Malgrat la resistència inherent a la corrosió de les canonades d'acer inoxidable, les canonades d'acer inoxidable instal·lades en entorns marins experimenten diferents 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 que proporcionin una millor resistència a la corrosió. Posteriorment, han de mantenir-se vigilants a l'hora d'inspeccionar les línies d'injecció química, hidràuliques i d'impuls, i la instrumentació de procés i els equips de detecció 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 en instal·lacions 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 fluids.
El risc de corrosió és més gran quan augmenta la temperatura de funcionament de l'aplicació. La calor pot accelerar la destrucció de la pel·lícula protectora d'òxid passiu exterior del tub, promovent així la formació de corrosió per picadura.
Malauradament, la corrosió localitzada per picadura i esquerdes pot ser difícil de detectar, cosa que fa que aquests tipus de corrosió siguin més difícils d'identificar, predir i dissenyar. 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 important fer-la bé. Afortunadament, poden triar utilitzant 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 revisarà 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 a la superfície metàl·lica. La corrosió per picadura i esquerdes comencen a formar-se a les canonades d'acer inoxidable 316 quan la pel·lícula d'òxid passiu rica en crom exterior del metall es trenca a causa de l'exposició a fluids corrosius, inclosa l'aigua salada. Els ambients marins rics en clorur, tant a alta mar com a terra, així com les altes temperatures i fins i tot la contaminació de la superfície de la canonada, augmenten el potencial de degradació d'aquesta pel·lícula de passivació.
picadura. La corrosió per picadura es produeix quan la pel·lícula de passivació d'un tros de canonada es destrueix, formant petites cavitats o clots a la superfície de la canonada. És probable que aquests clots creixin a mesura que es produeixen reaccions electroquímiques, fent que el ferro del metall es dissolgui en la solució del fons del clot. El ferro dissolt es difondrà cap 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 s'intensifica i pot provocar la perforació de la paret de la canonada i provocar fuites.
La canonada és més susceptible a la corrosió per picadura quan la seva superfície exterior està contaminada (Figura 1). Per exemple, la contaminació de les operacions de soldadura i esmolat pot danyar la capa d'òxid passivant de la canonada, formant i accelerant així la corrosió per picadura. El mateix passa amb la simple gestió de la contaminació de les canonades. A més, a mesura que les gotes de salmorra s'evaporen, els cristalls de sal humida que es formen a les canonades fan el mateix per protegir la capa d'òxid i poden provocar corrosió per picadura. 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, salmorra i altres dipòsits són molt susceptibles a la corrosió per picadura.
corrosió en esquerdes. En la majoria dels casos, l'operador pot identificar fàcilment les picadures. Tanmateix, la corrosió en esquerdes no és fàcil de detectar i representa un risc més gran per als operadors i el personal. Normalment es produeix en canonades que tenen espais reduïts entre els materials circumdants, com ara canonades subjectes amb clips o canonades que estan instal·lades fermament una al costat de l'altra. Quan la salmorra s'infiltra a l'esquerda, amb el temps es forma una solució de clorur fèrric acidificat (FeCl3) químicament agressiva a la zona i provoca una corrosió en esquerdes accelerada (Figura 2). Com que les esquerdes en si mateixes augmenten el risc de corrosió, la corrosió en esquerdes es pot produir a temperatures molt més baixes que la corrosió per picadures.
Figura 2 – Es pot desenvolupar corrosió per esquerdes 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 de clorur fèrric acidificat químicament agressiu a l'esquerda.
La corrosió per esquerdes sol simular la corrosió per picadura primer a l'esquerda formada entre un tros de canonada i el clip de suport de la canonada. Tanmateix, a causa de l'augment de la concentració de Fe++ en el fluid dins de la fractura, el cràter inicial es fa cada cop més gran fins que cobreix tota la fractura. Finalment, la corrosió per esquerdes pot perforar la canonada.
Les esquerdes estretes són el major risc de corrosió. Per tant, les brides de canonada que envolten la major part de la circumferència de la canonada tendeixen a presentar un risc més gran que les brides obertes, que minimitzen la superfície de contacte entre la canonada i la brida. Els tècnics de manteniment poden ajudar a reduir la probabilitat que la corrosió per esquerdes causi danys o fallades obrint regularment les brides i inspeccionant la superfície de la canonada per detectar corrosió.
La millor manera de prevenir la corrosió per picadura i esquerdes és triar l'aliatge metàl·lic adequat per a l'aplicació. Els especificadors han de tenir la diligència deguda per seleccionar el material de canonada òptim per minimitzar el risc de corrosió en funció de l'entorn operatiu, les condicions del procés i altres variables.
Per ajudar els especificadors a optimitzar la selecció 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 composició 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 dels elements resistents a la corrosió 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 s'observa corrosió per picadura, per a diversos acers inoxidables en relació amb 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 només equival a un petit augment del CPT en comparació amb l'aliatge, mentre que un gran augment del PREN indica una millora significativa del rendiment a un CPT significativament més alt.
La Taula 1 compara els valors PREN de diversos aliatges utilitzats habitualment en aplicacions de petroli i gas a alta mar. Mostra com l'especificació pot millorar significativament la resistència a la corrosió seleccionant un aliatge de canonades de grau superior. El PREN només augmenta lleugerament quan es passa de l'acer inoxidable 316 a 317. Per a un augment significatiu del rendiment, s'utilitza idealment acer inoxidable súper austenític de 6 Mo o acer inoxidable súper dúplex 2507.
Les concentracions més altes de níquel (Ni) en l'acer inoxidable també milloren 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 beneficiós especificar acers inoxidables amb concentracions més altes de níquel, ja que aquest element ajuda a re-passivar 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 durs d'1/8. La martensita és una fase cristal·lina no desitjada 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. Un contingut de níquel més alt d'almenys el 12% en 316/316L també és desitjable per a aplicacions que impliquen hidrogen gasós a alta pressió. La concentració mínima de níquel requerida per a l'acer inoxidable 316/316L a l'especificació estàndard ASTM és del 10%.
La corrosió localitzada es pot produir a qualsevol lloc de les canonades utilitzades en entorns marins. Tanmateix, la corrosió per picadura és més probable que es produeixi 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 els accessoris de muntatge. Utilitzant PREN com a base, l'especificador pot seleccionar el millor aliatge de canonada per minimitzar el risc de qualsevol tipus de corrosió localitzada.
Tanmateix, tingueu en compte que hi ha altres variables que poden afectar el risc de corrosió. Per exemple, la temperatura afecta la resistència a la picadura de l'acer inoxidable. Per a climes marins càlids, s'hauria de considerar seriosament la canonada d'acer inoxidable superaustenític de 6 molibdè o la canonada d'acer inoxidable superdúplex 2507, ja que aquests materials tenen una excel·lent resistència a la corrosió localitzada i a l'esquerdament per tensió de clorur. Per a climes més freds, la canonada 316/316L pot ser suficient, sobretot si s'ha establert 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 amb aigua dolça regularment per reduir el risc de corrosió per picadura. També han de fer que els tècnics de manteniment obrin les brides de la canonada durant les inspeccions rutinàries per detectar la presència de corrosió en esquerdes.
Seguint els passos descrits anteriorment, els propietaris i operadors de plataformes poden reduir el risc de corrosió de les canonades i les fuites relacionades en entorns marins, millorant la seguretat i l'eficiència, alhora que redueixen la possibilitat de pèrdua de producte o l'alliberament d'emissions fugitives.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok Company.He can be reached at bradley.bollinger@swagelok.com.
El Journal of Petroleum Technology és la revista insígnia de la Society of Petroleum Engineers, que ofereix articles i reportatges autoritzats sobre els avenços en tecnologia d'exploració i producció, temes de la indústria del petroli i el gas, i notícies sobre la SPE i els seus membres.