CORROSION: FUNDAMENTOS Y CONTROL
Villahermosa-México Diciembre 04-2010 DARIO RUEDAS PACHECO (Ing. Metalúrgico) Corrosion Technician NACE (Reg. # 14157) Cathodic Protection Specialist NACE (CP Level IV) (Reg. # 14157) E-mail:
[email protected] [email protected] Bogotá-Colombia
CONTENIDO 1
Conceptos de corrosión
2
Formas y clasificación de la corrosión
3
Principales agentes corrosivos procesamientos de hidrocarburos
4
Corrosión en fase acuosa – corrosión electroquímica
5
Corrosión externa en líneas de transporte de hidrocarburos y tanques de almacenamiento
6
Mecanismos de mitigación de la corrosión externa: Protección catódicaRecubrimientos
7
Técnicas de monitoreo de corrosión externa
8
Corrosión interna en líneas de transporte de hidrocarburos, líneas de proceso, recipientes a presión y tanques de almacenamiento
9
Mecanismos de mitigación de la corrosión interna: Inhibidores de corrosión-Biocidas
10
en
sistemas
de
transporte
Estrategia para el manejo integral de la corrosión en campos de producción de hidrocarburos
y
Fundamentos de Corrosión
B$276 / año = 3.1% del GDP
Es el deterioro de un material (usualmente un metal) o sus propiedades debido a una reacción con su medio ambiente.
CORROSION EN LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO
CÁTODO
e-
ÁNODO Fe++
A C
E M
O2
H+
2H+ + 2e-
H2
O2 + 2H20 + 4e-
O2 + 4H+ + 4e-
4OH-
H20
Fe
Fe ++ + 2e-
Evolución de Hidrogeno : H+ + eH +H
Reacciones Catódicas
2H+ + 2e-
H H2
H2
Reducción de oxígeno en soluciones ácidas:
O2 + 4H+ + 4e-
2H2O
Reducción de oxígeno en soluciones neutras y alcalinas:
O2 + 2H2O + 4e-
Reacción anódica
4OH-
M
M n+ + ne-
Fe
Fe ++ + 2e-
2H+ S=
CO2 + H20
H2CO3
2H+ CO3=
FORMAS DE CORROSIÓN DE ACUERDO A LA MORFOLOGÍA DE DAÑO
LOCALIZADA
UNIFORME
Corrosión General o Uniforme
MPY Puede ser reconocida por formación de una superficie áspera y la presencia de productos de corrosión. Permite evaluar fácilmente la vida de servicio de los materiales expuestos a un medio corrosivo.
Corrosión Localizada - Picado
Produce agujeros o cavidades que se inician en la superficie metálica
Rápida penetración Rodeada por regiones sin corrosión.
Corrosión Localizada - Hendiduras
Ataque localizado en el cual el sitio de ataque es un área donde el acceso libre al ambiente circundante es restringido. Ocurre frecuentemente en rendijas, grietas o hendiduras formadas entre superficies de metales ensamblados y se manifiesta en forma de picaduras Superficies: metal- metal, metal – No metal y depósitos de desechos o productos de corrosión
Corrosión Localizada - Hendiduras Existen dos (2) mecanismos básicos de Corrosión por Hendiduras
1.Celda de corrosión por concentración de Oxigeno/Área Anódica dentro de la hendidura Zona de disolución del metal en la cual escasea el O2 H en d idu ra
F o rm a d o r de h e n d id u ra
02
02
S u p e rficie m e tá lica
C o r r o s ió n D e n tr o d e la H e n d id u r a
Gota de agua
Metal
Zona de reducción en la cual abunda el O2
Corrosión Localizada - Hendiduras 2. Celda de corrosión por concentración de Iones Metálicos/Área Anódica al exterior de la hendidura Corrosión a la Entrada de la Hendidura
Estado inicial
Estado Avanzado
Corrosión Galvánica
La corrosión galvánica es la pérdida de metal que se genera al conectar eléctricamente dos materiales, donde uno actúa como Ánodo y el otro como el Cátodo.
SERIE GALVÁNICA
15
Corrosión Galvánica
PLACA DE COBRE
REMACHES DE ACERO
COBRE
ACERO
Corrosión Asistida por el Flujo Es la acción combinada de la corrosión y el efecto del fluido Tipos: 9 Erosión – Corrosión 9 Cavitación 9 Impacto o Choque
Corrosión Asistida por Flujo – Tipo Cavitación
Paso a paso: 1. Formación de burbujas en un área de baja presión 2. Movimientos de burbujas hacia áreas de mayor presión 3. Destrucción de las burbujas generando ondas de alta presión en el liquido 4. Las ondas impactan sobre la superficie y ocurre la corrosión
Corrosión Intergranular La corrosión intergranular es el ataque preferencial adyacente, a las fronteras de grano de un metal.
Biocorrosión Es la iniciación o aceleración de la cinética de la corrosión debido a la interacción de los procesos metabólicos de los microorganismos y un metal.
Corrosión-Fatiga •Se caracteriza por la falla prematura de una parte expuesta a cargas cíclicas. • Puede ocurrir en un ambiente de corrosión a niveles bajos de esfuerzo, o a un menor número de ciclos comparado con lo que duraría en un ambiente inerte.
Agrietamiento Inducido por el Medio (Environmentally Assisted Cracking (EAC)) Fractura de tipo frágil de un material dúctil que resulta de la acción de la corrosión y esfuerzos de tensión. Las grietas están en Angulo recto con respecto a la dirección del esfuerzo máximo de tensión Tipos: Corrosión asistida por esfuerzo (SCC)* Agrietamiento por sulfuro – corrosión (SSC)*
Agrietamiento Inducido por el Medio
SCC: Stress Corrosion Cracking Agrietamiento de un metal en el cual se involucran procesos de corrosión localizada y esfuerzos de tensión (aplicados o residuales), en presencia de agua y un agente corrosivo (importante el H2S).
Agrietamiento Inducido por el Medio
SCC en Tubos de Acero Inoxidable
Sulfide Stress Cracking (SSC) Agrietamiento de un metal en el cual existen esfuerzos de tensión (aplicados o residuales) en presencia de H2S. • El Hidrogeno es promovido por la presencia de H2S. • El hidrógeno atómico puede difundir dentro del metal, reduciendo la ductilidad e incrementando la susceptibilidad al agrietamiento. Materiales metálicos de alta resistencia y zonas duras en las soldaduras facilitan el SSC.
Aceros al Carbono y de baja aleación resistentes al SSC (General) P H2S < 0,3 kPa (0,05 psi) No se requieren precauciones especiales P H2S ≥ 0,3 kPa (0,05 psi) Ver materiales descritos en el ítem A.2 de la norma NACE MR0175/ISO 15156-1 (2001)
Selección para aplicación en ambientes ácidos
PRINCIPALES AGENTES CORROSIVOS
O2
CO2
O2
CO2
H2S
H2S
O2
• Puede causar corrosión a bajas concentraciones (<1 ppm) • En presencia de CO2 y H2S aumenta su potencial corrosivo • Solubilidad = f(presión, temperatura, contenido de cloruros) • Favorece la corrosión por celdas de aireación diferencial
O2 + 2H2O + 4e-
O2
Fe
4OHFe ++ + 2e-
CO2
Forma ácido carbónico al disolverse en H2O CO2 + 2H2O
H2CO3
Fe + H2CO3
FeCO3 + H2
La presencia de ácidos débiles como el ácido acético favorecen la corrosión “dulce” Solubilidad = f(presión, temperatura, composición del agua)
CO2
PREDICCIÓN DE LA CORROSION POR CO2 P Parcial de CO2 = P Total x Fracción molar de CO2 en el gas
En pozos con gas “dulce” a pH ≤ 7 Presión parcial ≥ 30 PSI usualmente indica corrosión. Presión parcial 3 - 30 PSI puede indicar corrosión. Presión parcial ≤3 PSI usualmente no indica corrosión
INCRUSTACIONES (SCALE)
• El H2S es muy soluble en agua
H2S
H2S + Fe + H2O
FeS + H2
• La corrosión por H2S es denominada corrosión “agria” • Aumenta su agresividad al combinarse con CO2 y O2
H2S
•Los productos de corrosión pueden acelerar la corrosión localizada
AMENAZAS ASME B31.8 S
ESTABLES
MANU
FACTU
RA
CONSTRUCCIÓN
•Defectos del Tubo •Defectos en la costura
• Soldadura de unión •Preparación de la soldadura •Doblez/ arrugas •Defectos acoplamiento • Empaques-sellos •Control/comunicaciones •Empaques de bombas •Misceláneos
DEPENDIENTES DEL TIEMPO
INDEPENDIENTES DEL TIEMPO
EQU IPOS
DAÑOS P TERCE OR ROS
OPERACIONES INCORRECTAS
• Daños Inmediatos • Daños previos al tubo •Vandalismo • Procedimientos Incorrectos • Invierno •Tormentas/rayos •Inundaciones •Movimientos de suelos
Y CLIMA S A Z R E FU NAS EXTER
SIÓN CO RRO
• Interna •Externa •Agrietamiento por esfuerzos (SCC)
30%
CORROSION EXTERNA
CORROSION EXTERNA: MITIGACIÓN
A C
E
1. Recubrimientos
M CÁTODO
e-
ÁNODO Fe++
O2
H+
CORROSION EXTERNA: MITIGACIÓN
1. Recubrimientos Resistencia Química Baja Permeabilidad a la Humedad Fácil Aplicación al Sustrato Propiedades Deseables
Adherencia al Sustrato Resistencia Cohesiva Resistencia a la Tensión Flexibilidad/Elongación Resistencia al Impacto Resistencia al Flujo en Frío Resistencia a la Temperatura Resistencia Dieléctrica Resistencia a la Abrasión
1. Recubrimientos
CORROSION EXTERNA: MITIGACIÓN
A C
E
2. Protección Catódica
M CÁTODO
e-
ÁNODO Fe++
O2
H+
PROTECCIÓN CATÓDICA
Cátodo
Ánodo
Mecanismo de mitigación de la corrosión mediante la reducción de la diferencia de potencial existente entre zonas anódicas y catódicas de un material. Aplicación de una corriente a la estructura metálica mediante un electrodo externo, POLARIZANDO las áreas catódicas en DIRECCIÓN ELECTRONEGATIVA.
DIAGRAMA DE POURBAIX
Cómo aplico la corriente de PC ?
-
+
RECTIFICADOR
ÁNODOS DE SACRIFICIO
TIPOS DE PROTECCIÓN CATÓDICA GALVÁNICA (Ánodos de sacrificio
CORRIENTE IMPRESA
-
+
GALVÁNICA (Ánodos de sacrificio Magnesio
Aluminio
Zinc
CORRIENTE IMPRESA
Grafito
Tipo “MMO”
Hierro-Silicio
EQUIPOS BÁSICOS PARA MONITOREO DE DE POTENCIALES EN SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA
CORROSION EXTERNA: TÉCNICAS DE MONITOREO INSPECCIONES INDIRECTAS
INSPECCIONES DIRECTAS
CIPS (Close Interval Potential Survey) DCVG (Direct Current Voltaje Gradient) PCM (Pipeline Current Mapper) INSPECCION INTELIGENTE
CORROSION INTERNA
LINEAS DE FLUJO Y DE PROCESO
CORROSION INTERNA: MITIGACIÓN
Pasivantes
CÁTODO
e-
Convertidores de película
Misceláneos
Inhibidores de corrosión
Fe++
O2
H +
Fílmicos (adsorción)
Secuestrantes Neutralizantes
ÁNODO
A C
E M
CORROSION INTERNA: PRUEBAS ELECTROQUIMICAS PARA INHIBIDORES DE CORROSION
CORROSION INTERNA: MONITOREO
VELOCIDADES DE CORROSION CUPONES
DISPOSITIVOS ELECTRONICOS
Medida de un sitio en particular Instalados en Línea Evaluación en laboratorio Miden velocidades de corrosión promedio Instalados en línea Medición “In Situ” Puede proveer información continua Miden velocidades de corrosión directas
CUPONES Fabricación Inspección, Pesado y Análisis de resultados
Limpieza Química
Los cupones son pequeñas muestras del material inmersas dentro de la tubería para monitorear el comportamiento de corrosión.
Retiro
Inspección, Pesado y Registro Fotográfico
Tiempo de Exposición
Instalación en Línea
CUPONES Tipos GEOMETRIA
EVALUACION - Corrosión General y Picaduras - Esfuerzos - Hendidura - Pares Galvánicos - Biocorrosión - Biocupones
CUPONES Parámetros de Evaluación Generalizada VCORROSIÓN * CLASIFICACIÓN (MPY) Baja Moderada Alta Severa
< 1,0 1,0 – 4,9 5,0 – 10 > 10
Picadura Rata Máxima de CLASIFICACIÓN Picado (MPY) Baja < 5,0 Moderada 5,0 – 7,9 Alta 8,0 – 15 Severa > 10
Adicional a la pérdida de masa, los siguientes factores son considerados en el análisis: Ubicación, tiempo de exposición, medida de picadura, perfil de superficie (erosión), productos de corrosión y/o scale, y factores de operación
* = NACE RP 0775
*
DISPOSITIVOS ELECTRONICOS PROBETAS RESISTENCIA ELECTRICA (ER)
Dispositivos tipo probeta que miden la corrosividad en tiempo real y remotamente. Pueden detectar cambios bruscos en las velocidades de corrosión, los cuales no son detectados por cupones
PROBETAS DE RESISTENCIA DE POLARIZACION LINEAL (LPR)
PROBETAS Tipos RESISTENCIA ELECTRICA (ER) Determina la pérdida de metal con el tiempo, midiendo el incremento en la R eléctrica de un electrodo conforme su A transversal se reduce por la corrosión
•Cinco Tipos: Wire Loop, Tube Loop, Strip Loop, Cilíndrica, Spiral Loop •No están diseñadas para monitorear picaduras •Los depósitos de sólidos pueden afectar la exactitud de la sonda •Se usan en combinación con otros métodos: Cupones •La resistencia eléctrica aumenta al reducirse el área de la sección transversal por corrosión.
PROBETAS Tipos RESISTENCIA DE POLARIZACION LINEAL (LPR) Mide instantáneamente la proporción de corrosión, midiendo el grado de resistencia a un potencial pequeño aplicado (10 mV)
•Resistencia baja de polarización indica susceptibilidad alta a la corrosión •Debe sumergirse en un electrolito para operar (Uso Limitado) •No están diseñadas para monitorear picaduras •Los depósitos de sólidos pueden afectar la exactitud de la sonda •Los hidrocarburos líquidos causan contaminación de las sondas LPR
ANALISIS DE MUESTRAS ANALISIS FISICOQUIMICOS
Sólidas
Acuosas Orgánicas ANALISIS MICROBIOLOGICOS
MUESTRAS ACUOSAS Análisis Fisicoquímicos CAMPO
LABORATORIO
Temperatura
Cloruros y Sulfatos
pH
pH
Conductividad
Alcalinidad
H2S Disuelto
Hierro
CO2 Disuelto
Durezas
O2 Disuelto
Sólidos
CAMPO
MUESTRAS SÓLIDAS Análisis Fisicoquímicos
LABORATORIO
Carbonatos
Cenizas
pH
Humedad
Sulfuros
Materia Orgánica Análisis Elemental Composición Cristalina DRX pH, Conductividad y Cloruros Extracto Acuoso
MUESTRAS Análisis Microbiológicos Técnicas de Monitoreo:
LIQUIDAS
SÓLIDAS
- Extinción por Dilución Seriada ACUOSAS
- Colorimétrica - Biocupones
BSR * BPA * BSR = Bacterias Sulfato Reductoras BPA = Bacterias Productoras de Acido
Detectan Bacterias Sésiles
Detectan Bacterias Planctónicas
CORROSION INTERNA: TANQUES Y VASIJAS DE PROCESO
PROTECCIÓN CATÓDICA AL INTERIOR DE RECIPIENTES
ESTRATEGIA PARA EL MANEJO INTEGRAL DE LA CORROSIÓN
Datos e Información
Análisis & Valoración
Amenazas Probabilidad & Consecuencia
Aplicación ICDA, ECDA Mitigación, ILI Inspección & Criterios Monitoreo
Resultados, Indicadores , Lecciones Aprendidas
Acciones
BASES DE DATOS
Decisiones RIESGOS PUNTOS CRÍTICOS
PLANES
DARIO RUEDAS PACHECO (Ing. Metalúrgico) Corrosion Technician NACE (Reg. # 14157) Cathodic Protection Specialist NACE (CP Level IV) (Reg. # 14157) E-mail:
[email protected] [email protected] Bogotá-Colombia
