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1La Corrosin en la industria petrolera

1. CONCEPTO DE CORROSIN

Con frecuencia la corrosin se confunde con un simple proceso de oxidacinsiendo en realidad un proceso ms complejo, el cual puede puntualizarse comola gradual destruccin y desintegracin de los materiales debido a un procesoelectro - qumico, qumico o de erosin debido a la interaccin del material con elmedio que lo rodea.

En los materiales metlicos, el proceso de corrosin es normalmenteelectroqumico; es decir, una reaccin qumica en la cual hay una transferenciade electrones de una especie a otra. Una caracterstica de los tomos metlicoses la prdida o ganancia de electrones en una reaccin denominadaOXIDACIN.

NACE define la corrosin como deterioro de un material, por lo general unmetal, debido a la reaccin con su ambiente. Casi todos los materialesmetlicos sufren corrosin.

Tambin es definida como la fuerza que hace que los metales se corroan comoconsecuencia natural de su permanencia temporal en forma metlica.

Es un proceso natural que puede atacar cualquier metal o aleacin a ciertascondiciones.

2. DESCRIPCION DEL PROCESO DE PRODUCCION E INSTALACIONES ASOCIADAS

El proceso de produccin de gas y crudo tiene su inicio en los llamadosyacimientos, los cuales constituyen trampas de fluidos (agua, gas y petrleo)en diferentes fases dependiendo de las condiciones de presin y temperaturasque en ellos se experimenten. Dichos fluidos, son extrados a superficie a travsde pozos productores que constituyen tericamente un agujero perforado en laroca desde la superficie de un yacimiento a efecto de explorar y/o para extraercrudo y gas natural, para llevarlos hasta la superficie.

El flujo obtenido directamente de los pozos es en principio, una mezcla bifsicade petrleo crudo, gas natural, agua, vapor de agua y sedimentos; a altaspresiones y con gran turbulencia. Un fluido en estas condiciones no puede serprocesado y es preciso separarlo en sus fases primarias.


Desde los pozos productores los fluidos pasan a travs de lneas de flujo, hastalas estaciones de produccin, donde se produce la separacin (gas lquidos).

El proceso se inicia con la recoleccin de la produccin en los mltiples o en lasvlvulas multipuertos. Los mltiples son un conjunto de cabezales (tubos)paralelos colocados en posicin horizontal y conectados a cada una de laslneas de flujo provenientes de los pozos. Por lo general, constan de doscabezales, donde uno constituye el de produccin general y el restante deprueba.

Al cabezal de produccin general llegan lneas procedentes de varios pozos,mientras que el de prueba es utilizado para aislar individualmente la produccincon el objeto de contabilizar su aporte al sistema a travs de las llamadasoperacionalmente pruebas de pozos.

Estos cabezales de produccin, en algunas reas operacionales, se han venidosustituyendo por vlvulas multipuertos. Dichas vlvulas, de igual manera, sondispositivos a los que llegan todas las lneas de los pozos y permiten aislar a unade ellas para someterla a prueba, de una manera ms fcil y con menorinfraestructura.

Las mismas son instaladas en funcin de los niveles de separacin nominalesexistentes, como por ejemplo,60, 250 y 450 LPC, segn sea el caso, en laestacin de produccin.

En el proceso de produccin, luego de la recoleccin se pasa a la etapa deseparacin, donde se disocia la parte gaseosa (gas natural) de la lquida(petrleo y agua). Existen separadores para produccin general y para pruebade pozos. El gas separado, se enva al depurador que permite eliminar o reducirconsiderablemente las diminutas partculas en fase lquida presentes en el gas.De los separadores sale el crudo (petrleo y agua), luego se pasa a loscalentadores o tratadores donde es aumentada su temperatura para disminuir laviscosidad y favorecer el proceso de deshidratacin dejando el petrleo aptopara su almacenamiento (en tanques de la estacin), contabilizacin, manejo ycomercializacin.

Paralelamente, la corriente de gas que sale del separador fluye a travs de unared de tuberas hacia las plantas compresoras o hacia plantas de extraccin,


dependiendo de la presin que sta posea. En la planta de extraccin se retiranlos lquidos del gas natural, los cuales son enviados a una planta defraccionamiento, mientras que el gas residual es destinado a ventas y/oinyeccin.

En la Figura 1. se ilustra un esquema del proceso de produccin del gas natural.

Figura 1. Representacin esquemtica del proceso de produccin de gas.

Para el transporte de los fluidos sean gas o multifsico se utilizan tuberas de acero alcarbono de diferentes dimetros, las cuales dependiendo de su uso se denominanlneas de recoleccin de gas o multifsicas (cuando se maneja gas o mezcla de crudo,gas y agua, respectivamente) o de transmisin cuando transportan gas despus de unproceso de compresin o descarga de plantas de extraccin.

Generalmente, las lneas de recoleccin de gas o multifsicas, son cortas y transportangas o bifsicos a bajas presiones (60, 250, 450, 500 y 800 LPC) llevndolos desde lasestaciones de separacin hasta las plantas compresoras. Las lneas de transmisingeneralmente poseen longitudes grandes, transportando altos volmenes de gas aaltas presiones hasta la planta de procesamiento y sistemas de distribucin.

ESTACIN DE FLUJOy/o DESCARGA

CRUDO +GAS + AGUA

Lnea de FlujoTubera deproduccin

PLANTACOMPRESORA

POZOPRODUCTOR

CRUDO + AGUA

LINEA DERECOLECCION

YacimientoPLANTA DE EXTRACCIN

Cabezal

C1, C2

VENTAS

FRACCIONAMIENTO

Lnea de transmisin


3. LA CORROSIN EN EL CAMPO PETROLEROLos efectos de la corrosin sobre instalaciones y equipos industriales produceanualmente prdidas que llegan a cifras muy importantes: en los pasesindustrializados se ha valorado en el 3-4% del PBI. Este porcentaje puedetomarse sobre la valoracin equivalente de la industria petrolera y del gas parallegar a una cuantificacin aproximada de sus efectos econmicos.

De todas las fallas que ocurren en las operaciones de la industria del gas y delpetrleo la ms importante es la corrosin con el 33% de los casos como puedeverse en la Figura 2 de un trabajo de Kermany y Harrop de BP0.

Figura 2. Distribucin porcentual de fallas en las instalaciones petroleras.

A su vez, el tipo de corrosin que ocurre se distribuye aproximadamente de lasiguiente forma:

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

3 0

3 5

Co r r os i n Fat ig a Daom e cn ico

Fr actu r afr g il

De fe cto d efab r icac i n

De fe cto s des o ld adu r a

Otr o s

PORCENTAJE

(%)

Por CO228%

Por H2S 18%

En soldadura 18%

Pitting 12%

Corrosin erosin 9%

Crevice 3%

Impacto 3%

Stress Corrosion 3%

Galvnica6%

Figura 3. Clasificacin de las fallas por corrosin eninstalaciones de produccin de la industria petrolera.


4. POR QU OCURRE LA CORROSIN?

La fuerza motriz que causa que un metal se corroa es consecuencia de suexistencia natural en forma combinada. Para alcanzar el estado metlico serequiere una cantidad de energa. Esta energa vara de un metal a otro. Esrelativamente alta para el magnesio, el aluminio y el hierro y relativamente bajapara el cobre, la plata y el oro.

La corrosin del acero constituye un proceso termodinmicamente espontneo,porque en la naturaleza el hierro se encuentra en forma de mineral constituidoprincipalmente por xidos, Hematita (Fe2O3) y Magnetita (Fe3O4).

La siderurgia transforma este mineral en arrabio y luego lo refina y alea concarbono para producir el acero, con un consumo enorme de energa. Desde elpunto de vista termodinmico, esta misma energa consumida en la produccindel acero constituye la Fuerza Motriz para la corrosin, porque el hierro tendera volver a su estado de mnima energa.

Figura 4. Ciclo energtico para llegar al tubo de acero.


La cantidad de energa requerida para alcanzar el estado metlico vara de unmetal a otro; es muy alta para metales como el cinc, el magnesio, el aluminio y elhierro y muy baja para el platino y el oro.

A medida que la corrosin ocurre en las zonas andicas, nuevo material, dediferente composicin y estructura, queda expuesto a la superficie, lo quegenera cambios en el electro potencial y hace que nodos y ctodosintercambien roles. Este proceso que ocurre a escala microscpica puedecontinuar hasta que todo el acero es destruido por la corrosin.

Para el caso del hierro y del acero, que son los materiales de construccin mscomunes, el proceso de corrosin considera la formacin de pequeas pilasgalvnicas en toda la superficie expuesta, presentndose un flujo de electronesde las zonas andicas donde se disuelve el fierro hacia las zonas catdicasdonde se desprende hidrgeno o se forman iones hidrxilo (lcali); para cerrar elcircuito elctrico se requiere la presencia de un electrolito proporcionado por elmedio. El siguiente diagrama muestra esta situacin:

Figura 5. Pila galvnica producto de un proceso de corrosin superficial.


5. COSTOS POR CORROSION

En el caso de nuestro pas, Venezuela consume 122 Kg de acero per cpita2.900.000 Ton/ao. (Fuente: Conindustria), en materia de construcciones. Siconsideramos que la corrosin destruye un cuarto de la produccin mundial delacero (Entre Rayas Revista de arquitectura), involucrara que se deterioraran725.000 Ton/ao de acero, 33 ton/hora, 9 Kg de acero por segundo!Representando el 4% del PIB.

Existen dos clases de prdidas desde el punto de vista econmico:

DIRECTAS: son las que afectan de manera inmediata cuando se produce elataque. Estas se pueden clasificar en varios tipos tambin, de las cuales las msimportantes son el Costo por Reparaciones, sustituciones de equipos y medidaspreventivas.

INDIRECTAS: se consideran todas las derivadas de los fallas debidas a losataques de corrosin. Las principales son los diferimientos de produccin debidaa las fallas y las responsabilidades por accidentes, as como tambin lasprdidas de recursos naturales escasos, bienestar y vidas humanas, y aumentode los costos de explotacin.

6. CMO DISMINUIR LOS COSTOS POR CORROSION?

Cambiar el paradigma de que no se puede hacer nada para prevenir lacorrosin.

Familiarizacin del personal a cargo / relacionado con el control de corrosin. Cambiar leyes, regulaciones y normativas, as como las practicas para

incrementar los ahorros por buena gestin de corrosin. Incrementar la aceptacin de lo que significa costos por corrosin y los

ahorros de costos potenciales. Implementar prcticas de diseo avanzadas para mejorar la gestin de la

corrosin. Desarrollar mtodos para la prediccin de la vida til y del comportamiento de

los materiales. Mejorar las tecnologas de corrosin a travs de la investigacin, desarrollo e

implementacin de las mismas.


Analizando los casos que con mayor frecuencia estn delante de nosotros,diramos que la mayora de las fallas por corrosin tienen causas ya conocidas,y que sta ocurre por no aplicar los fundamentos y conocimientos bsicos de losmecanismos de corrosin. Se puede afirmar que:

Una adecuada aplicacin de los conocimientos ya existentes y con tecnologasencilla, sin tener necesidad de desarrollar nuevos materiales, muchos de elloscomplejos en su fabricacin, permitir controlar la corrosin y la disminucinsignificativa de prdidas no slo directas sino indirectas en los procesosproductivos. Como resultado de este primer enfoque, se recomendarabsicamente:

Aumentar la motivacin en la lucha contra la corrosin.

Ampliar la informacin y la educacin sobre la corrosin y formas de lucharcontra la misma: Se puede conseguir en nuestro medio, aunque con algunadificultad, informaciones tcnico-cientficas que cubren el amplio espectro deltema de la corrosin. Internacionalmente, los temas se tratanexhaustivamente en revistas especficas y congresos, por lo que aqu no sepretende dar soluciones especficas a problemas concretos que se puedanpresentar en la industria o en la vida de cada da. Aceptando que el enemigoexiste y conociendo cules son sus insidiosas actividades, podemosprepararnos para la lucha con xito seguro.

7. CLASIFICACION DE LA CORROSION

CLASIFICACION DE LA CORROSION OPERACIONAL INDUSTRIA PETROLERA

Por conveccin se ha definido corrosin interna como el deterioro de lasuperficie interna de una tubera, recipiente o equipo, atribuida principalmente ala accin del fluido manejado o almacenado.

En el caso de la corrosin externa, la misma esta conceptualizada como eldeterioro exterior de una estructura, enterrada o sumergida, sea esta recipiente,tuberas, equipos, normalmente visible al ojo humano.

CLASIFICACION DE LA CORROSION NATURALEZA INTRINSECA


Los diferentes tipos de corrosin expresados comnmente, puede servir comouna forma de clasificacin de la corrosin; sin embargo, no sera muy til paraestudiarla en forma sistemtica, ya que el mismo mecanismo qumico de ataquepuede verse en un material corrodo uniformemente o que halla fallado porcorrosin por fatiga, entre otros. Debido a esto, se prefiere clasificar a lacorrosin, por motivos didcticos, atendiendo a la naturaleza intrnseca de lamisma en: Corrosin Qumica y Corrosin Electroqumica.

Corrosin qumicaOcurre en ambientes no-electrolticos, los cuales son, en la mayora, de loscasos, gases secos. Este tipo de corrosin obedece las leyes de la cintica delas reacciones qumicas heterogneas.

La corrosin seca a temperatura ambiente es muy lenta. La presencia dehumedad cambia el cuadro drsticamente. Ejemplo: El acero al carbono no esatacado por el gas cloro seco a temperatura ambiente, sin embargo, el clorohmedo es extremadamente corrosivo y ataca a la mayora de los metales yaleaciones.

Corrosin electroqumicaOcurre en medios electrolticos, es decir, donde haya la presencia de especiesqumicas cargadas, iones y por ende transferencias de electrones. Ejemplo: Lacorrosin del acero en presencia del agua:

Es la que tiene lugar sobre los metales expuestos a la atmsfera hmeda, osumergidos en agua, o enterrados. Esta clase de corrosin puede producirse sinfuerza electromotriz exterior, constituyendo la corrosin galvnica, y por laaccin, adems, de una fuerza electromotriz exterior, constituyendo la corrosinelectroqumica, propiamente dicha.

La corrosin electroqumica es un proceso electroqumico que necesita paradesarrollarse de cuatro factores fundamentales:

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La Corrosin en la industria petrolera

nodo: Son reas en el metal en donde ocurren reacciones andicas oreacciones de oxidacin. Los nodos se encuentran presentes en el metaldebido a imperfecciones de superficie, inclusiones o impureza, concentracin deesfuerzos, cambio de ambiente, etc.

Ctodo: Son reas en el metal en donde ocurren reacciones catdicas oreacciones de reduccin, es decir, son aquellas que consumen electrones.

Electrolito: Es toda aquella solucin (medio agresivo) que permite latransferencia de cargas en formas de iones entre el nodo y ctodo. Porejemplo: condensacin de agua, agua de produccin, agua de lluvia, agua demar.

Contacto elctrico: es el medio de retorno de la corriente generada por el flujode electrones.

Es necesaria la existencia de estos cuatro (04) elementos para que la corrosinpueda tener lugar; si alguno de ellos falla, se detiene. Estos tres factoresconstituyen una pila, que se conoce como pila de corrosin (Figura 6). Lacorrosin se desarrolla en las zonas andicas, las catdicas permanecensiempre inalteradas.

Figura 6. Representacin esquemtica de una celda electroqumica.

Migracin de electrones

Corriente

Ctodo Anodo

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CLASIFICACION DE LA CORROSION DEPENDIENDO DEL MEDIO

Atendiendo al MEDIO CORROSIVO, la corrosin se clasifica en la siguienteforma:

Corrosin seca. Se produce en los metales que tienen una energa libre deformacin de xidos negativa.

Corrosin hmeda. Requiere de la humedad atmosfrica, y aumentacuando la humedad excede de un valor crtico, frecuentemente por encimadel 70%.

Corrosin por mojado. Se origina cuando se expone el metal a la lluvia o aotras fuentes de agua.

Corrosin industrial. Contienen compuestos sulfurosos, nitrosos y otrosagentes cidos que pueden promover la corrosin de los metales.

Corrosin marina. Se caracterizan por la presencia de iones cloruros.

Corrosin rural. Se produce la menor clase de corrosin atmosfrica y escaracterizada por bajos niveles de compuestos cidos y otras especiesagresivas.

La corrosin atmosfrica es la causa ms frecuente de la destruccin de losmetales y aleaciones.

CLASIFICACION DE LA CORROSION - MORFOLOGIA DEL DAO

La corrosin es a menudo asociada con xido y perdida de brillo, sin embargo, eldao por corrosin puede ocurrir en otras formas, de acuerdo con la apariencia yalteracin de propiedades fsicas los tipos de corrosin que ocurren mscomnmente son:

Corrosin uniformeEs la forma ms comn de corrosin. Se caracteriza normalmente por unareaccin qumica o electroqumica la cual procede uniformemente sobre toda lasuperficie expuesta o sobre una gran extensin del metal. El metal puededisminuir sus dimensiones, lo cual se traduce en perdida de resistenciamecnica. Aunque este tipo de corrosin representa un gran porcentaje de

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material perdido en trminos de toneladas / ao, no es de mucho peligro, desdeel punto de vista tcnico, ya que la vida del equipo puede ser estimada, concierto grado de confiabilidad, sobre la base de ensayos de laboratorio y deplanta, sobre los materiales a usar, en los mismos ambientes.

Esta es la forma ms comn de corrosin y se caracteriza porque la reaccinqumica o electroqumica procede uniformemente en un gran rea. De estaforma el metal se vuelve ms delgado y finalmente falla. En este tipo decorrosin no puede distinguirse zonas catdicas o andicas en el metal ya questas son inseparables.

En la Figura 7. se presenta un registro fotogrfico de procesos de corrosingeneral en el interior de tuberas de recoleccin.

Figura 7. Fotografas de procesos de corrosin general en superficie interna detuberas.

Corrosin localizadaEs una forma localizada de corrosin, en la cual, la corrosin es muy aceleradaen una determinada parte, en comparacin con el resto del material expuesto almedio corrosivo, esto conduce a la formacin de un pequeo hueco, picada opicadura. Los sitios picados o picaduras representan puntos andicos.

La corrosin localizada se produce cuando las reas andicas (de oxidacin) ylas catdicas (de reduccin) estn separadas unas de otras, dando lugar a la

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disolucin del metal en un rea restringida. La corrosin localizada puede ocurrirtanto a escala microscpica como macroscpica de diversas formas.

La corrosin localizada se subclasifica en: picaduras, hendiduras, galvnica,intergranular, corrosin erosin / erosin y ampollamiento por hidrgeno.

Corrosin por picadura o PittingOcurre en un rea andica localizada, puede ser aguda y profunda, y es unejemplo de un ambiente que ofrece algunas propiedades protectoras, pero nouna inhibicin completa de la corrosin.

Puede observarse generalmente en superficies con poca o casi nula corrosingeneralizada. Ocurre como un proceso de disolucin andica local donde laprdida de metal es acelerada por la presencia de un nodo pequeo y unctodo mucho mayor.

Figura 8. Esquema representativo de un proceso de deterioro por picadura.

OH- OH-

O2 O2Na+

OH- OH-

O2 O2Na+

Na+Na+

M+M+

M+

M+Cl-

Cl-Cl-

Cl-Cl-

Cl-

H+M+

O2O2

e-

e-

e-

e-

OH- OH-

O2 O2Na+

OH- OH-

O2 O2Na+

Na+Na+

M+M+

M+

M+Cl-

Cl-Cl-

Cl-Cl-

Cl-

H+M+

O2O2

e-

e-

e-

e-

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Figura 9. Registro fotogrfico de falla por picadura en lnea de recoleccin.

Prevencin de la corrosin por picaduras Seleccionar aleaciones ms resistentes Evitar el estancamiento o baja velocidad en el fluido Evitar la acumulacin de slidos (disear recipientes con facilidades de

drenaje, lavado y limpieza) Reducir la temperatura Utilizar pinturas y revestimiento. Agregar inhibidores de corrosin Aumentar espesor de la pared

Corrosin por hendidurasEs un proceso de corrosin acelerado altamente localizado en lugares comosolapes, tuercas, tornillos roscados, empacaduras, entre otros, donde pequeosvolmenes de solucin estancadas son atrapados y puestos en contacto con elmaterial susceptible. La aceleracin del proceso de corrosin se debe a que enlo profundo de la grieta la solucin difiera de la que esta expuesta en lasuperficie, seguramente tanto en composicin y contenido de oxgeno, creandoun efecto galvnico.

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Figura 10. Registro fotogrfico de corrosin por hendiduras en tanquesempernados.

Prevencin de la corrosin por hendiduras Usar en lo posible juntas soldadas en lugar de remachadas o atornilladas.

Disear recipientes con drenajes eficientes para evitar estancamientos.

Evitar esquinas agudas con accesos restringidos.

Rellenar con soldadura continua los solapes de las tuberas o con sellostipo masillas, entre otros.

Remover depsitos, empacaduras hmedas (que acumulen) y usdas alejecutar la inspeccin para facilitar su deteccin.

Usar empacaduras de cuerpo slido que no absorban humedad, talescomo tefln o metlicas.

CORROSION GALVANICA

Es un proceso electroqumico de corrosin acelerado. Ocurre este tipo decorrosin cuando dos materiales diferentes en contacto elctrico en un mediocorrosivo o solucin conductora, producen una diferencia de potencial entreellos. La diferencia de los materiales puede ser, tanto en composicin qumica,tratamiento trmico, sistemas de recubrimiento o pintura en cada material, entreotros.

Uno de los metales se comporta como nodo y tiende a corroerse mientras queel otro metal se comporta como ctodo y no se corroe o se corroe muy poco. Unejemplo de ello se ilustra en la Figura 11. Si los metales hubiesen estadoseparados no ocurrira la corrosin del metal nodo tan rpidamente comosucede en el caso de acoplamiento galvnico. Ejemplo de este tipo de corrosin:un tornillo de cobre con una arandela de acero al carbono, estando ambosmateriales en el mismo medio acuoso (agua con sal). El cobre se corroer, peroel hierro se consumir debido a su comportamiento andico, llegando adesaparecer en forma ms rpida que en el caso de estar el hierro solo.

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Figura 11. Proceso de corrosin galvnica de piezas de zinc y cobre inmersasen agua salada.

Prevencin de la corrosin galvnica

Seleccionar materiales que estn lo mas cerca posible en la seriegalvnica

Evitar reas desfavorables de nodo pequeo y ctodo grande.

Aislar metales dismiles

Aplicar revestimientos con sumo cuidado, evitando dejar imperfecciones oreas expuestas con el tiempo sern los nodos.

Figura 12. Fotografias de empacaduras aislantes, detalle e instalacin.

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CORROSION INTERGRANULAREs una forma de ataque localizado en los bordes de grano en los materialesmetlicos. Resulta una prdida de resistencia mecnica y ductilidad del metal. Elborde de grano acta como nodo y se corroe selectivamente en comparacincon el resto del grano, el cual es el ctodo. El ataque es rpido y conduce afallas catastrficas del material. En la Figura 13. se ilustra este tipo de corrosin.Es un problema muy comn en los aceros inoxidables.

Figura 13. Detalles microfractogrficos de corrosin intergranular

CORROSION EROSION

Este tipo de dao resulta debido al ataque del metal por un movimiento entre ellquido o fluido corrosivo y la superficie del metal. Generalmente, el lquido llevapartculas slidas las cuales rodean el metal y luego, el medio corrosivo, corroeel metal fresco. El dao aparece como canales, formas onduladas, valles, entreotros, como se ilustra en la Figura 14.

El aumento de la turbulencia causada por picaduras en las superficies internasde un tubo que puede resultar en rpido aumento de las tasas de erosin y,eventualmente, una fuga. La erosin corrosin tambin pueden verse agravadospor la mano de obra defectuosa. Por ejemplo, a la izquierda en las rebabas decorte de tubo liso extremos pueden alterar el flujo del agua, causa altaturbulencia y la velocidad de flujo, dando lugar a la erosin corrosin. Unacombinacin de la erosin y corrosin puede conducir a muy altas tasas depicaduras.

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Figura 14. Representacin esquemtica del mecanismo de corrosin - erosin.

Prevencin de la corrosin erosin Usar materiales resistentes a la corrosin erosin. Ejemplo: Carburo de

Tungteno. Aumentar el espesor de la estructura para fortalecer reas vulnerables o

incremento del espesor por corrosin. Eliminar el material abrasivo del fluido. Modificar el diseo a travs de cambios de formas y geometra de las

estructuras que permita disminuir las velocidades y facilita la formacin delflujo laminar.

Reducir la velocidad del flujo.

Ampollamiento por hidrgeno

Las ampolladuras resultan de la penetracin de hidrgeno atmico dentro delmetal.

La reduccin de hidrgeno ocurre en la superficie interna en contacto con elelectrolito, como consecuencia de la reaccin catdica. Una vez formado elhidrgeno atmico, ste puede difundir a travs del metal y combinarse dentrode los espacios vacos para formar hidrgeno molecular. Como el hidrgenomolecular no puede difundir, la concentracin y por ende la presin en lavacancia aumenta, alcanzando la presin suficiente para romper cualquiermaterial conocido.

CLASIFICACION DE LA CORROSION - AFECTACION EN EL VOLUMEN DEL MATERIAL

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El criterio de esta clasificacin se basa en la influencia del proceso de corrosinen el volumen de la superficie del acero. En esta clasificacin se ubican lossiguientes mecanismos de corrosin: Daos por hidrgeno (fragilizacin porhidrgeno, descarburizacin y ataque por hidrgeno), corrosin bajo tensin opor esfuerzo, corrosin fatiga, corrosin a alta temperatura, corrosin ensoldadura).

AGRIETAMIENTOSi el material se fractura, se agrieta o se parte en la presencia de fuerzasrepetitivas aplicadas, se dice que ocurri FATIGA, y si fue en presencia de unmedio corrosivo, el material fall por CORROSION POR FATIGA. Si el materialfall en un medio corrosivo, bajo el efecto de una fuerza tensil aplicada, se diceque el material fall por CORROSION BAJO TENSION. Si en el medio corrosivohubo Hidrgeno, y un esfuerzo tensil aplicado, se denomina FRAGILIZACIONPOR HIDROGENO a la causa de la falla.

Corrosin por fatigaEs una reduccin de la capacidad de un metal para soportar esfuerzos cclicos orepetidos, los cuales producen la rotura de las pelculas de proteccin de xidosque evitan la corrosin con una mayor rapidez. Tiene como consecuencia laformacin andica en los puntos de rotura; esas zonas producen ademspicaduras que sirven como punto de concentracin del esfuerzo para el origende grietas que provocan fallos finales.

En un ambiente corrosivo el nivel de esfuerzo al que se podra suponer que unmaterial tiene vida infinita se reduce o elimina por completo. Contrariamente auna fatiga mecnica pura, no hay carga lmite de fatiga a la corrosin asistidapor fatiga, por lo que es ms difcil su prediccin y por ende, su control.

Normalmente la fractura se produce a esfuerzos por debajo del esfuerzo normaldel material y despus de muchos ciclos de aplicacin del esfuerzo cclico y elambiente corrosivo sirve hace que el material falle antes de tiempo. Puedeestablecerse que este tipo de corrosin tiene muchas similitudes con SCC, perola diferencia que la corrosin fatiga puede ocurrir en todos los ambientes ymetales.

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Como prevenir la corrosin fatiga Minimizar o eliminar las tensiones cclicas. Reducir la concentracin de tensin o redistribuirla (el equilibrio y la fuerza de

tensin en la totalidad del componente). Seleccionar la forma correcta de secciones crticas. Proporcionar los mejores arreglos mecnicos que disipen los cambios rpidos

de carga, la temperatura o la presin. Evitar la vibracin excesiva de los componentes desde la concepcin del

diseo. Seleccionar materiales de mayor resistencia a la corrosin dependiendo del

ambiente corrosivo..

Fragilizacin por hidrgeno (HIC)

El hidrgeno atmico en solucin produce la reduccin de la ductilidad. Elhidrgeno atmico que se acomoda intersticialmente entre los tomos de la red,produce una distorsin local, restringiendo la movilidad de las dislocaciones ypor ende la capacidad de la red para deformarse ante un esfuerzo aplicado.

La fragilizacin por hidrgeno ha sido definida como la prdida de resistencia yductilidad inducida por el hidrgeno que puede derivar en la iniciacin opropagacin de fracturas mecnicas.

La interaccin del hidrgeno con diferentes materiales es causa de fallasprematuras en distintas situaciones tal y como sucede en los trenes de aterrizajede los aviones, los depsitos de combustible de refineras y plantas qumicas,las turbinas para la generacin de energa elctrica o las tuberas y vlvulas parael transporte de lquidos y gases.

La fragilizacin por hidrgeno es especialmente devastadora debido a lanaturaleza de la falla originada. Dicha falla sucede a tensiones muy pequeas(en comparacin a las que seran necesarias en ausencia de hidrgeno), esbastante frgil y tiene un periodo de incubacin tan variable que lo haceprcticamente impredecible.

Corrosin por esfuerzo o bajo tensin

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Bajo esta clasificacin se ubican algunos tipos de corrosin que se suceden poraccin conjunta de esfuerzos mecnicos y corrosin (algunos autoresdenominan a este tipo de corrosin Agrietamiento inducido por el ambiente oEnvironment Induced Cracking).

Los tipos de corrosin a estudiar detalladamente dentro de esta clasificacinson: Stress Corrosin Cracking y Corrosin bajo Fatiga.

Stress corrosion cracking (SCC)

Esta referida a la rotura de un material causada por la accin simultnea deesfuerzos tensiles y corrosin. La ausencia de uno de los dos factores escondicin suficiente para que este fenmeno no se presente.

Este tipo de corrosin sucede con mucha frecuencia en aleaciones, perotambin puede ocurrir en metales puros bajo ciertas condiciones desfavorables.

Es importante destacar que no todas las combinaciones metal ambiente sonsusceptibles a este tipo de corrosin, por ejemplo los latones se fracturan enambientes que contienen amonaco, mientras que los aceros inoxidables no; sinembargo los aceros inoxidables se fracturan en ambientes con cloruros,mientras que los latones no.. Los aceros inoxidables no se fracturan en cidontrico, cido sulfrico, cido actico, ni agua pura.

Las variables que afectan la SCC son:

Temperatura Composicin de la solucin Composicin y estructura del metal Esfuerzo (residual o aplicado)

Mtodos de prevencin de SCC

Aunque los mecanismos de corrosin por SCC aun no han sido totalmentecomprobados y/o explicados, est puede ser prevenida o reducida mediante laaplicacin de algunos de los consejos:

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Reducir el esfuerzo por debajo del margen previsible (si es que existendatos). En todo caso puede reducirse la carga aplicada y/o ampliar el espesorde la pieza en cuestin.

Eliminar las especies crticas del medio (desgasificacin, destilacin,desmineralizacin).

Cuando no pueda alterarse el medio, procurar cambiar la aleacin (ejemplo:Cuando se piensa que el medio puede favorecer es preferible incorporaraceros al carbono que inoxidable.

Uso de recubrimientos cuando sea conveniente (tanques, tubos, entre otros). Empleo de granallado como pretratamiento para mejorar los esfuerzos

compresivos residuales en el metal, para producir mejoras de su resistencia.

Corrosin a alta temperatura

Corrosin a alta temperatura es un deterioro qumico de un material(normalmente un metal) bajo condiciones de muy altas temperaturas. Esta formano galvnica de corrosin puede ocurrir cuando un metal est sujeto a unatemperatura elevada en una atmsfera que contenga oxgeno, sulfuros u otroscompuestos capaces de oxidar (o ayuden en la oxidacin de los materialesexpuestos.

Condiciones para que un xido sea protector a altas temperaturas Buena adherencia. Punto de fusin alto. Baja presin de vapor. Coeficiente de expansin trmico casi igual al del metal. Plasticidad a alta temperatura para evitar su ruptura. Baja conductividad elctrica Bajo coeficiente de difusin para iones metlicos y oxgeno.

Corrosin en soldaduraLos cordones de soldadura de oleoductos y gasoductos constituye una de laszonas crticas ms susceptibles donde podra iniciarse la corrosin, esto debidoa la presencia de defectos superficiales, inclusiones, heterogeneidadesestructurales que lleva consigo la unin soldada y cuando se encuentranpresentes en las tuberas fluidos agresivos (cido sulfrico, dixido de carbono y

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alta presin de operacin), se tienen las condiciones ideales para que sedesarrolle el mecanismo de corrosin, corrosin prematura en los cordones desoldadura, debido a deficiente preparacin de superficie localizada, presencia desalpicadura, y contaminantes penetrados en las irregularidades del cordn.

Figura 15. Registros fotogrficos de procesos corrosivos en cordones desoldaduras.

CLASIFICACION DE LA CORROSION - En funcin al agente agresor

Corrosin por dixido de carbono (CO2)

Tambin llamada corrosin dulce. El dixido de carbono disuelto en el agua corroe elacero al carbono.

En la industria petrolera esta corrosin se encuentra con ms frecuencia en los pozosde gas, en los que el dixido de carbono est presente. Si el vapor de agua secondensa en las tuberas o lneas de flujo, el cido carbnico formado producecorrosin en el metal expuesto.

Una manera de predecir la susceptibilidad de un sistema de gas, est basndose en lapresin parcial del dixido de carbono, que se calcula como sigue:

100

%*2

2

COPPpCO =

Donde:

Ppco2: presin parcial del CO2 (psi).%CO2: por ciento de CO2 en el gas (% molar).P: presin total del sistema (psi).

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En funcin a lo antes descrito, existe una clasificacin de la potencialidadcorrosiva, la cual se sintetiza en la Tabla 1.

Tabla 1. Clasificacin de la potencialidad corrosiva en funcin a las presiones parcialesdel dixido de carbono.

Rango ClasificacinPpCO2 > 30 psi Severa30 > PpCO2 > 7 Moderada7 >PpCO2 > 4 LevePpCO2 < 4 Muy poco probable

Este principio no es siempre aplicable cuando hay presencia de agua salada, ya quelas sales disueltas causan tasas de corrosin que se incrementan considerablemente.Los factores que influyen en la corrosin por CO2 son: pH, temperatura, rgimen deflujo, relacin volumtrica entre fases, velocidad de flujo, presin, caractersticasfisicoqumicas del medio, material expuesto, presencia de slidos en el fluido, entreotros.

La ecuacin general del proceso corrosin por CO2 es la siguiente:

Fe + CO2 + H2O FeCO3 + H2

El mecanismo mediante el cual opera este tipo de corrosin se puede dividir en tresetapas.

Etapa I. Disolucin del dixido de carbono en agua.El CO2 se disuelve en presencia de agua para formar cido carbnico, el cual sedisocia en dos etapas: la formacin de iones bicarbonatos y la subsecuente formacinde iones carbonatos:

CO2 + H2O H2CO3 H2CO3 H

+ + HCO3-

HCO3- CO3

-2 + H+

Etapa II. Reacciones electroqumicas en la superficie del metal.En esta etapa ocurren reacciones andicas y catdicas simultneamente en lasuperficie del metal:

La disolucin del hierro en la intercara metal/electrolito ( reaccin andica),

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Fe Fe2+ + 2e- La reduccin de los iones H+ producidos por los electrones producidos en la

reaccin anterior para producir hidrgeno molecular (reaccin catdica).

2H+ + 2e- H2

Existe la posibilidad de que ocurra la reduccin directa del H2CO3, mediante dosreacciones catdicas, incrementando la velocidad de corrosin.

2H2CO3 + 2 e- H2 + 2HCO3

-

2HCO3- + 2 e- H2 + 2CO3

-2

Etapa III. Formacin de bicarbonato de hierro (FeCO3)La combinacin de los iones carbonato producidos con el in ferroso forman elcarbonato de hierro,

Fe2+ + CO3-2 FeCO3

El carbonato de hierro obtenido como producto de corrosin precipita y se depositasobre la superficie del metal, donde forma una capa que proporciona cierto grado deproteccin al acero contra la corrosin. La formacin de esta capa de FeCO3 en lasuperficie del metal, reduce significativamente la tasa de corrosin, encontrndose unaestrecha relacin entre la formacin y adherencia de esta capa y la temperatura a lacual se forma.

Corrosin por sulfuro de hidrgeno (H2S):

Tambin llamada corrosin cida, resulta de la reaccin entre el sulfuro de hidrgeno yel acero en presencia de agua. Las fuentes donde ocurre pueden contener tambinoxgeno, dixido de carbono o cidos orgnicos.

La corrosin cida est caracterizada por numerosos hoyos profundos que usualmentecontienen sulfuro de hierro negro. Esto es tambin acompaado por ampollas yfracturas en el tubo de produccin y otros equipos.

Uno de los mecanismos mediante los cuales se produce corrosin por H2S en aceros alcarbono ocurre a temperatura ambiente, donde la humedad juega un papel importante;este mecanismo se puede expresar de la siguiente manera:

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+++ HHOHSOHSH 222

+++ eHFeSFeHS 2

La corrosividad de un sistema se considera como posible para los aceros al carbono apartir de niveles muy bajos en H2S, la norma utilizada en la industria petrolera paraevaluar la posibilidad de existencia de este tipo de corrosin y seleccionar losmateriales adecuados para servicios agrios es la NACE MR-0175-91 ISO 15156-1. staestablece lo siguiente:

PpH2S > 0,05 psiH2S > 50 ppm

Donde:PpH2S: presin parcial de H2S (psi).ppm: partes por milln.

Por encima de esta presin existe el riesgo de fragilizacin del material por sulfuro dehidrgeno, tambin ofrece una alternativa para determinar directamente la existenciade un ambiente agrio y afirma la necesidad de sustituir los aceros al carbono poraceros aleados.

Corrosin por efecto combinado de CO2 y H2S

La presencia de CO2 y H2S en un medio acuoso, es capaz de producir graves daospor corrosin, pero la combinacin de los mismos puede acelerar o disminuir lavelocidad de corrosin y por ende, la criticidad del dao.

Es importante el efecto del H2S en la corrosin por CO2 y su comportamiento, ya quese forman pelculas de productos de corrosin en forma competitiva entre el sulfuro dehierro (FeS) y carbonato de hierro (FeCO3), pudiendo en funcin a la temperatura,concentracin del agente corrosivo y presin, acelerar o disminuir la velocidad decorrosin. Por ello, se considera importante definir cual de los tipos de corrosin (porCO2 o por H2S) es el predominante, antes de estimar la velocidad de corrosin en unsistema determinado.

La relacin entre las presiones parciales de CO2 y H2S, conocida como Ecuacin deKane, proporciona un indicativo que permitir determinar el tipo de corrosinpredominante en el sistema.

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200

2

2>

SPpH

PpCOCorrosin por CO2

2002

2

la corrosiÓn en la industria petrolera.pdf

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