1. Introduccion a Corrosion x 3 - 2013 2

Introducción al Mecanismo Corrosión en Flowlines y Pipelines

GIE PERÚ S.A.C Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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13 y 14 de Agosto de 2013 – Lima

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Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Introducción La corrosión es un proceso que afecta la superficie de los metales y se desarrolla en mayor o menor medida en todas las instalaciones de campo. En la industria los efectos de la corrosión son importantes por: • Las pérdidas económicas que provocan. • Las condiciones de inseguridad que generan, • El impacto ambiental que pueden ocasionar. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Las pérdidas económicas que provoca: a) Reposici Reposición ón del del equipo equipo corro corroído ído.. b) Coeficiente Coeficiente de de seguridad seguridad y sobre sobre diseño diseño para soportar soportar la corrosión. c) Costo de Mantenimien Mantenimiento to preventivo preventivo como como la aplicación aplicación de recubrimientos. d) Paros de de producción producción debidos a fallas por corrosión corrosión.. e) Contam Contamina inación ción de produc productos tos.. f) Pérdida de eficienc eficiencia ia ya que los coeficien coeficientes tes de de seguridad, seguridad, sobre diseño de equipo y productos de corrosión por ejemplo, decrecen la velocidad de trasmisión de calor en intercambiadores de calor. g) Pérdida Pérdida de de produc productos tos valios valiosos. os. h) Daños de de equipos adyacentes adyacentes a aquel en el cual se tuvo la falla de corrosión. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Las condiciones de inseguridad que generan: a) La seguridad, ya que fallas violentas de productos a presión y temperatura pueden producir incendios, explosiones y liberación de productos tóxicos. b) Condiciones insalubres por ejemplo, ejemplo, contaminaciones debido a productos del equipo corroído o bien un producto de la corrosión misma. c) Apariencia, ya que los materiales corroídos generalmente son desagradables a la vista.


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El impacto ambiental que pueden ocasionar: a) La perdida perdida de fluidos que pueden pueden causar causar daños daños medioambientales en Áreas Sensibles (Mar, Ríos, Lagunas, etc.) b) Los costos costos de de remediació remediación n de terrenos terrenos c) La perdida perdida de imagen empresarial empresarial d) Etc.


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Las pérdidas económicas que provoca: a) Reposici Reposición ón del del equipo equipo corro corroído ído.. b) Coeficiente Coeficiente de de seguridad seguridad y sobre sobre diseño diseño para soportar soportar la corrosión. c) Costo de Mantenimien Mantenimiento to preventivo preventivo como como la aplicación aplicación de recubrimientos. d) Paros de de producción producción debidos a fallas por corrosión corrosión.. e) Contam Contamina inación ción de produc productos tos.. f) Pérdida de eficienc eficiencia ia ya que los coeficien coeficientes tes de de seguridad, seguridad, sobre diseño de equipo y productos de corrosión por ejemplo, decrecen la velocidad de trasmisión de calor en intercambiadores de calor. g) Pérdida Pérdida de de produc productos tos valios valiosos. os. h) Daños de de equipos adyacentes adyacentes a aquel en el cual se tuvo la falla de corrosión. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Las condiciones de inseguridad que generan: a) La seguridad, ya que fallas violentas de productos a presión y temperatura pueden producir incendios, explosiones y liberación de productos tóxicos. b) Condiciones insalubres por ejemplo, ejemplo, contaminaciones debido a productos del equipo corroído o bien un producto de la corrosión misma. c) Apariencia, ya que los materiales corroídos generalmente son desagradables a la vista.


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El impacto ambiental que pueden ocasionar: a) La perdida perdida de fluidos que pueden pueden causar causar daños daños medioambientales en Áreas Sensibles (Mar, Ríos, Lagunas, etc.) b) Los costos costos de de remediació remediación n de terrenos terrenos c) La perdida perdida de imagen empresarial empresarial d) Etc.


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Ejemplos de corrosión

NEW HAM UK, Mayo 1968 •

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23 Departamentos seriamente dañados 5 Muertes 17 Personas seriamente heridas La reaccion de este accidente cambio la Regulacion em UK

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1 Propiedad Destruída 3 Propiedades Dañadas 4 Muertes Los directivos de la Compania de Gas estan enfrentando Cargos por Homicídio


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Modulo 2 GIE PERÚ S.A.C

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1992 125 muertos Guadalajara, Guadalajara, Mexico


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Bellingham, Washington 1999 3 muertos


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Carlsbad, New Mexico, USA. 12 muertos incluyendo 5 niños Internal Corrosión was the cause of failure


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Las Mesitas, Salta Argentina 8 muertos


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FALLAS EN DUCTOS



 OLEODUCTOS

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FALLAS EN DUCTOS

 FLOWLINES


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FALLAS EN DUCTOS Causas de Incidentes en Gasoductos Año 1990-2002 70.0

60.0

50.0

40.0

30.0

20.0

10.0

0.0

%

Corrosión

Fuerzas externas

Construcción -Errores de operación

23,4

36,7

14,5


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FALLAS EN DUCTOS

Accidentes causados por operarios 0,0

Otros

25,4

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

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DUCTOS

OFFSHORE


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Principios generales de corrosión en ductos • La

corrosión definida como el deterioro de material debido a reacciones químicas o electroquímicas con el medio que lo rodea, es un proceso natural (termodinámicamente posible) que trata de revertir el proceso de refinamiento del metal. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines



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Principios generales de corrosión en ductos • Los Materiales se encuentran en la naturaleza en su estado de

mínima energía. Esto es en Forma de Óxidos. • Para poder trabajarlos debemos hacerlos maleables y para

ello se les entrega energía en un alto horno y se los convierte en su forma Metálica. • La corrosión es el proceso termodinámico que transforma al

metal nuevamente en su estado termodinámicamente mas estable (Oxido)




Principios generales de corrosión en ductos


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¿ Velocidad ? Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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¿ QUE ES LA CORROSION ? (químicamente oxidación)

ES UNA PERDIDA DE ELECTRONES METAL -

electrones

(es un sólido)


ION METAL (no es un sólido)

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La Corrosión Ocurre Mediante Reacciones electroquímicas ● Reacciones electroquímicas

- Ocurren en electrolitos, los cuales son líquidos que pueden conducir una corriente eléctrica (agua) - Ocurren mediante intercambio de electrones ● El intercambio de electrones en reacciones electroquímicas

ocurre en sitios separados ● Los electrones fluyen a través de metal desde uno de esos

sitios a otro


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Mecanismos de daño La presencia de Agua es fundamental y condición necesaria para el proceso corrosivo electroquímico SIN AGUA NO HAY CORROSION



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Mecanismos de daño

La transferencia de electrones se ve favorecida a través de la interfase

La diferencia de Potencial entre la superficie metálica y la solución depende de la energía acumulada en el metal por el proceso de refinamiento  Un Potencial para cada Material Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

Modulo 2

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Todos los metales tienden a perder electrones, en consecuencia todos tienden a oxidarse. Algunos pierden electrones con más facilidad que otros o sea que se oxidan con más facilidad.


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La tendencia o facilidad con que los metales pierden electrones se suele medir en voltios. Cuanto más negativo el voltaje, mayor la facilidad de perder electrones. La tabla siguiente muestra el voltaje de algunos metales usuales, donde por convención se le asigna voltaje cero al hidrógeno:


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TENDENCIA A PERDER ELECTRONES (A OXIDARSE)

ORO PLATA COBRE HIDROGENO PLOMO ESTAÑO NIQUEL COBALTO CADMIO HIERRO y ACEROS CROMO ZINC ALUMINIO MAGNESIO

+ 1,58 V + 0,80 V + 0,34 V 0,00 V - 0,13 V - 0,14 V - 0,25 V - 0,28 V - 0,40 V - 0,50 V - 0,74 V - 0,76 V - 1,66 V - 2,37 V


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EL Potencial define la Tendencia a Perder Electrones o sea la tendencia a Oxidarse


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Los elementos que tienen voltaje positivo (baja tendencia a perder electrones), como el oro y la plata, se los suele denominar nobles. Los elementos que tienen voltaje más negativo que el hierro pueden utilizarse para protegerlo porque le ceden electrones. Hay productos que aceleran la pérdida de electrones de un metal y en consecuencia facilitan la corrosión. Por ejemplo el agua salada, los ácidos, los álcalis, etc. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Para que ocurra la celda de corrosión se requiere de un material que ceda electrones (metal) y uno que lo reciba (medio) Al material metálico que pierde electrones (reacción de oxidación) se lo conoce como ánodo y la reacción de perdida de metales se la conoce como anódica El material que recibe o acepta electrones electrones se reduce y se llama cátodo


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Las características del proceso de Oxidación/Reducción son:

Ejemplos de Oxidación Reducción


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Principios generales de corrosión en ductos Resumiendo: • En la interfase Metal/Electrolito se desarrolla una separación de cargas

eléctricas creando una interfase electrificada que produce una diferencia de potencial que favorece la transferencia de cargas. • El agua juega un papel fundamental en la creación de esta interfas

lectrificada • Hay un potencial para cada metal que define su tendencia a

oxidarse




En el proceso de corrosión intervienen entonces como mínimo 3 factores:

• La

pieza metálica manufacturada (Cañería) • El agua • El medio (agentes corrosivos) Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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El mecanismo de corrosión es un proceso complejo que puede ocurrir en varias formas y que es afectado por numerosas variables. La velocidad de corrosión es influenciada por variables dependientes del material (composición química, propiedades metalúrgicas, etc.), del medio corrosivo (composición química, temperatura, velocidad de flujo, etc.) variables dependientes de la formación de películas superficiales en el metal (resistencia eléctrica, espesor, composición, defectos, etc).




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Las causas de la corrosión en producción petrolera Líquido

En contacto con metal AGUA

CO2 disuelto

1 día

H2S disuelto 1 mes TIEMPO

1 año

Corrosión

AGENTES CORROSIVOS

Acidez Oxígeno

10 años...

Cloro CONDICIONES FAVORABLES Temperatura...

Bacterias Arena Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

Sales

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Velocidad de flujo


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Tipos o formas de corrosión


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Una de las principales características del mecanismo de corrosión es la inmensa variedad de situaciones en las cuales dicho proceso puede ocurrir dependiendo de cada particular combinación material específico/medio corrosivo.




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Tipos o formas de corrosión 1. Generalizada 2. Picado 3. Galvánica 4. Corrosión – erosión 5. Intergranular 6. Por rendijas 7. Bajo tensión 8. Daño por Hidrógeno 9. Erosion 10. Dealeado

1. Corrosión Uniforme Es la forma más benigna de corrosión. El ataque se extiende en forma homogénea en toda la superficie metálica, siendo la penetración media igual en todos los puntos. La velocidad de corrosión es uniforme en toda la superficie del metal y se expresa como el espesor de metal perdido en un año y se expresa en milésima de pulgada por año (mpy).


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Velocidad de Corrosión Uniforme

• Cuando la velocidad de corrosión es lineal o decrece con el tiempo, es posible hacer proyecciones del daño por corrosión.

• Cuando la velocidad de corrosión se incrementa con el tiempo (ej. de manera exponencial) su predicción a largo tiempo es mucho más difícil Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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2. Corrosión Localizada Es la forma más seria de la corrosión y la más común. El ataque corrosivo se concentra en algunas zonas del metal, avanzando en profundidad, mientras el resto del metal puede no ser atacado. A igualdad de metal perdido el daño causado es mucho mayor que en la corrosión uniforme.


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2. Corrosión Localizada La corrosión localizada, a diferencia de la corrosión uniforme, ocurre en sitios discretos sobre la superficie de un material.


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Corrosión Localizada - Picado El ataque se localiza en puntos aislados de la superficie metálica, propagándose hacia el interior del metal Una picadura es una forma de ataque estrecha y profunda, la cual con frecuencia causa una rápida perforación en el espesor del substrato.


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Corrosión Localizada – Picado (Pitting) •

•

El picado es una de las formas corrosivas mas peligrosas. Ocurre en áreas muy pequeñas de la superficie, pero como el ataque es muy rápido puede producir la perforación de la pared metálica. El ataque ocurre por determinados iones (como Cl -, SO4 = , etc) tienen la propiedad de que pueden romper la película protectora de los metales localmente exponiendo metal desnudo al m edio corrosivo. Por ello materiales que forman peliculas protectoras son mas susceptibles (Aceros Inoxidables, Aleaciones de Nickel, etc)



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Corrosión Localizada – Picado (Pitting) •

Clasificación de acuerdo a ASTM G 46

•

Tipo de inspección: Visual, UT, RT


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Corrosión Localizada – Picado (Pitting)

TUBOS DE SS SS EXPUESTOS A AGUA DE ENFRIAMIENTO DE UNA PLANTA CON ALTOS CLORUROS


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3. Corrosión Galvánica Se origina por el contacto de dos metales con distintas tendencia a perder electrones. El metal con mayor tendencia a perder electrones se corroe en la zona próxima de contacto con el otro. Ejemplos: Cañería de acero común en contacto con una cañería de acero inoxidable. Clavo de acero en una planchuela de cobre (el acero se corroe). Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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3. Corrosión Galvánica Corrosión Galvánica ocurre cuando dos metales distintos son unidos eléctricamente en el mismo medio corrosivo. La fuerza impulsora del ataque es la diferencia de potencial electroquímico entre los dos metales. Como resultado el metal mas noble se protege y el metal menos noble se corroe mas rápidamente. Magnesio, Aluminio, Zinc Acero al Carbono Aceros Inoxidables Aleaciones de Cobre Aleaciones de Nickel Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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3. Corrosión Galvánica La severidad del ataque por corrosión galvánica esta dada por los siguientes factores: a) b)

Diferencia de potencial entre los metales disímiles Conductividad eléctrica del circuito: Cualquier resistencia al

c)

Relación de aéreas y distancia: el ataque es inversamente

paso de electricidad entre los metales disminuye el ataque. proporcional al área superficial expuesta del metal menos noble respecto de la del más noble.


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3. Corrosión Galvánica Las formas de evitar corrosión galvánica en las plantas son seguir las siguientes reglas: • Buscar no poner metales disímiles en contacto (aislarlos donde

•

• • •

sea posible), en caso de ser inevitable buscar que esten lo mas cerca posible en la tabla Eliminar que haya áreas pequeñas del material menos noble. El material de las soldaduras siempre debe ser mas noble que al menos uno de los metales a soldar. Pintar con cuidado: Bajo ninguna circunstancia pintar el material mas noble sin pintar el menos noble. De ser posible agregar inhibidores al medio corrosivo. De ser posible aumentar el espesor del material menos noble o agregarle insertos de un material menos noble como sacrificio.


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4. Corrosión por Rendijas o Crevice o Hendiduras • La corrosión por hendiduras es una forma de ataque localizado en el cual el sitio de ataque es un área donde el acceso libre al medioambiente circundante es restringido


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El área dentro de una hendidura es afectada por una reducción de la cantidad de oxígeno a causa de las reacciones de corrosión que consumen oxígeno. Entonces, el área dentro de una hendidura será anódica con respecto al área exterior, donde el alto contenido de oxígeno impulsa la reacción catódica. Como resultado, la reacción anódica se concentra en la zona empobrecida de Oxigeno y allí prevalece la disolución del metal. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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La corrosión por hendiduras puede ocurrir bajo muchas circunstancias tales como: ● En hendiduras metal – metal, como en sujetadores roscados, acoples o juntas. ● En hendiduras metal- no metal bajo empaques o aislamientos

húmedos ● Bajo depósitos de desechos de productos de corrosión.

El depósito puede ser inerte (ej: arena) o electroquímicamente activo (ej: material carbonoso o magnetita). En el caso de desechos electroquímicamente activos, el ataque por hendidura es más acelerado por la diferencia de potencial entre el depósito y el metal abajo. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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•

Ocurre en presencia de espacios pequeños confinados (Gaps), donde el medio corrosivo puede llegar a tener distintas concentraciones que en el seno del medio.

•

Tipo de inspección: Visual, UT, RT

Casquete de intercambiador de calor con la junta mal instalada


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Bandeja de torre de acido acetico debajo de las caps se formo un crevice

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5. Ataque Intergranular • Este tipo de ataque corrosivo depende fuertemente de la microestructura del

material. El ataque se concentra en los bordes de grano por que en general presenta una composición distinta de la del resto del material. Los Aceros Inoxidables y las Aleaciones de Níquel son los materiales más susceptibles. • El material se desgrana y pierde

espesor.


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ATAQUE INTERGRANULAR DE SOLDADURAS DE ACEROS INOXIDABLES • En los SS SS (304/18-8, etc) cuando son expuestos a temperaturas

entre 415 y 815 C precipita Cr 23C6 en los borde de grano. Este carburo es muy rico en Cr. • La forma de prevenirlo es usar

Low carbón o estabilizados con Elementos que forman Carburos que no son de Cr (Nb, Ti) (321). O TT postsoldadura.


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6. Dealeado o Leaching • El dealeado es la corrosión selectiva (remoción) de un

elemento de una aleación. Es típica la desincificación de los Latones con más del 15% de Zn. Cuando se remueve el Zn queda una matriz porosa y débil de Cu.


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7. Corrosión-Erosión La erosión acelera la corrosión al facilitar la exposición del metal al medio corrosivo . La erosión-corrosión ocurre cuando la velocidad de fluido es suficiente para remover películas protectoras de la superficie del metal. La erosión-corrosión a menudo causa ataque localizado donde discontinuidades en la superficie producen alteraciones del flujo y turbulencia. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Corrosión-Erosión •

• •

La erosión es la remosión de m aterial de la superficie metálica debida a la acción de numerosos impactos individuales de particulas sólidas o de un fluido. Cuando la erosión se halla incrementada por corrosión se llama erosión-corrosión. Los factores mas importantes que influyen en el mecanismo son: la Velocidad, Tamaño y Forma de las partículas o la velocid ad del Fluido. La erosión-corrosión se caracteriza por formar sobre la superficie marcas con forma de “herradura de caballo”

en la dirección del flujo.


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Corrosión-Erosión

Separador ciclonico que fallo por erosion de gotas de vapor a gran velocidad


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Corrosión-Erosión •

a) b) c) d) e)

Las areas propensas a sufrir este m ecanismos son aquellas con alta velocidad de flujo y alta turbulencia. Algunos ejemplos de los lugares que se deben inspeccionar son: Cualquier punto donde hay un cambio de dirección brusco: codos, boquillas, bafles, internos en general, etc. Aguas debajo de las válvulas de control (especialmente si es posible que haya salpicado o cavitación) Aguas debajo de los orificios. Aguas debajo de la descarga de una bomba. Etc Como el ataque erosivo es bastante generalizado, suele ser dificil de detectar visualmente en las primeras etapas. Mediciones de espesor por ultrasonido son la tecnica mas utilizada para detectar este mecanismo, pero puede utilizarse ademas Eddy Current, Laser Profiles y otros.


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8. Corrosión Bajo Tensiones (SCC) Corrosión Bajo Tensiones (SCC) es el término utilizado para describir fallas de componentes que ocurren en servicio por crecimiento subcrítico de fisuras inducidas por un medio corrosivo. Este fenómeno está asociado con la combinación de tensiones mecánicas superiores a un cierto valor crítico, especies corrosivas específicas para cada material y en algunos sistemas condiciones metalúrgicas que llevan al crecimiento de fisuras.


•

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67

Solo la combinación especifica de un material y un medio específico producen SCC. Un medio que produce SCC en un metal puede no producirlo en otro.

Dependiendo de la combinación Metal/Medio las fisuras pueden ser Intergranulares o Transgranulares

MEDIO TENSION

CORROSIVO ESPECIFICO

Las fisuras son generalmente muy ramificadas

MATERIAL ESPECIFICO

SCC


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• No se conoce el mecanismo por el cual se produce por lo tanto

es imposible predecirlo en nuevas aleaciones o medios corrosivos. Se conoce que son susceptibles a sufrir SCC: MATERIAL Aceros al Carbono Aceros de Alta Resistencia Aceros Inoxidables Aleaciones de Alto Nickel Aleaciones de Cu

MEDIOS ESPECIF ICOS Nitratos, Carbonatos e Hidróxidos Soluciones Acuosas Conteniendo H 2S Cloruros (Cl- ), Ácidos Orgánicos Vapor de alta pureza Soluciones Amoniacales

Aleaciones de Aluminio

Soluciones conteniendo Cl - , Br - , I-

Aleaciones de Titanio

Soluciones conteniendo Cl- , Br - , I-, soluciones orgánicas


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Ejemplos típicos de SCC en recipientes a presión son: a) b)

c)

d)

e)

SCC de SS SS en presencia de cloruros. Debe tenerse en cuenta que las tensiones pueden ser aplicadas o residuales (soldaduras) PSCC (Polythio nic acid SCC), (H2 S n O 6, donde n es normalmente 2 o 5) se da en SS SS se da en presencia de Sulfuros/Oxigeno/humedad. Se produce generalmente durante las paradas de planta. El mecanismo es que a temperatura ambiente la presencia de agua (humedad) y oxígeno se combinan con los sulfuros para formar el ácido. Para evitarlo evitar el ingreso de humedad en los recipientes durante las paradas de planta. SCC caústico, ocurre generalmente en las soldaduras u otras zonas de altas tensiones residuales a temperaturas por sobre los 200 C para los SS SS y 100 C para los aceros al carbono. SCC en soluciones de Aminas. Las aminas se usan en las refinerias para remover H 2S o CO2 del petróleo. Las fisuras son intergranulares y se dan en las soldaduras. La mejor forma de protección en el TT postsoldadura para aliviar tensiones (620 C). SCC en Carbonatos o Bicarbonatos (HCO 3- y CO3-2 ) Las fisuras son intergranulares y cubiertas de una pelicula negra de magnetita.


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Típica fisura de SCC en 304 en un medio conteniendo 70 ppm de clururos


Colector de Acero al carbono en medio alcalino (ataque caustico)

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SCC en un acero austenitico en un soporte de placa tubo, un mal tratamiento postsoldadura género las tensiones (medio caústico)


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9. Daño por Hidrógeno 





1) 2) 3)

El término daño por hidrógeno cubre toda una variedad de mecanismos de degradación de las propiedades mecánicas en los aceros comúnmente utilizados en la industria a partir de la adsorción y difusión de hidrógeno atómico (naciente). El hidrógeno puede provenir de diversas fuentes: en el proceso de soldadura, durante la deposición electrolítica de películas (electroplating), por un proceso corrosivo o directamente por contacto con hidrógeno gaseoso o mezclas de gases que contengan hidrógeno. La difusión del hidrógeno atómico por si solo produce muy pocos efectos debido al tamaño de la red cristalina del hierro. El daño por hidrógeno en el servicio puede clasificarse en tres formas o mecanismos: Fisuración inducida por Hidrógeno o ampollado (Blistering) Ataque por Hidrógeno (Hydrogen Attack) Fragilización por Hidrógeno en solución sólida (HIC)(Fatiga estática, ruptura diferida, Fisuración inducida por sulfhídrico (en caso que este sea el medio conteniendo hidrógeno) o Fisuración inducida por hidrógeno)


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Daño por Hidrógeno (Blistering) •

•

Este fenómeno se manifiesta por la aparición de ampollas en la superficie del material; en un corte transversal a la ampolla se observa la presencia de fisuras generalmente próximas a la superficie, en general con aspecto escalonado. Una característica de este mecanismo de daño es que las fisuras tienen una importante componente en el sentido del espesor de pared del recipiente. Este tipo de daño es particularmente grave en recipientes conteniendo H 2S. Este tipo de daño esta generalmente limitado a aceros de bajo límite de elasticidad o sea aceros de poca resistencia (60 Kg/cm 2). Estos aceros presentan en general una microestructura ferrítico-perlítica y generalmente un “bandeado” paralelo al plano de laminación. Estas bandas presentan normalmente una fuerte segregación de Mn y P y la presencia de inclusiones no metálicas de MnS (inclusiones tipo II de forma alargada). La interfase matriz/inclusión es normalmente el lugar de iniciación de las fisuras que generan el ampollado.


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Daño por Hidrógeno (Blistering) •

•

Este tipo de daño por hidrógeno es probablemente el menos peligroso de todos los casos ya que no ofrece peligro de rotura catastrófica al ser fácilmente detectable mediante inspección visual del Recipiente. Se ha propuesto un modelo explicativo que supone que el daño se produce por la adsorción de hidrógeno atómico por el material y su posterior transformación en hidrógeno molecular, en interfaces de inclusiones, donde la presión originada produce la decohesión de la inclusión. La unión a través del espesor de las múltiples fisuras así generadas da lugar al aspecto escalonado de las fisuras. En este tipo de ataque juegan un papel muy importante el contenido de impurezas que puedan generar inclusiones no m etálicas


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Daño por Hidrógeno (Blistering)

Blistering en torre ver que los brlister se abrieron hacia el interior


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Daño por Hidrógeno •

Este tipo de fragilización se presenta en aceros expuestos a medios con hidrógeno a presiones y temperaturas elevadas (mayores a 200 0C). En este caso los aceros sufren una marcada reducción de resistencia y ductilidad y se produce una decarburación del acero por formación de metano a expensas de la cementita presente.

•

El mecanismo de ataque por hidrogeno es entonces básicamente un mecanismo de decarburizacion. Si la reacción se produce solamente en la superficie expuesta al medio hidrogenado la consecuencia es la decarburación superficial del acero. La difusión del hidrógeno al seno del metal conduce a una reacción interna con la formación de fisuras que producen la rotura del componente.


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Daño por Hidrógeno Este es el mecanismo que actúa por ejemplo en los tubos de calderas donde el hidrógeno molecular es producido por la reacción del hierro con el agua: 3 Fe + 4 H2O Fe3O4 + 8 H El hidrógeno atómico este puede difundir a través del acero donde reacciona con los carburos de hierro (cementita), para generar metano según: Fe3C + 4 H CH4 + 3 Fe Como la molécula de metano no puede difundir a través del acero por su tamaño se acumula generando grandes presiones que conllevan a la formación de fisuras intergranulares. Este mecanismo lleva a una perdida de la ductilidad en el acero y es de carácter irreversible. Los factores que influyen en este tipo de ataque son la temperatura y las tensiones. La temperatura es importante porque favorece la difusión de hidrogeno y las tensiones generan tensiones extras a las generadas por la presión de metano


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Daño por Hidrógeno


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Daño por Hidrógeno • Para la prevención de este fenómeno se emplea el

diagrama empírico de Nelson. Este es una función de los resultados experimentales y permite un sólido conocimiento empírico de los materiales a utilizar en mezclas gaseosa conteniendo hidrógeno en función de la temperatura y la presión parcial de hidrógeno.

Las curvas de Nelson son periódicamente revisadas por nuevas experiencias en la industria del petróleo y gas y publicadas por API (publicación API 941).


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DAÑO POR HIDROGENO (HYDROGEN ATTACK, ATAQUE POR HIDROGENO)


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Daño por Hidrógeno Para la inspección pueden utilizarse: metalográficas (para • Replicas Decarburización)

detectar

• Metodos

de UT con palpadores y equipo especiales (Backscatter Method, Spectrum Frecuency Analysis, etc)


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Daño por Hidrógeno (HIC) – Fragilización por hidrógeno en solución sólida Este modo de daño por hidrógeno es probablemente el más peligroso y el menos conocido en lo referente a su mecanismo. Los factores condicionantes de la fragilización son 4:

1. 2. 3. 4.

Características metalúrgicas del material Nivel de tensiones de tracción Concentración de hidrógeno Temperatura de servicio


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Daño por Hidrógeno (HIC) – Fragilización por hidrógeno en solución sólida •

1.- CARACTERÍSTICAS METALÚRGICAS DEL MATERIAL Las microestructuras de temple (martensíticas) son altamente susceptibles, las microestructuras ferríticas medianamente susceptibles y las microestructuras austeníticas muy poco susceptibles. Esta susceptibilidad al estado microestructural del acero hace sean particularmente susceptibles a sufrir este tipo de ataque las soldaduras y zonas afectadas por el calor de la soldadura (HAZ o ZAC) debido a los cambios microestructurales introducidos durante el proceso de soldadura.

•

Una regla práctica muy difundida indica que, para evitar problemas de fragilización inducida por hidrógeno en solución sólida en aceros ferríticos, no debe superarse una dureza de 22 Rc o 200 Brinell (BHN). Este valor de dureza es normalmente controlado durante la fabricación e inspección en servicio de recipientes que contienen atmósferas con hidrogeno, pero debe tenerse en cuenta que los equipos de campo utilizados suelen a veces no detectar zonas muy estrechas de mayor dureza en las zonas afectadas por el calor de soldadura.


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Daño por Hidrógeno (HIC) – Fragilización por hidrógeno en solución sólida 2.- NIVEL DE TENSIONES DE TRACCIÓN al aumentar el límite de elasticidad (resistencia) de los aceros aumenta la susceptibilidad. Es importante tener en cuenta que las tensiones pueden ser de origen interno o externo. Las tensiones de origen externo son las tensiones de operación mas las secundarias generadas por los efectos de entalla o concentración (nozzles, codos, cargas externas, etc.). Las internas son generadas por las tensiones residuales en las soldaduras. El tratamiento térmico post-soldadura (PWHT), si es efectivo, tiende a reducir las tensiones residuales y la dureza de las zonas afectadas por el calor 3.- La CONCENTRACIÓN DE HIDROGENO capaz de inducir este fenómeno es en general muy baja (del orden de 1 ml por cada 100 gr. de acero, para aceros de alta resistencia). 4.- TEMPERATURA: Normalmente por debajo de los 200 C en operación


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Daño por Hidrógeno (HIC) – Fragilización por hidrógeno en solución sólida

Fisura por Hidrogeno en una soldadura dura de Acero Fractura Diferida en un Bulon de Alta resistencia de Acero Martensitico

Fisuracion inducida por sulfidrico, a partir de pequeños Pits Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Daño por Hidrógeno (HIC) – Fragilización por hidrógeno en solución sólida Intercambiador de Calor de Planta de Amoniaco. Piezas Forjadas y Soldadas de Acero al Cr-Mo en atmosfera de Hidrógeno. El contenedor salió de servicio por pinchadura DUREZA

METAL Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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ZAC

SOLDADURA


Daño por Hidrógeno (HIC) – Fragilización por hidrógeno en solución sólida

Falla durante Prueba Hidrahúlica Preoperacional iniciada en una soldadura


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10. Corrosión Inducida por Microorganismos (MIC) •

•

•

•

El mecanismo de corrosión microbiológica o corrosión inducida por microorganismos (MIC) puede definirse como “ Aquellas formas de corrosión que son iniciadas o influenciadas en su velocidad o extensión por la presencia o actividad de microorganismos ”. Los microorganismos que forman parte del proceso de corrosión microbiológica cubren un amplio espectro, pero tienen un factor común y es que forman parte del ciclo natural del Azufre en la naturaleza, por lo que este elemento juega un papel muy importante en el metabolismo de estas bacterias. Es por lo anterior que las bacterias pueden clasificarse en dos grandes grupos: sulfato oxidantes o sulfato reductoras. Las sulfato oxidantes toman parte en el proceso corrosivo por oxidación del azufre y sus compuestos para formar sulfatos con la simultanea producción de ácidos fuertes (ácido sulfúrico por ejemplo).Estas bacterias requieren para el desarrollo de su metabolismo la presencia de oxígeno (obtenido del aire típicamente) por lo que también se las conoce como las causantes de la corrosión microbiológica aeróbica. Las bacterias sulfato reductoras por el contrario completan el ciclo del azufre al reducir los sulfatos a sulfuros. Este proceso se lleva a cabo en ausencia de oxígeno o con concentraciones muy pequeñas del mismo, por lo que estas bacterias son causantes de la corrosión microbiológica anaeróbica.


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10. Corrosión Inducida por Microorganismos (MIC) •

•

Las bacterias Sulfato reductoras son las que mayores problemas causan en Refinerías, ductos y Plantas Petroquímicas. Estas se encuentran principalmente en el suelo y atacan a los componentes enterrados. Los otros componentes propensos a sufrir este ataque son sistemas de enfriamiento por agua (Intercambiadores de Calor) y Tanques de almacenamiento (API 653). MIC se manifiesta como picado.

Placa Tubo de Acero al C de un intercambiador que utilizaba agua de Mar. Esta limpio de depositos.


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La Corrosión y su Ambiente • La corrosión es la interacción de un material y el medio

ambiente donde esta expuesto. • Un entendimiento del medio ambiente y los factores que

afectan la corrosión son importantes para entender la corrosión. • Entender el medio ambiente nos ayuda a determinar que

factores contribuyen en la actividad corrosiva, y con frecuencia conduce a la identificación de métodos apropiados de control de la corrosión. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Los ambientes de corrosión típicamente son clasificados en cuatro tipos principales: • • • •

ATMOSFÉRICA SUBTERRÁNEA O ENTERRADA LÍQUIDO O FLUIDO ALTA TEMPERATURA

Desde el punto de vista de ductos también se puede clasificar en Atmosférica, Externa (en suelo) o Interna (dependiente del fluido)

• La Corrosión a alta Temperatura no la trataremos Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Corrosión Atmosférica • Las exposiciones en atmósferas naturales son clasificadas

dentro de 3 tipos con el propósito de entender su efecto en la corrosión. • Todas las atmósferas están compuestas por una mezcla de oxígeno (aprox. 20%) y nitrógeno (aprox. 78%). • Como el oxígeno permanece prácticamente constante no ejerce influencia en los distintos tipos de atmosfera • Son otros elementos presentes de la atmósfera los que varían considerablemente y que deben ser adecuadamente identificados para entender la corrosión atmosférica. Estos elementos incluyen sólidos, líquidos y gases. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Elementos que afectan la corrosión Atmosférica ● Sólidos

Un ejemplo de sólidos que afectan la corrosión atmosférica es los cloruros presente en la mayoría de los ambientes marinos. ● Líquido

El mejor ejemplo de un líquido que afecte la corrosión es el agua. La corrosión ocurre a mucha mayor velocidad cuando las superficies están húmedas que cuando están libres de agua líquida.


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Elementos que afectan la corrosión Atmosférica ● Gases

Los gases que afectan la corrosión se incluyen al ni trógeno y óxidos de azufre, los cuales están presentes en la lluvia ácida que forma parte de la atmosfera industrializada. ● Temperatura

La temperatura afecta la corrosión atmosférica. Aunque la corrosión normalmente se incrementa al aumentar la temperatura, altas temperaturas pueden tener el efecto benéfico de mantener seca las superficies, reduciendo el tiempo de mojado. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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CLASIFICACION DE LAS ATMOSFERAS

• ATMOSFERAS MARINAS • ATMOSFERAS INDUSTRIALES • ATMOSFERAS RURALES


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• Atmósferas Industriales Son caracterizadas por altos niveles de gases corrosivos tales como el dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono, las cuales pueden crear un severo ambiente corrosivo. Muchos de estos gases son solubles enagua y cuando se combinan en agua en ambiente natural causan la acidez del agua.


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• Atmósferas Marinas Se caracterizan por su alt o nivel de cloruros y otras sales del mar. Estas sales pueden ser disueltas en forma de spray y transportadas varios Km tierra adentro por los vientos. La superficies contaminadas permanecen mojadas por mucho más tiempo que una superficie no contaminada. Los cloruros de la sal de mar son particularmente agresivos. Algunas aleaciones de aluminio y aceros inoxidables, usualmente resistentes a corrosión en muchas atmósfera s, son a menudo atacadas por el alto contenido de cloruros de la atmósfera marina. Muchas áreas industriales se localizan cerca del mar; y la agresividad de la atmósfera industrial y marina es normalmente más alta que si estuvieran aisladas una de otra. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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• Atmósfera rural

Las atmósferas rurales no contienen compuestos químicos agresivos Son usualmente menos agresivas


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Evaluación de la corrosividad Atmosférica • PARA EVALUAR LA CORROSIVIDAD DE LA

ATMOSFERICA SE UTILIZAN VARIOS METODOS MUCHOS DE LOS CUALES SE ENCUENTRAN NORMADOS. LAS NORMAS APLICABLES SON


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Evaluación de la corrosividad Atmosférica ISO 8565 “ Metals and Alloys, Atmospheric Corrosion Testing, General Requirements

for Field Tes ts” ISO 9223 “Corrosion of Metals and Alloys, Corrosivity of Atmospheres, Classification” ISO 9225 “Corrosion of Metals and Alloys, Corrosivity of Atmospheres, Measurement of Pollution”

ISO 9226 “Corrosion of Metals and Alloys, Corrosivity of Atmospheres, Method of Determination of Corrosion Rate of Standard Specimens for the Evaluation of Corrosivity ” ISO 8407 “ Corrosion of Metals and Alloys, Removal of Corrosion Products from Corrosion Test Specimens ” ASTM G 50 “ Standard Practice for Conducting Atmospheric Corrosion Tests on Metals” ASTM G 4 “ Standard

Guide for Conducting Corrosion Coupon Tests in Field

Applications”

ASTM G 92 “Standard Practice for Characterization of Atmospheric Test Sites” ASTM G 84 “ Standard Practice for Measurement of Time-of-Wetness on Surfaces Exposed to Wetting Conditions as in Atmospheric Corrosion Testing” Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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• Paneles


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Corrosión Subterránea o Enterrada • El medio ambiente enterrado es el suelo. • Puede consistir de arena, sedimentos, barro, arcillas, tierra

negra, rocas, o una mezcla de estos componentes. • La corrosividad del suelo puede variar mucho con la

distancia (o falta de control del relleno) • En algunos sitios, la variación de estaciones puede ser

significativa (lluvias, etc)


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Evaluación de la corrosividad del suelo: La corrosividad del suelo depende de: • Características Físicas del Suelo – Relacionadas con el tamaño de grano y su distribución

que influyen sobre la retención de humedad y aireación • Características Químicas del Suelo – pH (acidez o alcalinidad) – presencia de sales solubles en agua. (incrementan la

conductividad eléctrica del suelo. Los cloruros y sulfatos son particularmente perjudiciales Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Evaluación de la corrosividad del suelo: • Contenido de Humedad

El contenido de humedad de los sólidos puede variar desde 1% a condiciones de saturación en pantanos o lugares por debajo del agua. La humedad tiene 2 efectos : provee el electrolito necesario para corrosión y afecta la conductividad del suelo. • Resistividad Eléctrica La resistividad eléctrica generalmente se correlaciona con la agresividad de suelos. La resistividad eléctrica es una medida indirecta de características importantes del suelo (el contenido de humedad, los niveles de sales disueltas, compactación y el tipo de suelo y el contenido de humedad). A menor resistividad, mayor conductividad. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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TIPOS DE SUELO RESISTIVIDAD DEL SUELO (Ohm x cm) 10 - 1000

MUY CORROSIVO

1000 – 3000

CORROSIVO

3000 - 5000

MEDIANAMENTE CORROSIVO

5000 - 10000

POCO CORROSIVO


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Evaluación de la corrosividad del suelo: • Bacterias

Las bacterias están presentes en la mayoría de los suelos. La mayoría de las bacterias que viven bajo condiciones aerobias (buena aereación) no causan corrosión acelerada. Sin embargo las bacterias que viven bajo condiciones anaeróbicas pueden producir subproductos químicos que pueden afectar la corrosión de manera importante. Un tipo particularmente agresivo de bacteria en suelos es la bacteria sulfato-reductora, la cual produce sulfuros como producto de desecho. Cuando estas están activas, los sulfuros que producen pueden causar una corrosión muy rápida del acero. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Líquido o Fluido (Corrosión Interna) • La inmersión en líquidos presenta una gran variedad de

ambientes corrosivos • Variables que influyen en el mecanismo corrosión interna: – El tipo de contaminante. En Petróleo y Gas

fundamentalmente CO 2 y SH2 – El pH – El Contenido de O2 – Temperatura – Velocidad de Flujo – Presencia de Microorganismos – etc


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Corrosión por CO2 El dióxido de carbono puede encontrarse naturalmente en la composición del gas de un pozo. A veces junto a otros compuesto s corrosivos, como aguas salinas, ácido sulfhídrico, etc.


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¿Qué pasa con el CO2 en presencia de agua? H2O + CO2 ------------------- H 2 (CO3) Fe + H2 (CO3) ------------------- Fe (CO 3) + H2 El efecto principal del CO 2 es acidificar el medio, se incrementa la velocidad de pérdida de electrones de los aceros al carbono, se produce corrosión uniforme que puede transformarse en picado cuando se forman productos de corrosión sobre la superficie.


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Corrosión por CO2: Ejemplo


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Corrosión por SH 2 El ácido sulfhídrico puede encontrarse naturalmente en la formación o ser producido por la acción de las bacterias sulfato reductoras. Yacimientos sin SH 2 se contaminan al comenzar la recuperación secundaria. El agua de inyección contiene bacterias que en condiciones de superficie transforman los sulfatos en ácido sulfhídrico. El agua con el ácido sulfhídrico se bombea al reservorio que se contamina y pasa al pozo productor. Curso Control de la Corrosión en Flowlines y Pipelines

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Corrosión por SH 2 SH2 + Fe -------------- SFe + 2 H ° El hidrógeno atómico se difunde a través del metal sin alterar sus propiedades mecánicas o puede tener interacciones con su micro estructura, fragilizándolo. El producto de corrosión es el sulfuro de hierro de color negro


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Corrosión por SH 2 Si el ataque es uniforme el producto de la corrosión será blando y negro opaco. El área atacada estará cubierta con una película adherida e impermeable color negro. En la fase inicial del ataque la superficie tiene una apariencia moteada y a medida que avanza se desarrolla un tipo de picadura, cuyo borde exterior exhibe apariencia moteada.


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Corrosión por SH 2 En el caso de ataque localizado, el sulfuro de hierro generalmente estará firmemente adherido. Su apariencia puede variar de una superficie lisa y brillante a una superficie áspera negra opaca.


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Corrosión por SH 2


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Corrosión por SH 2


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1. Introduccion a Corrosion x 3 - 2013 2

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