Malgrat la resistència inherent a la corrosió de les canonades d'acer inoxidable, les canonades d'acer inoxidable instal·lades en entorns marins estan subjectes a diversos tipus de corrosió durant la seva vida útil prevista. Aquesta corrosió pot provocar emissions fugitives, pèrdues de producte i riscos potencials. Els propietaris i operadors de plataformes marines poden reduir el risc de corrosió especificant materials de canonada més resistents des del principi per a una millor resistència a la corrosió. Posteriorment, han de mantenir-se vigilants a l'hora d'inspeccionar les línies d'injecció química, les línies hidràuliques i d'impuls, i la instrumentació i la instrumentació del procés per garantir que la corrosió no amenaci la integritat de les canonades instal·lades ni comprometi la seguretat.
La corrosió localitzada es pot trobar en moltes plataformes, vaixells, vaixells i canonades marines. Aquesta corrosió pot ser en forma de corrosió per picadura o esquerdes, qualsevol de les quals pot erosionar la paret de la canonada i provocar l'alliberament de líquid.
El risc de corrosió augmenta a mesura que augmenta la temperatura de funcionament de l'aplicació. La calor pot accelerar la degradació de la pel·lícula d'òxid passiu exterior protectora del tub, afavorint així la picadura.
Malauradament, la corrosió localitzada per picadura i esquerdes és difícil de detectar, cosa que dificulta la identificació, la predició i el disseny d'aquests tipus de corrosió. Tenint en compte aquests riscos, els propietaris, operadors i designats de plataformes han de tenir precaució a l'hora de seleccionar el millor material de canonada per a la seva aplicació. La selecció del material és la seva primera línia de defensa contra la corrosió, per la qual cosa és molt important fer-la bé. Afortunadament, poden utilitzar una mesura molt senzilla però molt eficaç de la resistència a la corrosió localitzada, el nombre equivalent de resistència a picadura (PREN). Com més alt sigui el valor PREN d'un metall, més alta serà la seva resistència a la corrosió localitzada.
Aquest article analitzarà com identificar la corrosió per picadura i esquerdes i com optimitzar la selecció de materials de tubs per a aplicacions de petroli i gas a alta mar en funció del valor PREN del material.
La corrosió localitzada es produeix en zones petites en comparació amb la corrosió general, que és més uniforme sobre la superfície metàl·lica. La corrosió per picadura i esquerdes comencen a formar-se en tubs d'acer inoxidable 316 quan la pel·lícula d'òxid passiu exterior rica en crom del metall es trenca per l'exposició a líquids corrosius, inclosa l'aigua salada. Els ambients marins rics en clorurs, així com les altes temperatures i fins i tot la contaminació de la superfície dels tubs, augmenten la probabilitat de degradació d'aquesta pel·lícula de passivació.
Corrosió per picadura La corrosió per picadura es produeix quan la pel·lícula de passivació d'una secció de canonada es trenca, formant petites cavitats o clots a la superfície de la canonada. És probable que aquests clots creixin a mesura que avancen les reaccions electroquímiques, com a resultat de les quals el ferro del metall es dissol en solució al fons del clot. El ferro dissolt es difondrà a la part superior del clot i s'oxidarà per formar òxid de ferro o rovell. A mesura que el clot s'aprofundeix, les reaccions electroquímiques s'acceleren, la corrosió augmenta, cosa que pot provocar la perforació de la paret de la canonada i provocar fuites.
Els tubs són més susceptibles a les picadures si la seva superfície exterior està contaminada (Figura 1). Per exemple, els contaminants de les operacions de soldadura i esmolat poden danyar la capa d'òxid de passivació del tub, formant i accelerant així les picadures. El mateix passa amb la contaminació de les canonades. A més, a mesura que les gotes de sal s'evaporen, els cristalls de sal humits que es formen a les canonades protegeixen la capa d'òxid i poden provocar picadures. Per evitar aquest tipus de contaminació, mantingueu les canonades netes rentant-les regularment amb aigua fresca.
Figura 1. Els tubs d'acer inoxidable 316/316L contaminats amb àcid, solució salina i altres dipòsits són molt susceptibles a la picadura.
corrosió en esquerdes. En la majoria dels casos, l'operador pot detectar fàcilment picadures. Tanmateix, la corrosió en esquerdes no és fàcil de detectar i representa un risc més gran per als operadors i el personal. Això sol passar en canonades que tenen espais estrets entre els materials circumdants, com ara canonades subjectes amb brides o canonades que estan ben empaquetades una al costat de l'altra. Quan la salmorra s'infiltra a l'espai, amb el temps, es forma una solució de clorur fèrric acidificat químicament agressiu (FeCl3) en aquesta zona, cosa que provoca una corrosió accelerada de l'espai (Fig. 2). Com que la corrosió en esquerdes per la seva naturalesa augmenta el risc de corrosió, la corrosió en esquerdes es pot produir a temperatures molt més baixes que la picadures.
Figura 2: La corrosió per esquerdes es pot desenvolupar entre la canonada i el suport de la canonada (a dalt) i quan la canonada s'instal·la a prop d'altres superfícies (a baix) a causa de la formació d'una solució acidificada químicament agressiva de clorur fèrric a l'espai.
La corrosió en esquerdes sol simular primer la picadura a l'espai format entre la secció de la canonada i el collar de suport de la canonada. Tanmateix, a causa de l'augment de la concentració de Fe++ en el fluid dins de la fractura, l'embut inicial es fa cada cop més gran fins que cobreix tota la fractura. En última instància, la corrosió en esquerdes pot provocar la perforació de la canonada.
Les esquerdes denses representen el major risc de corrosió. Per tant, les brides de canonada que envolten una gran part de la circumferència de la canonada solen ser més arriscades que les brides obertes, que minimitzen la superfície de contacte entre la canonada i la brida. Els tècnics de servei poden ajudar a reduir la possibilitat de danys o fallades per corrosió per esquerdes obrint regularment els accessoris i inspeccionant les superfícies de les canonades per detectar corrosió.
La corrosió per picadura i esquerdes es pot prevenir escollint l'aliatge metàl·lic adequat per a l'aplicació específica. Els especificadors han de tenir la diligència deguda a l'hora de seleccionar el material de canonada òptim per minimitzar el risc de corrosió, depenent de l'entorn operatiu, les condicions del procés i altres variables.
Per ajudar els especificadors a optimitzar la seva elecció de materials, poden comparar els valors PREN dels metalls per determinar la seva resistència a la corrosió localitzada. El PREN es pot calcular a partir de la química de l'aliatge, incloent-hi el seu contingut de crom (Cr), molibdè (Mo) i nitrogen (N), de la manera següent:
El PREN augmenta amb el contingut d'elements resistents a la corrosió de crom, molibdè i nitrogen a l'aliatge. La relació PREN es basa en la temperatura crítica de picadura (CPT), la temperatura més baixa a la qual es produeix la picadura, per a diversos acers inoxidables, depenent de la composició química. Essencialment, el PREN és proporcional al CPT. Per tant, valors de PREN més alts indiquen una major resistència a la picadura. Un petit augment del PREN equival només a un petit augment del CPT en comparació amb l'aliatge, mentre que un gran augment del PREN indica una millora significativa del rendiment respecte a un CPT molt més alt.
La Taula 1 compara els valors PREN per a diversos aliatges utilitzats habitualment a la indústria petroliera i gasística marina. Mostra com l'especificació pot millorar considerablement la resistència a la corrosió seleccionant un aliatge de canonades de més qualitat. El PREN augmenta lleugerament de l'acer inoxidable 316 a l'acer inoxidable 317. L'acer inoxidable súper austenític 6 Mo o l'acer inoxidable súper dúplex 2507 són ideals per obtenir guanys de rendiment significatius.
Les concentracions més altes de níquel (Ni) en l'acer inoxidable també augmenten la resistència a la corrosió. Tanmateix, el contingut de níquel de l'acer inoxidable no forma part de l'equació PREN. En qualsevol cas, sovint és avantatjós triar acers inoxidables amb un contingut de níquel més alt, ja que aquest element ajuda a repassificar les superfícies que mostren signes de corrosió localitzada. El níquel estabilitza l'austenita i evita la formació de martensita en doblegar o estirar en fred tubs rígids d'1/8. La martensita és una fase cristal·lina indesitjable en els metalls que redueix la resistència de l'acer inoxidable a la corrosió localitzada, així com a l'esquerdament per tensió induïda per clorur. El contingut més alt de níquel d'almenys el 12% en l'acer 316/316L també és desitjable per a aplicacions de gas hidrogen a alta pressió. La concentració mínima de níquel requerida per a l'acer inoxidable ASTM 316/316L és del 10%.
La corrosió localitzada es pot produir a qualsevol lloc d'una canonada utilitzada en un entorn marí. Tanmateix, és més probable que es produeixin picadures en zones que ja estan contaminades, mentre que la corrosió en esquerdes és més probable que es produeixi en zones amb espais estrets entre la canonada i l'equip d'instal·lació. Utilitzant PREN com a base, l'especificador pot seleccionar el millor grau de canonada per minimitzar el risc de qualsevol tipus de corrosió localitzada.
Tanmateix, cal tenir en compte que hi ha altres variables que poden afectar el risc de corrosió. Per exemple, la temperatura afecta la resistència de l'acer inoxidable a les picadures. Per a climes marítims càlids, s'haurien de considerar seriosament les canonades d'acer superaustenític de molibdè 6 o d'acer inoxidable superdúplex 2507, ja que aquests materials tenen una excel·lent resistència a la corrosió localitzada i a l'esquerdament per clorur. Per a climes més freds, una canonada 316/316L pot ser suficient, sobretot si hi ha un historial d'ús reeixit.
Els propietaris i operadors de plataformes marines també poden prendre mesures per minimitzar el risc de corrosió després de la instal·lació de la canonada. Han de mantenir les canonades netes i rentar-les regularment amb aigua dolça per reduir el risc de picadura. També han de fer que els tècnics de manteniment obrin les brides durant les inspeccions rutinàries per comprovar si hi ha corrosió en esquerdes.
Seguint els passos anteriors, els propietaris i operadors de plataformes poden reduir el risc de corrosió de les canonades i les fuites relacionades en el medi marí, millorar la seguretat i l'eficiència i reduir la possibilitat de pèrdues de producte o emissions fugitives.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
El Journal of Petroleum Technology, la revista insígnia de la Society of Petroleum Engineers, ofereix articles i informes acreditats sobre els avenços en tecnologia upstream, temes de la indústria del petroli i el gas, i notícies sobre SPE i els seus membres.