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28, 29 y 30 de Mayo de 2008

Corrosin por H2S

Sandro NicolinoCalidad

28, 29 y 30 de Mayo de 2008Sandro Nicolino

Corrosin por H2S Tenaris 2

ContenidoProblemtica en el campo (Produccin y transporte).

Fenmeno SSC, parmetros involucrados en la problemtica

Fenmenos HIC, parmetros involucrados en la problemtica

Fenmeno SOHIC, parmetros involucrados en la problemtica

Ensayos NACE para evaluar procesos de fisuracin bajo tensin

Ejemplo prctico: Souring reservoir

Conclusiones



Problemtica en el campo (Produccin y transporte).






Conclusiones

Contenido



La presencia del H2S transportado con el fluido de produccin puede producir diversos daos en los tubos como ser:

Problemtica en el campo (produccin y transporte)

Corrosin generalizada

Corrosin localizada (Picado)

Fisuracin

(-) SEVERA

(+) SEVERA



Algunos de fenmenos de fisuracin pueden producirse bajo tensiones (traccin), tanto aplicadas como residuales, mientras que otros tipos defisuracin por hidrgeno no requieren la presencia de tensiones


(-) SEVERA

(+) SEVERA



El Sulfuro de Hidrgeno puede causar fallas por corrosin localizada en forma de picado. La morfologa del picado es generalmente de bordes suaves, de poca profundidad (romo).

Si el tamao de la pinchadura lo permite, se puede realizar una reparacin programada en los ductos.


PIT PORH2S




Los problemas ms severos causados por el gas sulfhdrico en el campo son el SSC (Sulfide Stress Cracking), el HIC (HydrogenInduced Cracking) y el SOHIC (Stress Oriented Hydrogen IndicedCracking).

Los problemas relacionados con el SSC fueron reconocidos durante 1940 y 1950 en Canada debido a diferentes fallas en casing y drillpipe.

Los problemas de HIC son ms recientes, detectndose entre 1972 y 1974diferentes fallas en linepipe de medio oriente.

Desde entonces se han comenzado a estudiar los mecanismos involucradosen ambos fenmenos, y la forma de mejorar los materiales expuestos en servicio agrio.









Conclusiones



Fenmeno SSC, parmetros involucradosEl SSC es un fenmeno clasificado dentro de la problemtica de fisuracindebido al ambiente (EC). Se produce debido a la reduccin catdicadel in hidrgeno transportado por el gas sulfhdrico sobre el acero (H0).

El tomo de hidrgeno se puede combinar para formar una molcula de H2 y desprenderse en forma de burbujas, o pude difundir dentro del metal

La formacin de sulfuro acta como un veneno catdicoimpidiendo la recombinacin delos tomos de hidrgeno, lo cualpromueve la entrada de hidrgenoen el metal



Una vez que los tomos de hidrgeno penetraron en el metal hay riesgo de fragilizacin. La presencia de tensiones por debajo de la tensin de fluenciaDel material pueden producir falla del mismo.

El SSC (Sulfide Stress Cracking) es diferente al SCC, ya que este ltimo es un proceso andico.

Fenmeno SSC, parmetros involucrados



Las fallas por hidrgeno son muydependientes de la microestructuradel material. Hay muchos sitiosdonde el hidrgeno puede quedaratrapado siendo crtico para el comportamiento del material a la fractura:

a-b) Solucin slidac) Imperfecciones, dislocacionesd) Acumulacin en borde de grano e-f) Defectos, interfase entre nometlicos y matriz

porosidad, etc




Foto 4 Foto 5

Ag

Ag

Ag Ag




pH

TensionAplicada+Residual

Temperatura

MATERIAL SUSCEPTIBLE

SSC




pH= - log [ H+]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

NEUTRAL

ACIDO ALCALINOIMPORTANTE: Al ser una funcin logartmica, cambios en una

unidad de pH implica grandes cambios en lavelocidad de corrosin, ya que las concentracionesde H+ y OH- cambian en un factor de 10.


pH



Presin de H2

Materiales susceptibles

Presencia de microestructuras duras, generalmenteasociadas a materiales de alta resistencia HRC>22 (SSC).

Presencia de trampas para alojar H2, como serinclusiones elongadas o bandas de segregacin en la microestructura (HIC-SWC).




TemperaturaEn presencia de H2S, la susceptibilidad a la fisuracin disminuye a medida que la temperatura aumenta.

MAXIMA SUSCEPTIBILIDADA TEMPERATURA AMBIENTE

25C




Fisuracin bajo tensin










Conclusiones



El fenmeno de HIC (Hydrogen Induced Cracking), es otra forma de dao por hidrgeno, distinto del SSC. Generalmente se encuentra en materiales de bajos requerimientos mecnicos como productos planos y linepipe.

El hidrgeno difunde de la misma manera que en el fenmeno de SSC, quedando atrapado en discontinuidades internas, donde se recombina y forma hidrgeno molecular, incrementando la presin hasta alcanzar la tensin de rotura del material.

Las fisuras generadas por la presin de hidrgeno tienden a conectarseFormando la morfologa de fisuracin escalonada (SWC).

El fenmeno de HIC no requiere de tensione aplicadas o residuales para desarrollarse.

Fenmeno HIC, parmetros involucrados



Uno de los mecanismos ms aceptadopara fisuracin sin tensin

(SWC - HIC - HPIC - Blistering)

= UTS




BLISTERING

Fisuracin sin tensin

HIC-SWC (Fallas)




Diferentes cortes metalogrficos donde se observafisuracin HIC con propagacin en escalones(chapa para columna de fraccionamiento)










Conclusiones



SOHIC es una forma especial de HIC, la cual ocurre en las zona del material base aledao a la zona afectada por el calor de la soldadura (zona HAZ), donde existen tensiones residuales.

La presencia de tensiones afecta la fisuracin inducida por hidrgeno (HIC) , encadenando las fisuras de forma tal que estas fisuras corren en direccin perpendicular a la tensin mxima aplicadas.

Fenmeno SOHIC, parmetros involucrados

Tensin Tensin

SOHIC

HIC(sin tensin aplicada)



Fenmeno SOHIC, parmetros involucrados

SOHIC en la zona aledaa a la soladura









Conclusiones



Ensayos NACE para evaluar procesosde fisuracin bajo tensin

En situaciones donde se tiene poca o ninguna experiencia, predecir los eventos de corrosin se hace difcil por lo que es valido conocer:

Teora de corrosin: para ser usada como una gua con el propsito de utilizar materiales y configuraciones en ambientes especficos.

Ensayos de corrosin: Ensayos ambientales (en los cuales se duplican las condiciones de servicio); ensayos acelerados usados en control de calidad (Normas NACE TM0177 y TM0284) y ensayos electroqumicos.



Ensayos acelerados : Dispositivos de ensayo para evaluar la susceptibilidad del acero a los fenmenos de SSC-SOHIC (Normas NACE TM0177)

H2S

H2OCH3COOH 0.5%NaCl 5%




PROOFRINGFLEXION EN3 PUNTOS

FLEXIONEN 4 PUNTOS

C-ring

DISPOSITIVOS DE CARGA SOSTENIDA, LA TENSIONDECRESE A MEDIDA QUE CRECE LA FISURA





Dispositivo de ensayos para evaluar la susceptibilidad del acero al HIC-SWC, segn la norma NACE TM0284.









Conclusiones



Riesgo de fallas en el campo

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Promedio H2S ao 2001= 385.7 ppmPromedio H2S ao 1998= 146.3 ppm

ppmH2S Ao 1998ppmH2S Ao 2001

p

p

m

d

e

H

2

S

Identificacin de los Pozos

SOURING RESERVOIRCorrosin MIC



Riesgo de fallas en el campo

SOURINGRESERVOIR

Bacterias Sulfato reductoras Salida Inyeccion

0123456

1= 0-10 Col/ml. 2= 10-100 Col/ml. 3= 100-1000 Col/ml. 4= 1000-10000 Col/ml.

Frascos (+)

SU LFH ID R IC O EN AGU A

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.80

3

-

E

n

e

-

9

5

2

1

-

F

e

b

-

9

5

1

2

-

A

b

r

-

9

5

3

0

-

M

a

y

-

9

5

1

8

-

J

u

l

-

9

5

6

-

S

e

p

-

9

5

2

1

-

N

o

v

-

9

5

1

8

-

M

a

r

-

9

7

2

4

-

A

b

r

-

9

7

1

2

-

J

u

n

-

9

7

5

-

A

g

o

-

9

7

4

-

N

o

v

-

9

7

3

-

F

e

b

-

9

8

2

8

-

A

b

r

-

9

8

9

-

J

u

l

-

9

8

1

7

-

S

e

p

-

9

8

2

6

-

N

o

v

-

9

8

P P M









Conclusiones



Conclusiones

El gas sulfhdrico como fuente de hidrgeno atmico es promotor de fallas catastrficas, pero tambin es un agente de picado importante.

Segn la experiencia de campo y de laboratorio volcada en la norma NACE MR0175, establece que los materiales de menor susceptibilidad a fragilizar por sulfuros son los de bajo requerimientos mecnicos, con dureza menor a 22RC

Muchos aceros resistentes a la corrosin (CRA) pueden fragilizar por sulfuros en forma catastrfica, la seleccin frente a este medio corrosivo debe ser analizada rigurosamente.

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