Mecanismos de Corrosion UNEXPO

Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

CENTRO DEESTUDIOS DECORROSION

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ

CENTRO DE ESTUDIOS DE CORROSION Y BIOMATERIALES



NORMA API 571 MECANISMOS DE DAÑO. VER PAG 9 Y EJM 106

TIPOS DE CORROSION MAS COMUNES EN LA INDUSTRIA

• Corrosión General • Corrosión por CO2, O2

• Corrosión por H2S: – Generalizada – Agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) – Agrietamiento por corrosión bajo tensión(SCC) – Ampollamiento por Hidrógeno

• Corrosión Galvánica • Corrosión Bajo Depósitos o Hendidura • Corrosión Picadura • Ataque relacionado con la Velocidad/Flujo

– Erosión, Erosión-corrosión, Cavitación • Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC) • Corrosión Fatiga • Corrosión en Soldaduras




TIPOS DE FALLAS % Por CO2 28 Por H2S 18

En Soldaduras 18 Picaduras 12

Corrosión-Erosión 9 Galvánica 6

Corrosión en Espacios Confinados o Bajo

Depositos

3

Choque -Impacto 3 Corrosión bajo Tensión 3

TIPOS DE CORROSION MAS COMUNES EN LA INDUSTRIA PETROLERA



CORROSION EN LA INDUSTRIA DEL PETROLEO Y GAS

• La corrosión en la industria petrolera depende principalmente de:

– • Presencia de Agua

– • Sales

– • Dióxido de Carbono (CO2)

– • Sulfuro de hidrógeno (H2S).

– • Oxígeno

– • Bacterias

– pH

VIDEO IMPACTO DE LA CORROSION INTERNA Y EXTERNA EN TUBERIAS

‘


Mecanismos de Corrosión Corrosión General

• Corrosión que se distribuye más o menos uniformemente sobre la superficie de un material .




Mecanismos de Corrosión Corrosión Localizada

• Principales características: pequeña área

local sobre el metal sufre corrosión rápida mientras que el resto de la superficie experimenta sólo corrosión menor o está libre de corrosión.

• Muchas formas (picaduras, aireación diferencial, bajo depósitos.)


CORROSIÓN POR CO2



MECANISMOS DE DEGRADACIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA:

El CO2 y el H2S son las especies corrosivas más importantes y contra las cuales es necesario emplear diversos métodos para el control de corrosión.

CORROSIÓN POR CO2 y H2S

CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONProducción

CONTENIDO: Conceptos generales de la Corrosión por

CO2 Morfología de daño Influencia de los diferentes parámetros Predicción de ocurrencia Materiales y su comportamiento Prevención

CORROSION POR CO2 CENTRO DEESTUDIOS DECORROSION



CORROSIÓN POR DIOXIDO DE CARBONO CO2

AL DISOLVERSE EN EL AGUA el CO2, FLUIDO ALTAMENTE CORROSIVO. AGUA, SU ORIGEN :

a)Agua de la formación en las arenas productoras. b) Gas saturado con vapor de agua y condensar en un pto. de la tubería por cambios de presión y temperatura del fluido al moverse hacia la superficie.



Dióxido de Carbono (CO2)

Gas inodoro e incoloro, presente en casi todo gas natural, si hay el agua presente , el CO2 se disuelve y se vuelve muy corrosivo, formando ácido carbónico (H2CO3)

CO2 + H2O → H2CO3

Cuando se forma el ácido carbónico, el pH del agua en el sistema disminuye (se crean condiciones ácidas y aumenta la concentración de H+) y se incrementa la velocidad de corrosión, oxidándose el hierro para suministrar los electrones que los iones H+ necesitan para reducirse.

Algunos de los factores que determinan la solubilidad del CO2 son la presión, la temperatura y la composición del agua



CORROSION POR CO2

Ataque de un tubing por CO2

MORFOLOGÍA DE LA CORROSIÓN POR CO2:

Dos:

Corrosión Uniforme

Corrosión localizada:

picaduras.



Corrosión Uniforme

CO2 corrosion of a carbon steel oil and gas production flow line

Higher magnification view of the corrosion pits

MORFOLOGÍA DE LA

CORROSIÓN POR CO2:

MORFOLOGÍA DE LA

CORROSIÓN POR CO2:

Corrosion por CO2 de un niple de tuberia con presencia de agua contaminada pro CO2

Vista interior del Niple de la figura anterior

MORFOLOGÍA DE LA CORROSIÓN POR CO2 • PICADURAS: forma Redonda, Profunda. Paredes Empinadas y Bordes Afilados. Bases de las Picaduras presentan escamas de carbonatos de hierro FeCO3, deposito gris, generado del CO2.



•Suelen Interconectarse las picaduras (TIPO GUSANO)




Corrosión por CO2 en acopladores

EL ATAQUE DE GOTA DE AGUA ocurre en pozos de gas condensado, en áreas donde el agua se condensa sobre la superficie metálica, causando picaduras profundas con colas.



Corrosión por CO2 en varillas de bombeo

EL ATAQUE TIPO MESA es una forma de corrosión CO2 que ocurre en sistemas de flujo, y ocurre en las áreas donde la capa de carbonato DE HIERRO NO ES PROTECTORA.


FACTORES CRÍTICOS A. La presion parcial de CO2 y el pH. Un aumento de la Presion

parcial de CO2 resulta en una disminucion del pH( mas acido) y por tanto mayor velocidad de corrosion…..

B. Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de corrosion hasta un valor .

C. Velocidad del Fluido: la turbulencia pueden dañar la capa de

FeCO3 y evitar que se vuelva a formar

D. Relación volumétrica entre fases

E. Presencia de sólidos en el fluido

F. Composición química de la tubería: ↑Cr al 12 %.

CORROSIÓN POR CO2


Corrosión Interna - CO2 EFECTO DE TEMPERATURA Y PpCO2

PCO2 = 30 Mpa, 435 psi

PCO2 = 0,1 Mpa, 145 psi

50 100 150 200 250 TEMPERATURA (oC)

5

10

VEL

OCI

DA

D D

E CO

RRO

SIO

N

mm

/a


CORROSIÓN POR CO2 • EFECTO DE LA PRESIÓN : A ↑ Pp CO2 ↓ pH debido a q se forma >cantidad de acido carbónico

Severa Mayores a 30

Moderada 7 < Pp(CO2)<30

Leve Menores a 7

Niveles de Corrosión Rango de Presión Parcial de CO2

Psi

( ) ( ) 22 2

**100

Tp T

CO PP CO X CO P %= =

PP (CO2) = presión parcial del dióxido de carbono. PT = presión total del sistema (psi) X: fracción molar del CO2 CRITERIOS DE CORROSIVIDAD DEL POZO


Fuente: norma NACE MR075-2000

CORROSIÓN POR CO2.

EFECTO DE LA TEMPERATURA

• TIPO 1: CORROSIÓN HOMOGENEA-RANGO DE TEMP ( < 60 C)

• TIPO 2: CORROSIÓN LOCALIZADA-RANGO DE TEMP ( aprox. 100 )

• TIPO 3: DESCENSO DE LA CORROSIÓN-RANGO DE TEMP ( aprox. 150 C)


Ikeda y Mukai (1984)

TIPO I. TEMPERATURAS MENORES DE 60 oC

CORROSIÓN GENERAL

•La disolución del hierro no es muy alta

• La capa de FeCO3 formada tiene poca capacidad de adhesión y es fácilmente removida y pasa a la solución .

Corrosión - CO2 Efecto de Temperatura


FeCO3

SITIOS ANÓDICOS

Corrosión por CO2 Efecto de Temperatura

TIPO II. ATAQUE EN FORMA DE PICADURAS TEMPERATURAS DE 80 oC A 100 oC

CORROSIÓN POR PICADURAS - MESA

SI HAY INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO.

.

La disolución anódica del Fe y por tanto la velocidad de corrosión alcanzan sus máximos valores. El crecimiento de cristales de carbonato de hierro sobre la superficie del metal ocurre de forma lenta, heterogénea y porosa. CAPA NO PROTECTORA


Corrosión CO2 Efecto de Temperatura

Capa Protectora FeCO3

TIPO III. TEMPERATURAS MAYORES 100°C La velocidad de corrosión DISMINUYE debido a la formación de UNA

CAPA COMPACTA, ADHERENTE. La velocidad de disolución del hierro y

la formación del carbonato de hierro es elevada, de forma tal que la

nucleación de los cristales de carbonato de hierro en la superficie del

metal es rápida y uniforme.


El modelo predictivo principal para la determinación de la corrosión

por dióxido de carbono se basa en el empleo de la correlación de

Waards y Milliams, permite estimar velocidades de corrosión a partir

de parámetros operacionales:

Donde:

Vcorr = Velocidad de corrosión en mm/año

PpCO2 = Presión parcial del CO2 en bar

T = Temperatura en K

CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN POR CO2

la correlación de Waards y Milliams




CORROSIÓN POR CO2. PREVENCIÓN Y CONTROL .

a)Factores Metalúrgicos

CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONCORROSIÓN POR CO2.

PREVENCIÓN Y CONTROL .



b) USO DE INHIBIDORES DE

CORROSION

TRATAMIENTO QUIMICO: INHIBIDORES.

En general, los inhibidores en su acción superficial varían la velocidad de las reacciones de oxidación-

reducción entre el metal y el medio oxidante.

La forma en que esto se realiza, o sea el mecanismo de acción puede variar en dependencia de la

naturaleza del inhibidor, sus propiedades químicas, las características del metal y el medio corrosivo.

• TIENEN EN GENERAL LAS SIGUIENTES MECANISMOS DE ACCION :

–Formar por adsorción una película en la superficie de la tubería.

–Inducen la formación de productos de corrosión protectores.

INHIBIDORES. PROPIEDADES

◊ Están diseñados en función del tipo de fluido a los que serán expuestos, ya que su misión es “IR” hasta la superficie a proteger (acero) sobre la cual se adsorbe el aditivo (iónico o moléculas polares) para formar una película de protección contra el electrolito.

¿Cómo funcionan?

“No existe un inhibidor que funcione para todas las

aplicaciones”

INHIBIDORES CLASIFICACION

INHIBIDORES

Inhibidores mas usados en la industria petrolera

Para la protección interior TUBERIAS la familia de inhibidores más utilizada es la de los INHIBIDORES ORGANICOS QUE ACTÚAN POR ADSORCIÓN O FÍLMICOS.

Este tipo de compuestos se adsorben sobre la superficie del metal formando películas delgadas que resultan de la atracción física o química entre el compuesto y la superficie del metal.

Su nivel de protección depende tanto de su concentración lo que garantiza una adecuada cobertura de la superficie, como de la fuerza de atracción entre el metal y el compuesto.

Las barreras de inhibidor formadas son hidrofóbicas, las cuales rechazan la fase acuosa que contiene las especies corrosivas.



◊ Su molécula tiene dos secciones de diferentes propiedades. Un extremo es un grupo polar, la cadena misma es no polar.

INHIBIDORES ORGÁNICOS

•INHIBIDORES ORGANICOS Los grupos funcionales se absorben a la superficie metálica

por fuerzas físicas y químicas o específicas. Entre las primeras están las electrostáticas, de Van der Vaals, de inducción y otras. La adsorción química se efectúa mediante de intercambio de

pares electrónicos entre el absorbente, preferentemente por donación de pares electrónicos del inhibidor a los pares orbitales incompletos de los metales . La parte de la cadena de la molécula que se orienta como

repelente de agua ( velo hidrofóbico) , es normalmente un hidrocarburo de cadena lineal abierta. Mientras más larga es la cadena, mejor repele el agua;.


Inhibidores mas usados en la industria petrolera

Es importante recalcar que las películas formadas por el inhibidor no son estáticas, sino dinámicas. Lo que significa que moléculas de películas se desadsorben y otras toman el lugar dejado libre.

Es un continuo intercambio que explica la razón de la necesidad de tener un residual de productos, que se ocupa de mantener la película.

Debido al mecanismo envuelto, estos inhibidores deben aplicarse por inyección continua para garantizar la permanencia de la película protectora.

Grado de cubrimiento El grado de cubrimiento depende fundamentalmente de la naturaleza del inhibidor y de su concentración en el seno de la solución.

a) Concentración baja b) Concentración alta



◊ Son compuestos químicos de aminas derivadas de hidrocarburos alifáticos o cíclicos, ◊Su principal medio de acción es adsorberse en la superficie metálica para formar una barrera que impida su reacción con el medio.

INHIBIDORES ORGÁNICOS

◊ Los inhibidores típicos en los campos petroleros son orgánicos, catiónicos y químicos basados en compuestos nitrogenados (aminos)

IMIDAZOLINA → FILMICOS



C) USO DE COCHINOS DE

LIMPIEZA

Limpieza interior de las tuberías. Uso de cochinos :

◊ Para que los inhibidores de corrosión puedan ser mucho más efectivos, se requiere que todos aquellos depósitos bien sean de arena, carbonatos, etc., sean removidos y garantizar un grado de limpieza a lo largo de la vida de la tubería. ◊ Esto implica que se debe tener un programa periódico de limpieza mediante el uso de las herramientas más adecuadas



• Gas incoloro y venenoso; olor a huevo podrido

• A menudo se llama corrosión "ácida"

• El H2S es soluble en agua y se comporta como un ácido débil causando un ambiente muy corrosivo y generando picadouas.

• Presente en el gas natural; también se forma por la actividad microbiana (bacterias reductoras de sulfato - [SRB]).

CORROSIÓN POR SULFURO DE HIDRÓGENO (H2S)

CORROSIÓN POR SULFURO DE HIDRÓGENO (H2S)

Se forma capa negra de sulfuro de hierro (FeS) (productos de corrosión).

La corrosión puede ser tanto general como localizada.

corrosión general: el producto de corrosión es generalmente delgado, relativamente blando y negro opaco.

corrosión localizada: picaduras y agrietamiento.



Común sistemas de transporte de gas y crudo



UNA CORROSIÓN EN LA SUPERFICIE donde la interacción metal/ambiente produce una disolución del Fe y se forman productos de corrosión FeS

UNA DEGRADACIÓN (AGRIETAMIENTO) EN EL VOLUMEN DEL MATERIAL, ejm sulfide stress cracking SSC

MORFOLOGIA DE DAÑO

CORROSIÓN POR SULFURO DE HIDROGENO (H2S)


Absorción de hidrógeno en ambientes ácidos en aceros. Fuente: Asencio K.,Diseño de un Sistema de Monitoreo de Corrosión Interna. 2006

MECANISMO CORROSIÓN POR H2S

Etapa I: El sulfuro de hidrogeno gaseoso (H2S) se disuelve en agua donde ocurre una doble disociación, proceso que ocurre, según lo siguiente:

Etapa II: En esta etapa ocurre, la disolución del hierro en la interfase metal/electrolito

Etapa III: Los cationes Ferroso (Fe+2) reaccionan para formar Sulfuro Ferroso.


-2

Fe+2 + 2H+ +S-2 +2e- →FeS + 2H


CARACTERISTICAS DEL PRODUCTO DE CORROSIÓN

El sulfuro de hierro (FeS) producido por esta reacción generalmente se adhiere a las superficies del acero como polvo o incrustación negra.

Este producto de corrosión tiende a causar la aceleración local de la corrosión porque el FeS es catódico para el acero y puede producir picaduras profundas en donde hay roturas en la capa.

El solido de FeS, cuando no se humecta con hidrocarburos o agua, pueden ser pirofóricos (combustión espontánea) cuando se exponen al aire


Efecto del PH y Presión parcial de H2S sistema



Concentración de H2S y presión total Contenido de agua libre

pH del medio

Temperatura

Esfuerzos de tensión aplicados y residuales

Tiempo

FACTORES QUE FAVORECEN LA CORROSIÓN POR H2S

NACE MR 0175-2000

PREDICCIÓN DE CORROSIÓN POR H2S

Pp(H2S)= Pt * ppm H2S / 1x106

Pt: Presión total del Sistema (psi)

Pp(H2S): Presión Parcial de H2S

ppm: Partes por millón

Presión Parcial H2S(PSI) Corrosividad

0,015-0,05 Susceptible a agrietamiento por hidrógeno

0,05-0,10 Susceptible corrosión bajo tensión inducida por sulfuros

>0,10 Corrosión general

Fuente: Norma NACE MR-0175 (PpH2S)

CORROSIÓN POR H2S. NACE MR0175

Prediccion de ocurrencia Nos permite estimar si habrá fallas por corrosión por H2S. Componentes de equipos expuestos a ambientes ácidos , segun norma fluidos que contienen

H2S en cantidades por encima de 0,05 psia de su presión parcial




LA PRESENCIA DE CO2 Y H2S en un medio acuoso, es capaz de producir graves daños por corrosión, pero la combinación de los mismos puede acelerar la velocidad de corrosión y la criticidad del daño esperado.

CORROSIÓN COMBINADA CO2/H2S


ES IMPORTANTE EL EFECTO DEL H2S en la corrosión por CO2 y su comportamiento, ya que pueden formarse películas de productos de corrosión en forma competitiva entre el Sulfuro de Hierro (FeS) y Carbonato de Hierro (FeCO3), lo que puede acelerar o disminuir la velocidad de corrosión en función de la temperatura, concentración del agente corrosivo y presión.

CORROSIÓN COMBINADA CO2/H2S

200)()(

2

2 ≥SHP

COP

p

p

( )( )

2

2

200p

P

P COP H S

<

CORRELACIÓN DE KANE

Corrosión por CO2

Corrosión por

H2S



Donde: Pp(CO2): presión parcial del CO2 (lpca) Pp(H2S): presión parcial del H2S (lpca).


EL OXIGENO O2 Gas inodoro e incoloro

Puede encontrarse en los sistemas de gas natural que contenga agua , en circunstancias en las que se introduce oxígeno (O2) y se observan a menudo incrementos significativos en la corrosión general.

El O2 se introduce típicamente en áreas de succión (ej., bombas) donde el aire es arrastrado hacia el equipo de proceso, tratamiento o manejo de gas.

Actúa como agente oxidante: causa oxidación del acero de la tubería,

Fe ---→ Fe+2+ 2e- y O2 + 4H+ + 4e- ---→ 2H2O – Incrementa la corrosión general

– Puede aumentar las picaduras en presencia de CO2 y H2S

“Método práctico”: las concentraciones mayores de 0.05 ppm medido en agua se consideran corrosivas.

También se deben considerar los flujos turbulentos en restricciones, codos, etc. que puede acelerar la corrosión por O2.



Mediciones de la velocidad de corrosión del acero al carbono expuesto a diferentes concentración de los gases O2, CO2 y H2S disuelto en el agua, muestran que O2 es alrededor de 80 veces más corrosivo que el CO2 y 400 veces más corrosivo que el H2S.

25 ºC=76 ºF 5-7 dias

2-5 g/l NaCl <50 ppm HCO3

MECANISMOS DE DEGRADACIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA:



Corrosión en la Industria Petrolera ALGUNOS “TIPS”

• CADA ppm DE CO2 DISUELTO EN AGUA PRODUCE 0,5 mpy

• CADA ppm DE O2 + CADA ppm DE CO2 PRODUCE 20 mpy

• CADA ppm DE O2 + CADA ppm DE H2S PRODUCE 10 mpy


ANÁLISIS DE FALLA DE LA TUBERÍA DE FLUJO DE UN

POZO

CASO PRACTICO

INTRODUCCIÓN

FALLA

TUBERÍA DE FLUJO DEL POZO ORS - 62I

•Crudo liviano

•Tramo afectado (aproximado): 5.30 mts

Orificio, ubicado en la hora 6 (respecto a las manecillas del reloj) de aproximadamente de 0.40 pulgadas.

Detalle Severos daños por corrosión interna

h 3

h 12

h 9

h 6 Sentido de flujo

CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA TUBERÍA DEL POZO

Condiciones de elementos corrosivos

% CO2 3ppm H2S 10

Producción de crudo(BPD)

707

°API 33

Temperatura de línea (°F) 124

Presión de Línea (psi) 555

Agua y Sedimentos (%) 0.7

Inicio de producción 19-08-2000 Características de la Tubería

Material: API 5LB

Diámetro:6 pulgadas

Espesor: 0.280 (SCH 40)

Revestimiento Externo: Epóxico (FBE)

INSPECCIÓN VISUAL

Cara interna, coalescencia de las picaduras y formación de la picadura pasante.

ZONAS DE LA FALLA EN LA TUBERÍA DE LÍNEA DEL POZO ORS 62-I

Cara externa, dos picaduras.

A B

Se evidencia la penetración de la picadura en el espesor de la tubería.

Zona de falla

Se observan picaduras en toda la extensión de la superficie.

INSPECCION CON LUPA ESTEREOSCOPICA 60x

INSPECCION CON LUPA ESTEREOSCOPICA 60x

A B

Numerosas picaduras y presencia de canales orientados en la dirección del flujo.

Superficie interna de la tubería lejos de la picadura pasante

Corrosión localizada y productos de corrosión (zonas blancas).

MICROSCOPIA ÓPTICA

Microestructura típica de los aceros al carbono. Fase Blanca (ferrita), fase oscura (perlita). Correspondiente a aceros grado B para la fabricación de tuberías de línea de flujo.

Nital 100X

ANÁLISIS DE RESULTADOS: MECANISMO DE CORROSIÓN

Pp CO2 / Pp H2S = 17/ 0.005 = 3400 >200

⇒CORROSION POR CO2 PREDOMINA

CRITERIO DE KANE:

Pp CO2 / Pp H2S mayor de 200 ⇒ Corrosión por CO2

Pp CO2 / Pp H2S menor de 200 ⇒ Corrosión por H2S

CORROSIÓN POR CO2

Presión (psi)

CO2 (%)

H2S (ppm)

Pp CO2

(psi) Pp H2S

(psi)

555 3 10 17 0.005

CONCLUSIONES

La falla ocurrida en la línea del pozo fue a consecuencia del mecanismo de

corrosión por CO2.

El mecanismo de Corrosión por CO2 fue influenciado progresivamente por

los factores corrosivos, como consecuencia la formación de picaduras y

disminución del espesor de pared de la tubería.

De los resultados obtenidos tanto por los análisis metalográficos, se

puede decir que la microestructura del acero de la tubería grado B se

corresponde según la norma API 5L.

RECOMENDACIONES

2) Verificar que se realicen periódicamente las mediciones

de los parámetros CO2 (%) y H2S (ppm), influyentes en el

proceso de corrosión.

3) Reemplazar los tramos de tubería con el revestimiento

externo adecuado y de acuerdo a la criticidad de las líneas de

flujo.

1) Iniciar un programa de protección contra la corrosión mediante la inyección de química anticorrosiva.

CORROSIÓN LOCALIZADA POR SULFURO DE HIDROGENO (H2S)

Además de corrosión general se pueden presentar otros CUATRO TIPOS DE CORROSIÓN LOCALIZADA AGRIETAMIENTO por H2S que se manifiestan como :

1. Agrietamiento Inducido por Hidrogeno (HIC).

2. Agrietamiento Inducido por Hidrogeno orientado por esfuerzos (SOHIC).

3. Agrietamiento por Corrosión Bajo Tensión en presencia de Sulfuros(SSCC).

4. Ampollamiento por Hidrogeno



En estos tipos de corrosión el hidrogeno desprendido de la reacción catódica se desplaza dentro del material y se aloja en las imperfecciones que este pueda tener, bien sea desde su proceso de fabricación o por alguna deformación producida en el momento de instalación del equipo.

La diferencia fundamental entre estos tipos de corrosión es que una se produce en presencia de esfuerzos (SSCC) y la otro no (HIC)






Agrietamiento Inducido por Hidrógeno (HIC)

• El Hidrógeno en el acero reduce la ductilidad tensil y causa fallas prematuras bajo cargas estáticas.

• Solamente unas pocas partes por millón de hidrógeno son necesarias para fragilizar al acero.

1.- AGRIETAMIENTO INDUCIDO POR HIDRÓGENO (HIC)

Hidrógeno atómico difunde a través de la red cristalina y al unirse forma H2 produciendo agrietamiento.

Este tipo de ataque es promovido por pH ácidos, temp entre 50° y 95°F trabajo en frio, presiones parciales de H2S > 0,015 psi.

Nucleación de microgrietas por hidrógeno molecular acumulado






Absorción de hidrógeno en ambientes ácidos en aceros. Fuente: Asencio K.,Diseño de un Sistema de Monitoreo de Corrosión Interna. 2006

HIC CENTRO DEESTUDIOS DECORROSION

Agrietamiento Inducido por Hidrógeno



• Mecanismo Básico

H2(gas)

Adsorción Física

Adsorción química disociativa




• Mecanismo Básico

H2(gas) Difusión de Hidrógeno


OTROS TIPOS DE CORROSIÓN POR H2S

2.- AGRIETAMIENTO INDUCIDO POR HIDRÓGENO BAJO ESFUERZOS (SOHIC)

SIMILAR A HIC, SOLO QUE CON ESFUERZOS EXTERNOS APLICADOS.


DAÑOS POR HIDRÓGENO

Hydrogen Induced Cracking


3.- CORROSIÓN BAJO TENSIÓN EN PRESENCIA DE SULFUROS (SSC)

PRESIÓN PARCIAL DE H2S MAYOR O IGUAL A 0,05 psi

DUREZA SUPERIOR A 22 HRC

AGRIETAMIENTO DE UN MATERIAL POR LA ACCIÓN COMBINADA DE ESFUERZOS DE TENSIÓN Y EN PRESENCIA DE AGUA Y H2S.



CORROSIÓN BAJO TENSIÓN EN PRESENCIA DE SULFUROS (SSC)


3.- CORROSIÓN BAJO TENSIÓN EN PRESENCIA DE SULFUROS (SSC)

Depende de factores, como: Temperatura, presión parcial de H2S, velocidad del fluido y pH de la solución.

Por otra parte, las características intrínsecas del material, tales como la composición química, las propiedades mecánicas y la microestructura tienen también un efecto importante.


FALLA POR CORROSIÓN BAJO TENSION


FALLA POR CORROSIÓN BAJO TENSION UN CASING

Corrosión Bajo Tensión


CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONPREVENCION

Consideraciones de diseño contra la Corrosión Bajo Tensión



METODOS DE PREVENCION

Uso de acero limpio, eliminar poros, microgrietas, huecos Uso de recubrimientos. Estos pueden ser metálicos,

inorgánicos y orgánicos. (El hidrógeno difunde poco o nada a través de esos recubrimientos).

Uso de inhibidores. Estos inhibidores reducen la velocidad de corrosión y de allí la reducción del hidrógeno.

Eliminación de sulfuros, compuestos arsénicos, cianuros y compuestos de fósforo, del ambiente. Estos compuestos tienen la tendencia a promover la formación de H2S(gas).

Sustitución por aleaciones más resistentes. Aceros de alto contenido en níquel y aleaciones de base níquel tienen velocidades de difusión de hidrógeno muy bajas.



AMPOLLAMIENTO INDUCIDO POR HIDRÓGENO

Puede ser visto como un caso especial de fragilización por hidrógeno. El fenómeno de ampollamiento tiene como

origen, la recombinación del hidrógeno (2H+ + 2e- ⇒ 2H2) cerca de la superficie del material metálico, produciendo deformación de la misma con forma de ampolla.

El ampollamiento es mas común en aleaciones o metales de baja resistencia que han sido expuestos a condiciones de carga de hidrógeno.



AMPOLLAMIENTO INDUCIDO POR HIDRÓGENO



Ampollamiento Inducido por Hidrógeno • Mecanismo Básico H2(gas)

Adsorción Física



Ampollamiento Inducido por Hidrógeno

• Mecanismo Básico H2(gas)

Adsorción Química Disociativa


CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONAmpollamiento Inducido

por Hidrógeno

• Mecanismo Básico H2(gas)

Difusión de Hidrógeno



Ampollamiento Inducido por Hidrógeno • Mecanismo Básico

H2(gas)

Formación de Ampollas




• PREVENCIÓN

– Fenómeno superficial

– Fuente: Hidrógeno absorbido del ambiente.

– Minimizar Hidrógeno en la superficie

• Inhibidores de Corrosión

• Evitar protección catódica y acoples galvánicos.




Uso de aceros con bajos niveles de impurezas (sulfuros y fosfuros). Modificación del ambiente para reducir la cantidad de hidrógeno. Utilizar recubrimientos que sean compactos y poco

porosos. Empleo de inhibidores de corrosión. Evitar el exceso de protección catódica o sobreprotección,

ya que esta conlleva a la reducción de los iones de hidrogeno y a la formación de hidrogeno atómico.

Usar prácticas adecuadas durante la soldadura.



EL DESGASTE es definido como la pérdida progresiva de un material de la superficie operativa de un cuerpo que ocurre como resultado del movimiento relativo entre superficies.

ESTA PÉRDIDA PROGRESIVA DE MATERIAL PUEDE RESULTAR DE UNA INTERACCIÓN MECÁNICA ENTRE DOS SUPERFICIES EN CONTACTO y SI HAY presencia de un medio corrosivo ⇒ DESGASTE-CORROSIVO

Ataque Relacionado con la Velocidad/Flujo –DESGASTE-EROSION


ATAQUE RELACIONADO CON LA

VELOCIDAD/FLUJO CUATRO TIPOS DE ATAQUE RELACIONADO CON

FLUJO:

1. Erosión

2. Erosión - corrosión

3. Choque o Impacto

4. Cavitación

•Ocurre mayormente en ÁNGULOS, ESQUINAS, CODOS, VÁLVULAS Y BOMBAS. Dicho daño ocurre en un tiempo relativamente corto.


ATAQUE RELACIONADO CON LA

VELOCIDAD/FLUJO • Conlleva a Pérdida de metal

– Puede deberse a un efecto mecánico solamente(EROSION)

– Puede ser una combinación de daño mecánico y corrosión (Desgaste EROSION-CORROSION)

• En la mayoría de los casos de combinación, la acción mecánica causa daño a la película protectora de óxido o depósitos.

• Este daño resulta en la exposición del metal desprotegido abajo y por consiguiente la corrosión.

• Los daños son mas severos en fluidos multifasicos.

•Ocurre mayormente en ÁNGULOS, ESQUINAS, CODOS, VÁLVULAS Y BOMBAS. Dicho daño ocurre en un tiempo relativamente corto.


Se produce cuando el movimiento del medio corrosivo sobre la superficie metálica incrementa la velocidad de ataque debido a desgaste mecánico y a la presencia de un medio corrosivo.

Proceso de corrosión acelerado por el movimiento relativo del medio y la superficie metálica.

CARACTERÍSTICAS GENERALES EROSION -CORROSION


Esta acción es acelerada si en la corriente del fluido se encuentran presentes sólidos suspendidos o gases contaminados

Causa la desaparición local de capas protectoras, dando lugar a procesos de corrosión intensos.

La intensidad del ataque aumenta con la velocidad del fluido hasta alcanzar un valor máximo.

CARACTERÍSTICAS GENERALES EROSION -CORROSION



MECANISMO OPERANTE EN LA CORROSIÓN EROSIÓN

• Inicialmente casi todo material posee una capa protectora sobre la superficie metálica.

• La capa se remueve mecánicamente por los efectos abrasivos de un fluido a alta velocidad.

• Hay presencia de un daño mecánico, debido a la erosión del metal por la interacción de las partículas sólidas.

• El metal queda expuesto al medio corrosivo y se produce la corrosión erosión.

CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONCORROSIÓN –EROSION

Corrosión Localizada Inducida por el Flujo (FILC)


Corrosión que es afectada por la turbulencia del fluido Ocurre en sitios de pared de tubería donde existan discontinuidades o obstrucciones en el flujo como: juntas, soldaduras, conexiones, . Se forman microtubulencias locales que incrementan el transporte del fluido hacia la pared e la tubería y viceversa. Estas microturbulencias causan socavación local del metal y ocurre la falla


CARACTERISTICAS GENERALES DEL DAÑO POR EROSION- CORROSIÓN.

ASPECTOS MORFOLOGICOS

• Tiene la apariencia de picaduras poco profundas de fondo terso y el ataque puede presentar también una distribución direccional.

MORFOLOGIA DE DAÑO POR EROSION ¿COMO SE VE?

CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONASPECTOS MORFOLÓGICOS

CARACTERISTICOS DE LA CORROSIÓN EROSIÓN

• Aspectos morfológicos a nivel macroscópico

Depresiones en forma de herradura formadas sobre la superficie interna de un tubo de cobre

Modelo de erosión en forma de cola de cometa sobre cobre


CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONASPECTOS MORFOLÓGICOS

CARACTERISTICOS DE LA CORROSIÓN EROSIÓN

• Aspectos morfológicos a nivel macroscópico

Modelo de corrosión erosión parecido a una duna en el final de admisión de un tubo de

acero

Depósitos en forma de herradura formadas por corrosión erosión



CARACTERÍSTICAS. Aspecto de la superficie ondulada con hendiduras. Picaduras. Valles y crestas.

Generalmente estas características se presentan en la dirección del avance del fluido corrosivo.

MORFOLOGIA DE DAÑO ¿COMO SE VE?

CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONCARACTERISTICAS GENERALES DE

LA CORROSIÓN EROSIÓN

Superficie con “patrón de duna” , causado por presencia de arena en el fluido




Resulta del flujo turbulento o choque de un fluido ( a 90°) contra una superficie metálica generando un desgaste mecánico severo,

Agravado si el medio es corrosivo + presencia de partículas solidas + gases presentes .

Falla por erosión y/o por impacto de un codo en una línea

CHOQUE -IMPACTO: Liquido y Solido



EFECTO DE LOS FACTORES AMBIENTALES EN LA CORROSIÓN EROSIÓN

Efecto del Fluidos y efecto de las partículas

EFECTO DEL FLUIDO, se debe considerar:

Velocidad del fluido

Angulo de impacto del fluido

Corrosividad del fluido

Temperatura del sistema

pH del fluido

Densidad y viscosidad del fluido Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO



CORROSION - EROSION

– VELOCIDAD.

• Como en el proceso de corrosión bajo erosión se involucra un movimiento relativo entre el metal y su medio, la velocidad de movimiento de ese medio juega un rol importante en el proceso. La velocidad influye generalmente en los mecanismos de corrosión.

• La tabla 1 muestra el efecto de la velocidad sobre una variedad de metales y aleaciones expuestas al agua de mar.


Corrosión erosión de diversos metales y aleaciones en agua de mar en movimiento, a diferentes velocidades

Material Tasa típica de corrosión (mdd) 1 pie/seg 4 pie/seg 27 pie/seg

Acero al carbono 34 72 254 Cast iron 45 - 270 Silicon Bronze 1 2 343 Admiralty brass 2 20 170 Hidraulic bronze 4 1 339 Bronze G 7 2 280 Bronce Al (10%Al) 5 - 236 Aluminium brass 2 - 105 90-10 Cu Ni (0,8%Fe) 5 - 99 70-30 Cu Ni (0,05%Fe) 2 - 199 70-30 Cu Ni (0,5%Fe) < 1 < 1 39 Monel < 1 < 1 4 Acero inoxidable 1 0 < 1 Hastelloy C < 1 - 3 Titanium 0 - 0


Fuente: Fontana, M. (1978). CORROSION ENGINEERING, (2da ed.).



CORROSION - EROSION

PATRON DE FLUJO

– En sistemas monofásicos los esfuerzos de corte que ejerce el fluido en la superficie del metal son muy bajos para remover la película protectora

– Los daños son mas severos y frecuentes en flujos multifasicos, donde la fase liquida en forma de flujo Tapon(Slug) chocan contra la superficie del metal ocasionando altos esfuerzos en los puntos de contacto. La magnitud de los esfuerzos depende la velocidad del fluido, por lo que hay que controlarla.




CORROSION - EROSION TURBULENCIA.

– Muchas fallas de corrosión bajo erosión se producen a causa de la existencia de turbulencia en el pasaje del fluido.

– Esto ocasiona un contacto mas intimo del metal con el medio corrosivo y un efecto de abrasión mecánica, debido a que hay una agitación del liquido en contacto con la superficie metálica,


CORROSION - EROSION

Turbulencia en una esquina o codo.

Efecto de un saliente , en un flujo al causar turbulencia.


CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONCORROSION - EROSION


Turbulencia sobre un “escalon” o caida.

Turbulencia sobre una hendidura o canal.



EFECTO DE LAS PARTICULAS , se debe considerar:

Las velocidades relativas de las partículas

El ángulo de impacto;

La masa, el tamaño, distribución de tamaño, la forma, la dureza, y la composición de las partículas

La densidad de número de las partículas en el fluido de transporte o la frecuencia de impacto;


EFECTO DE LOS FACTORES AMBIENTALES EN LA CORROSIÓN EROSIÓN




Ejm. de Corrosion-Erosion

III. Producción en el pozo.

El árbol de navidad es la última sección del cabezal de un pozo, el cual tiene como función mantener el control del mismo y reducir la presión a través del reductor que se encuentra alojado en la caja de choque,



CORROSION EN INSTALACIONES DE SUPERFICIE. CABEZALES DE POZO • Las altas velocidades y la

turbulencia producida previenen cualquier formación de productos de corrosión que pudiera protegerlo.

• Arbolitos de navidad son en particular muy susceptibles al fenómeno de corrosión inducida por el flujo

• El daño se intensifica mas si los flujos producidos contienen arena, CO2, H2S y H2O.

Arbolito de navidad


CORROSIÓN –EROSION Corrosión Localizada Inducida por el Flujo (FILC)


CAJA DE CHOKE

Corrosión Localizada Inducida por el Flujo (FILC) CABEZAL

Corrosión Localizada Inducida por el Flujo (FILC)

EN CONEXIONES DE NIPLES

CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONMETÓDOS DE PREVENCIÓN PARA

LA CORROSIÓN EROSIÓN

• Reducir la velocidad y la turbulencia del fluido

• Disminución de partículas sólidas en el fluido (filtros)

• Eliminación de obstrucciones.

• Selección de materiales

• Disminuir la Corrosividad del medio

• Empleo de inhibidores.

• Protección catódica

• Recubrimientos y Tratamientos Superficiales

• Aumentar espesor para fortalecer áreas vulnerables




POSIBLES SOLUCIONES A LA EROSION-CORROSION

SOLUCIÓN SI LA PLANTA EXISTE SI LA PLANTA NO EXISTE

Reducir velocidad Si, pero no es económico Si, pero incrementa el área de flujo

Asegurar geometría favorable: limitar penetraciones soldadas, curvas estrechas, pasos en los bordes

Generalmente no es posible Buena práctica para minimizar problema

Usar material más grueso Si, cuando se hacen reemplazos por fallas, pero un material más resistente es una mejor opción

Si, pero un material más resistente es una mejor opción

Usar material diferente Si, cuando sea compatible al reparar la zona fallada Generalmente es posible

Use insert ( cerámicos) A veces, por ejemplo: a la entrada de tubos, pero no se deben introducir restricciones

Aplicar capas o recubrimientos orgánicas o metálicas

Si, cuando el acceso sea posible, y permita aplicar uniformidad de capas.

Podría ser la solución más económica.

Modificar el ambiente Generalmente es posible, pero los costos sueles ser excesivos

Si no está disponible un material conveniente.

Aplicar protección anódica o catódica

Si, es posible y provee protección suficiente.

FUENTE: Sheir, L.; Jarman, R. y Burstein, G.. (1994). CORROSIÓN. VOL 1 METAL/ENVIROMENT REACTIONS.

MÉTODOS DE PREVENCIÓN Disminuir la velocidad del fluido .En el diseño de unidades de

proceso químico, se debe mantener las velocidades de flujo bajas, en la región de flujo laminar si es posible


CORROSION - EROSION

• Métodos para combatir la corrosión-erosión.

• Seleccionar aleaciones resistentes de elevada

dureza. • La resistencia de los metales a la erosión-

corrosión depende de la composición química, resistencia mecánica y dureza de los mismos; así como la resistencia a la corrosión y la condición metalúrgica respectiva.

• Materiales resistentes a la corrosion-erosion: hierro fundido con alto contenido de sílice, carburo de tungsteno etc.


CORROSION - EROSION

Con un correcto diseño en algunos casos pueden eliminarse completamente las condiciones de ataque. Ej.: aumento del diámetro de las cañerías, ángulos de los codos y espesor del material en las zonas vulnerables.

Cambios en formas y geometria para disminuir velocidad, Eliminar turbulencias, flujo laminar. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

Correcto diseño.


CORROSION - EROSION Correcto diseño.

CORROSION - EROSION

Recubrimientos. Este es uno de los métodos mas empleado de

combate anticorrosivo. Se usan recubrimientos de varios tipos para producir una barrera entre el metal y el medio corrosivo, pero este no resuelve los problemas en la mayoría de los casos.

Recubrimientos duros cerámicos





Posibles soluciones ante la erosion-corrosión

SOLUCIÓN SI LA PLANTA EXISTE SI LA PLANTA NO EXISTE

Reducir velocidad Si, pero no es económico Si, pero incrementa el área de flujo

Asegurar geometría favorable: limitar penetraciones soldadas, curvas estrechas, pasos en los bordes

Generalmente no es posible Buena práctica para minimizar problema

Usar material más grueso Si, cuando se hacen reemplazos por fallas, pero un material más resistente es una mejor opción

Si, pero un material más resistente es una mejor opción

Usar material diferente Si, cuando sea compatible al reparar la zona fallada Generalmente es posible

Use insert (Usar enartes, ceramicos)

A veces, por ejemplo: a la entrada de tubos, pero no se deben introducir restricciones

Aplicar capas o recubrimientos orgánicas o metálicas

Si, cuando el acceso sea posible, y permita aplicar uniformidad de capas.

Podría ser la solución más económica.

Modificar el ambiente Generalmente es posible, pero los costos sueles ser excesivos

Si no está disponible un material conveniente.

Aplicar protección anódica o catódica

Si, es posible y provee protección suficiente. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

FUENTE: Sheir, L.; Jarman, R. y Burstein, G.. (1994). CORROSIÓN. VOL 1 METAL/ENVIROMENT REACTIONS.

VIDEO


ESTE AUMENTO DE VELOCIDAD CONLLEVA A UNA PÉRDIDA DE PRESIÓN. Si esta pérdida de presión esta por debajo de la presión de saturación del fluido, parte de éste produce burbujas de vapor que buscan zonas de mayor presión donde colapsan bruscamente.

Cavitación procede del latín “cavus”, que significa espacio hueco o cavidad. En los diccionarios técnicos se define como ‘la rápida formación y colapso de burbujas en zonas de muy baja presión en un flujo líquido.

EL FENÓMENO DE LA CAVITACIÓN APARECE CUANDO A UN LÍQUIDO que fluye a través de una tubería se le estrangula el paso mediante cambio de sección transversal.

CAVITACIÓN


Daños por Cavitación CARACTERISTICAS

La formación y colapso de burbujas de vapor en una interfase líquido-metal conduce a la destrucción de metal y la consecuente formación de picaduras.

Generalmente, los productos de corrosión llenan los pequeños huecos y picaduras, y sólo después de la respectiva limpieza se puede apreciar el daño sobre el metal.

NMECANISMO DE COLAPSO

MECANISMO

Colapso de una Burbuja con la subsiguiente Formación del Jet.


laS burbujas colapsan en la superficies de una valvula, la energía liberada arranca pequeñas partículas de material. Por otra parte cuando hay cavitación, se puede producir considerable ruido, haciéndose inservible una válvula.


DAÑOS POR CAVITACIÓN


Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO La cavitación ha conducido a la fragmentación nodular

Aspectos morfológicos a nivel microscópico

FACTORES INFLUYENTES A LA CAVITACIÓN

• Superficies rugosas. • Presión. • Velocidad del flujo. • Discontinuidades en las superficie. • Cambio brusco en la sección

transversal.


SOLUCIONES


La protección contra la cavitación debe comenzar con un diseño hidráulico adecuado del sistema, de tal manera que se eviten en lo posible las presiones bajas.

Si la cavitación es inevitable, lo que se puede hacer es tomar medidas que ayuden a reducir el desgaste

Cuando sea inevitable la presencia de la cavitación , el efecto sobre las superficies se puede reducir mediante el recubrimiento de materiales especiales de alta resistencia.

SOLUCIONES


CORROSIÓN HENDIDURA O POR AIREACIÓN

DIFERENCIAL

Ataque localizado que ocurre en áreas de acceso restringido DEL OXIGENO del ambiente circundante. Puede formarse debajo de pernos, arandelas, bridas y empaques.

•Puede ser metal-a-metal o metal-a-no metal. •Puede formarse bajo depósitos de residuos o productos de la corrosión.

Para que se presente la corrosión por hendidura, la hendidura debe ser muy cerrada, con dimensiones menores a un milímetro.


Corrosión Localizada: Corrosión Hendidura o

Bajo Depósitos

1

• Es un tipo de corrosión electroquímica localizada. • Se da en grietas, depresiones, roturas, uniones atornilladas,

juntas o empaquetaduras.

2

• Se da cuando en el medio hay diferentes concentraciones de oxigeno.

• Existe una hendidura llena de agua. La superficie adyacente a la hendidura también debe tener contacto con el agua.

• Típicamente la hendidura tiene un ancho de unas cuantas milésimas de pulgadas.

3

• La corrosión hendidura puede ocurrir en el contacto de superficies

• Metálicas y no metálicas. Ejemplo: contacto de un metal con un elemento de caucho, plástico, madera, concreto, etc.

• Es un proceso altamente peligroso. • El daño se manifiesta como picaduras que pueden variar en

cantidad, tamaño y forma.

Descripción de la corrosión por aireación diferencial

MECANISMOS

CORROSIÓN HENDIDURA

Donde hay mucho OXIGENO se produce un cátodo (reducción), según la reacción O2 (gas) + 2H2O + 4e- → 40H- ( medio basico)

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (medio ácido) y en aquellas regiones CON POCO SUMINISTRO DE OXÍGENO se comportan como ZONAS ANÓDICAS, es decir, donde ocurre la corrosión del metal, que en este caso es hierro:

Fe → Fe+2 + 2e-



Soldaduras, defectos de soldadura, caras de bridas, juntas

mecánicas y otras particularidades que forman hendiduras angostas pueden experimentar corrosión en áreas aisladas aunque el resto de la tubería esté libre de corrosión.

CORROSIÓN HENDIDURA sitios donde ocurre

Se presenta en grietas y oquedades de los sistemas de tuberías o en tanques donde se estancan pequeñas cantidades de líquidos, en las que la concentración de oxígeno es menor que en la masa del líquido.

IDENTIFICACION CORROSIÓN HENDIDURA

CORROSION HENDIDURA BAJO DEPOSITOS



CORROSIÓN BAJO DEPÓSITOS

Cubierta de depósito rota

Cubierta de depósito intacta

También se presenta en las estructuras metálicas parciales sumergidas en aguas naturales (lo mismo dulces que saladas). El ataque mayor se presenta en las zonas cercanas (por encima y por debajo) a nivel del agua o línea de flotación.


CORROSIÓN HENDIDURA O POR AIREACIÓN DIFERENCIAL

EN GENERAL, SE ha mostrado que los siguientes pasos son eficaces:

1. No use uniones remachadas. 2. Emplee prácticas de soldadura firme. Se debe minimizar la porosidad, y se requiere una penetración total. 3. Tome en cuenta el drenado del agua. 4. Pinte, engrase, suelde, o selle de otra manera las hendiduras conocidas antes de exponerlas al agua. 5. En las aplicaciones críticas, cubra los tornillos con tapas llenas de grasa. En algunos casos, se han usado materiales epóxicos para llenar tales tapas (con éxito limitado).


Adicionalmente, la corrosión hendiduras se puede reducir usando dos técnicas que se han usado con éxito en la corrosión por agua: LA INHIBICIÓN QUÍMICA Y LA PROTECCIÓN CATÓDICA.

CORROSIÓN PICADURA EN PRESENCIA DE

CLORUROS

Corrosión Picadura

CORROSION PICADURA

Es una forma de ataque la metal altamente localizada, y resulta en la formación de huecos o hollos de pequeño diámetro y cierta profundidad en el material, este tipo de corrosión es característica de los metales con comportamientos activo-pasivo y ocurre para determinadas aleaciones en determinados ambientes.

FALLAS CATASTROFICAS ALEACIONES SUSCEPTIBLES

Aceros Comerciales Aceros Inoxidables Aleaciones base Níquel Aluminio y Aleaciones de Aluminio Aleaciones de Titanio

LAS PICADURAS PUEDEN PRESENTARSE A CONSECUENCIA DE:

Inclusiones de metales o aleaciones más nobles que el metal

base, lo cual produce una corrosión galvanìca pequeña en forma de picaduras en el metal base.

Los depósitos de o capas de corrosión que dificultan el acceso de oxígeno a algunas partes del material metálico en relación con el resto, lo cual provoca celdas de concentración que ocasionan ataques localizados en pequeñas zonas y que en su parte más profunda perfora el material. Esta es la causa común de las picaduras en el hierro o acero al carbono no pasivado.

Ruptura de la capa pasiva de materiales pasivos, como consecuencia de la presencia de aniones de los halógenos Cl-, Br-, I- y algunos otros aniones como ClO- y ClO4-.

Mecanismo de la corrosión picadura en presencia de cloruros. Ruptura de la capa

pasiva de aleaciones activo-pasiva

Competencia entre el O2 y los iones oxidantes (Cl-,I-,B-,F-

Adsorción de los iones haluros sobre la superficie del metal

Debido al haluro adsorbido ocurre la rotura en forma puntual de la capa pasiva en el metal. , Disolución puntual del metal

NATURALEZA AUTOCATALITICA DE LA PICADURA

Una vez disuelta la capa pasiva: Fe→Fe+2 + 2e –

O2+ 2H2O+4e- → 4OH-

La concentraciones de iones metálicos positivos aumenta dentro de la cavidad lo que atrae inoes Cl- para mantener la electroneutralidad. Fe+2+Cl- → FeCl2 Hidrólisis de la sal dentro de la cavidad FeCl2+ 2H2O→Fe(OH)2↓ + 2H+Cl-

Conc. Cl- ↑3-10 veces y pH acidula (2-3)

FACTORES QUE AFECTAN

Medio Corrosivo: Cl- >, Br- > I- y acción destructiva ↑ con la concenctracion.

Temperatura: aumenta la densidad de picaduras

Velocidad del Fluido: CP es > en soluciones estancadas. La agitación < la CP

Aleantes en la composición química: Cr,Ni,Mo,N ↑ RCP.


Uso de inhibidores,como hidróxidos, cromatos a sales de silicatos. Diseño que procuren no mantener aguas estancadas por largos periodos de tiempo

Selección de Materiales adecuados para el ambientes específicos. Cr, Ni, Mo,Ni ↑ RCP

Protección Catódica aplicando sobre las estructuras metálicas un potencial mas negativo que el de picadura.




Ocurre cuando dos materiales diferentes, tanto en composición química, tratamiento térmico, diferentes en cuanto a sistemas de recubrimiento o pintura en cada material, etc., están en contacto y se encuentran ambos metales inmersos en un medio corrosivo.

CORROSIÓN GALVANICA

•Uno de los metales se comporta como ANODO y tiende a corroerse mientras que el otro metal se comporta como CATODO y no se corroe o se corroe muy poco.


CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONC o r r o s i ó n G a l v á n i c a

PRESENCIA DE ELECTROLITO

FORMA ACELERADA DE

CORROSION

C o r r o s i ó n G a l v á n i c a Aspecto morfológico

C o r r o s i ó n G a l v á n i c a



CORROSION MICROGALVANICA ENTRE DIVERSAS FASES DE UNA ALEACION

A A+n+ne – (anodo)

Catodo

2H+ + 2e- H2

Aspecto morfológico a nivel micro:

F A C T O R E S Q U E I N F L U E N C I A N A L A C O R R O S I O N G A L V A N I C A

Una gran diferencia en fuerza electromotriz “estándar” entre el material-ánodo y el respectivo material-cátodo AGRAVA LA CORROSION .


Supongamos que debemos acoplar Cobre y acero, quien seria el ánodo y cual el cátodo?



SERIE GALVANICA EN AGUA DE MAR⇒ Acero :ánodo y Cobre: cátodo


Una gran diferencia entre las áreas superficiales del material catódico y del material anódico. Mientras mayor área superficial catódica se tiene, mayor será la corrosión del material anódico P = Po ( 1 + Área del cátodo ) Área del ánodo

Relación de Área Ánodo grande con cátodo pequeño -- bueno Ánodo pequeño con cátodo grande -- malo


C) CONDUCTIVIDAD DEL MEDIO ELECTROLITICO:

La CG se agrava en Un medio muy conductor, es decir, muy electrolítico.

Mientras mayor conducción eléctrica se pueda efectuar, mayor números de áreas-cátodos y áreas-ánodos pueden interactuar entre sí, conduciendo esto a una mayor corrosión del material ánodo.



• VIDEO DE CORROSION GALVANICA EN UN FREGADERO DE COCINA


CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONM E T O D O S D E

P R E V E N C I O N



M E T O D O S D E P R E V E N C I O N

a) sin protección, b) protegido con recubrimiento, c) protegido con un aislante

M E TO D O S D E P R E V E N C I O N




CORROSIÓN POR

BACTERIAS O MICROBIOLÓGICA


CORROSIÓN POR BACTERIAS LA CORROSIÓN MICROBIOLÓGICA (MIC) representa un gran problema para numerosas industrias que manejan aguas especialmente la petrolera: Sistemas de aguas de enfriamiento Sistemas de aguas de inyección de pozos para recuperación secundaria Transporte de crudo y gas Tanques de Almacenamiento

CORROSIÒN INDUCIDA MICROBIOLOGICAMENTE (MIC)

ES EL DETERIORO DE UN METAL debido a los procesos (ingestión de nutrientes y eliminación de desperdicios) de microorganismos (principalmente bacterias, pero pueden incluir hongos, algas y protozoarios en ciertos ambientes).

Colonia de bacterias asociada con el producto de la corrosión, detectada por examen

microscópico fluorescente de una “réplica” de superficie

CORROSIÓN INDUCIDA MICROBIOLOGICAMENTE (MIC)

Debido a las actividades metabólicas de las comunidades microbianas, la interfase entre la superficie de metal y los organismos pueden ser física y químicamente alterados con estos organismos debido las reacciones que ocurren.

Las reacciones pueden producir ácidos (bacterias productoras de ácido [BPA]), alcoholes, amoníaco, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno (bacterias reductoras de sulfato [BRS]),que pueden corroer los metales



• Taponamientos de filtros, válvulas, sitios de estancamiento con la

Biomasa y/o Sulfuro de hierro.

• Corrosión Microbiológica (MIC).

• Incrementa la corrosión tipo picadura en equipos.

• Declinación anormal en la inyectividad del agua. Presión de línea se

incrementa por el taponamiento.

• Contaminación (Souring) de reservorios con Sulfuro de Hidrógeno.

• Degradación de polímeros o revestimientos.

• Estabilización de la emulsión. (favorece la clarificación)

• Incremento del costo total de operación

¿Que problemas causan las bacterias?





– La presencia de microorganismos forma una biopelícula que captura y acumula solidos ⇒Corrosión bajo depósitos .

– Los microbios rompen la capa pasiva protectora y aceleran el ataque corrosivo.

– MIC is ocurre en medios acuosos particularmente en zonas estancadas o de baja velocidad que promueven el crecimiento de las bacterias.

¿Cuáles son las bacterias más comunes encontradas en el campo petrolero?

Formadoras de Limo: (Aeróbicas / Anaeróbicas)

Anaeróbicas: (viven en ausencia de oxígeno)

Fijadoras de hierro: (depositan compuestos de hierro)

Ácido productoras: (producen ácidos orgánicos)

Sulfato Reductoras: (Metabolizan sulfatos para producir H2S

Sulfito Reductoras: (Metabolizan sulfitos)



ASPECTOS MORFOLOGICOS A NIVEL MACRO

CORROSIÓN POR BACTERIAS

Picaduras escalonadas

ASPECTOS MORFOLOGICOS MACROSCOPICO

A

A1

C B

B2

h 3

h 12

h 9

h 6 Sentido de flujo

Picadura de corrosión en soldadura circular, resultante de la actividad

microbiana

Picadura redonda producto de actividad bacteriana

ASPECTOS MORFOLOGICOS NIVEL MICROSCOPICO

Fotomicrografia de la sección transversal de la tubería cerca de la falla. Fuente: Unexpo

Superficie interna de la tubería luego de ser decapada. Fuente: Unexpo

Picadura interconectada. Semicírculo formado por actividad bacteriana. Fuente: Unexpo

MICROFOTOGRAFIA DE MEB SUPERFICIE AISI 304. 3500x

MICROFOTOGRAFIA DE MEB SUPERFICIE SAE 1020. 3500x

ASPECTOS MORFOLOGICOS LA BIOPELICULA

MICROFOTOGRAFIA DE MEB SUPERFICIE AISI 316. 3500x

CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONASPECTOS MORFOLOGICOS A

NIVEL MICRO

MICROFOTOGRAFIA DE MEB SUPERFICIE AISI 316L. 50x Y 300X

OBSERVANDOSE PICADURAS EN TODA LA SUPERFICIE ASOCIADA A LA PRESENCIA DE BSR DETALLE DE UNA PICADURA CON MORFOLOGIA CONCENTRICA MAS CON ANALISIS DE EDX.


ASPECTOS MORFOLOGICOS. NIVEL MIROSCOPICO

CARACTERISTICAS DEL ATAQUE BACTERIAL

CORROSIÓN POR BACTERIAS




Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC) Factores Críticos

a) MIC se encuentra generalmente en ambientes acuosos o

donde el agua es siempre o algunas veces presente, especialmente en condiciones de estancamiento o de bajo flujo lo que permite y / o promueve el crecimiento de microorganismos.

b) Debido a que existen varios tipos, los organismos pueden sobrevivir y crecer bajo condiciones severas, como la falta de de oxígeno, la luz o la oscuridad, la alta salinidad, rango de pH de 0 a 12, y las temperaturas de 0º C a 113ºC.

c) Los sistemas pueden ser "inoculados" /contaminados por la introducción de organismos que se multiplican en forma no controlada controlada.

CLASIFICACIÒN DE LAS BACTERIAS LAS BACTERIAS SE CLASIFICAN SEGÚN SUS REQUERIMIENTOS

DE OXÍGENO: LAS BACTERIAS AERÓBICAS, requieren aire u oxígeno para vivir.

LAS BACTERIAS ANAERÓBICAS, requieren un ambiente sin aire u oxígeno. Las bacterias que se unen a una superficie se clasifican como SÉSILES. Las bacterias que flotan libremente, suspendidas en un fluido se clasifican como PLANCTÓNICAS.

CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONBACTERIAS

ANAEROBICAS • Las bacterias Sulfato Reductoras que viven sobre la superficie

metálica de las estructuras enterradas y/o sumergidas, especialmente si el medio NO TIENE OXÍGENO Y ESTÁ PROVISTO DE SULFATOS, (suelo con alto contenido de minerales o fertilizantes).

Las Bacterias Sulfato Reductoras (BSR) han estado ampliamente asociadas a MIC, encontrándose en la mayoría de dichos sistemas formando consorcios bacterianos fuertemente adheridos a las superficies metálicas a través de biopelículas.

Biopelículas desarrollada sobre un cupón de acero en un sistema de tratamiento de agua de inyección de una industria petrolera, presentando la morfología típica de las BSR.

Superficie del cupón luego de la remoción de la Biopelícula.

200X

CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONBACTERIAS

ANAEROBICAS Toleran T: 4-80º C, optima: 30-40º C. pH: 5-9. Presión: un rango amplio. Estos micro-organismos “comen” el sulfato del medio y “botan” como desechos ácidos H2S, y/o H2SO4, los cuales disminuyen el pH del medio haciendo muy corrosivo el electrolito, ya que desprende o disuelve LA CAPA DE OXIDO DE HIERRO (especie de decapado) o el galvanizado respectivo

Debido a que estas bacterias habitan en sitios específicos del de la tubería o del suelo con características especiales (ningún oxígeno y alta concentración de sulfato), la corrosión tiende a ocurrir en esos espacios solamente y por ende, el resultado son picaduras y luego perforaciones en las paredes de las tuberías

MECANISMO OPERANTE CORROSIÓN ANAEROBICA (NO HAY PRESENCIA DE OXIGENO)

DESULFOVIBRIO. •Las condiciones anaerobias y pH entre 5-9 favorecen el crecimiento de bacterias reductoras de sulfatos (BSR), reducen el sulfato de los suelos a sulfuro en presencia de hidrogeno o de materia orgánica.

REACCION ANODICA

1. 4Fe-------->4Fe+2 +8e- (región anódica)

MECANISMO OPERANTE CORROSIÓN ANAEROBIA (NO HAY PRESENCIA DE OXIGENO)

8H2O--------------->8H+ +8OH-

La reacción de despolarización(consumen electrones , catódica) es la siguiente:

REACCIÓN CATÓDICA 8H+ + 8e- → 8 Hab

8 Hab + SO4= → 4 H2O + S = (producida por las bacterias)

PRECIPITACIÓN Fe+2 + S-2----------------->FeS (producto de la corrosión) 3Fe+2 + 8H+ -----------------> 3Fe(OH)2 + 2OH-(producto de la corrosión) REACCION GLOBAL: 4Fe +SO4

-2 +4H2O ------------->3Fe(OH)2+FeS+2OH-

El sulfuro ferroso

CORROSIÓN POR BACTERIAS AEROBICAS medios con presencia de oxigeno + pH ↓


LAS BACTERIAS AERÓBICAS pueden ser el origen de fuertes corrosiones. THIOBACILLUS

Por un lado, ocasionan la formación de ácido sulfúrico y, por otro, forman sobre el metal precipitados que, al quedar adheridos en forma aislada, originan procesos de aireación diferencial y, por lo tanto, de formación de picaduras.

Requieren azufre de forma elemental o combinada

3S +3O2+2H2O→2H2SO4

CORROSIÓN AEROBICA

Ocasionan la formación de ácido sulfúrico y forman sobre el metal precipitados originando procesos de aireación diferencial y, por lo tanto, formación de picaduras.

BACTERIAS FERRUGINOSAS

Se caracterizan por acumular hidróxido férrico Fe(OH)3 alrededor de sus células, lo que origina que en sus proximidades aparezcan zonas manchadas con el conocido color de la herrumbre.

La más conocida es la Gallionella.


TIPOS MAS COMUNES DE BACTERIAS

METODOS DE PREVENCIÒN Tratamiento químico. BIOCIDAS. Mantenimiento interno de la tubería. COCHINOS DE LIMPIEZA Mantener las velocidades de flujo superiores a los niveles mínimos. Minimizar zonas de estancamiento de líquidos. Monitoreo

•O

Biocidas

• Aditivo usado para controlar o exterminar microorganismos.

• Deben ser dirigidos a la fuente original de las bacterias en lugar de tratar toda la tubería .

• Evalúe todas las fuentes de líquidos para detectar la presencia de bacterias y determinar si la corrosión microbiana (MIC) es un problema.

• Recuerde que la presencia de bacterias por sí sola no indica que esté ocurriendo la MIC.

Clasificación de Biocidas

• Oxidantes

– Agentes de amplio espectro; normalmente no se usan en aplicaciones de campos petroleros

• No oxidantes

– Agentes más específicos y menos corrosivos

– Comunes para tuberías de petróleo y pueden agruparse por su modo de acción:

• Sobre el Metabolismo: aldehídos, THPS(sales de fosfonio cuaternario), compuestos de sulfuro( isotiazolina,metronitazola)

• Alteran o destruyen las membranas de la célula y sus paredes o afecta la capacidad de la célula de regular su ambiente interior. (aminas de película, Surfactantes)

Biocidas ampliamente utilizados:

INHIBICIÓN DEL CRECIMIENTO BACTERIANO



CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONComo hacer la Selección y

Aplicación de Biocidas

A TRAVES DE :

PRUEBAS DE LABORATORIO sobre exterminio (Kill Test) , simular las condiciones de campo para evaluar el rendimiento del biocida puede ser difícil o imposible. El aparato de prueba más fiable es el ambiente de operación.

LAS PRUEBAS DE CAMPO incluyen evaluación de la efectividad del biocida en las bacterias planctónicas , pero no indican con precisión la efectividad en poblaciones sésiles (es decir, biopelículas) a menos que se evalúen las bacterias sésiles.

CUPONES :como indicador final de la efectividad del biocida para indicar el ataque microbiano de superficies de metal. Típicamente, un cupón se instalaría corriente arriba de un sistema de inyección y otro cupón se pondría corriente abajo por el periodo de tiempo suficiente prescrito.

Aplicación de Biocidas • UBICACIÓN

– Se debe inyectar lo mas cercano posible a la fuente, para un resultado óptimo.

• Los BIOCIDAS pueden aplicarse

– por descargas (volúmenes grandes en una sola vez)

– inyección continua (velocidad prescrita).

• EL TIPO DE APLICACIÓN seleccionado depende de la naturaleza del problema y tipo de químico.

Aplicación de Biocidas • Inyección Continua

– Los químicos se agregan a la fase líquida existente

– Las concentraciones de dosificación típicas van de 50 a 250 ppm en la fase líquida

– La concentración de dosificación depende de la corrosividad y tipo de químico

• Tratamiento por Lotes - Carga

– Usados cuando se transportan niveles bajos de líquidos

– Los Batcheo a veces se aplican entre dos sesiones de mantenimiento con cochinos.

Métodos de aplicación de los Biocidas:

• Duración del tratamiento

– Tratamiento típicos por carga son 1 – 4 veces por mes basados en pruebas de concentración ¨Biocide Kill Test¨.

– Se recomienda combinar los métodos de inyección para una mejor eficiencia, realizando en principio un primer tratamiento por batch a elevada concentración para provocar un Shock en el sistema bacteriano.

Mantenimiento de las Instalaciones. COCHINOS

LIMPIEZA CON COCHINO: Para que los inhibidores y los Biocidas puedan ser mucho más efectivos, se requiere que todos aquellos depósitos bien sean de arena, carbonatos, etc., sean removidos y garantizar un grado de limpieza a lo largo de la vida de la tubería.

ESTO IMPLICA que se debe tener un programa periódico de limpieza mediante el uso de las herramientas más adecuadas




CORROSION FATIGA




• Es un fenómeno por el cual los materiales pierden resistencia CUANDO ESTÁN SOMETIDOS A CICLOS DE ESFUERZOS EN EL TIEMPO.

• ES UN FENÓMENO DE DEGRADACIÓN

PROGRESIVA de los materiales en estructuras que se encuentran sometidas a la acción de cargas y descargas sucesivas durante un número elevado de veces, que tienen un valor máximo menor al de la resistencia a la rotura del material

FATIGA




La Corrosión fatiga es el resultado de la acción combinada de un esfuerzo ciclico y un ambiente corrosivo.

CORROSION-FATIGA




FATIGA -CORROSIÓN



CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONFATIGA

• La vida de fatiga puede expresarse como el número total de ciclos de esfuerzos requeridos para que se inicie una grieta por fatiga y luego crezca lo suficiente para producir una falla catastrófica (separación de la muestra en dos o más piezas).




Marcas de Playa: Están centradas alrededor de un punto común que corresponde al origen de la grieta de fatiga. Indicadoras de un mecanismo de agrietamiento progresivo

Las marcas de playa pueden

ocurrir como el resultado de cambios en la carga o frecuencia o por la oxidación de la superficie de fractura durante períodos de desarrollo de la grieta por un servicio intermitente de la parte o componente.

MACROFRACTOGRAFIA- MORFOLOGIA




CENTRO DEESTUDIOS DECORROSIONMARCAS CONCHOIDALES





EN GENERAL, LAS MEDIDAS DE PREVENCIÓN DE CF INCLUYEN, TRES

ASPECTOS BÁSICOS:

1. Modificar el ambiente para hacerlo menos corrosivo: Modificación del proceso: cambio en el ambiente operativo (química del medio, temperatura, presión, ph), o incorporar un inhibidor.

Medidas Preventivas




2. Modificar el metal para hacerlo menos corrosivo:

CAMBIOS DE DISEÑO: intensidad del esfuerzo límite por debajo del valor crítico; eliminar curvaturas, flexiones abruptas y cambios de sección transversal que incrementen los esfuerzos; detener la periodicidad del esfuerzo; evitar maquinado grueso, rectificado, cizallamiento, punzonamiento ( Ptos. De Concentracion de esfuerzos), aplicar fuerzas de compresion residuales (Sand Blasting

CAMBIOS METALÚRGICOS: cambiar propiedades mediante aleación, tratamiento térmico, etc, para incrementar la resistencia a la fatiga,)


Medidas Preventivas




La adición de nitrógeno a los aceros inoxidables trae mejoras apreciables en propiedades tales como la resistencia a la corrosión generalizada, corrosión por picadura, corrosión sobre tensión y fatiga.

3.- Separar el metal del ambiente con una barrera física. Ejemplo: Utilizar recubrimientos de zinc, aluminio etc.

Medidas Preventivas

RESUMEN DE LOS TIPOS DE CORROSION

Mecanismos de Corrosion UNEXPO

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