CORROSION:FUNDAMENTOS Y CONTROL

Villahermosa-MéxicoDiciembre 04-2010

DARIO RUEDAS PACHECO

(Ing. Metalúrgico)Corrosion Technician NACE (Reg. # 14157)

Cathodic Protection Specialist NACE (CP Level IV) (Reg. # 14157)E-mail:

druedas@tc.com.codarioruedas336@hotmail.com

Bogotá-Colombia

CONTENIDO1 Conceptos de corrosión

2 Formas y clasificación de la corrosión

3 Principales agentes corrosivos en sistemas de transporte y procesamientos de hidrocarburos

4 Corrosión en fase acuosa –

corrosión electroquímica

5 Corrosión externa en líneas de transporte de hidrocarburos y tanques de almacenamiento

6 Mecanismos de mitigación de la corrosión externa: Protección catódica- Recubrimientos

7 Técnicas de monitoreo de corrosión externa

8 Corrosión interna en líneas de transporte de hidrocarburos, líneas de proceso, recipientes a presión y tanques de almacenamiento

9 Mecanismos de mitigación de la corrosión interna: Inhibidores de corrosión-Biocidas

10 Estrategia para el manejo integral de la corrosión en campos de producción de hidrocarburos

Fundamentos de Corrosión

B$276 / año

= 3.1% del GDP

Es el deterioro

de un material (usualmente

un metal) o sus

propiedades

debido

a una

reacción

con su

medio

ambiente.

CORROSION EN LA

INDUSTRIA DEL

PETRÓLEO

CCÁÁTODOTODO

OO22 HH++

FeFe++++

ee-- ÁÁNODONODO

2H++ + 2e- H2

O2 + 2H2 0 + 4e- 4OH-

O2 + 4H+ + + 4e- H2 0

Fe Fe

++ + 2e-

A

C

M

E

Reacciones Reacciones CatCatóódicasdicas

Evolución de Hidrogeno :

H+

+ e-

H

H +H H2

2H+ + 2e-

H2

Reducción de oxígeno en soluciones ácidas:

O2

+ 4H+

+ 4e-

2H2

OReducción de oxígeno en soluciones neutras y alcalinas:

O2

+ 2H2

O + 4e-

4OH-

M M n+ + ne-

Fe Fe

++ + 2e-

ReacciReaccióón n ananóódicadica

2H+

S=

CO2

+ H2

0 H2

CO3 2H+

CO3=

CorrosiCorrosióón General o Uniformen General o Uniforme

Puede ser reconocida por formación de una superficie áspera y la presencia de productos de corrosión.

Permite evaluar fácilmente la vida de servicio de los materiales expuestos a un medio corrosivo.

FORMAS DE CORROSIÓN DE ACUERDO A LA MORFOLOGÍA DE DAÑO

LOCALIZADAUNIFORME

MPY

CorrosiCorrosióón Localizada n Localizada --

PicadoPicado

Produce agujeros o cavidades que se inician en la superficie metálica

Rápida penetración

Rodeada por regiones sin corrosión.

CorrosiCorrosióón Localizada n Localizada --

HendidurasHendiduras

Ataque localizado en el cual el sitio de ataque es un área donde el acceso libre al ambiente circundante es restringido.

Ocurre frecuentemente en rendijas, grietas o hendiduras formadas entre superficies de metales ensamblados y se manifiesta en forma de picaduras

Superficies: metal- metal, metal – No metal y depósitos de desechos o productos de corrosión

CorrosiCorrosióón Localizada n Localizada --

HendidurasHendidurasExisten dos (2) mecanismos básicos de Corrosión por Hendiduras

C o rro s ió n D e n tro d e la H e n d id u ra

1.Celda de corrosión por concentración de Oxigeno/Área Anódica dentro de la hendidura

Hendidura

Superficie m etálica

Form ador de hendidura

Metal

0202

Zona de disolución del

metal en la cual escasea el O2

Zona de reducción en la

cual abunda el O2

Gota de agua

Corrosión a la Entrada de la Hendidura

2. Celda de corrosión por concentración de Iones Metálicos/Área Anódica al exterior de la hendidura

Estado inicial Estado Avanzado

CorrosiCorrosióón Localizada n Localizada --

HendidurasHendiduras

CorrosiCorrosióón Galvn Galváánicanica

La corrosión galvánica

es la pérdida de metal que se genera al conectar eléctricamente dos materiales, donde uno actúa como Ánodo y el otro como el Cátodo.

15

SERIE SERIE GALVGALVÁÁNICANICA

PLACA DE COBRE

REMACHES DE ACERO

COBRE

ACERO

CorrosiCorrosióón Galvn Galváánicanica

CorrosiCorrosióón Asistida por el Flujon Asistida por el FlujoEs la acción combinada de la corrosión y el efecto del fluido

Tipos:

Erosión – Corrosión

Cavitación

Impacto o Choque

CorrosiCorrosióón Asistida por Flujo n Asistida por Flujo ––

Tipo CavitaciTipo Cavitacióónn

Paso a paso:

1.

Formación de burbujas en un área de baja presión

2.

Movimientos de burbujas hacia áreas de mayor presión

3.

Destrucción de las burbujas generando ondas de alta presión en el liquido

4.

Las ondas impactan sobre la superficie y ocurre la corrosión

CorrosiCorrosióón n IntergranularIntergranular

La corrosión intergranular es el ataque preferencial adyacente, a las fronteras de grano de un metal.

BiocorrosiBiocorrosióónn

Es la iniciación o aceleración de la cinética de la corrosión debido a la interacción de los procesos metabólicos de los microorganismos y un metal.

CorrosiCorrosióónn--FatigaFatiga•Se caracteriza por la falla prematura de una parte expuesta a cargas cíclicas.

•

Puede ocurrir en un ambiente de corrosión a niveles bajos de esfuerzo, o a un menor número de ciclos comparado con lo que duraría en un ambiente inerte.

Fractura de tipo frágil de un material dúctil que resulta de la acción de la corrosión y esfuerzos de tensión.

Las grietas están en Angulo recto con respecto a la dirección del esfuerzo máximo de tensión

Tipos:Corrosión asistida por esfuerzo (SCC)*

Agrietamiento por sulfuro – corrosión (SSC)*

Agrietamiento Inducido por el MedioAgrietamiento Inducido por el Medio(Environmentally Assisted Cracking (EAC))

SCC: Stress Corrosion CrackingAgrietamiento de un metal en el cual se involucran procesos de corrosión localizada y esfuerzos de tensión (aplicados o residuales), en presencia de agua y un agente corrosivo (importante el H2

S).

Agrietamiento Inducido por el MedioAgrietamiento Inducido por el Medio

Agrietamiento Inducido por el MedioAgrietamiento Inducido por el MedioSCC en Tubos de Acero Inoxidable

Sulfide Stress Cracking (SSC)

Agrietamiento de un metal en el cual existen esfuerzos de tensión (aplicados o residuales) en presencia de H2 S.

• El Hidrogeno es promovido por la presencia de H2

S.

•

El hidrógeno atómico puede difundir dentro del metal, reduciendo la ductilidad e

incrementando la susceptibilidad al agrietamiento. Materiales metálicos de alta resistencia y zonas duras en las soldaduras facilitan el SSC.

(General) Selección para aplicación en ambientes ácidos

P H2

S < 0,3 kPa

(0,05 psi)

No se requieren precauciones especiales

P H2S ≥

0,3 kPa

(0,05 psi)

Ver materiales descritos en el ítem A.2 de la norma NACE

MR0175/ISO 15156-1 (2001)

Aceros al Carbono y de baja aleación resistentes al SSC

CO2 H2

S

O2

O2

CO2 H2

S

PRINCIPALES AGENTES CORROSIVOS

O2

O2•

Puede causar corrosión a bajas concentraciones (<1 ppm)

•

En presencia de CO2

y H2

S aumenta su potencial corrosivo

•

Solubilidad = f(presión, temperatura, contenido de cloruros)

•

Favorece la corrosión por celdas de aireación diferencial

O2

+ 2H2

O + 4e-

4OH-

Fe Fe

++ + 2e-

Forma ácido carbónico al disolverse en H2

O

La presencia de ácidos débiles como el ácido acético favorecen la corrosión “dulce”

Solubilidad = f(presión, temperatura, composición del agua)

CO2

CO2

CO2

+ 2H2

O H2

CO3

Fe + H2

CO3 FeCO3 + H2

PREDICCIÓN DE LA CORROSION POR CO2

En pozos con gas “dulce”

a pH ≤

7

Presión parcial ≥

30 PSI usualmente indica corrosión.

Presión parcial 3 -

30 PSI puede indicar corrosión.

Presión parcial ≤3

PSI usualmente no indica corrosión

P Parcial de CO2 = P Total x Fracción molar de CO2

en el gas

INCRUSTACIONES (SCALE)

• El H2

S es muy soluble en agua

•

La corrosión por H2

S es denominada corrosión “agria”

•

Aumenta su agresividad al combinarse con CO2 y O2

•Los productos de corrosión pueden acelerar la corrosión localizada

H2

S + Fe + H2

O FeS + H2H2

S

H2

S

AMENAZAS ASME B31.8 S

MANUFACTURACONSTRUCCIÓN EQUIPOS DAÑOS PORTERCEROS OPERACIONES

INCORRECTAS

CLIMA Y

FUERZAS

EXTERNAS

CORROSIÓN

DEPENDIENTES DEL TIEMPO

INDEPENDIENTES DEL TIEMPO

ESTABLES

• Interna•Externa

•Agrietamiento por esfuerzos (SCC)

• Daños Inmediatos• Daños previos al tubo

•Vandalismo

• ProcedimientosIncorrectos

• Invierno•Tormentas/rayos

•Inundaciones•Movimientos de

suelos

•Defectos del Tubo•Defectos en la

costura

• Soldadura de unión•Preparación de la soldadura

•Doblez/ arrugas•Defectos acoplamiento

• Empaques-sellos•Control/comunicaciones•Empaques de bombas

•Misceláneos

30%

CORROSION EXTERNA

CORROSION EXTERNA: MITIGACIÓN

A

M

E 1. Recubrimientos

CCÁÁTODOTODO

OO 22 HH++

FeFe++++

ee-- ÁÁNODONODO

C

CORROSION EXTERNA: MITIGACIÓN

1. Recubrimientos

Propiedades Deseables

Resistencia QuímicaBaja Permeabilidad a la Humedad

Fácil Aplicación al Sustrato

Adherencia al Sustrato

Resistencia Cohesiva

Resistencia a la Tensión

Flexibilidad/ElongaciónResistencia al Impacto

Resistencia a la Abrasión

Resistencia a la Temperatura

Resistencia al Flujo en Frío

Resistencia Dieléctrica

1. Recubrimientos

CORROSION EXTERNA: MITIGACIÓN

A

M

E 2. Protección Catódica

CCÁÁTODOTODO

OO 22 HH++

FeFe++++

ee-- ÁÁNODONODO

C

PROTECCIÓN CATÓDICA

Mecanismo de mitigaciMecanismo de mitigacióón de la corrosin de la corrosióón mediante la reduccin mediante la reduccióón de la n de la diferencia de potencial existente entre zonas andiferencia de potencial existente entre zonas anóódicas y catdicas y catóódicas de un dicas de un material.material.

AplicaciAplicacióón de una corriente a la estructura metn de una corriente a la estructura metáálica mediante un lica mediante un electrodo externo, POLARIZANDO las electrodo externo, POLARIZANDO las ááreas catreas catóódicas en DIRECCIdicas en DIRECCIÓÓN N ELECTRONEGATIVA.ELECTRONEGATIVA.

CCáátodotodo ÁÁnodonodo

DIAGRAMA DE POURBAIX

Cómo aplico la corriente de PC ?

++--

RECTIFICADOR ÁNODOS DE SACRIFICIO

TIPOS DE PROTECCIÓN CATÓDICA

GALVGALVÁÁNICANICA((ÁÁnodos de sacrificionodos de sacrificio CORRIENTE IMPRESACORRIENTE IMPRESA

+-

GALVGALVÁÁNICANICA((ÁÁnodos de sacrificionodos de sacrificio CORRIENTE IMPRESACORRIENTE IMPRESA

MagnesioMagnesio

Tipo Tipo ““MMOMMO””

AluminioAluminio

ZincZinc

GrafitoGrafito HierroHierro--SilicioSilicio

EQUIPOS BEQUIPOS BÁÁSICOS PARA MONITOREO DE SICOS PARA MONITOREO DE DEDE POTENCIALES EN SISTEMAS DE PROTECCIPOTENCIALES EN SISTEMAS DE PROTECCIÓÓN N

CATCATÓÓDICADICA

CORROSION EXTERNA: TÉCNICAS DE MONITOREO

INSPECCIONES INDIRECTAS

CIPS (Close Interval Potential Survey)

DCVG (Direct Current Voltaje Gradient)

PCM (Pipeline Current Mapper)

INSPECCIONES DIRECTAS

INSPECCION INTELIGENTE

CORROSION INTERNA

LINEAS DE FLUJO Y DE PROCESO

Inhibidoresde corrosión

Pasivantes

Convertidores de película

Fílmicos (adsorción)

Neutralizantes

Secuestrantes

Misceláneos

CORROSION INTERNA: MITIGACIÓN

CCÁÁTODOTODO

OO 22 HH ++

FeFe++++

ee-- ÁÁNODONODO

A

M

E C

CORROSION INTERNA: PRUEBAS ELECTROQUIMICAS PARA INHIBIDORES DE CORROSION

VELOCIDADES DE CORROSION

CUPONES DISPOSITIVOS ELECTRONICOS

Instalados en línea Medición “In Situ”

Puede proveer información continuaMiden velocidades de corrosión directas

Medida de un sitio en particular Instalados en Línea

Evaluación en laboratorioMiden velocidades de corrosión

promedio

CORROSION INTERNA: MONITOREO

CUPONES

Los cupones son pequeñas muestras

del material inmersas dentro de

la tubería para monitorear el

comportamiento de corrosión.

Inspección,Pesado y Registro

Fotográfico

Fabricación

Instalación en Línea

Tiempo de ExposiciónRetiro

Limpieza Química

Inspección, Pesado y Análisis de

resultados

GEOMETRIA EVALUACION- Corrosión General y Picaduras

- Esfuerzos

- Hendidura

- Pares Galvánicos

- Biocorrosión - Biocupones

CUPONES Tipos

CUPONES Parámetros de Evaluación

CLASIFICACIÓN VCORROSIÓN (MPY)

Baja < 1,0 Moderada 1,0 – 4,9

Alta 5,0 – 10 Severa > 10

CLASIFICACIÓN Rata Máxima de

Picado (MPY)

Baja < 5,0 Moderada 5,0 – 7,9

Alta 8,0 – 15 Severa > 10

Generalizada Picadura

* *

Adicional a la pérdida de masa, los siguientes factores son considerados en el análisis: Ubicación, tiempo de exposición, medida de picadura, perfil

de superficie (erosión), productos de corrosión y/o scale, y factores de operación

* = NACE RP 0775* = NACE RP 0775

DISPOSITIVOS ELECTRONICOS

Dispositivos tipo probeta que miden la

corrosividad en tiempo real y remotamente.

Pueden detectar cambios bruscos en las

velocidades de corrosión, los cuales no

son detectados por cupones

PROBETAS RESISTENCIA ELECTRICA

(ER)

PROBETAS DE RESISTENCIA DE POLARIZACION

LINEAL

(LPR)

PROBETAS Tipos

Determina la pérdida de metal con el tiempo, midiendo el incremento en la R eléctrica de un electrodo conforme su A transversal se reduce por la corrosión

RESISTENCIA ELECTRICA (ER)

•Cinco Tipos: Wire Loop, Tube Loop, Strip Loop, Cilíndrica, Spiral Loop•No están diseñadas para monitorear picaduras•Los depósitos de sólidos pueden afectar la exactitud de la sonda

•Se usan en combinación con otros métodos: Cupones

•La resistencia eléctrica aumenta al reducirse el área de la sección transversal por corrosión.

PROBETASTipos

Mide instantáneamente la proporción de corrosión, midiendo el grado de resistencia a un potencial pequeño aplicado (10 mV)

•Resistencia baja de polarización indica susceptibilidad alta a la corrosión

•Debe sumergirse en un electrolito para operar (Uso Limitado)

•No están diseñadas para monitorear picaduras

•Los depósitos de sólidos pueden afectar la exactitud de la sonda

•Los hidrocarburos líquidos causan contaminación de las sondas LPR

RESISTENCIA DE POLARIZACION LINEAL (LPR)

ANALISIS DE MUESTRAS

Acuosas

Orgánicas

Sólidas

ANALISIS MICROBIOLOGICOS

ANALISIS FISICOQUIMICOS

MUESTRAS ACUOSASAnálisis Fisicoquímicos

Conductividad

pH

H2 S Disuelto

CO2 Disuelto

CAMPO

Sólidos

Hierro

Alcalinidad

Durezas

Cloruros y SulfatosTemperatura

LABORATORIO

O2 Disuelto

pH

MUESTRAS SÓLIDASAnálisis Fisicoquímicos

pH

Sulfuros

CAMPO

Carbonatos

pH, Conductividad y ClorurosExtracto Acuoso

Materia Orgánica

Humedad

Análisis Elemental

Composición CristalinaDRX

LABORATORIO

Cenizas

MUESTRASAnálisis Microbiológicos

SÓLIDAS

LIQUIDAS

ACUOSAS

BSR *BPA *

BSR = Bacterias Sulfato Reductoras

BPA = Bacterias Productoras de Acido

Técnicas de Monitoreo:- Extinción por Dilución Seriada

- Colorimétrica

- Biocupones

Detectan Bacterias

Planctónicas

Detectan Bacterias

Sésiles

CORROSION INTERNA: TANQUES Y VASIJAS DE PROCESO

PROTECCIÓN CATÓDICA AL INTERIOR DE RECIPIENTES

Amenazas

Datos e Información

BASES DE DATOS

RIESGOS

PUNTOS CRÍTICOSPLANES

Análisis & Valoración

Probabilidad & Consecuencia

Criterios

Acciones

Resultados, Indicadores

, Lecciones Aprendidas

Decisiones

Aplicación ICDA, ECDA

ILI Mitigación, Inspección

& Monitoreo

ESTRATEGIA PARA EL MANEJO INTEGRAL DE LA CORROSIÓN

DARIO RUEDAS PACHECO

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Cathodic Protection Specialist NACE (CP Level IV) (Reg. # 14157)E-mail:

druedas@tc.com.codarioruedas336@hotmail.com

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