INSTITUTO DE ESTUDIOS UNIVERSITARIOS
SEMINARIO DE TESIS II NOMBRE DEL PROYECTO: “APLICACIÓN DE INHIBIDORES DE CORROSIÓN PARA MITIGAR LA CORROSIÓN EN DUCTOS DE PEMEX QUE TRANSPORTAN HIDROCARBUROS” PROGRAMA DE MAESTRÍA: SEMINARIO DE TESIS II ALUMNO: TRINIDAD VELAZQUEZ GÓMEZ PLANTEL: 59, VILLAHERMOSA GRUPO: I008 MATRÍCULA: 34729
VILLAHERMOSA, TABASCO A 18 DE FEBRERO DE 2011
“APLICACIÓN DE INHIBIDORES DE CORROSIÓN PARA MITIGAR LA CORROSIÓN EN DUCTOS DE PEMEX QUE TRANSPORTAN HIDROCARBUROS” 1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Debido a las características del medio corrosivo (mar y tierra) en que se instalan los ductos (tubos fabricados en acero al carbono) que trasportan combustibles, así como a las características fisicoquímicas de los fluidos transportados; es necesario proteger los materiales de construcción de los ductos tanto por las superficies externas como por las internas. Con respecto a la parte interna, que es en la que nos enfocaremos en este tema de investigación; la corrosión interna es generalmente provocada por los contaminantes presentes en los combustibles (hidrocarburos y gas combustible) tales
como agua, ácidos orgánicos, compuestos orgánicos pesados, bacterias sulfato reductoras (BSR) y sales inorgánicas. Las formas comunes de mitigar los daños corrosivos incluyen la limpieza mecánica y el uso de inhibidores de corrosión.
El principal tipo de corrosión que se presenta en los ductos que tra combustibles de PEMEX es la corrosión uniforme y localizada, observándose como productos de corrosión sulfuros y óxidos de hierro.
2. JUSTIFICACIÓN Con el fin de controlar los problemas de corrosión interna que se presentan en los ductos, se plantea utilizar un inhibidor de corrosión que cuente con la característica de funcionar adecuadamente en ambientes donde los principales productos de corrosión sean óxidos de hierro y en ambientes donde se tenga la presencia de sulfuros. La mejor forma de mitigar este problema será mediante la aplicación de un inhibidor de corrosión orgánico del tipo amina que cumpla con criterios ambientales establecidos a nivel nacional y mundial. Los inhibidores de corrosión orgánicos son productos químicos base Carbono con grupos que contienen Nitrógeno, sulfuros o Fósforo. Reducen la corrosión generando una película que actúa como barrera protectora sobre la superficie interna del metal. Éste tipo de inhibidor de corrosión cuentan con la característica de controlar de forma eficiente problemas de corrosión que se presentan Página 2
en los ductos de PEMEX y son amigables con el ambiente. Además, técnica y económicamente son viables para PEMEX. 3.
OBJETIVOS
Aplicar inhibidores de corrosión que permitan controlar los problemas de corrosión uniforme y localizada que se presentan en el interior de ductos que transportan combustibles de PEMEX. Maximizar la expectativa de vida de los ductos, así como brindar confiabilidad a las operaciones.
4. HIPÓTESIS Se plantea que con la aplicación del inhibidor se pueda controlar la corrosión a bajas concentraciones, minimizando los problemas de corrosión uniforme y localizada que se presentan en ductos que transportan hidrocarburos y se demuestre que el inhibidor funcione en condiciones de flujo laminar y de alta turbulencia. La aplicación de un inhibidor de corrosión mitiga la velocidad de corrosión en los ductos que transportan hidrocarburos, los cuales por naturaleza vienen acompañados de gases y metales pesados corrosivos. Para seleccionar y aplicar un inhibidor de corrosión es necesario conocer las características del medio corrosivo, así como los parámetros físicos y químicos del fluido transportado.
5. VARIABLES Las variables involucradas en un medio corrosivo para la aplicación de un inhibidor de corrosión son:
Variables físicas: 1. Diámetro del ducto 2. Longitud del ducto 3. Presión del ducto 4. Temperatura del ducto Página 3
Variables Químicas: 1. Densidad y viscosidad de fluido transportado 2. Grados API 3. Potencial de hidrógeno (pH)
6. MARCO DE REFERENCIA Se realizará un análisis de las medidas de corrosión analizando las propiedades fisicoquímicas del medio corrosivo y mediante la instalación de un cupón gravimétrico verificar de manera general el tipo de corrosión obtenida en el sistema; además la posible caracterización de los productos de corrosión formados en películas sobre el cupón. 6.1 MARCO HISTÓRICO. El estudio de los mecanismos de la corrosión mediante la medición de las velocidades de corrosión aplicando técnicas gravimétricas es aplicado en gran medida en la
industria petrolera a nivel mundial. En México, ésta aplicación ha permiti desarrollar una gran variedad de estudios sobre la aplicación de inhibidores de corrosión en ductos que presentan diversos fenómenos de corrosión. Las líneas de transporte de hidrocarburos mantienen condiciones de flujo complejas, las cuales ocasionan corrosión interna y por lo tanto son difíciles de simular a nivel de laboratorio ya que generalmente la corrosión en la industria es sensible a la velocidad y tipo de fluido transportado. 6.2 MARCO TEÓRICO. La importancia práctica de la corrosión no sólo reside en la perdida de una cantidad considerable de metales. Es frecuente que con perdidas relativamente pequeñas de metal se produzcan daños cuantiosos como: contaminaciones, pérdidas de vidas humanas, suspensiones de producción, etc. Es decir que la cantidad de material afectado no guarda relación con los daños industriales y ambientales que puede producir la corrosión. Dependiendo del material y ambiente específicos, la velocidad de corrosión puede ser: Página 4
•
Lineal.
•
Decrece con el tiempo.
•
Se incrementa con el tiempo.
6.2.1 MONITOREO DE LA CORROSIÓN MEDIANTE CUPONES GRAVIMÉTRIVOS. Los cupones son piezas simples de metal elaborados a partir del material del sistema que va a ser evaluado, y que presenta por tanto las mismas características de corrosividad. Estos permiten evaluar la corrosión uniforme y localizada del sistema. Preliminarmente se realiza un registro de las propiedades de los cupones, para que luego del ensayo sean analizados y permitan evaluar la tasa de corrosión debido a la pérdida de peso. Requerimientos generales para pruebas de cupones. Hay un número de requerimientos para una buena práctica que aplican a las pruebas con cupones: •
Los historiales químicos y del proceso del material en el cupón deben ser conocidos.
•
El cupón debe estar positivamente identificado, usualmente por número codificados grabados en el mismo.
•
Los datos que deben ser registrados son la información detallada en el cupón (composición química y propiedades mecánicas, e historia del proces dimensiones del cupón, peso inicial del mismo, condición inicial de la superficie y tiempo de exposición. Página 5
Ventajas. Las ventajas de los cupones de pérdida de espesor son: •
La técnica es aplicable a todos los ambientes (gases, líquidos y flujos con partículas sólidas).
•
Puede realizarse inspección visual e identificar el tipo de corrosión.
•
Los depósitos de incrustación pueden ser observados y analizados.
•
La pérdida de peso puede ser fácilmente determinada y la velocidad de corrosión puede ser fácilmente calculada.
•
La corrosión localizada puede ser identificada y medida.
•
La eficiencia de los inhibidores puede ser fácilmente determinada.
6.3 MARCO METODOLÓGICO 6.3.1 Testigos gravimétricos.
Para determinar la velocidad de corrosión en un ducto, se colocan t
gravimétricos a ciertas distancias en puntos críticos para obtener un resu aceptable. La velocidad de corrosión uniforme máxima, medida en los testigos gravimétricos colocados en puntos críticos, deberá ser de 0,05 mm/año (2.0 mpa). El uso del cupón gravimétrico es el más común para la determinación de la velocidad de corrosión, esta prueba es muy práctica y muy sencilla de realizar. Consiste en pesar una muestra del material a evaluar con un área previamente calculada y luego exponerla bajo estudio en un ambiente agresivo (electrolito), por un periodo de tiempo específico y continuo. Hay que aclarar que el tiempo es relativo pero entre mayor tiempo se someta la muestra al contacto con el electrolito, el resultado a obtener será mucho más confiable. Como resultado del ataque corrosivo, el cupón pierde una fracción del material metálico mediante un proceso de disolución o a través de la formación de productos de oxidación que pueden eliminarse de la superficie mediante la limpieza cuidadosa de la pieza después de la prueba con bastante cuidado con un material muy suave para no retirar metal de interés produciendo que la medida sea errónea. Página 6
Como producto de la prueba se obtiene un peso final menor que el inicial y esta diferencia puede expresarse en términos de masa perdida por unidad de área expuesta y por unidad de tiempo o bien, utilizando la densidad del metal, en unidades de longitud de ataque por unidad de tiempo. Para obtener la velocidad de corrosión por pérdida de peso se realizan los siguientes pasos: •
Corte de la muestra y cálculo del área de exposición.
•
Limpieza del Cupón (mecánica y/o química)
•
Pesar el cupón (w1)
•
Introducir el cupón en el sistema y someterlo a un electrolito por un tiempo determinado.
•
Sacar el cupón después de un tiempo de exposición al medio corrosivo.
•
Limpieza del cupón (mecánica y/o química)
•
Pesar el cupón (w2)
•
Aplicar la ecuación siguiente para la obtención de la velocidad de corrosión.
La velocidad de corrosión se calcula con la siguiente ecuación: mpa= 22300 * W(w1-w2) DAT Dónde. mpa= milésimas de pulgadas por año W= w1 – w2 (gramos). W1= peso inicial de la muestra (gramos), W2= peso final de la muestra (gramos). D= densidad del metal (gramos/cm 3) A= área expuesta (pulg2) T= tiempo de exposición (días) Ésta fórmula es aplicable cuando se realiza la siguiente suposición: la corrosión generada en toda la superficie del cupón es uniforme. Página 7
Con esta técnica se puede obtener información cuantitativa y nos permite obtener una identificación del tipo de corrosión que se está presentando (localizada o uniforme) para así seleccionar el tipo de inhibidor de corrosión a aplicar en el medio corrosivo 6.3.4 Método de Resistencia Eléctrica. Éste método de Resistencia Eléctrica consiste en colocar una probeta en el interior del ducto, la cual nos permite guardar mediante una unidad de transferencia de datos conocida como Mate II, hasta 2,000 lecturas tomando cada una en periodos cortos de tiempo que van desde horas hasta días. El método incluye reporte grafico y el valor de la velocidad de corrosión en mpa, los datos no pueden ser manipulados y la información puede ser importada del software original para editarse en Windows.
Página 8
7.
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES. TIEMPO ESTIMADO. AÑO 2010-2011
ACTIVIDADES Reunión on line
Ago.
Sept.
Oct.
Nov.
Dic.
23-27
6-10 20-24
1115
8-12 29-3
13-17 17-21
Chat Messenger
25
8-22
13
10-1
15
19
.
. .
.
.
Presentación del Anteproyecto Capítulo I Marco de referencia Capítulo II Investigación de campo Capítulo III Recolección e interpretación de los resultados obtenidos. Capítulo IV Análisis e interpretación de los datos. Conclusiones y recomendaciones. Entrega de borrador de la tesis para revisión.
Ene.
Feb.
Mar.
Abr.
.
.
.
May.
Jun.
.
.
Jul.
Ago.
.
. .
Página 9
8. FUENTES BIBLIOGRAFIA: [1] EUTECTIC, C. La Corrosión: el desgaste siempre presente. México: Número 20, 1981. [2] NACE International. Preparación, instalación, análisis e interpretación de cupones de corrosión en operaciones de campo. Houston. 2005. [3] MetAs, S.A. de C.V. Metrólogos Asociados, Ing. Silvia Medrano Guerrero. Junio2002. [4] Corrosion por CO2. www.waterquality-corrosion-CO2.htm, 2007-11-12. [5]http://www.nesc.wvu.edu/pdf/dw/publications/ontap/2009_tb/spanish/corrosion_DWF SOM144.pdf [6] www.conacyt.gob.mx/.../DesarrollodeInhibidoresCorrosionII-OleoductosExpres.doc
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9. CONTENIDOS TENTATIVOS ÍNDICE Introducción. Nombre del Tema. Planteamiento del problema. Justificación. Hipótesis. Objetivo General. Objetivos Específicos.
Capítulo I. Marco Teórico. Generalidades de la corrosión ¿Qué es la corrosión? Clasificación de la corrosión. Características de la corrosión. Factores del medio corrosivo.
Capítulo II. Selección del inhibidor de corrosión Eficiencia de inhibidores de corrosión
Capítulo III Técnicas de evaluación de la corrosión Evaluación de velocidad de corrosión mediante la instalación de cupones gravimétricos.
Capítulo IV. Conclusión. Propuestas. Anexos. Fuentes de consulta.
Página 11
2. DESARROLLO DE VARIABLES. 2.1 MÉTODOS DE CAMPO PARA OBTENER RESULTADOS DE CORROSIÓN. Para seleccionar un buen inhibidor de corrosión, necesitamos monitorear y obtener valores de las características físicas y químicas del medio corrosivo. Una vez que se estableció que la solución idónea al problema de la corrosión es el empleo de un inhibidor de corrosión el cual fue seleccionado tomando en cuenta las características del medio corrosivo y las condiciones de operación del sistema, se recomienda aplicar algunas pruebas de campo en las que se verifican las condiciones de operación y se obtienen datos y parámetros para establecer la eficiencia del inhibidor. Existen métodos de campo para obtener resultados de la corrosión, los más utilizados son los siguientes: 2.1.1
Cupones o testigos gravimétricos. Éste método es el más difundido en la industria petrolera y consiste en pequeñas placas de metal (acero al carbono) que se colocan en el interior de la tubería por periodos de 20 a 30 días, los testigos se limpian y se pesan, la pérdida de peso al final de la prueba se utiliza para cuantificar la corrosión expresada en mpa.
2.1.2
Métodos electroquímicos. Otro método de evaluación de campo que se aplica es el método de Resistencia Eléctrica (RE), el cual se basa en el principio de que la resistencia eléctrica aumenta mientras el área transversal de un conductor metálico disminuye (se corroe). El elemento principal de este sistema es una sonda diseñada para funcionar como un sensor in-situ que mide la pérdida de metal, esta se acopla directamente a un colector de datos que posteriormente son procesados en una computadora que despliega una grafica de la tendencia de la corrosión y su valor en mpa.
Para obtener resultados del monitoreo de la velocidad de corrosión, en éste trabajo se utilizaran los métodos de campo mediante técnicas gravimétricas y el método de Resistencia Eléctrica ya que son los técnicas más confiables debido a su aplicación directa en campo. Página 12
2.2
VARIABLES INDEPENDIENTES
En base a los métodos antes mencionados, las variables independientes seleccionar y monitorear la velocidad de corrosión son:
NÚMERO 1 2 3 4 5 6 7 2.3
VARIABLE Diámetro del ducto (Φ) Longitud del ducto Presión total de operación del ducto Temperatura del fluido en el ducto Tiempo de exposición del cupón gravimétrico y /o
UNIDAD DE MEDIDA Pulgada Metro Libra/Pulgada2 ° C (Grados Celsius) Día
Probeta de Resistencia Eléctrica Densidad del metal Área expuesta
Gramos/Cm3 2 Pulgada
VARIABLES DEPENDIENTES
Las variables dependientes a determinar para valorar si el inhibidor seleccionado y aplicado en campo es eficiente son las siguientes:
NÚMERO 1 2 3 2.4
VARIABLE Potencial de Hidrógeno Desgaste del metal Velocidad de corrosión
UNIDAD DE MEDIDA Cantidad de iones Hidronios Milésimas de pulgadas Milésimas de pulgadas por año (mpa)
INSTRUMENTOS
Los instrumentos de medición que se utilizaran en los dos métodos de campo son los siguientes: •
Cupones o testigos gravimétricos (Técnica gravimétrica) 1.
pH Metro portátil.
2.
Calibrador pie de rey o Vernier.
3.
Balanza analítica electrónica.
•
Métodos electroquímicos (Resistencia Eléctrica)
1.
Probeta de Resistencia Eléctrica tipo tubo.
2.
Unidad de Transferencia de datos Mate II de Medición instantánea. Página 13
2.5
MUESTRAS Se obtendrá sólo una muestra de 1 litro del fluido transportado en el ducto para determinar la alcalinidad o la acidez, la cual se analiza inmediatamente en campo con un pH metro portátil. El valor del pH se necesita para predecir si en el fluido existe la presencia de sólidos y gases ácidos sulfurados.
2.6 FORMATOS Y GRÁFICAS PARA REGISTRAR Y REPORTAR DESGASTE DE METAL Y VELOCIDAD DE CORROSIÓN MEDIANTE PROBETAS CORROSIMÉTRICAS. Si queremos obtener resultados confiables a través del tiempo debemos utilizar probetas de Resistencia Eléctrica tipo tubo. Con éste mecanismo y mediante la herramienta de Mejora Continua de Regresión Lineal utilizando como base la Ecuación de la Recta, se logran obtener valores de desgaste de metal con respecto al tiempo de manera sencilla y visual, los cuales se interpretan estadísticamente para obtener resultados de velocidad de corrosión de manera generalizada en un tramo considerable de tubería de transporte de Hidrocarburo. En la siguiente tabla se muestran ejemplos de valores y obtenidos por el método Electroquímico utilizando una Probeta de Resistencia Eléctrica.
DateTime 16/07/2010 14:13 17/07/2010 14:13 18/07/2010 14:13 19/07/2010 14:13
Excel Time 40375.59292 40376.41916 40377.72064 40378.52168
Metal Loss 0.3013 0.2993 0.3221 0.3221
Temp. 0 0 0 0
Check 79.6875 79.7119 79.6631 79.5654 Página 14
20/07/2010 14:13 21/07/2010 14:13 22/07/2010 14:13 23/07/2010 14:13 24/07/2010 14:13 25/07/2010 14:13 26/07/2010 14:13 27/07/2010 14:13 28/07/2010 14:13 29/07/2010 14:13 30/07/2010 14:13 31/07/2010 14:13 01/08/2010 14:13 02/08/2010 14:13 03/08/2010 14:13 04/08/2010 14:13 05/08/2010 14:13 06/08/2010 14:13 07/08/2010 14:13 08/08/2010 14:13 09/08/2010 14:13 10/08/2010 14:13 11/08/2010 14:13 12/08/2010 14:13 13/08/2010 14:13 14/08/2010 14:13 15/08/2010 14:13 16/08/2010 14:13
40379.45116 40380.55488 40381.46977 40382.64569 40383.67069 40384.68612 40385.53399 40386.44637 40387.58606 40388.42108 40389.40797 40390.61353 40391.56034 40392.6272 40393.55858 40394.47441 40395.62919 40396.41808 40397.7770 40398.75315 40399.47806 40400.73725 40401.61328 40402.42897 40403.52661 40404.77821 40404.77821 40404.77821
0.3117 0.3241 0.3055 0.2932 0.3096 0.3117 0.3283 0.3553 0.3571 0.3795 0.3999 0.4422 0.4602 0.4781 0.5414 0.5624 0.5972 0.6639 0.7275 0.7827 0.8317 0.8712 0.9013 0.9084 0.9421 0.9614 0.9734 0.9811
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
79.5898 79.6875 79.6875 79.6387 79.6387 79.6631 79.5410 79.5166 79.7607 79.5654 79.5654 79.5898 79.6143 79.8096 79.7119 79.6631 79.6631 79.5410 79.5898 79.5410 79.4678 79.7363 79.4922 79.5898 79.6631 79.7363 79.5361 79.7363
Tabla No. 1. Valores obtenidos utilizando una probeta de Resistencia Eléctrica tipo tubo instalada en campo en un ducto perteneciente a la Terminal Marítima Dos Bocas, Paraíso, Tabasco en donde se capta proveniente de Plataformas Marinas el 75 % de la producción de Hidrocarburos del País.
En la siguiente gráfica se interpretan los datos de la tabla, la cual muestra un incremento en la pérdida de metal interno debido a que el inhibidor de corrosión no actúa de manera eficiente.
Gráfica de dispersión:
Página 15
Gráfica No. 1. Desgaste interno del ducto colectados con Equipo de Medición Instantánea exportados del Software original a Windows. La velocidad de corrosión en milésimas de pulgadas por año (mpa) se obtiene al multiplicar el valor de la pendiente por 365 días: Velocidad de Corrosión 0.025919571 9.46064332 Pendiente
La ecuación que se usa para la regresión lineal y obtener los resultados interpretando los datos anteriores es la siguiente:
1. CONCLUSIONES:
Donde: X = Tempo Y = Pérdida de metal y Página 16
2. CONCLUSIONES. Para obtener resultados aceptables, el inhibidor de corrosión seleccionado a aplicar deberá considerar lo siguiente: •
Permitir controlar simultáneamente problemas de corrosión uniforme y localizada así como los problemas de corrosión que se presentan en ductos de PEMEX.
•
Cumplir con las propiedades y requisitos establecidos por PEMEX p inhibidores de corrosión.
•
Una caracterización gravimétrica a través de técnicas de vanguardia, así como la determinación de la corrosión a través del tiempo utilizando Probetas de Resistencia Eléctrica para predecir y tomar acciones de mejora en la selección y aplicación de un inhibidor de corrosión de alta eficiencia en las cantidades optimas para la protección e integridad de los ductos.
•
No generar contaminantes que afecten la calidad del hidrocarburo transportado.
Página 17