1 - Conceptos Básicos sobre Corrosión (S. Nicolino).pdf

28, 29 y 30 de Mayo de 2008Sandro Nicolino

Conceptos Bsicos sobre Corrosin

Sandro NicolinoCalidad

28, 29 y 30 de Mayo de 2008Sandro NicolinoConceptos Bsicos Sobre Corrosin

Tenaris 2

Contenido

Conceptos Bsicos

Modelar un proceso corrosivo mediante circuitos electrnicos

Tipos de corrosin encontrados en el campo

Formas de ataques corrosivos

Las cinco maneras de mitigar procesos corrosivos

Teora bsica de recubrimientos

Teora bsica de proteccin catdica

Seleccin de materiales

Herramientas bsicas de diseo

Modificacin de ambiente-inhibidores

Conclusiones


Tenaris 3

Contenido

Conceptos Bsicos










Conclusiones


Tenaris 4

Definicin de Corrosin:

Se trata del deterioro de un material, generalmente un metal (o de sus propiedades) producto de su interaccin con el ambiente que lo rodea.

Condiciones:

Material susceptible de ser corrodoAgente corrosivoCircuito elctrico

Factores influyentes:

PH del electrolito, gases disueltos, temperatura, presin, humedad, velocidad del flujo, etc.

Conceptos Bsicos


Tenaris 5

Factores influyentes:

Factor humano!!!

Conceptos Bsicos

No hay buenos o malos materialesgeneralmente hay un proceso de seleccin incorrecto!!


Tenaris 6

Corrosin: CIENCIA MULTIDISCIPLINARIA

CINETICA

TERMODINMICA

ELECTROQUMICA

Conceptos Bsicos


Tenaris 7

Corrosin: CINETICA QUIMICA

Velocidad de las reacciones qumicas expresadas como ecuaciones de velocidad

Ni Ni Ni

Ni Ni Ni

Ni Ni Ni

Ni Ni

Ni + O2 NiOO===O

O===O

Ni Ni Ni

O===O

AdsorcinReduccin

O===O

Ruptura de la redVel. = d (a,b,x)

dt

Difucin

Conceptos Bsicos


Tenaris 8

Corrosin: TERMODINAMICA

Como caso prctico de una herramienta termodinmica se menciona el diagrama de Pourbaix, pH= CteTemperatura: 25CPresin 1 Atm

E (mv)=E0 (mv)+ 0.059RT log [A][B][C]

Conceptos Bsicos


Tenaris 9

AnodoCatodoMetalElectrolito

ANODO

Fe++Fe++

Fe++

Fe++

Fe++

Fe++

e-

e-e-

e-

e-

e-e-

e-e-

e-CATODO

H+

e-

e-

e-

e-

e-

e-e-

e-

e-

e-

e-e-

e- e- e-

e- e-

H0

H+H+

H+

H+

H+H0

H0

H0

H0

H2

H2

H2

Sentido de la corriente por convensin

I (mA)(HIERRO) (COBRE)

Corrosin: ELECTROQUIMICA

Conceptos Bsicos


Tenaris 10

Conceptos Bsicos-Metalurgia

Se denomina al proceso corrosivo metalurgia inversa


Tenaris 11

Conceptos Bsicos - Proceso de TT Ciclos de tratamiento trmico

RecocidoEnfriamiento en horno

NormalizadoEnfriamiento en aire

Austenizado

Templado(agua, aceite, etc)

RevenidoNuevo

calentamiento

Temperatura

Tiempo

AC1723C

AC3~900C


Tenaris 12

Conceptos Bsicos: Diagrama Fe-C

Fase inestable a temperatura ambienteForma una solucin slida de carbono en hierro gama. Puede disolver hasta 1.7% C

Hierro Solo pude disolver 0.008%C a temp.

ambiente

Consiste enCarburo de hierro (Fe3C)En una matriz de ferrita

Solidificacin del acero lquido (Dendritas en una barra)Acero lquido


Tenaris 13

Conceptos Bsicos- Materiales

Austenita: estructura cristalina cbica. los tomos de carbono centrados en la cara del cubo

Ferrita: estructura cristalina cbica. Los tomos de carbono centrados en el cuerpo del cubo

Fe++e-

Fe++ Fe++e-

e- e-

Fe++e-

Fe++ Fe++e-

e- e-

Fe++e-

Fe++ Fe++e-

e- e-

Fe++e-

Fe++ Fe++e-

e- e-

Fe++e-

Fe++ Fe++e-

e- e-

Fe++e-

Fe++ Fe++e-

e- e-

Material policristalino(Metal)


Tenaris 14

Contenido

Definicin de corrosin










Conclusiones


Tenaris 15


Fe++e-

Fe++ Fe++e-

e- e-

Fe++e-

Fe++ Fe++e-

e- e-

Fe++e-

Fe++

Fe++

e-

e- e-

Fe++e-

Fe++ Fe++e-

e- e-

Fe++e-

Fe++ Fe++e-

e- e-

Fe++e-

Fe++ Fe++

e-

e- e-

e-e-

e-

e-

e-

e-

e-

Material policristalino(Metal) en solucin

El metal asume un potencial en la interfase

metal-solucinEeq.

E (mv) +

-


Tenaris 16


Eeq.

E (mv)+

-

Fe Fe++ + 2e-

FeFe++ + 2e-

Si el potencial de equilibrio se perturba

positivamente(polarizacin) se favorecen las

reacciones de disolucin.

Si el potencial de equilibrio se perturba

negativamente(polarizacin) se favorecen las

reacciones de deposicin.

I (mA)


Tenaris 17

Polarizacin

Potencial

Log Corriente I (mA)

Eeq.C

Eeq.A

E (mv)

Rp= V I

Icorr

Ecorr

c

a

Rp= 1/Icorr x 2.3 (a x c) Stern-Geary(a + c)

Proceso Corrosivo - Modelado

rrR= Resistencia del sistema al flujo de corriente

V= Potencial del ctodo - Potencial del nodo+ -

I= velocidad de corrosin LEY DE OHM


Tenaris 18

Polarizacin

SS 316; solucin 3.5%p/p NaCl



Tenaris 19

SOLUCION

META

L

H

HH+

H+HH+

H+

SOLUCION

META

L

Coating

H+

H+

H+

H+

Poros

Considerando los elementos capacitivos e inductivosdel sistema

Tcnica de impedancia Electroqumica: Corriente

alterna



Tenaris 20

Considerando los elementos capacitivos en inductivosdel sistema

Diagrama de Nyquist

Diagrama de Bode



Tenaris 21

Considerando los elementos capacitivos en inductivosdel sistema

SS 316; solucin 3.5%p/p NaCl



Tenaris 22

Contenido











Conclusiones


Tenaris 23

C

CA

CA

A

A

C

C

A

AA

C

Zonas andicas y catdicas distribuidas en el mismo metal

LINEPIPE

I

I I

I

Conceptos Bsicos


Tenaris 24

TIPOS DE CORROSIN ENCONTRADOS EN EL CAMPO

I

I

I

Fe++

Proteccin

corrosin

CORROSIN POR CORRIENTESINDUCIDAS

ANODO

CATODO

Fe++

Fe++Fe++

e- e-

H+

H+H+

H0

CORROSIN NATURALPOR REACCIONESNODO-CTODO

Tipos de Corrosin


Tenaris 25

CAUSAS QUE PRODUCEN CORROSIN

Metales diferentes (Corrosin Galvnica)

Tensiones

Humedad diferencial, Celdas de Concentracin de Oxgeno

Diferencias de Temperatura en el Metal o Electrolitos

Diferencias en Suelos, diferencias de Concentracin de Iones

Actividad Bacteriana

Tipos de Corrosin


Tenaris 26

Corrosin en ductos

HUMEDAD DIFERENCIAL

ZONA ARENOSA ZONA ARCILLOSACTODO NODO

Fe++

e- e-e-

Tipos de Corrosin


Tenaris 27

Corrosin a la salida de compresores

GAS CALIENTEGAS FRO

CTODONODO

DIFERENCIAS DE TEMPERATURA EN EL METAL O ELECTROLITOS

COMPRESOR

Tipos de Corrosin


Tenaris 28

Corrosin en ductos debajo de pavimento

CELDAS DE CONCENTRACIN DE OXGENO

PENETRACINDE O2

PENETRACINDE O2

CTODO CTODONODO

Tipos de Corrosin


Tenaris 29

Corrosin galvnica

Recubrimientometlico SS316

Acero al carbono

Tipos de Corrosin


Tenaris 30

Contenido











Conclusiones


Tenaris 31

Algunos Tipos de Corrosin:

Ampollado

Uniforme

GalvnicaActivo Noble

Crevice

Picado

Fallas por H2

Fisurado

Corrosin - Erosin

Cavitacin

Corrosin asistida por

Friccin (Freetting)



Tenaris 32

Puede ser tolerada en el tiempo

Corrosin generalizada

Velocidadde corrosin

(mpy)

Tiempo

Posibilidadde extrapolacin

Dificultad para extrapolar

valores



Tenaris 33

CORROSIN LOCALIZADA

Corrosin localizada

PICADO-CREVICE

FISURACIN

Evitar

Nunca permitir

FALLAS CATASTRFICAS

PINCHADURAS



Tenaris 34

Contenido











Conclusiones


Tenaris 35

Las 5 maneras de mitigar los procesoscorrosivos

Recubrimientos Proteccin Catdica Seleccin de materiales resistentes Diseo Modificacin del ambiente


Tenaris 36

Contenido











Conclusiones


Tenaris 37

Recubrimiento y seleccin de materiales son la primer lnea de defensa

contra la corrosin.

Recubrimientos


Tenaris 38

La principal funcin de un recubrimiento es aislar y proteger al

sustrato del contacto con el medio ambiente al que quedara expuesto.

Primer

Acero

1 Capa

2 Capa

Impenetrable a los agentes qumicos

Baja transmisin de la humedad

Fuerte adhesin al sustrato

Funcin

Recubrimientos


Tenaris 39

Contenido











Conclusiones


Tenaris 40

Proteccin catdica se utiliza como un complemento de los recubrimientos

con el propsito de proteger las zonas dondeel recubrimiento presenta imperfecciones,

como ser poros (holiday)

99% de la proteccin contra la corrosin la provee el recubrimiento, slo el 1% la proteccin catdica

Proteccin Catdica


Tenaris 41

Concepto bsico

Bsicamente la proteccin catdica significa transformar toda la estructura en ctodo mediante la inyeccin de corriente continua

CELDA DE CORROSIN

Proteccin Catdica


Tenaris 42

En realidad el proceso corrosivo no se elimina,se traslada a los nodos

+- RECTIFICADOR

ANODOS

Concepto bsico

Proteccin Catdica


Tenaris 43

Sistemas de proteccin:

+- RECTIFICADOR

ANODOS

Corriente impresa

Proteccin Catdica

Formas de aplicacin de corriente


Tenaris 44

Anodos galvnicos

nodo

Proteccin Catdica

Sistemas de proteccin:

Formas de aplicacin de corriente


Tenaris 45

Corriente impresa Mayor cantidad de corriente en suelos resistivos

Alta eficiencia de entrega de corriente

Econmica cuando hay CA en lasinmediaciones de la estructura

Puede generar despegue catdicoe interferencia

Alto costo de mantenimiento

nodos galvnicos Muy tiles para zonas hot spot

Fcil adicin de nodos

No genera problemas de interferencia (baja corriente)

Bajo mantenimiento

Pobre eficiencia debido al altoconsumo en suelos de alta resistencia.

Proteccin Catdica

Formas de aplicacin de corriente: ventajas y desventajas


Tenaris 46

Criterios ms usados para estructuras de acero y fundiciones

Potencial negativo neto menor que 850 mV vs electrodode Cu/CuSO4 (considerando el potencial por cada ohmicaIR)

Potencial polarizado negativo menor de 850 mV vs electrodo de Cu/CuSO4 (sin considerar el potencial por cada ohmica IR)

Mnimo de 100 mv de polarizacin catdica

Proteccin Catdica


Tenaris 47

Medicin de potencial con electrodo Cu/CuSO4

- + Electrodo Cu SO4Multmetro de alta resistencia

I

IR

+ -

-850mv

Proteccin Catdica


Tenaris 48

Serie galvnica utilizada en PC

Medicin de potencial con electrodo Cu/CuSO4

Proteccin Catdica


Tenaris 49

Proteccin Catdica

Criterio de los - 850 mv


Tenaris 50

Potencial (mv)

1 da

on

Potencial dedepolarizacin

Luego de 1 da

Instant off

100 mv

Tiempo (das)

E polarizado

E= IR

Proteccin Catdica

Criterio de los 100 mv de depolarizacin


Tenaris 51

CIS (Close Interval Survey) donde se observa el potencialOn, Off y el potencial nativo

Proteccin Catdica


Tenaris 52

Fenmeno de interferencia

Falla operativa debido a interferencia en proteccin catdica presencia de corrientes parsitas

PIPELINE PROTEGIDO

+-

CORROSIN

RECTIFICADOR

ANODOSCORROSIN

Proteccin Catdica


Tenaris 53

Solo recibe proteccin la zona fuera del escudo catdico

Barrera aislante

+ -nodos

Ingreso de suelo

Escudo catdico (Shielding)

Proteccin Catdica


Tenaris 54

Un exceso de proteccin catdica puede generarHidrgeno en los poros del coating y despegarlo

+ -nodos

Ingreso de suelo

H2

Despegue catdico (Disbonding)

Proteccin Catdica


Tenaris 55

e-

DUCTO OXIDADOCATODO

DUCTO NUEVO RECUBIERTO, SIN PCANODO

SUELO CORROSIVO

COATING

Criterio de reemplazo por materialrevestido

Proteccin Catdica


Tenaris 56

DUCTO OXIDADOCATODO

DUCTO NUEVO RECUBIERTO, SIN PCANODO

SUELO CORROSIVO

COATING

AnodoPC

Criterio de reemplazo por material revestido

Proteccin Catdica


Tenaris 57

Contenido











Conclusiones


Tenaris 58

Pasos a seguir en el Proceso de Seleccin:

Definicin del ambiente de servicio Definicin de la performance requerida (Corrosin aceptable Vs. Corrosin no aceptable)

Definicin de la Forma de Control (Preventiva Vs. Correctiva) Definicin de la performance de materiales y eleccin de los mismos.

Seleccin de Materiales


Tenaris 59

Definicin del Ambiente de Servicio:

El Ambiente de Servicio son todas las condiciones que pueden afectar el proceso corrosivo de los materiales elegidos.

Cambios en las condiciones operativas: Caudal, T, Presin Cambios de pH (la performance de los materiales es dependiente del pH)

Efecto de la velocidad de flujo Gases disueltos, especies disueltas: H2S, CO2, Cl-, H+, etc. Erosin, cavitacin



Tenaris 60

Corrosin Aceptable Vs. Corrosin No Aceptable:

El 1 paso en la seleccin de materiales resistentes a la corrosin es determinar la cantidad y tipo de corrosin que puede ser tolerada.

Generalmente el tipo de corrosin es ms importante que la cantidad de material perdido, por ejemplo un pit en un tanque de combustible o tubera tiene asociado poca perdida de material, pero puede producruna falla debido la pinchadura de los mismos.



Tenaris 61

Formas de Control a travs de la Seleccin:

Control preventivo: Tomar medidas para reducir o demorar la corrosin a niveles aceptables antes de tener un evento.

Control correctivo: Tomar medidas una vez que el proceso corrosivo se produjo, realizando un detallado anlisis de falla, con el propsito de modificar materiales o condiciones para evitar un nuevo evento en el futuro.



Tenaris 62

Corrosin permitida (Corrosin Allowance)

Qu pasa si el proceso corrosivo es mayor que el permitido? Sacamos el elemento de servicio?

Existen varios programas que permiten calcular las nuevas condiciones de trabajo (Presin, temperatura, etc) para los espesores remanentes actuales: Ej: para linepipe ASME B31G-1991



Tenaris 63

Proyeccin de la Performance de los Materiales:

La proyeccin de la performance de los materiales en un servicio dado puede lograrse con datos de corrosin, como ser:

Experiencia previa de servicio (generalmente los ms exitosos) Datos basados en aplicaciones similares Datos provenientes de literatura Seleccin basada en ensayos de corrosin (ambientales, acelerados, electroqumicos)



Tenaris 64

Basado en : S.F Biaggiotti-J.S. Reichman, Marathon Oil Co. and P.J. Cooling, M.B. Kermani, J.W. MartinBP Exploration - P.I. Nice, Statoil

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

1

0.1

0.01

10

1000

100

p

C

O

2

(

p

s

i

)

Any Grade

up to 150

0.05 1.5

30

7

55, 70, 75 CS + Inh

13-15 Cr

(Cl -, pH, T)Ni AlloysT80=N,P,HC

DW

T


Tenaris 65

Contenido











Conclusiones


Tenaris 66

Regla del pulgar respecto a la presin

Las variaciones de presin deben tenerse en cuenta debido a mecanismo de fatiga que pueden estar asistidos por corrosin.

Si en sistema es bifsico (gas + lquido) la solubilidad del gas estar dada por la presin del sistema.

Diseo


Tenaris 67

Las velocidades de conduccin de fluidos debern ser limitadas para evitar procesos erosivos que remuevan filmsprotectores en ambientes corrosivos

Generalmente los sistemas deben disearsepara evitar turbulencias.

Regla del pulgar respecto al flujo

Diseo


Tenaris 68

Regla del pulgar respecto a los drenajes

Diseo


Tenaris 69

Regla del pulgar respecto a uniones

Diseo


Tenaris 70

Regla del pulgar respecto a pares galvnicos

Diseo


Tenaris 71

Contenido











Conclusiones


Tenaris 72

Un inhibidor es una sustancia que, agregada al ambiente corrosivo, disminuye la velocidad de

ataque por corrosin.

INHIBIDOR CATALIZADOR

Un Inhibidor generalmente forma un film sobre la superficie del metal que modifica la velocidad del ataque corrosivo.

Modificadores del ambiente


Tenaris 73

Contenido











Conclusiones


Tenaris 74

En forma general podemos decir que los procesos corrosivos en la produccin de gas petrleo son del tipo electroqumico. Son necesarios un ctodo un nodo un contacto metlico y en electrolito para cerrar la celda corrosiva

Recubrimiento y seleccin de materiales son la primer lnea de defensa contra la corrosin.

Proteccin catdica solo provee el 1% de la proteccin externa de un ducto, el 99% lo provee el recubrimiento

Los materiales resistentes a la corrosin, tienen resistencia limitada segn el medio y debe tenerse un conocimiento detallado del medio donde sern expuesto

Conclusiones Generales

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