PRODUCCIÓN PETROLERA I 1. GENERALIDADES 1.1 INTRODUCCIÓN La corrosión es la destrucción de un metal o metales, a través de la interacción con un ambiente que por medio de una reacción que envuelve un flujo de corriente e intercambio de iones. La protección catódica es una técnica de control de la corrosión la cual depende de la naturaleza de la misma. Se aplica en cualquier sección metálica como acero que es el más común, cobre, plomo, aluminio, etc. La condición fundamental es que la estructura metálica que llega ser el cátodo debe estar en intimo contacto con el ánodo que es el elemento de sacrificio el cual emplea un potencial de reducción para así disminuir el potencial del metal a prot prote eger por por debaj bajo de un val valor defi efinido para cad cada meta etal en el que termodinámicamente no eista la corrosión electroquímica. La protección catódica es un método preventivo que a!uda a proteger al metal contra la corrosión, además neutraliza neutraliza toda corriente corriente que circula circula por la estructura por lo tanto alarga la vida de la estructura metálica. La corrosión que afecta a las tuberías durante las tareas de producción muestra la necesidad de una corrección para reducir el deterioro de las tuberías.
1.2 ANTECEDENTES La obse observ rvac ació ión n del del tema tema dura durant nte e las las clas clases es de prod produc ucci ción ón " son son de vita vitall importancia !a que nos apertura una idea ! profundiza en lo que son los agentes corr corros osiv ivos os ! su méto método do de prev preven enci ción ón ante ante este este prob proble lema ma ! su post poster erio ior r tratamiento. #a mencionamos que la corrosión ataca a los materiales metálicos ! estos en la industria industria petrolera lo tenemos tenemos presentes presentes en muc$os equipos, equipos, tomando tomando en cuenta cuenta la indust industria ria petrol petrolera era en %olivi %olivia, a, tenemo tenemoss muc$os muc$os equipos equipos en renovac renovación ión,, la principal causa de algunos la corrosión.
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PRODUCCIÓN PETROLERA I
1.3. OBJETIVOS 1.3.1. Objetivo gene!" &onoce &onocerr ! present presentar ar los concept conceptos, os, método métodos, s, tratam tratamien ientos tos ! los agente agentess de corrosión ! los problemas que causan estos a los materiales metálicos en la industria petrolera.
1.3.2. Objetivo# e#$e%&'i%o# •
• • •
'ete 'eterm rmin inar ar los los tipo tiposs de corros corrosió ión n que que afect afectan an a los los mate materi rial ales es metálicos. (valuar los problemas que causan los agentes corrosivos. 'efinir los métodos de protección ! prevención de la corrosión. 'efinir ecuaciones de corrosión ! su aplicación.
2. (ARCO TEÓRICO Página
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PRODUCCIÓN PETROLERA I 2.1 %oo#i)n )roceso en el cual surge una interacc interacción ión de un metal con con el medio que lo rodea, rodea, produci produciendo endo el consig consiguie uiente nte deterio deterioro ro en sus propie propiedad dades es tanto tanto física físicass como como químicas. La característica fundamental de este fenómeno, es que sólo ocurre en presenc presencia ia de un electr electroli olito, to, ocasio ocasionand nando o region regiones es plenam plenament ente e identi identific ficadas adas,, llam llamad adas as anód anódic icas as ! cató catódi dicas cas** una reac reacci ción ón de oid oidac ació ión n es una una reac reacci ción ón anódica, en la cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. catódicas. (n la región anódica se producirá producirá la disolución disolución del metal +corrosión +corrosión !, consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal.
C!tione#* iones con carga positiva. Anione#* iones con carga negativa. E"e%to"ito* (s toda aquella solución +medio agresivo que permite la transferencia de cargas en formas de iones entre el ánodo ! cátodo. )or ejemplo* condensación de agua, agua de producción, agua de lluvia, agua de mar.
Cont!%to e"+%ti%o* es el medio de retorno de la corriente generada por el flujo de electrones. (s necesaria la eistencia eistencia de estos cuatro cuatro elementos para que la corrosión pueda tener lugar- si alguno de ellos falla, se detiene. (stos tres factores constitu!en una pila, que se conoce como pila de corrosión. La corrosión se desarrolla en las zonas anódicas, las catódicas permanecen siempre inalteradas.
2.2. C"!#i'i%!%i)n ,e %oo#i)n #eg-n "! o'o"og&! ,e" ,!/o )ara )ara eval evalua uarr los los dao daoss prod produc ucid idos os por por la corr corros osió ión n es mu! mu! conv conven enie ient nte e clasificarlos según la forma como se producen*
2.2.1. Coo#i)n Uni'oe
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PRODUCCIÓN PETROLERA I La corrosión uniforme, o general, se define como la corrosión que se distribu!e más o menos uniformemente sobre la superficie de un material. 'ebido a que pueden predeterminarse predeterminarse las proporciones proporciones de corrosión corrosión conformen conformen avanzan de una manera manera unifor uniforme, me, pueden pueden desarrol desarrollar larse se equipo equiposs consid considera erando ndo dic$as dic$as proporciones ! condiciones.
Figura 1: fotografía de la corrosión superficial o uniforme
La corrosión uniforme/gener uniforme/general al puede ocurrir en lugares aislados aislados a lo largo de una tubería debido a un ambiente aislado, pero el dao será relativamente uniforme dentro de ese lugar.
2.2.2. Coo#i)n Lo%!"i0!,! La corrosión localizada a menudo se concentra en una área pequea ! toma la forma forma de cavida cavidades des "lamad "lamadas as picadur picaduras. as. La corrosi corrosión ón localiz localizada ada inclu! inclu!e e todo todo siguie siguiente nte** ataque ataque de picadur picaduras as que produce produce $o!os $o!os en el metal - corrosi corrosión ón de fisuras que puede desarrollarse en áreas que están ocultas del ambiente global, como debajo de arandelas ! bridas, así como debajo de diversos depósitos, sedi sedime ment ntos os ! produ product ctos os de la corr corrosi osión ón +a menu menudo do "lam "lamad ada a 0corro 0corrosi sión ón sub1 sub1 depositada0.
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Figura 2: imágenes de varias picaduras que se han interconectado
Coo#i)n $o $i%!,! o itting4 2curre en un área anódica localizada, puede ser aguda ! profunda, ! es un ejemplo de un ambiente que ofrece algunas propiedades protectoras, pero no una in$ibición completa de la corrosión. )uede observarse generalmente en superficies con poca o casi nula corrosión general generaliza izada. da. 2curre 2curre como un proceso proceso de disolu disolució ción n anódic anódica a local local donde donde la pérdida de metal es acelerada por la presencia de un ánodo pequeo ! un cátodo muc$o ma!or.
even%i)n ,e "! %oo#i)n $o $i%!,!# • • •
• • • •
Seleccionar aleaciones más resistentes (vitar el estancamiento o baja velocidad en el fluido (vitar la acumulación de sólidos +disear recipientes con facilidades de drenaje, lavado ! limpieza 3educir la temperatura 4tilizar pinturas ! revestimiento. 5gregar in$ibidores de corrosión 5umentar espesor de la pared
2.2.3. Coo#i)n G!"v5ni%! La corrosión galvánica es el resultado de conectar eléctricamente dos materiales, donde uno actúa como el ánodo ! el otro como el cátodo. (l ánodo puede Página
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PRODUCCIÓN PETROLERA I eperi eperiment mentar ar una corrosi corrosión ón acelera acelerada da relati relativa va a la condic condición ión no conectada ! el cátodo tiende a sufrir menos corrosión. La corrosión galvánica se encuentra en diversas circunstancias, inclu!endo las diferencias en los metales mismos mismos +ej., $ierro ! aluminio aluminio así como en el mismo metal con dos porciones porciones de edad edades es dife difere rent ntes es.. (l últi último mo caso caso es impo import rtan ante te cuan cuando do se cons consid ider eran an reparac reparacion iones es ! reempl reemplazos azos en donde donde se conect conectaran aran nuevos nuevos compone componente ntess a componentes viejos que pueden $aber desarrollado películas de productos de corrosión más catódicas. 2tra área importante a considerar en la corrosión galvánica es el use de cupones. (l cupón puede ser de acero al carbón, pero el porta cupones puede ser de acero inoidable. (sta situación puede remediarse usando materiales aislantes, como el n!lon o 6eflón, 6eflón, entre el cupón ! porta cupones.
Figura 3: corrosión galvánica
even%i)n ,e "! %oo#i)n g!"v5ni%! • • • •
Seleccionar materiales que estén lo más cerca posible en la serie galvánica (vitar áreas desfavorables de ánodo pequeo ! cátodo grande. 5islar metales disímiles 5plicar revestimientos con sumo cuidado, evitando dejar imperfecciones o áreas epuestas con el tiempo serán los ánodos.
2.2.6. At!7e Re"!%ion!,o %on "! Ve"o%i,!,89"jo Ve"o%i,!,89"jo (l ataque relacionado con la velocidad/flujo surge cuando la velocidades del fluido o de la partícula de superficie alta causan perdida de metal Los sistemas de una Página
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PRODUCCIÓN PETROLERA I sola fase +ej., gas o liquido puro son menos propensos a causar ataque relacionado con la velocidad/flujo que los sistemas en donde los líquidos o sólidos son arrastrados en una fase de gas de movimiento rápido. 7a! varias formas de ataque relacionado con la velocidad, velocidad, inclu!endo inclu!endo la erosión, erosión, la erosión 1 corrosión, c$oque ! cavitación. La erosión es la perdida abrasiva de metal carente de acción corrosiva, que es causada per la velocidad alta de los medios transportados, particularmente cuando los medios contienen sólidos o partículas arrastrados. La erosión 1 corrosión combina los efectos de la erosión ! produce produce la elimin eliminaci ación ón de una pelícu película la protec protector tora a o incrust incrustaci ación, ón, ! entonc entonces es epone el material sub!acente a un ma!or ataque de corrosión. 5 veces el dao de la erosión a las capas protectoras +ej., incrustación de carbonato, película de in$ibidor es visible a simple vista, ! en algunos casos no lo es. La erosión del metal por lo general requiere ma!or energía que la erosión de películas de productos de corrosión. La erosión deja el metal liso ! $ace que sea más difícil identificar el tipo de corrosión. (l ataque de erosión 1 corrosión normalmente ocurre solo en áreas como cambios de tramos, coneiones donde $a! turbulencia por el flujo, o en codos ! curvas La (rosión 1 corrosión se caracteriza en apariencia por estrías, canales, ondas ! $o!os redondos o valles. 8ormalmente presenta un patrón direccional.
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Figura 4: esquema erosión – corrosión interna de una tubería
even%i)n ,e "! %oo#i)n : eo#i)n •
4sar materiales resistentes a la corrosión 9 erosión. (jemplo* &arburo de
•
6ungteno. 5umentar el espesor de la estructura para fortalecer áreas vulnerables o
• •
incremento del espesor por corrosión. (liminar el material abrasivo del fluido. :odificar el diseo a través de cambios de formas ! geometría de las estructuras que permita disminuir las velocidades ! facilita la formación del
•
flujo laminar. 3educir la velocidad del flujo.
2.2.;. Coo#i)n In,%i,! (i%obio")gi%!ente <(IC= La corrosión inducida microbiológicamente +:"& es el deterioro de un metal debido a los procesos de microorganismos +principalmente bacterias, pero pueden incl inclui uirr $ong $ongos os,, alga algass ! prot protoz ozoa oari rios os en cier cierto toss ambi ambien ente tes s.. 'ebi 'ebido do a las las actividades metabólicas de las comunidades microbianas, la interface entre la superficie de metal ! los organismos pueden ser física ! químicamente alterados con con esto estoss orga organi nism smos os.. Las Las reac reacci cion ones es pued pueden en produ produci cirr ácid ácidos os +bact +bacteri erias as productoras de acido ;%)5<, ;%)5<, alco$oles, amoniaco, dióido de carbono, sulfuro de
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PRODUCCIÓN PETROLERA I $idr $idro ogeno geno +bac +bactteria eriass redu reduct ctor oras as de sulf sulfat ato o ;%3S ;%3S< <,, ! otro otross subpr subprod oduct uctos os,, meta metabó bólilicos cos que que pued pueden en corroe corroerr dive diverso rsoss meta metale less bajo bajo las las condi condici cion ones. es. Los Los micro microbio bioss pued pueden en cons consum umir ir el oig oigen eno, o, causa causand ndo o que que los los aniones aniones +ej. sulfatos sulfatos ! cloruros cloruros se concentren concentren en picaduras picaduras o fisuras fisuras ! debajo de depósitos, romper películas de superficie pasiva, ! acelerar el ataque corrosivo a través de una variedad de mecanismos. Las comunidades microbianas también pueden crear biopeliculas que a menudo resultan en la formación de depósitos debido a que la biopelicula captura ! acumula los sólidos del sistema.
Figura : colonia de bacterias asociada con el producto de corrosión
Las bacterias se clasifican según sus requerimientos de oigeno* las bacterias aeróbicas requieren aire u oigeno para vivir ! las bacterias anaeróbicas requieren un ambiente sin aire u oigeno. Las bacterias obligadas solo pueden eistir en un ambiente +!a sea aeróbico o anaeróbico, pero no en ambos. (l crecimiento de bacterias facultativas no es restringido, ! las bacterias pueden vivir tanto en ambientes aeróbicos como anaeróbicos. (isten términos adicionales que se usan para describir las bacterias bacterias que no se basan en su dependencia dependencia del oigeno. Las bacterias que se unen a una superficie se clasifican como sésiles. Las bacterias que flotan libremente, suspendidas en un fluido se clasifican como planctónicas.
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PRODUCCIÓN PETROLERA I 2.2.>. Agiet!iento A#i#ti,o A#i#ti,o $o e" Abiente (l agri agriet etam amie ient nto o asis asistitido do por por el ambi ambien ente te +555 +555 incl inclu! u!e e una una vari varied edad ad de mecanismos de falla por grieta que se refuerzan o alteran por el ambiente. Los mecanismos inclu!en agrietamiento inducido por $idrogeno +5"7, fragilizacion por $idrogeno $idrogeno +=7 ! agrietamiento agrietamiento de corrosión corrosión por esfuerzo esfuerzo +5&(. (l 5"7 5"7 ocurre cuando el material se infiltra por $idrogeno atómico +que puede generarse como una una reacci reacción ón cató catódi dica ca a trav través és de la prot protec ecci ción ón cató catódi dica, ca, resu resultltand ando o en un agrietamient agrietamiento o 0gradual0 0gradual0 o agrietamient agrietamiento o 0 con ampollas>. 'espués que los átomos de $idro $idroge geno no entr entran an en el mate materi rial al,, tien tiende den n a emig emigrar rar ! acum acumul ular arse se en las las discontinuid discontinuidades ades internas +ej., inclusiones, inclusiones, laminaciones laminaciones que forman bolsas de gas de $idrogeno. Las ampollas de $idrogeno, relacionadas con el 5"7 aunque no estrictamente un mecanismo de agrietamiento, ocurren cuando el $idrogeno que entra en un metal se acumula en las discontinuidades internas cerca de la superficie del metal. 3esulta en la formación de protuberancias tipo ampolla. La =7 también es causada por el $idrogeno interior pero se manifiesta por lo general como una perdida en la ductilidad ductilidad de materiales materiales de alta dureza. (l 5&( involucra involucra el efecto conjunto de un proceso de corrosión ! agrietamiento en presencia de un esfuerzo de tensión. (l agrietamiento por esfuerzo de sulfuro es una forma de agrietamiento asociada con la presencia de 7?S. La fuente de esfuerzo puede incluir carga eterna, presurización interna o esfuerzo residual +ej., por soldar
2.3. C"!#i'i%!%i)n ,e "! %oo#i)n : ,e$en,ien,o ,e" e,io 5tendiendo al medio corrosivo, la corrosión se clasifica en la siguiente forma* Coo#i)n #e%!* Se produce en los metales que tienen una energía libre de formación de óidos negativa. 3equie iere re de la $umed $umedad ad atmo atmosf sféri érica ca,, ! aume aument nta a Coo#i)n ?-e,! ?-e,!* 3equ Coo#i)n cuando la $umedad ecede de un valor crítico, frecuentemente por encima del @AB.
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PRODUCCIÓN PETROLERA I Coo#i)n $o oj!,o* oj!,o* Se origina cuando se epone el Coo#i)n metal a la lluvia o a otras fuentes de agua. Coo#i)n in,#ti!"* &ontienen compuestos sulfurosos, nitrosos ! otros agentes ácidos que pueden promover la corrosión de los metales. Coo#i)n !in!* Se caracterizan por la presencia de iones cloruros. corrosión atmosférica atmosférica ! es Coo#i)n !"* Se produce la menor clase de corrosión caracterizada por bajos niveles de compuestos ácidos ! otras especies agresivas. La corrosión atmosférica es la causa más frecuente de la destrucción de los metales ! aleaciones.
2.6. C"!#i'i%!%ion ,e "! %oo#i)n @ en 'n%i)n !" !gente !ge#o
•
Coo#i)n $o ,i)i,o ,e %!bono
También También llamada llamada corrosión corrosión dulce. El dióxido dióxido de carbono carbono disuelto disuelto en el agua corroe el acero al carbono. En la industria petrolera esta corrosión se encuentra con más frecuencia en los pozos de gas, en los que el dióxido de carbono está presente. Si el vapor de agua se condensa en las tuberas o lneas de !u"o, el ácido carbónico formado produce corrosión en el metal expuesto. #na manera de predecir la susceptibilidad de un sistema de gas, está basándose en la presión parcial del dióxido de carbono.
La ecuación general del proceso corrosión por &2? es la siguiente*
9e CO2 2O 9eCO3 2
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PRODUCCIÓN PETROLERA I C"!# C"!#i' i'i% i%!% !%i) i)n n ,e "! $ote $oten% n%i! i!"i "i,!, ,!, %o %oo# o#iv iv!! en 'n% 'n%i) i)n n ! "!# "!# $e# $e#io ione ne## $!%i!"e# ,e" ,i)i,o ,e %!bono.
Figura !: potencialidad corrosiva
Coo#i)n $o #"'o ,e ?i,)geno <2S=* 6ambié mbién n llam llamad ada a corr corrosi osión ón ácid ácida, a, resul resulta ta de la reacc reacció ión n entr entre e el sulf sulfur uro o de $idrógeno ! el acero en presencia de agua. Las fuentes donde ocurre pueden contener también oígeno, dióido de carbono o ácidos orgánicos. La corro corrosi sión ón ácid ácida a está está caract caracter eriz izada ada por por nume numero rosos sos $o!os $o!os profu profund ndos os que que usualmente contienen sulfuro de $ierro negro. (sto es también acompaado por ampollas ! fracturas en el tubo de producción ! otros equipos. 4no de los mecanismos mediante los cuales se produce corrosión por 7?S en aceros al carbono ocurre a temperatura ambiente, donde la $umedad juega un papel importante.
H2S + H2O _ HS + HO + 2H HS + Fe _ Fes + H + 2e La corrosividad de un sistema se considera como posible para los aceros al carbono a partir de niveles mu! bajos en 7?S, la norma utilizada en la industria petrolera para evaluar la posibilidad de eistencia de este tipo de corrosión ! seleccionar los materiales adecuados para servicios agrios es la 85&( :31AC@D1 EC "S2 CDCDF1C. Gsta establece lo siguiente*
$2S F; $#i 2S ; $$ Página
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PRODUCCIÓN PETROLERA I Coo#i)n $o e'e%to %obin!,o ,e CO2 2S La presencia de &2? ! 7?S en un medio acuoso, es capaz de producir graves daos daos por por corr corrosi osión, ón, pero pero la comb combin inaci ación ón de los los mism mismos os puede puede acel aceler erar ar o disminuir la velocidad de corrosión ! por ende, la criticidad del dao. (s importante el efecto del 7?S en la corrosión por &2? ! su comportamiento, !a que se forman películas de productos de corrosión en forma competitiva entre el sulfuro de $ierro +=eS ! carbonato de $ierro +=e&2H, pudiendo en función a la temperatura, concentración del agente corrosivo ! presión, acelerar o disminuir la velocidad de corrosión. )or ello, se considera importante definir cual de los tipos de corrosión +por &2? o por 7?S es el predominante, antes de estimar la velocidad de corrosión en un sistema determinado. La relación entre las presiones parciales de &2? ! 7?S, conocida como (cuación de Iane, proporciona un indicativo que permitirá determinar el tipo de corrosión predominante en el sistema.
2.;. V!i!b"e# V!i!b"e# 7e in'"en en "o# e%!ni#o# ,e %oo#i)n 2.;.1. Con,i%ione# ?i,o,in5i%!# ,e" '"i,o. Las líneas de producción de gas ! petróleo generalmente manejan flujos de dos o más fases, constituidos por mezclas de gas, petróleo, agua ! arena. Los efectos resultantes de las condiciones del flujo bi o multifásico inciden sobre la ocurrencia del fenómeno fenómeno de corrosión, corrosión, así como en la selección selección de los sistemas sistemas de control control ! moni monito tore reo. o. )or )or lo tant tanto, o, se $ace $ace nece necesa sari rio o ente entend nder er el comp compor orta tami mien ento to $idrodinámico del fluido.
in%i$io# ,e '"jo bi'5#i%o C. L&7i,o !%"!,o <o", U$=. (l líquido acumulado o líquido retenido +$old up se define como la fracción de área de la sección transversal de la tubería ocupada por el líquido.
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PRODUCCIÓN PETROLERA I ?. Ve"o%i,!, Ve"o%i,!, ,e" '"i,o. (s considerada uno de los parámetros más significativos a la $ora de determinar el potencial corrosivo de una tubería, !a que determina el comportamiento del fluido +patrón de flujo, ! la distribución del agua transportada por el gas. 5 continuación continuación se presentan los conceptos conceptos básicos de velocidad velocidad de fluido fluido para una mezcla bifásica gas1líquido.
3. Ve"o% Ve"o%i,! i,!, , #$e' #$e'i%i i%i!". !". (s la velocidad a la cual fluiría la fase líquida o la fase gaseosa si estuviera sola en la tubería.
6. Ve" e"o% o%i, i,!, !, ,e "! "! e0% e0%"! "!.. (s la suma de la velocidad superficial del líquido ! la velocidad superficial del gas.
2.;.2. E'e%to ,e "! te$e!t! La temp tempera eratu tura ra incr increm ement enta a las las velo veloci cida dades des de reacc reacció ión n en casi casi toda todass las las sustancias químicas al igual que en la ma!oría de los procesos de corrosión. Jeneralmente, puede presentarse dos casos, el primero, en el cual un incremento de temperatura va asociada a un aumento inmediato de la velocidad de corrosión +línea 5, mientras que en el segundo, un aumento de la temperatura, no parece tener muc$a influencia, $asta que se alcanza cierto valor, a partir del cual se presenta presenta un rápido incremento incremento de la velocidad velocidad de corrosión. corrosión. (sto es frecuente frecuente en materiales que se encuentran en estado pasivo ! el aumento de la temperatura +lo que usualmente se traduce en aumento del poder oidante del medio- $ace que el material pase a su estado transpasivo, donde es fácilmente corroído.
2.;.3. E'e%to ,e "! %on%ent!%i)n ,e" !gente ! gente %oo#ivo (s mu! común que materiales que e$iben pasividad no se vean afectados por la concentración del agente corrosivo dentro de los rangos relativamente amplios ! es sólo a valores mu! altos de dic$a concentración concentración que la velocidad velocidad de corrosión corrosión se incrementa mu! rápidamente.
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PRODUCCIÓN PETROLERA I 2.;.6. 9!%toe# (et!"-gi%o# Los metales ! sus aleaciones son sólidos cristalinos, lo que significa que los átomos de un metal están ordenados. Los metales, cuando se encuentran en su estado natural tienen un estado termodinámico estable. Luego en los procesos de una manufactura de aceros ! otras aleaciones, le aadimos energía- durante este proceso, si no se $a cambiado cambiado significat significativamen ivamente te el metal +mediante +mediante aleaciones, aleaciones, su termodinámica tampoco $abrá cambiado. (ntonces cuando el metal procesado es epuesto a un ambiente natural, este se regre regresa sa a su estad estado o natu natura rall medi median ante te el proce proceso so de corro corrosi sión ón para para form formar ar compuestos como $idróido de $ierro =e? +27H. (l ciclo del procesamiento del $ierro es análogo a empujar una pelota cuesta arriba +procesamiento el cual requiere requiere de energía energía para ser trasladada $asta la cúspide- el proceso de corrosión corrosión sería análogo al dejar caer la pelota cuesta abajo durante el cual libera la energía acumulada $asta llegar abajo donde la pelota se para ! alcanza un estado de energía mínimo +termodinámicamente estable, que sería análogo en el $ierro al alcanzar su estado natural. Las estructuras cristalinas de los metales son las que determinan las propiedades mecá mecáni nica cass de los los meta metale less ! sus sus prop propie ieda dade dess de resi resist sten enci cia a a ambi ambien ente tess corrosivos. &uando el metal se $a solidificado ! enfriado, se crean los bordes entre los granos del metal. Los bordes de los granos son áreas de muc$a energía ! son son los los más más acti activo voss quím químic icam amen ente te ! es por por eso eso que que son son atac atacad ados os más más rápidamente rápidamente que las mismas mismas caras del grano cuando son epuestas a ambientes ambientes corrosivos. corrosivos. 4n ejemplo ejemplo de esto es cuando uno realiza realiza acidificaci acidificación ón metalográf metalográfica ica para visualizar el contraste entre los granos.
2.;.;. 3epresenta la medida de basicidad o acidez del agua. 6iene repercusión en la solubilidad de muc$os compuestos como por ejemplo del &a&2H ! de $ierro. :ientras más alto es el p7 ma!or es la tendencia a la precipitación. Si el p7 es bajo +más ácido se incrementa la corrosividad del agua. La ma!oría de la aguas del campo petrolero tienen un p7 K 1 . Página
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PRODUCCIÓN PETROLERA I (l p7 del agua tiende a bajar cuando se disuelven los Mgases ácidos>* 7?S ! &2?. (l p7 cambia rápidamente después de que la muestra es tomada de un sistema presurizado +debido al escape de los gases disueltos. La corro corrosi sión ón es acel aceler erada ada en los los ambi ambient entes es ácid ácidos os +p7N@ +p7N@ ! retard retardad ada a en condiciones alcalinas +p7O@. 5 medida que el p7 +p7 P 1log ;7Q< aumenta, la concentración de 7Q disminu!e, lo cual puede reducir la velocidad de corrosión. (n cambio, cuando el p7 disminu!e, la concentración de iones 7Q aumenta, lo cual puede intensificar la reacción catódica ! aumentar la velocidad de corrosión +Los ácidos tienden a disolver los metales más rápidamente.
2.>. Conto" ,e "! %oo#i)n en in#t!"!%ione# $eto"e!# (s imposible detener completamente la corrosión. (sta puede ser permitida en algunas ocasiones una tasa aceptable, si las pérdidas económicas pro!ectadas por concepto de corrosión son menores que el costo de control de corrosión. (l grado de corrosión corrosión está relacionado relacionado con los aspectos de seguridad, seguridad, regulaciones regulaciones gubernamentales ! consideraciones ambientales. La corrosión en un proceso natural e irreversible que no se puede eliminar, sin embargo, puede ser controlada ! minimizado a una tasa aceptable. (l control de la corrosión corrosión es el paso final en la solución de cualquier problema problema de corrosión, corrosión, para ello es necesario seleccionar el método más adecuado, considerando los aspectos técnicos, económicos ! la factibilidad de aplicación de cada uno de ellos. (s por esto que se considera necesario conocer sus beneficios ! limitaciones. (iste una variedad de métodos para minimizar la corrosión en las operaciones de los campos petroleros, inclu!endo* • • • • •
3emoción de agentes corrosivos +)roceso Selección de materiales "n$ibidores 3evestimientos )rotección catódica
2.>.1. Reo%i)n ,e !gente# %oo#ivo# <$o%e#o= Página
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PRODUCCIÓN PETROLERA I (n este este senti sentido, do, eis eiste ten n méto método doss como como la des$ des$id idra rata taci ción ón ! el endu endulz lzam amie ient nto, o, que que se apli aplica can n para para cump cumplilirr con con las las regu regula laci cion ones es ! los los requerimientos de distribución del gas ! que adicionalmente contribu!en a reducir o minimizar el problema de la corrosión. 5 continuación se presenta una breve descripción de estos métodos*
De#?i,!t!%i)n La remoción del vapor de agua asociado al gas natural es uno de los métodos que previene previene la acción directa directa de los agentes corrosivos corrosivos como el &2? ! el 7?S sobre la superficie del metal, ! por lo tanto, reduce drásticamente la ocurrencia del fenómeno de la corrosión. )or esto, la des$idratación, además de que permite cumplir con los requerimientos eigidos desde el punto de vista de distribución ! ventas, previene la formación de $idratos ! la corrosión. Sin embargo, los sistemas de des$idratación comúnmente utilizados como son los de adsorción física ! los de absorción por glicol, requieren para su funcionamiento de comp comple lejo joss siste sistema mass que que const constan an de* sepa separad radore ores, s, torre torress de cont contac acto to,, regen regener erado adoras ras,, cale calent ntad ador oras as e inte interca rcamb mbia iado doras ras de calor calor,, adem además ás de un seguimiento ! operación adecuada, así como un sistema de control ! monitoreo del punto de rocío.
En,"0!iento Los procesos utilizados en la industria petrolera para la remoción de gases ácidos del gas natural se denominan procesos de endulzamiento. La purificación del gas natural para eliminar impurezas como los mercaptanos, &2? ! 7?S, entre otros, se lleva a cabo por razones adicionales a las del control de corrosión como son los niveles de contaminación atmosférica, los sulfuros en la combustión, la formación de $idratos ! los requerimientos en procesos especiales. La remoción de estos contaminantes, adicionalmente, evita los problemas de corrosión severa en los gasoductos ! otras instalaciones auiliares. Los principales principales procesos de endulzamient endulzamiento o de gas, actualmente actualmente disponibles, disponibles, son el de absorción por solventes físicos +carbonato de propileno, !/o químicos Página
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PRODUCCIÓN PETROLERA I +aminas, por azufre elemental +proceso &laus, ! los procesos de lec$os sólidos ! de membrana. 4no 4no de los los princ princip ipal ales es probl problem emas as de los los sist sistem emas as de endu endulz lzam amie ient nto o es la formación de espuma, lo cual reduce considerablemente la eficiencia del proceso, por lo cual se trata de evitar la entrada o acumulación acumulación de $idrocarburos $idrocarburos líquidos líquidos ! otros productos orgánicos +in$ibidores de corrosión a estos sistema. La selección final de un determinado sistema de endulzamiento debe ser realizada en base a los análisis de los criterios de seguridad, la rentabilidad ! los problemas de corrosión ! operación de los sistemas de transporte de gas sujetos a estudio.
2.>.2. Se"e%%i)n ,e !tei!"e# 5quí podemos observar algunas de las propiedades que determinan la selección apropiada apropiada de un material estructural. estructural. 5unque 5unque la selección selección inicial no se dirija $acia la resis resiste tenci ncia a de corro corrosi sión ón,, la elec elecci ción ón fina finall depe depend nde e de otra otrass prop propie ieda dades des diferentes. (l costo ! la resistencia a la corrosión son mu! importantes en la ma!oría de las aplicaciones en ingeniería, cuando se requiere de muc$a resistencia química. Sin embargo, para aplicaciones arquitectónicas, la apariencia es la propiedad más importante. La selección de los materiales que va!amos a usar será factor decisivo en el control de la corrosión a continuación se enunciaran algunas reglas generales para la selección de materiales* )ara condiciones no oidantes o reductoras tales como ácidos ! soluciones acuosas libres de aire, se utilizan frecuentemente aleaciones de 8i ! &r. )ara condiciones oidantes se usan aleaciones que contengan &r. )ara condiciones altamente oidantes se aconseja la utilización de 6i ! Los elementos cerámicos poseen buena resistencia a la corrosión ! a las altas altas temper temperatu aturas ras pero son quebra quebradizo dizos, s, su utiliz utilizaci ación ón se restri restringe nge a procesos que no inclu!an riesgos. Los plásticos reforzados están principalmente limitados por la presión.
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PRODUCCIÓN PETROLERA I •
(et!"e# !"e!%ione#* Las aleaciones de acero al carbono son las más comúnmente usadas en las operaciones de campo petroleros, dado su bajo costo, facilidad de fabricación ! resistencia. Sin embargo, eisten numerosas aplicaciones en donde el método más sencillo para prevenir la corrosión es seleccionar la aleación más adecuada para un servicio corrosivo en particular.
5lgunas de las combinaciones de metal que proporcionan buena resistencia a la corrosión son*
•
a.1 5ceros inoidables. b.1 5leaciones de 8íquel. c.1 5leaciones de 5luminio. d.1 5leaciones de &obre. e.1 5leaciones de )lomo. f.1 5leaciones de Rinc. g.1 5leaciones de (stao. $.1 5leaciones de 6itanio. 6itanio.
•
No et!"e#* La ma!oría de los no metales tienen muc$o menos resistencia
• • • • • • •
mecánica que el acero ! pueden tener serias limitaciones de temperatura. (n las las oper operac acio ione ness de camp campo o petr petrol oler eros os se util utiliz izan an con con frec frecue uenc ncia ia plásticos, cemento1asbesto, cerámica ! cemento. La tubería de plástico está siendo usada etensamente- particularmente la tubería de fibra de vidrio reforzada con resina 0(po!0. (ste tipo de tubería $a reemplazado la )&, dado que mejora la resistencia mecánica ! permite su uso a altas temperaturas.
2.>.3. In?ibi,oe# ,e %oo#i)n
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PRODUCCIÓN PETROLERA I 4n in$ibidor es una sustancia química que adicionada en pequea conce concent ntra raci ción ón a un ambi ambient ente e corro corrosiv sivo o reduc reduce e efic eficaz azme ment nte e la velo veloci cida dad d de corro corrosi sión ón.. (n el proc proceso eso de corro corrosi sión, ón, la in$i in$ibi bici ción ón cons constititu! tu!e e una una medi medida da preventiva contra el ataque corrosivo de materiales metálicos. Su método de aplicación consiste básicamente en el uso de sustancia químicas en pequeas cantidades en un medio corrosivo, las cuales son capaces de disminuir la tasa de corrosión en el metal epuesto a dic$o medio. La reducción de la tasa de corrosión puede lograrse* •
$acién éndo dolo lo meno menoss corr corros osiv ivo, o, bien bien sea sea (o,i (o,i'i 'i%! %!n, n,o o e" !bi !bien ente te, $aci produciendo precipitados protectores, removiendo o inactivando sustancias agresivas de la solución. )or ejemplo, los secuestrantes de oígeno en el
•
tratamiento de agua de calderas. (o,i (o,i'i 'i%! %!n, n,o o "! inte inte' '!%e !%e ent entee e" e,io e,io %o %oo# o#iv ivo o "! #$e #$e' 'i% i%ie ie
et5"i%!F evitando su interacción. (n este caso, el in$ibidor es adsorbido en la super superfifici cie e metál metálic ica a como como una una pelí películ cula a delg delgad ada, a, sin sin reacc reaccio ionar nar químicamente con la misma. )ara este fin se utilizan las aminas orgánicas formadoras de películas, por ejemplo en sistemas de cabecera de unidades •
destiladoras, en gasoductos, líneas de flujo, entre otros. aumentar su resistencia resistencia a (o,i'i%!n,o e" !tei!" ,e %on#t%%i)n para aumentar la corrosión. (n este caso el in$ibidor induce la formación de películas protectoras por reacción con el metal formando compuestos oidados sobre la superficie del mismo.
Lo# in?ibi,oe# $e,en %"!#i'i%!#e en* 1. In?i In?ibi bi,o ,oe e# # !n), !n),i% i%o# o# son genera generalme lmente nte aniones aniones que migran migran $acia $acia las superf superfici icies es anódic anódicas, as, donde donde incrementan la polarización del ánodo reaccionando con los iones del metal que se está disolviendo ! con el electrolito para formar películas pasivantes o capas de
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PRODUCCIÓN PETROLERA I sales que son relativamente insolubles, con lo que las zona anódicas se recubren ! la velocidad de corrosión disminu!e. (ntre los in$ibidores anódicos más usados podemos mencionar* el cromato de sodio ! el nitrato de sodio que no requieren la presencia de oígeno para ser efec efectitivo vos, s, ! el benz benzoa oato to de sodi sodio o que que si requ requie iere re de oíg oígen eno o para para caus causar ar pasivación. (stos funcionan deteniendo la reacción de oidación en el ánodo ! rompiendo el circuito electroquímico. &on el uso de in$ibidores anódicos debe tenerse siempre el cuidado de mantener el suficiente residual en el sistema para prevenir el ataque por picadura, !a que pueden quedar sitios anódicos sin cubrir. (stos a su vez se clasifican en precipitantes ! oidantes, dependiendo de la manera como formen su película. ?. e%i$it!nte#* 3eaccionan con los productos de corrosión para producir una sal o un complejo insoluble que precipita ! forma una película sobre los sitios anódicos. (l ortofosfato ! el silicato son los más utilizados. H. Oi,!nte#* (stos tipos de in$ibidores oidan rápidamente la superficie metálica para formar una película mu! ad$erente con los productos de corrosión. Los más utilizados son el cromato ! el nitrito. K. In?ibi,oe# cationes que migran migran $acia $acia las superfici superficies es In?ibi,oe# %!t),i%o#* %!t),i%o#* son cationes catódicas donde precipitan química o electroquímicamente, incrementando la resistencia del circuito corrosivo, aislando estas áreas del contacto con el electrolito. )or lo tanto, reducen la difusión de las especies corrosivas $acia la superficie del metal o reducen la reacción catódica al interferirla. La acci acción ón de algu alguno noss de esto estoss in$i in$ibi bido dore ress cons consis iste te en evit evitar ar que que se desprendan las moléculas de $idrógeno de la superficie del metal. 2tros in$ibidores aprovec$an la alcalinidad en la región del cátodo para precipitar allí compuestos insolubles sobre la superficie del metal.
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PRODUCCIÓN PETROLERA I D. In?ibi,oe# ito# o ,e !,#o%i)n* son largas moléculas orgánicas ramificadas que se adsorben como una película delgada sobre toda la superficie del metal. +Tnodos, cátodos, de donde viene su nombre, !a que simult simultáne áneame amente nte retard retardan an las reaccio reacciones nes anódic anódicas as ! catódi catódicas. cas. (stas complejas moléculas dificultan la difusión de los agentes corrosivos $acia el metal o capturan los iones metálicos que se están disolviendo en la superficie del mismo, reduciendo la velocidad de disolución del metal. %ajo esta clasificación se encuentran las aminas, las cuales se adsorben en la superficie por enlaces entre el átomo de nitrógeno ! el metal.
2.>.6. Re%biiento# $ote%toe# 'esde el punto de vista de la corrosión, un recubrimiento es una barrera física que sepa separa ra al meta metall del del medi medio o corr corros osiv ivo. o. 5cost costum umbr bram amos os ver ver a una una pint pintur ura a o recubrimient recubrimiento o simplemente simplemente como una capa que se aplica sobre un metal, metal, pero es realidad es muc$o más que eso. (stos recubrimientos se utilizan para aislar el metal del medio agresivo. )ueden ser metálicos ! no1metálicos que se pueden aplicar al metal por proteger, sin una modificación notable de la superficie. (s impo import rtan ante te dest destac acar ar que que en la indu indust stri ria a petr petrol oler era a aun aun eis eiste te un gran gran escepticismo en el uso de este tipo de material en el interior de las tuberías para el transporte de los fluidos, principalmente atribuido a los aspectos siguientes* •
3equieren de un estricto control de calidad al momento de aplicación, desde la materia prima, condiciones ambientales durante la aplicación !
•
preparación de superficie es fundamental. Son posibles problemas en juntas soldadas por los procesos de reparación
•
que ameritaría internamente durante el tendido. 8o eis eiste te peri perici cia a para para la corr corrid ida a de $err $erram amie ient ntas as que que no afec afecte ten n la
•
integridad del revestimiento interno durante la remoción de líquidos. 'e igual forma debe aplicarse in$ibidores de corrosión para la protección de los posibles sitios anódicos.
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PRODUCCIÓN PETROLERA I •
(n caso que el sistema sistema produzca incrustaciones incrustaciones que requiera requiera remoción con $erramientas mecánicas se daaría el revestimiento interno. )osible desprendimiento en los accesorios +deben revestirse en planta !
•
acoplarlos con bridas. 3estriccion 3estricciones es para la instalación instalación de accesorios accesorios para el monitoreo, toma de muestras, entre otros. Limitación de los trabajos de remoción futuros.
2.>.;. ote%%i)n C!t),i%! La protección catódica catódica es una técnica de control control de la corrosión, que esta siendo aplicada con muc$o éito en el mundo entero, en que cada día se $acen necesarias nuevas instalaciones de conductos para transportar petróleo, agua, productos terminados, cables eléctricos ! otras instalaciones importantes. Se puede aplicar protección catódica en metales como* acero, cobre, latón ! aluminio. &omo condición fundamental las estructuras componentes del objeto a proteger ! el elemento de sacrificio, deben mantenerse en contacto eléctrico e inmerso en un electrolítico.
E#t%t!# 7e $e,en $otege#e %on $ote%%i)n %!t),i%! La ma!or parte de las estructuras inmersas en un electrolito puede ser protegidas con protección catódica. 5lgunos ejemplos de estructuras a las que generalmente se aplica protección catódica son* •
6uberías enterradas o sumergidas de acero, $ierro, aluminio ! tuberías de
•
$ormigón pretensado +)&&). 6anques ! tuberías enterradas. enterradas . =ond =ondos os etern eternos os +tant +tanto o prim primar ario ioss como como secun secunda dari rios os de tanq tanques ues de
•
• • •
almacenamiento a nivel. "nteriores de tanques de agua. &ascos de barco. :uelles.
(+to,o# $!! #ini#t! $ote%%i)n %!t),i%! ! n! e#t%t!
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PRODUCCIÓN PETROLERA I La 8orm 8orma a )'S )'S5 5 71?A 71?AC C &rit &riter erio ioss de dise diseo o de Sist Sistem emas as de )rotección &atódica estable que* MLa protección catódica es una técnica de control de corrosión, la cual tiene como fundamento la polarización a potenciales más nega negatitivo voss de cual cualqu quie ierr supe superf rfic icie ie metá metálilica ca,, $ast $asta a alca alcanz nzar ar un grad grado o de polarización en el cual se acepta que dic$a superficie metálica es inmune a la corrosión. (sta polarización se alcanza mediante el empleo de una corriente eterna +impresa o galvánica. Sistema de ánodos galvánicos Sistema de corriente impresa 1. Si#te Si#te!# !# ,e ,e 5no,o 5no,o# # g!"v5 g!"v5ni%o ni%o##
• •
La protección catódica galvánica +o de sacrificio $ace uso práctico de la corrosión de metales diversos. (s importante recordar que debe eistir una diferencia de potencial, o potencial impulsor entre un ánodo galvánico ! la estructura a proteger. (l ánodo galvánico se conecta a la estructura directamente o a través de una estación de medición, para poder monitorearlo.
2. Si#te Si#te!# !# $o $o %oie %oiente nte i$ i$e#! e#! 4n sistema por corriente impresa consiste en una fuente eterna de energía ! ánodos. La fuente eterna $ace que la corriente circule desde el ánodo $acia la estructura a través del electrolito.
3. (ARCO RHCTICO Página
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PRODUCCIÓN PETROLERA I 3.1. C!"%"o ,e ve"o%i,!, ,e "! %oo#i)n 0 −¿ E m / T
= E ¿
V C
Don,e* E0
P espesor del acero
Em
P promedio del espesor
T
P tiempo
(jemplo* E0
P CH mm
Em
P @,D mm
T
P HA aos
3eemplazando* =
V C
13− 7,58 30
V C =0,18 (
mm ) años
3.2. L! vi,! -ti" #e %!"%"! %on "! #igiente e%!%i)n. V u
=
Em
− E
min
V C
'ónde. Emin
P promedio del espesor Página
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PRODUCCIÓN PETROLERA I 7,58−5,18
V u=
0,18
=13 años
3.3. He! ,e "! e#t%t! ! $otege A B
=( N ∗π ∗ D 2∗ L) / 4
'onde* 8PC π
P H,CKCF
'P ?A,KC 3eemplazando A B =
1∗3,1416 ∗20,41 4
2
= 327,17 ( m2 )
3.6. Vi,! -ti" ,e" 5no,o ∗
E C E a
=
I
Ra
'onde* EC
P 1A,D
Ea
P 1C,C
)ara el cálculo de 3 a Ra=
(
( ) )
0,00159∗ ρ 8 L 2,3∗log L d
−
1
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PRODUCCIÓN PETROLERA I 'onde* ρ
P CFK U1cm
L P D ft o C,D?HE m ' P A,CHKft o A,AKAK 3eemplazando* Ra=
Ra
(
) )
(
0,00159∗164 8∗1,5239 2,3∗log 1,5239 0,04084
1
−
= 0,8 Ω
5$ora $allamos la vida útil del ánodo I =(−0,85 )−(−1,1 )/ 0,8
=0,31 n ( A )
I
La vida útil del ánodo se $alla con la ecuación siguiente V =
C ∗ P∗ R∗U I
'onde* &P A,AEK 51ao/Vg )P HA Vg 3P EDB 4P A,D "P A,HC?D V =
0,094 ∗30∗0,95∗ 0,85 0,3125
=7 años
3.;. C!"%"o ,e "! !#! !n),i%! e7ei,! Página
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PRODUCCIÓN PETROLERA I Seg-n "! #igiente e%!%i)n W = I ∗ D R∗ D L
'onde* D R
PCC,H Vg/51ao
D L
P CA aos
I
P CC,KD corriente necesaria
W = 11,4510∗11,3∗10 =1293,96 kg
3.>. C!"%"o ,e n-eo ,e 5no,o# 5no ,o# e7ei,o# =
N
W W A
'onde* W A
P HA Vg
3eemplazando N =
1293,9644 30
= 43 anodos
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6. CONCLUSIONES &umplido los objetivos del temase obtiene las siguientes conclusiones* •
Wue el sistema de protección catódica es uno de los principales protectores
•
ante la corrosión. (s mu! difícil actuar cuando !a eiste la corrosión, es mejor tener las
•
protecciones respectivas para prevenir la corrosión. Los problemas que genera la corrosión son un factor en el que se debe pone ponerr muc$a muc$a aten atenci ción ón porqu porque e puede puede gener generar ar peli peligr groso osos, s, delic delicad ados os situaciones en las tareas de perforación, producción, etc.
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;. BIBLIOGRA9A Sitio# eb •
• • •
descom.jmc.utfsm.cl/proi/materiales/corrosion/=undamentosB?Ade B?A&orrosion.pdf XXX.utp.edu.co/Yd$mesa/pdf XXX.utp.edu.co/Yd$mesa/ pdf s/tiposdecorrosion s/tiposdecorrosion XXX.utp.edu.co/YpublioC@/temasZpdf/corrosion.pdf materconstrucc.revistas.csic.es/inde.p$p/materconstrucc/article/vieX=ile/H
•
HF/HK XXX.gas1training.com/files/protc1corrosion.pdf XXX.slb.com/Y/media/=iles/resources/oilfieldZrevieX/spanis$CA/.../composit
•
o.pdf XXX.iapg.org.ar/sectores/eventos/eventos/listados/.../&orrosion.pdf
•
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