr - 35Ni - 0.5Mo) con adición de 1% Nb, está reemplazando al popular HK-40 (25 Cr - 20Ni), en muchas aplicaciones Deformación plástica progresiva hasta ruptura, por acción combinada de esfuerzos y temperatura, durante prolongados períodos de tiempo
146
Ocurre en muchos aceros y aleaciones, en mayor o menor grado según ambientes, composición química y características metalúrgicas de la aleación Para acero al carbono se inicia desde 400 °C
Curva típica de “Creep”
Fase sigma Fase muy frágil, dura y no magnética. Compuesto intermetálico de Fe-Cr (50% c/u) Se forma en rango 590/930 °C tanto en material base, como en el depósito de la soldadura, reduciendo drásticamente la ductilidad y la tenacidad del acero Aleaciones susceptibles: Aceros inoxidables austeníticos, que contienen de 5 a 10% de ferrita libre (316 SS, 347 SS); así mismo aceros inoxidables ferríticos con más de 16.5% Cr Elementos austenizadores (C-Ni-N) inhiben formación fase sigma y elementos ferritizadores (Cr-Si-Ti-Nb) promueven fragilización
147
Iron-chromium phase diagram
Tenacidad: curva temperatura de transición
Instalaciones y equipo s
Aspectos que los Limitan Omisiones en el diseño Selección inapropiada de materiales Defectos de fabricación Procesos metalúrgicos de degradación Incumplimientos de exigencias de normas técnicas aplicables: API, ASTM, ASME/ANSI, AWS, NACE, etc. Deformado en frío Maquinado Tratamientos térmicos inadecuados Fallas inducidas en soldaduras
148
Costos indirectos relevantes releva ntes
Producción diferida por paradas no programadas Pérdidas de ingresos y oportunidad Ineficiencia del proceso (taponamiento, reducción de transferencia de calor, caída de presión) Sobrediseño Contaminación Gastos por indemnizaciones, juicios, accidentes fatales y daños a terceros Intangibles: pérdida de confiabilidad e imagen de la empresa UNIDAD 2: prevención y control de corrosión durante la fase de diseño y operación
Proc edim iento s istemático p ara optim izar el el con trol d e la c orro sión
149
Prevención y control de corrosión durante la fase de diseño y operación Medición d e la velocidad de corro sión
Cupones de corrosión Probetas de resistencia eléctrica Probetas de resistencia a la polarización Ruido electroquímico Probetas de permeación de hidrógeno Calibradores internos Mecánicos Corrientes de Eddy Campo electromagnético Ensayos no destructivos Convencionales (Ultrasonido, radiografía) No convencionales (Emisión acústica, termografía, T.L.A.) Análisis químico (indirecto)
Predicción de la tasa de corrosión Ensayos de laboratorio - Normalizadores - Simulación Celdas de vidrio Autoclaves estáticos Circuitos dinámicos Modelaje matemático - Modelos termodinámicos - Modelos cinéticos - Modelos estadísticos
Prevención d e fallas p or corro sión
Diseño Selección de materiales Protección catódica Recubrimientos Inhibidores de corrosión Ensayos no destructivos Análisis de fallas
150
Reg las g en erales de d iseñ o
Preferir juntas soldadas en la construcción de tanques y otros recipientes Diseñar tanques y otros recipientes con facilidades de drenaje y limpieza Diseñar sistemas que posean componentes fáciles de reemplazar Evitar esfuerzos mecánicos excesivos y concentraciones de esfuerzos Evitar contacto eléctrico entre metales disímiles Evitar cambios bruscos de dirección del fluido Diseñar intercambiadores de calor y otros recipientes, con distribución uniforme de temperatura Tratar de excluir el aire u oxígeno del sistema Ensayos no destructivos y seguimiento a la corrosión
Selección de m ateriales
Vida útil de los equipos Tipos de corrosión experimentados en la industria petroquímica y química Fenómenos metalúrgicos asociados a las aleaciones Otros aspectos importantes que limitan vida de equipos: - Durante la etapa de diseño - Calidad deficiente en la fabricación - En la construcción - Durante la operación
Selección d e materiales
Factores a considerar
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Ciencias auxiliares para consulta
Ejemplos de materiales recomendados para diferentes medios corrosivos Aceros inoxidables austeníticos y ácido nítrico Níquel y sus aleaciones con el hidróxido de sodio Monel y ácido fluorhídrico
Hastelloy (“Chlorimet”) con ácido clorhídrico caliente
Plomo y ácido sulfúrico diluido Aluminio y exposición a la atmósfera no contaminada Estaño y agua destilada Titanio y soluciones oxidantes calientes Aceros inoxidables austeníticos y soluciones de amoníaco y ácido carbónico Aceros al carbono y ácido sulfúrico concentrado Tantalio y ácidos calientes y concentrados
Propiedades de los materiales metálicos Aceros al carbono Aceros inoxidables - Martensíticos - Ferríticos - Austeníticos - Endurecibles por envejecimiento - Austeníticos-ferríticos (Duplex) Aluminio y sus aleaciones Fundiciones de hierro - Grises
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- Blancas - Maleables - Austeníticas - Nodular o dúctil Cobre y sus aleaciones Níquel y sus aleaciones Plomo y sus aleaciones Zinc Estaño Titanio y sus aleaciones
Materiales no metálicos Elastómeros: Naturales y sintéticos - Buena resistencia a la abración - Buena resistencia química (HCI) - 71 °C naturales; 135 - 304 °C sintéticos
Materiales no metálicos - Plásticos Termoplásticos - Fluorcarburos (Teflón T < 288 °C) - Acrílicos (Cepillos, transparencias, etc.) - Nylon (Hilos, telas, etc.) - Poliéster clorado (Pentón, usados en tuberías y revestimientos en tuberías) - Polietilenos (Tuberías de agua) - Poliestirenos (Buena resistencia química, frágiles) - Cloruro de polivinilo (Buenas propiedades mecánicas, tuberías, conexiones, etc.) Termoestables - Epóxicos (Mejor resistencia mecánica y de corrosión) - Fenólicos (Revestimientos, válvulas, etc) - Poliéster (Industria espacial) - Úreas (Pobre resistencia a la corrosión) - Siliconas (Pobre resistencia al calor T = hasta 288 °C)
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Otros materiales no metálicos Cerámicos, refractarios y aislantes (Alta temperatura, resistente a la abrasión, erosión, corrosión, aislante térmico) Carbón y grafito (Buen conductor de calor, resistencia térmica) Materiales compuestos / plásticos reforzados. (Alta relación, resistencia mecánica / peso) Materiales sinterizados (Alta calidad y precisión dimensional) - Metalurgia de los polvos (Alta calidad y precisión dimensional)
Recubrimientos protectores
Objeto
Formar barreras protectoras entre el metal y el ambiente corrosivo
Tipos
Metálicos Inorgánicos Orgánicos
Metálicos
Electrodeposición Atomización a la llama
“Cladding”
Por inmersión Deposición por vaporización Por difusión a alta temperatura Pinturas anticorrosivas
Preparación de la superficie
Selección de primera capa de fondo o “primer”
Selección de capas finales o de acabado
Orgánicos Pinturas anticorrosivas Protección contra el ambiente e intemperie Propósitos decorativos Ambos
Inorgánicos Conversión química (anonizado y fosfatado) Vidrio Concreto
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Principales componentes pinturas Pigmentos Vehículos Solventes Aditivos
Pigmentos Materiales sólidos, secos, inertes Propiedades - Color - Inhibición - Protección U-V - Dureza película Ejemplos: - Zinc metálico - Silicato magnesio - Carbonato calcio
Vehículos
También conocidos como aglutinantes o “Binders”
Propiedades - Espesor película - Flexibilidad - Adhesión - Curado - Resistencia a la corrosión Ejemplos: -
Epóxicos Fenólicos Vinilos Goma calorada Poliésteres Alquídicos Poliuretanos Acrílicos
Solventes Disuelven vehículos y los fijan a la superficie Volátiles, no permanecen en el revestimiento final Propiedades
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Secado Vaporización Flujo de película Aplicación
Ejemplos: Nafta Xileno - Metil-Etil-Ketona Agua
Factores críticos de comportamientos en revestimientos industriales Preparación de la superficie Condiciones ambientales y servicio prestado ¿Inmersión o atmosférico? Si es inmersión ¿Qué solución es usada? ¿A qué temperatura de operación? ¿Sometida a abrasión u otras condiciones? Selección del revestimiento Especificaciones completas Inspección y seguimiento en todas las etapas Evaluación del comportamiento real Evaluación y ensayos de laboratorio
Protecc ión catódica
Método eléctrico usado para evitar la corrosión en estructuras metálicas colocadas en medios corrosivos (como el suelo o el agua) Principio basado en la naturaleza electroquímica de la corrosión M -------→ M+n + ne- (reacción anódica) 2H+ + 2e --------→ H2 (reacción catódica)
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Protección catódica Corriente impresa
-
Requiere suministro externo de corriente Voltaje puede variar Corriente puede variar Cualquier requerimiento corriente Usado en suelos de alta o baja resistividad Considerar interferencias Mayor inversión y mantenimiento
Corriente galvánica - Autogeneradora de corriente - Voltaje varía con el tiempo naturalmente - Corriente está limitada - Cantidad de corriente pequeña - Usado en suelos de baja resistividad o agua de mar - Más económico
Corrosividad del ambiente Resistividad - Entre 0 y 103 ohm-cm, corrosivo severo - 103 y 104 ohm-cm, moderadamente corrosivo - 104 y 105 ohm-cm, ligeramente corrosivo - Mayor de 105 ohm-cm, probablemente no corrosivo
Parámetros de diseño Área del metal expuesto Resistencia dieléctrica y calidad de la pintura Corrosividad del medio Naturaleza del metal a proteger Tamaños relativos de áreas ánodica y catódica Distribución de la corriente protectora
Corrosividad de un suelo Porosidad Conductividad Cantidad de sales disueltas Cantidad de humedad Acidez o alcalinidad
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Inhib idores de corro sión
Características Sustancias que agregadas en bajas concentraciones al proceso corrosivo, disminuyen la velocidad de corrosión - Modificando el ambiente, Ej. removedores oxígeno - Modificando la interfaz entre el medio corrosivo y la superficie metálica - Modificando el material de construcción Técnicas no destructivas más usuales
Radiografía y gammagrafía Partículas magnéticas Ultrasonido Líquidos penetrantes
Corrientes de “Eddy” Monitoreo de corrosión, “monitoring”
Identificación de metales y aleaciones
Técnicas menos usuales Electromagnéticas Termografía infrarroja Emisión acústica Análisis de vibraciones Boroscópios Pirómetros Electromagnéticas Termografía infrarroja Emisión acústica Análisis de vibraciones Boroscópios Pirómetros
Radiografía y gammagrafía Aplicaciones - Defectos en soldaduras - Variaciones de espesor - Grietas, fisuras, inclusiones y poros Ventajas - Uso en casi todos los materiales
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- Imagen visual del interior del material - Evidencia deficiencia y errores de manufactura - Revela fallas Limitaciones - Imprácticas en objetos de geometría compleja o espesores muy gruesos - Imposible en piezas no accesibles por ambos lados - Obligatorio regulaciones de seguridad industrial
Fuentes de rayos gamma Partículas magnéticas Aplicación - Detectar defectos en superficie y subsuperficie del equipo Ventajas - Sirve para detectar defectos cercanos a la superficie pieza - Método simple, práctico y portátil - Produce resultados visuales inmediatos Limitaciones - Utilizable sólo en aleaciones ferromagnéticas - No detecta defectos paralelos al campo magnético - La superficie a examinar debe estar muy limpia
Partículas magnéticas - imán permanente
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Ultrasonido Aplicaciones - Mide espesores - Localiza defectos - Detecta grietas, internas, fallas, laminaciones Ventajas - Muestra rápidamente tamaño, ubicación y orientación de los defectos - Disponible en equipos portátiles - Técnica bastante exacta Limitaciones - Se requiere mayor especialización y experiencia del personal - Muy limitado en superficies rugosas - Necesita acople acústico (grasa, agua, glicerina) - Pierde respuesta con el aumento de la temperatura
Ultrasonido
Medición de espesores por ultrasonido
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Líquidos penetrantes Aplicación - Detectar defectos abiertos a la superficie Ventajas - Fácil de emplear, rápido, portátil y muy económico - Resultados visuales inmediatos Limitaciones - No detecta defectos internos - La superficie debe estar muy limpia - Necesita cámara oscura cuando se utiliza líquido fluorescentes
CORRIENTES DE “EDDY”
Aplicaciones - Verifica variaciones de espesor - Detecta defectos superficiales - Determina propiedades del material Ventajas - Adaptable a procesos continuos - Excelente sensibilidad a picaduras - Alternativa para metales no ferrosos Limitaciones - Sólo aplicable a materiales conductores eléctricos - Proporciona sólo resultados cualitativos - La sensibilidad disminuye con la profundidad
Identificación de metales y aleaciones Aplicación - Durante la construcción de plantas, adquisición de materiales y piezas de repuestos Ventajas - Evitar errores en las instalaciones - Prevenir fallas en el servicio - Método rápidos, económico, prácticos y portátiles Limitaciones - Falta de precisión con algunos metales - A veces requieren otros métodos (END) o análisis químicos adicionales
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ANÁLISIS DE FAL LA S
Objetivos Técnicas de investigación para determinar la(s) causa(s) de la falla Acciones concretas para prevenir la recurrencia de las mismas Extender la vida, disponibilidad y confiabilidad de las plantas Minimizar la ocurrencia de paradas imprevistas, costosas e inseguras Establecer programación apropiada de mantenimiento preventivo Corregir errores de diseño e inapropiada selección de materiales Evitar implicaciones de tipo legal
Mala calidad en el material original
Defectos iniciadores y propagadores de fallas (porosidad, laminaciones, inclusiones) Acero con exceso de impurezas (S,P) Mal acabado superficial Deficiencia en las dimensiones y tolerancias (espesor, diámetro)
Situaciones que originan fallas - Durante la etapa de diseño Falta de una especificación integral de materiales Selección inapropiada de materiales Crear situaciones desfavorables (estancamiento y turbulencia del fluido) Condiciones de cavitación (alta velocidad, caída de presión) Restricciones físicas, concentración de esfuerzos Falta accesibilidad física para mantenimiento y reemplazo de componentes Situaciones que originan fallas - Durante la fabricación y ensamblaje Errores al recoger y ensamblar materiales Errónea selección de procesos de soldar y/o electrodos Ausencia de un procedimiento calificado para soldar Omisión del precalentamiento y del tratamiento térmico después de soldar Utilización de soldadores no calificados según códigos aplicables Deficiencias y falta de control en la inspección Situaciones que originan fallas - Durante el servicio y operación Corrosión (H2S, CO2, CI) Sobrecarga mecánica
Esfuerzos y temperatura “creep”
Baja temperatura (fragilidad) Otros fenómenos metalúrgicos (fase sigma, fragilidad por revenido) Fragilidad por hidrógeno
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Tipos de falla según modo de fractura D CTIL
FR GIL
Textura fibrosa Exceso deformación plástica Propagación lenta Alto consumo de energía Micro-vacíos Ej.: sobrecarga
Textura azucarada Sin deformación plástica aparente Propagación rápida Bajo consumo de energía Micro-estriaciones Ej.: corrosión bajo tensión
Tipos de falla según morfología INTERGRANULARES
Propagación siguiendo los bordes de los granos Agrietamiento ramificado y fino
TRANSGRANULARES
Propagación a través de granos Grietas gruesas, sin mucha ramificación
Procedimientos típicos para un análisis de fallas 1. Historia y documentación Revisar especificación de diseño Revisar especificación de materiales Verificar y certificar pruebas Tiempo de servicio Resultados de inspecciones anteriores a la falla Revisar experiencias similares Realizar análisis preliminar 2. Condiciones de operación del proceso Temperatura, presión composición química Presencia de contaminantes: O 2, H2S, CI-, CO2 Registros de operación anormal: P, T, ciclo térmico, velocidad del fluido Determinar esfuerzos residuales (posibles cambios de fases) Verificar registros de vibraciones y cargas cíclicas Constatar restricciones físicas en el componente Verificar la presencia de sólidos en suspensión 3. Examen visual y macroscópico Ubicación y dimensión de la falla Presencia de productos de corrosión Pérdida de material, espesor, desgaste y agrietamiento
