1. Introduccion a Corrosion

Introduccin al Mecanismo Corrosin

en ductos de Transporte de

Hidrocarburos

PETROPER

Curso Corrosin en la Industria del Petrleo y

Gas - Ductos GIE PERU SAC 2, 3 y 4 de mayo de 2011 1

La corrosin 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 corrosin son

importantes por:

Las prdidas econmicas que provocan. Las condiciones de inseguridad que generan, El impacto ambiental que pueden ocasionar.

INTRODUCCION



a) Reposicin del equipo corrodo. b) Coeficiente de seguridad y sobre diseo para soportar la

corrosin. c) Costo de Mantenimiento preventivo como la aplicacin de

recubrimientos. d) Paros de produccin debidos a fallas por corrosin. e) Contaminacin de productos. f) Prdida de eficiencia ya que los coeficientes de seguridad,

sobre diseo de equipo y productos de corrosin por ejemplo, decrecen la velocidad de trasmisin de calor en intercambiadores de calor.

g) Prdida de productos valiosos. h) Daos de equipos adyacentes a aquel en el cual se tuvo la

falla de corrosin.

Las prdidas econmicas que provoca



Las condiciones de inseguridad que generan

a) La seguridad, ya que fallas violentas de productos a presion y temperatura pueden producir incendios, explosiones y liberacin de productos txicos.

b) Condiciones insalubres por ejemplo, contaminaciones debido a productos del equipo corrodo o bien un producto de la corrosin misma.

c) Apariencia, ya que los materiales corrodos generalmente son desagradables a la vista.



El impacto ambiental que pueden ocasionar

a) La perdida de fluidos que pueden causar daos medioambientales en reas Sensibles (Mar, Ros, Lagunas, etc.)

b) Los costos de remediacin de terrenos

c) La perdida de imagen empresarial

d) Etc.



Ejemplos de corrosin



NEW HAM UK, Mayo 1968

23 Departamentos seriamente daados

5 Muertes

17 Personas seriamente heridas

La reaccion de este accidente cambio la Regulacion em UK



1 Propiedad Destruda

3 Propiedades Daadas

4 Muertes

Los directivos de la Compania de Gas estan enfrentando Cargos por Homicdio



11 Modulo 2 Curso Corrosin en la Industria del Petrleo y Gas - Ductos

GIE PERU SAC 2, 3 y 4 de mayo de 2011 11

1992 125 muertos Guadalajara, Mexico



Bellingham, Washington 1999

3 muertos



Carlsbad, New Mexico, USA.

12 muertos incluyendo 5 nios

Internal Corrosin was the cause of failure



16

Las Mesitas, Salta Argentina 8 muertos



17

FALLAS EN DUCTOS OLEODUCTOS



18

FLOWLINES



FALLAS EN DUCTOS

19

FALLAS EN DUCTOS

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

Causas de Incidentes en Gasoductos Ao 1990-2002

Corrosin Fuerzas

externas

Construccin

-Errores de

operacin

Accidentes

causados

por

operarios

Otros

% 23,4 36,7 14,5 0,0 25,4



20

DUCTOS

OFFSHORE



FALLAS EN DUCTOS

21 Modulo 2

Principios generales de corrosin en ductos

La corrosin definida como el deterioro de material debido a reacciones qumicas o electroqumicas con el medio que lo rodea, es un proceso natural (termodinmicamente posible) que trata de revertir el proceso de refinamiento del metal.



22 Modulo 2

Los Materiales se encuentran en la naturaleza en su estado de

mnima energa. Esto es en Forma de xidos.

Para poder trabajarlos debemos hacerlos maleables y para

ello se les entrega energa en un alto horno y se los convierte

en su forma Metlica.

La corrosin es el proceso termodinmico que transforma al

metal nuevamente en su estado termodinmicamente mas

estable (Oxido)




25


Velocidad ?



QUE ES LA CORROSION ? (qumicamente oxidacin)

ES UNA PERDIDA DE ELECTRONES

METAL - electrones ION METAL (es un slido) (no es un slido)



La Corrosin Ocurre Mediante Reacciones Electroqumicas

Reacciones electroqumicas

- Ocurren en electrolitos, los cuales son lquidos que pueden conducir una corriente elctrica (agua)

- Ocurren mediante intercambio de electrones

El intercambio de electrones en reacciones electroqumicas ocurre en sitios separados

Los electrones fluyen a travs de metal desde uno de esos sitios a otro



28




29 Modulo 2

Mecanismos de dao

La presencia de Agua es fundamental y condicin necesaria para el proceso corrosivo electroqumico

SIN AGUA NO HAY

CORROSION



30 Modulo 2

La diferencia de Potencial entre la superficie metlica y la solucin depende de la

energa acumulada en el metal por el proceso de refinamiento Un Potencial

para cada Material

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



Mecanismos de dao

Todos los metales tienden a perder

electrones, en consecuencia todos

tienden a oxidarse.

Algunos pierden electrones con ms

facilidad que otros o sea que se oxidan

con ms facilidad.



La tendencia o facilidad con que los metales

pierden electrones se suele medir en voltios.

Cuanto ms negativo el voltaje, mayor la facilidad

de perder electrones.

La tabla siguiente muestra el voltaje de algunos

metales usuales, donde por convencin se le

asigna voltaje cero al hidrgeno:



TENDENCIA A PERDER ELECTRONES (A OXIDARSE)

ORO + 1,58 V

PLATA + 0,80 V

COBRE + 0,34 V

HIDROGENO 0,00 V

PLOMO - 0,13 V

ESTAO - 0,14 V

NIQUEL - 0,25 V

COBALTO - 0,28 V

CADMIO - 0,40 V

HIERRO y ACEROS - 0,50 V

CROMO - 0,74 V

ZINC - 0,76 V

ALUMINIO - 1,66 V

MAGNESIO - 2,37 V

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



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 ms negativo que

el hierro pueden utilizarse para protegerlo porque le

ceden electrones.

Hay productos que aceleran la prdida de

electrones de un metal y en consecuencia facilitan

la corrosin. Por ejemplo el agua salada, los cidos,

los lcalis, etc.



Para que ocurra la celda de corrosion se requiere de un

material que ceda electrones (metal) y uno que lo reciba

(medio)

Al material metalico que pierde electrones (reaccion de

oxidacion) se lo conoce como anodo y la reaccion de

perdida de metales se la conoce como anodica

El material que recibe o acepta electrones electrones se

reduce y se llama catodo



Las caracteristicas del proceso de Oxidacion/reduccion son:

Ejemplos de Oxidacion Reduccion



37 Modulo 2

Resumiendo:

En la interfase Metal/Electrolito se desarrolla una separacin de cargas

elctricas creando una interfase electrificada que produce una diferencia

de potencial que favorece la transferencia de cargas.

El agua juega un papel fundamental en la creacin de esta interfase

electrificada

Hay un potencial para cada metal que define su tendencia a

oxidarse



En el proceso de corrosin intervienen

entonces como mnimo 3 factores:

La pieza metlica manufacturada (Caera)

El agua

El medio (agentes corrosivos)



39 Modulo 2

El mecanismo de corrosin es un proceso complejo que puede

ocurrir en varias formas y que es afectado por numerosas

variables.

La velocidad de corrosin es influenciada por variables

dependientes del material (composicin qumica,

propiedades metalrgicas, etc.), del medio corrosivo

(composicin qumica, temperatura, velocidad de flujo,

etc.) variables dependientes de la formacin de

pelculas superficiales en el metal (resistencia elctrica,

espesor, composicin, defectos, etc).



Corrosin

AGUA

Lquido En contacto con metal

AGENTES CORROSIVOS

CO2 disuelto

H2S disuelto

Acidez

Oxgeno

Cloro

CONDICIONES FAVORABLES

Bacterias

Arena Sales Velocidad de flujo

Temperatura...

TIEMPO

1 da

1 mes

1 ao

10 aos...

Las causas de la corrosin en produccin petrolera



41 Modulo 2

Una de las principales caractersticas del mecanismo de corrosin es la

inmensa variedad de situaciones en las cuales dicho proceso puede

ocurrir dependiendo de cada particular combinacin material

especfico/medio corrosivo.



Tipos o formas de corrosion



Es la forma ms benigna de corrosin. El ataque

se extiende en forma homognea en toda la

superficie metlica, siendo la penetracin media

igual en todos los puntos.

La velocidad de corrosin es uniforme en toda la

superficie del metal y se expresa como el espesor

de metal perdido en un ao y se expresa en

milsima de pulgada por ao (mpy).

CORROSION UNIFORME



Velocidad de Corrosin Uniforme

Cuando la velocidad de corrosin es lineal o decrece con el tiempo, es posible hacer proyecciones del dao por corrosin.

Cuando la velocidad de corrosin se incrementa con el tiempo (ej. de manera exponencial) su prediccin a largo tiempo es mucho ms difcil



Es la forma ms seria de la corrosin y la ms

comn. 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 dao causado es

mucho mayor que en la corrosin uniforme.

CORROSION LOCALIZADA



La corrosin localizada, a diferencia de la corrosin uniforme, ocurre en sitios discretos sobre la superficie de un material.



a. Picado b. Galvnica c. Corrosin erosin d. Intergranular e. Por rendijas f. Bajo tensin g. Fatiga h. Erosion i. Dealeado

CORROSION LOCALIZADA



El ataque se localiza en puntos aislados de la

superficie metlica, propagndose hacia el

interior del metal

Una picadura es una forma de ataque estrecha y

profunda, la cual con frecuencia causa una

rpida perforacin en el espesor del substrato.

PICADO



49

PICADO O PITTING

El picado es una de las formas corrosivas mas peligrosas. Ocurre en reas muy pequeas de la superficie, pero como el ataque es muy

rpido puede producir la perforacin de la pared metlica.

El ataque ocurre por determinados iones (como Cl-, SO4

= , etc) tienen

la propiedad de que pueden romper la pelcula protectora de los

metales localmente exponiendo metal desnudo al medio corrosivo. Por

ello materiales que forman peliculas protectoras son mas susceptibles

(Aceros Inoxidables, Aleaciones de Nickel, etc)



50

PICADO O PITTING

Clasificacin de acuerdo a ASTM G 46

Tipo de inspeccin: Visual, UT, RT



51

PICADO O PITTING

TUBOS DE SS SS EXPUESTOS A

AGUA DE ENFRIAMIENTO DE

UNA PLANTA CON ALTOS

CLORUROS



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 prxima de contacto con el otro.

Ejemplos:

Caera de acero comn en contacto con una

caera de acero inoxidable.

Clavo de acero en una planchuela de cobre (el

acero se corroe).

GALVANICA



Corrosin Galvnica ocurre cuando dos metales distintos

son unidos elctricamente en el mismo medio corrosivo. La

fuerza impulsora del ataque es la diferencia de potencial

electroqumico entre los dos metales. Como resultado el

metal mas noble se protege y el metal menos noble se

corroe mas rpidamente.

Magnesio, Aluminio, Zinc

Acero al Carbono

Aceros Inoxidables

Aleaciones de Cobre

Aleaciones de Nickel

Corrosin Galvnica



La severidad del ataque por corrosin galvnica esta dada por los siguientes factores:

a) Diferencia de potencial entre los metales dismiles b) Conductividad elctrica del circuito: Cualquier resistencia al

paso de electricidad entre los metales disminuye el ataque. c) Relacin de areas y distancia: el ataque es inversamente

proporcional al rea superficial expuesta del metal menos noble respecto de la del ms noble.



Corrosin Galvnica

55

Las formas de evitar corrosin galvnica en las plantas son seguir las

siguientes reglas:

Buscar no poner metales dismiles en contacto (aislarlos donde sea posible), en caso de ser inevitable buscar que esten lo mas

cerca posible en la tabla

Eliminar que haya reas pequeas 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.



Corrosin Galvnica

CORROSION POR RENDIJAS O CREVICE o

HENDIDURAS

La corrosin por hendiduras es una forma de ataque localizado en el cual el sitio de ataque es un rea donde el acceso libre al medioambiente circundante es restringido



El rea dentro de una hendidura es afectada por una reduccin de la

cantidad de oxgeno a causa de las reacciones de corrosin que

consumen oxgeno.

Entonces, el rea dentro de una hendidura ser andica con respecto

al rea exterior, donde el alto contenido de oxgeno impulsa la

reaccin catdica.

Como resultado, la reaccin andica se concentra en la zona

empobrecida de Oxigeno y all prevalece la disolucin del metal.



La corrosin 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 hmedos

Bajo depsitos de desechos de productos de corrosin.

El depsito puede ser inerte (ej: arena) o electroqumicamente activo (ej: material carbonoso o magnetita). En el caso de desechos electroqumicamente activos, el ataque por hendidura es ms acelerado por la diferencia de potencial entre el depsito

y el metal abajo.



59

CORROSION POR RENDIJAS O CREVICE

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

en el seno del medio.

Tipo de inspeccin: Visual, UT, RT

Bandeja de torre de acido acetico debajo de

las caps se formo un crevice

Casquete de intercambiador de

calor con la junta mal instalada



60

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 composicin distinta de la del resto del material. Los Aceros

Inoxidables y las Aleaciones de Nickel son los materiales mas susceptibles.

El material se desgrana y pierde

espesor.



61

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

23C

6 en los borde de grano. Este

carburo es muy rico en Cr.

La forma de prevenirlo es usar

Low carbn o estabilizados con

Elementos que forman

Carburos que no son de Cr (Nb,

Ti) (321). O TT postsoldadura.



62

DEALEADO O LEACHING

El dealeado es la corrosin selectiva (remocin) de un elemento de una aleacin. Es tpica la desincificacin de los Latones con

ms del 15% de Zn. Cuando se remueve el Zn queda una matriz

porosa y dbil de Cu.



La erosin acelera la corrosin al facilitar la exposicin

del metal al medio corrosivo.

CORROSION - EROSION

La erosin-corrosin ocurre cuando la velocidad de fluido es suficiente para remover pelculas protectoras de la superficie del metal. La erosin-corrosin a menudo causa ataque localizado donde discontinuidades en la superficie producen alteraciones del flujo y turbulencia.



64

EROSION-CORROSION

La erosin es la remosin de material de la superficie metlica debida a la accin de numerosos impactos individuales de particulas slidas o

de un fluido. Cuando la erosin se halla incrementada por corrosin se

llama erosin-corrosin.

Los factores mas importantes que influyen en el mecanismo son: la Velocidad, Tamao y Forma de las partculas o la velocidad del Fluido.

La erosin-corrosin se caracteriza por formar sobre la superficie marcas con forma de herradura de caballo

en la direccin del flujo.



65

EROSION-CORROSION

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



66

EROSION-CORROSION

Las areas propensas a sufrir este mecanismos son aquellas con alta velocidad de flujo y alta turbulencia. Algunos ejemplos de los lugares

que se deben inspeccionar son:

a) Cualquier punto donde hay un cambio de direccin brusco: codos,

boquillas, bafles, internos en general, etc.

b) Aguas debajo de las vlvulas de control (especialmente si es posible

que haya salpicado o cavitacin)

c) Aguas debajo de los orificios.

d) Aguas debajo de la descarga de una bomba.

e) 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.



67

CORROSION BAJO TENSION (SCC)

Corrosin Bajo Tensiones (SCC) es el trmino utilizado para describir

fallas de componentes que ocurren en servicio por crecimiento subcrtico

de fisuras inducidas por un medio corrosivo. Este fenmeno esta

asociado con la combinacin de tensiones mecnicas superiores a un

cierto valor crtico, especies corrosivas especificas para cada material y

en algunos sistemas condiciones metalrgicas que llevan al crecimiento

de fisuras.



68

Solo la combinacin especifica de un material y un medio especfico producen SCC. Un medio que produce SCC en un metal puede no

producirlo en otro.

Dependiendo de la

combinacin Metal/Medio

las fisuras pueden ser

Intergranulares o

Transgranulares

Las fisuras son

generalmente muy

ramificadas

TENSION

MEDIO

CORROSIVO

ESPECIFICO

MATERIAL

ESPECIFICO

SCC



69

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 MEDIOS ESPECIFICOS

Aceros al Carbono Nitratos, Carbonatos e Hidrxidos

Aceros de Alta Resistencia Soluciones Acuosas Conteniendo H2S

Aceros Inoxidables Cloruros (Cl- ), cidos Orgnicos

Aleaciones de Alto Nickel Vapor de alta pureza

Aleaciones de Cu Soluciones Amoniacales

Aleaciones de Aluminio Soluciones conteniendo Cl- , Br

- , I

-

Aleaciones de Titanio Soluciones conteniendo Cl- , Br

- , I

-,

soluciones orgnicas



70

CORROSION BAJO TENSION (SCC)

Ejemplos tticos de SCC en recipientes a presin son:

a) SCC de SS SS en presencia de cloruros. Debe tenerse en cuenta que

las tensiones pueden ser aplicadas o residuales (soldaduras)

b) PSCC (Polythionic 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

oxgeno se combinan con los sulfuros para formar el cido. Para

evitarlo evitar el ingreso de humedad en los recipientes durante las

paradas de planta.

c) SCC castico, 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.

d) SCC en soluciones de Aminas. Las aminas se usan en las refinerias

para remover H2S o CO

2 del petrleo. Las fisuras son intergranulares y

se dan en las soldaduras. La mejor forma de proteccin en el TT

postsoldadura para aliviar tensiones (620 C).

e) SCC en Carbonatos o Bicarbonatos (HCO3

- y CO

3

-2 ) Las fisuras son

intergranulares y cubiertas de una pelicula negra de magnetita.



71 Curso Corrosin en la Industria del Petrleo y Gas - Ductos


72

Tpica fisura de SCC en 304 en

un medio conteniendo 70 ppm

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



73

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



74

DAO POR HIDROGENO

El trmino dao por hidrgeno cubre toda una variedad de mecanismos de degradacin de las propiedades mecnicas en los aceros comnmente utilizados en la industria a partir de la adsorcin y difusin de hidrgeno atmico (naciente).

El hidrgeno puede provenir de diversas fuentes: en el proceso de soldadura, durante la deposicin electroltica de pelculas (electroplating), por un proceso corrosivo o directamente por contacto con hidrgeno gaseoso o mezclas de gases que contengan hidrgeno. La difusin del hidrgeno atmico por si solo produce muy pocos efectos debido al tamao de la red cristalina del hierro.

El dao por hidrgeno en el servicio puede clasificarse en tres formas o mecanismos:

1) Fisuracin inducida por Hidrgeno o ampollado (Blistering)

2) Ataque por Hidrgeno (Hydrogen Attack)

3) Fragilizacin por Hidrgeno en solucin slida (HIC) (Fatiga esttica, ruptura diferida, Fisuracion inducida por sulfhdrico (en caso que este sea el medio conteniendo hidrgeno) o Fisuracin inducida por hidrgeno)



75

DAO POR HIDROGENO (BLISTERING)

Este fenmeno se manifiesta por la aparicin de ampollas en la superficie del material; en un corte transversal a la ampolla se observa

la presencia de fisuras generalmente prximas a la superficie, en

general con aspecto escalonado. Una caracterstica de este

mecanismo de dao es que las fisuras tienen una importante

componente en el sentido del espesor de pared del recipiente. Este

tipo de dao es particularmente grave en recipientes conteniendo H2S.

Este tipo de dao esta generalmente limitado a aceros de bajo lmite de elasticidad o sea aceros de poca resistencia (60 Kg/cm2). Estos

aceros presentan en general una microestructura ferrtico-perltica y

generalmente un bandeado paralelo al plano de laminacin. Estas bandas presentan normalmente una fuerte segregacin de Mn y P y la

presencia de inclusiones no metlicas de MnS (inclusiones tipo II de

forma alargada). La interfase matriz/inclusin es normalmente el lugar

de iniciacin de las fisuras que generan el ampollado.



76


Este tipo de dao por hidrgeno es probablemente el menos peligroso de todos los casos ya que no ofrece peligro de rotura catastrfica al ser

fcilmente detectable mediante inspeccin visual del Recipiente.

Se ha propuesto un modelo explicativo que supone que el dao se produce por la adsorcin de hidrgeno atmico por el material y su

posterior transformacin en hidrgeno molecular, en interfaces de

inclusiones, donde la presin originada produce la decohesin de la

inclusin. La unin a travs del espesor de las mltiples fisuras as

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 metlicas



77


Blistering en torre ver que los brlister se abrieron

hacia el interior



78

DAO POR HIDROGENO (HYDROGEN ATTACK,

ATAQUE POR HIDROGENO)

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

El mecanismo de ataque por hidrogeno es entonces bsicamente un mecanismo de decarburizacion. Si la reaccin se produce solamente en la superficie expuesta al medio hidrogenado la consecuencia es la decarburacin superficial del acero. La difusin del hidrgeno al seno del metal conduce a una reaccin interna con la formacin de fisuras que producen la rotura del componente.



79



Este es el mecanismo que acta por ejemplo en los tubos de calderas donde el hidrgeno molecular es producido por la reaccin del hierro con el agua:

3 Fe + 4 H2O Fe3O4 + 8 H

El hidrgeno atmico este puede difundir a travs del acero donde reacciona con los carburos de hierro (cementita), para generar metano segn:

Fe3C + 4 H CH4 + 3 Fe

Como la molcula de metano no puede difundir a travs del acero por su tamao se acumula generando grandes presiones que conllevan a la formacin de fisuras intergranulares. Este mecanismo lleva a una perdida de la ductilidad en el acero y es de carcter irreversible. Los factores que influyen en este tipo de ataque son la temperatura y las tensiones. La temperatura es importante porque favorece la difusin de hidrogeno y las tensiones generan tensiones extras a las generadas por la presin de metano



80





81



Para la prevencin de este fenmeno se

emplea el diagrama emprico de Nelson. Este es una funcin de los resultados experimentales y permite un slido conocimiento emprico de los materiales a utilizar en mezclas gaseosa conteniendo hidrgeno en funcin de la temperatura y la presin parcial de hidrgeno. Las curvas de Nelson son peridicamente revisadas por nuevas experiencias en la industria del petrleo y gas y publicadas por API (publicacin API 941).



82





83



Para la inspeccin pueden utilizarse:

Replicas metalogrficas (para detectar Decarburizacin)

Metodos de UT con palpadores y equipo especiales (Backscatter Method, Spectrum

Frecuency Analysis, etc)



84

DAO POR HIDROGENO (HIC) FRAGILIZACIN POR

HIDRGENO EN SOLUCIN SLIDA

Este modo de dao por hidrgeno es probablemente el mss

peligroso y el menos conocido en lo referente a su

mecanismo.

Los factores condicionantes de la fragilizacin son 4:

1. Caractersticas metalrgicas del material

2. Nivel de tensiones de traccin

3. Concentracin de hidrgeno

4. Temperatura de servicio



85



1.- CARACTERSTICAS METALRGICAS DEL MATERIAL Las microestructuras de temple (martensticas) son altamente susceptibles, las microestructuras ferrticas medianamente susceptibles y las microestructuras austenticas 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 prctica muy difundida indica que, para evitar problemas de fragilizacin inducida por hidrgeno en solucin slida en aceros ferrticos, no debe superarse una dureza de 22 Rc o 200 Brinell (BHN). Este valor de dureza es normalmente controlado durante la fabricacin e inspeccin en servicio de recipientes que contienen atmsferas 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.



86



2.- NIVEL DE TENSIONES DE TRACCIN al aumentar el lmite 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

operacin mas las secundarias generadas por los efectos de entalla o

concentracin (nozzles, codos, cargas externas, etc.). Las internas son

generadas por las tensiones residuales en las soldaduras. El tratamiento

trmico post-soldadura (PWHT), si es efectivo, tiende a reducir las

tensiones residuales y la dureza de las zonas afectadas por el calor

3.- La CONCENTRACIN DE HIDROGENO capaz de inducir este

fenmeno 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 operacin



87



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 pequeos

Pits



88



DUREZA

ZAC METAL

Intercambiador de Calor de Planta de Amoniaco. Piezas Forjadas y Soldadas de Acero al

Cr-Mo en atmosfera de Hidrgeno. El contenedor sali de servicio por pinchadura

SOLDADURA



89



Falla durante Prueba Hidrahlica Preoperacional iniciada en una

soldadura



90

CORROSION INDUCIDA POR MICROORGANISMOS

(MIC)

El mecanismo de corrosin microbiolgica o corrosin inducida por microorganismos (MIC) puede definirse como Aquellas formas de corrosin que son iniciadas o influenciadas en su velocidad o extensin por la presencia o actividad de microorganismos.

Los microorganismos que forman parte del proceso de corrosin microbiolgica cubren un amplio espectro, pero tienen un factor comn 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 oxidacin del azufre y sus compuestos para formar sulfatos con la simultanea produccin de cidos fuertes (cido sulfrico por ejemplo).Estas bacterias requieren para el desarrollo de su metabolismo la presencia de oxgeno (obtenido del aire tpicamente) por lo que tambin se las conoce como las causantes de la corrosin microbiolgica aerbica.

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 oxgeno o con concentraciones muy pequeas del mismo, por lo que estas bacterias son causantes de la corrosin microbiolgica anaerbica.



91

CORROSION INDUCIDA POR MICROORGANISMOS

(MIC)

Las bacterias Sulfato reductoras son las que mayores problemas causan en Refineras, ductos y Plantas Petroqumicas. 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.



CORROSION Y SU AMBIENTE

La corrosin es la interaccin de un material y el medio ambiente donde esta expuesto.

Un entendimiento del medio ambiente y los factores que afectan la corrosin son importantes para entender la corrosin.

Entender el medio ambiente nos ayuda a determinar que factores contribuyen en la actividad corrosiva, y con frecuencia conduce a la identificacin de mtodos apropiados de control de la corrosin.



Los ambientes de corrosin tpicamente son clasificados en cuatro tipos principales:

ATMOSFRICA

SUBTERRNEA O ENTERRADA

LQUIDO O FLUIDO

ALTA TEMPERATURA

Desde el punto de vista de ductos tambin se puede clasificar

en Atmosfrica, Externa (en suelo) o Interna (dependiente del fluido)

La Corrosin a alta Temperatura no la trataremos



CORROSION ATMOSFERICA Las exposiciones en atmsferas naturales son

clasificadas dentro de 3 tipos con el propsito de entender su efecto en la corrosin.

Todas las atmsferas estn compuestas por una mezcla de oxgeno (aprox. 20%) y nitrgeno (aprox. 78%).

Como el oxgeno permanece prcticamente constante no ejerce influencia en los distintos tipos de atmosfera

Son otros elementos presentes de la atmsfera los que varan considerablemente y que deben ser adecuadamente identificados para entender la corrosin atmosfrica. Estos elementos incluyen slidos, lquidos y gases.



ELEMENTOS QUE AFECTAN LA CORROSION ATMOSFERICA

Slidos

Un ejemplo de slidos que afectan la corrosin atmosfrica es los cloruros presente en la mayora de los ambientes marinos.

Lquido

El mejor ejemplo de un lquido que afecte la corrosin es el agua. La corrosin ocurre a mucha mayor velocidad cuando las superficies estn hmedas que cuando estn libres de agua lquida.



Gases Los gases que afectan la corrosin se incluyen al nitrgeno y xidos de azufre, los cuales estn presentes en la lluvia cida que forma parte de la atmosfera industrializada. Temperatura La temperatura afecta la corrosin atmosfrica. Aunque la corrosin normalmente se incrementa al aumentar la temperatura, altas temperaturas pueden tener el efecto benfico de mantener seca las superficies, reduciendo el tiempo de mojado.



CLASIFICACION DE LAS ATMOSFERAS

ATMOSFERAS MARINAS

ATMOSFERAS INDUSTRIALES

ATMOSFERAS RURALES



Atmsferas Industriales

Son caracterizadas por altos niveles de gases corrosivos tales como el dixido de azufre, xidos de nitrgeno y monxido 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.



Atmsferas Marinas Se caracterizan por su alto 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 ms 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 corrosin en muchas atmsferas, son a menudo atacadas por el alto contenido de cloruros de la atmsfera marina. Muchas reas industriales se localizan cerca del mar; y la agresividad de la atmsfera industrial y marina es normalmente ms alta que si estuvieran aisladas una de otra.



Atmsfera rural Las atmsferas rurales no contienen compuestos qumicos agresivos

Son usualmente menos agresivas



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



ISO 8565 Metals and Alloys, Atmospheric Corrosion Testing, General Requirements for Field Tests

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



Paneles



SUBTERRNEA 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 variacin de estaciones puede ser significativa (lluvias, etc)



La corrosividad del suelo depende de:

Caractersticas Fsicas del Suelo Relacionadas con el tamao de grano y su distribucin que

influyen sobre la retencin de humedad y aereacin

Caractersticas Qumicas del Suelo pH (acidez o alcalinidad)

presencia de sales solubles en agua. (incrementan la

conductividad elctrica del suelo.Los cloruros y sulfatos son

particularmente perjudiciales



Contenido de Humedad El contenido de humedad de los slidos puede variar desde 1% a condiciones de saturacin en pantanos o lugares por debajo del agua. La humedad tiene 2 efectos : provee el electrolito necesario para corrosin y afecta la conductividad del suelo.

Resistividad Elctrica La resistividad elctrica generalmente se correlaciona con la agresividad de suelos.

La resistividad elctrica es una medida indirecta de caractersticas importantes del suelo (el contenido de humedad, los niveles de sales disueltas, compactacin y el tipo de suelo y el contenido de humedad).

A menor resistividad, mayor conductividad.



RESISTIVIDAD DEL SUELO (Ohm x cm)

10 - 1000 MUY CORROSIVO

1000 3000 CORROSIVO

3000 - 5000 MEDIANAMENTE CORROSIVO

5000 - 10000 POCO CORROSIVO

TIPOS DE SUELO



Bacterias Las bacterias estn presentes en la mayora de los suelos.

La mayora de las bacterias que viven bajo condiciones aerobias (buena aereacin) no causan corrosin acelerada.

Sin embargo las bacterias que viven bajo condiciones anaerbicas pueden producir subproductos qumicos que pueden afectar la corrosin 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 estn activas, los sulfuros que producen pueden causar una corrosin muy rpida del acero.



LQUIDO O FLUIDO (CORROSION INTERNA)

La inmersin en lquidos presenta una gran variedad de ambientes corrosivos

INFLUYEN El tipo de contaminante. En Petroleo y Gas

fundamentalmente CO2 y SH2 El pH El Contenido de O Temperatura Velocidad de Flujo Presencia de Microorganismos etc

Curso Corrosin en la Industria del Petrleo y Gas - Ductos GIE PERU SAC 2, 3 y 4 de mayo de 2011 111

Corrosin por CO2

El dixido de carbono puede encontrarse

naturalmente en la composicin del gas de

un pozo.

A veces junto a otros compuestos corrosivos,

como aguas salinas, cido sulfhdrico, etc.



H2O + CO2 ------------------- H2 (CO3)

Fe + H2 (CO3) ------------------- Fe (CO3) + H2

El efecto principal del CO2 es acidificar el

medio, se incrementa la velocidad de prdida

de electrones de los aceros al carbono, se

produce corrosin uniforme que puede

transformarse en picado cuando se forman

productos de corrosin sobre la superficie.

Qu pasa con el CO2 en presencia de agua?



Corrosin por CO2: Ejemplo



Corrosin por SH2 El cido sulfhdrico puede encontrarse naturalmente en la formacin o ser producido por la accin de las bacterias sulfato reductoras. Yacimientos sin SH2 se contaminan al comenzar la recuperacin secundaria. El agua de inyeccin contiene bacterias que en condiciones de superficie transforman los sulfatos en cido sulfhdrico. El agua con el cido sulfhdrico se bombea al reservorio que se contamina y pasa al pozo productor.



SH2 + Fe -------------- SFe + 2 H

El hidrgeno atmico se difunde a travs del

metal sin alterar sus propiedades mecnicas o

puede tener interacciones con su micro

estructura, fragilizndolo.

El producto de corrosin es el sulfuro de hierro

de color negro

Corrosin por SH2



Si el ataque es uniforme el producto de la corrosin

ser blando y negro opaco. El rea atacada estar

cubierta con una pelcula 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.

Corrosin por SH2



En el caso de ataque localizado, el sulfuro de

hierro generalmente estar firmemente

adherido.

Su apariencia puede variar de una superficie

lisa y brillante a una superficie spera negra

opaca.

Corrosin por SH2



Corrosin por SH2



Velocidad de penetracin de las picaduras >1 cm / ao

corrosin bacteriana



SOLUCIONES

POSIBLES

No hacer nada...

Material CORROIBLE

con PROTECCIN

Material

NO CORROIBLE

Los mtodos de base de la prevencin



TRATAMIENTOS

FSICOS

MTODOS

MATERIALES

DISEO

TRATAMIENTOS

QUMICOS

REVESTIMIENTOS PROTECCION

CATDICA

Mtodos prcticos usuales



Documents

1. Introduccion a Corrosion