Apesar da resistência inerente à corrosão dos tubos de aço inoxidável, estes instalados em ambientes marítimos estão sujeitos a diversos tipos de corrosão durante sua vida útil prevista. Essa corrosão pode levar a emissões fugitivas, perdas de produto e riscos potenciais. Proprietários e operadores de plataformas offshore podem reduzir o risco de corrosão especificando materiais de tubos mais resistentes que ofereçam maior resistência à corrosão. Posteriormente, devem permanecer vigilantes ao inspecionar linhas de injeção química, linhas hidráulicas e de impulso, e instrumentação de processo e instrumentação para garantir que a corrosão não ameace a integridade da tubulação instalada ou comprometa a segurança.
A corrosão localizada pode ser encontrada em muitas plataformas, navios, embarcações e oleodutos offshore. Essa corrosão pode se apresentar na forma de corrosão por pites ou por frestas, que podem erodir a parede do duto e causar a liberação de líquido.
O risco de corrosão aumenta à medida que a temperatura operacional da aplicação aumenta. O calor pode acelerar a degradação da película protetora externa de óxido passivo do tubo, promovendo a formação de pites.
Infelizmente, a corrosão localizada por pites e frestas é difícil de detectar, dificultando a identificação, a previsão e o projeto desses tipos de corrosão. Diante desses riscos, proprietários, operadores e designados de plataformas devem ter cautela ao selecionar o melhor material de duto para sua aplicação. A seleção do material é a primeira linha de defesa contra a corrosão, portanto, acertar é muito importante. Felizmente, eles podem escolher uma medida muito simples, mas muito eficaz, da resistência à corrosão localizada: o Número Equivalente de Resistência à Pites (PREN). Quanto maior o valor do PREN de um metal, maior sua resistência à corrosão localizada.
Este artigo analisará como identificar corrosão por pites e frestas, bem como otimizar a seleção de materiais de tubulação para aplicações offshore de petróleo e gás com base no valor PREN do material.
A corrosão localizada ocorre em pequenas áreas, em comparação com a corrosão geral, que é mais uniforme na superfície metálica. A corrosão por pites e frestas começa a se formar em tubos de aço inoxidável 316 quando a película externa de óxido passivo, rica em cromo, do metal se rompe devido à exposição a líquidos corrosivos, incluindo água salgada. Ambientes marinhos ricos em cloretos, bem como altas temperaturas e até mesmo a contaminação da superfície dos tubos, aumentam a probabilidade de degradação dessa película de passivação.
A corrosão por pites ocorre quando a película de passivação em uma seção do tubo se rompe, formando pequenas cavidades ou pites na superfície do tubo. Esses pites tendem a crescer à medida que as reações eletroquímicas prosseguem, resultando na dissolução do ferro no metal na solução presente no fundo do pite. O ferro dissolvido então se difunde para o topo do pite e oxida, formando óxido de ferro ou ferrugem. À medida que o pite se aprofunda, as reações eletroquímicas se aceleram e a corrosão aumenta, o que pode levar à perfuração da parede do tubo e a vazamentos.
Tubos são mais suscetíveis à corrosão por pites se sua superfície externa estiver contaminada (Figura 1). Por exemplo, contaminantes provenientes de operações de soldagem e retificação podem danificar a camada de óxido de passivação do tubo, formando e acelerando a corrosão por pites. O mesmo se aplica ao simples tratamento da poluição dos tubos. Além disso, à medida que as gotículas de sal evaporam, os cristais de sal úmidos que se formam nos tubos protegem a camada de óxido e podem causar corrosão por pites. Para evitar esses tipos de contaminação, mantenha seus tubos limpos, lavando-os regularmente com água doce.
Figura 1. Tubos de aço inoxidável 316/316L contaminados com ácido, solução salina e outros depósitos são altamente suscetíveis à corrosão por pites.
Corrosão por frestas. Na maioria dos casos, a corrosão por pites pode ser facilmente detectada pelo operador. No entanto, a corrosão por frestas não é fácil de detectar e representa um risco maior para operadores e pessoal. Isso geralmente ocorre em tubulações com espaços estreitos entre os materiais circundantes, como tubulações fixadas com braçadeiras ou tubulações compactadas próximas umas das outras. Quando a salmoura penetra na fresta, com o tempo, uma solução de cloreto férrico acidificado (FeCl3) quimicamente agressiva se forma nessa área, o que acelera a corrosão por frestas (Fig. 2). Como a corrosão por frestas aumenta o risco de corrosão, ela pode ocorrer em temperaturas muito mais baixas do que a corrosão por pites.
Figura 2 – A corrosão por frestas pode se desenvolver entre o tubo e o suporte do tubo (superior) e quando o tubo é instalado próximo a outras superfícies (inferior) devido à formação de uma solução acidificada quimicamente agressiva de cloreto férrico na fresta.
A corrosão em frestas geralmente simula a formação de pites inicialmente na abertura formada entre a seção do tubo e o colar de suporte do tubo. No entanto, devido ao aumento da concentração de Fe++ no fluido dentro da fratura, o funil inicial torna-se cada vez maior até cobrir toda a fratura. Em última análise, a corrosão em frestas pode levar à perfuração do tubo.
Trincas densas representam o maior risco de corrosão. Portanto, braçadeiras que circundam uma porção maior da circunferência do tubo tendem a ser mais arriscadas do que braçadeiras abertas, que minimizam a superfície de contato entre o tubo e a braçadeira. Técnicos de manutenção podem ajudar a reduzir a chance de danos ou falhas por corrosão em frestas abrindo regularmente as braçadeiras e verificando a superfície do tubo quanto à corrosão.
A corrosão por pites e frestas pode ser evitada selecionando a liga metálica correta para a aplicação. Os especificadores devem exercer a devida diligência na seleção do material ideal para a tubulação, a fim de minimizar o risco de corrosão, dependendo do ambiente do processo, das condições do processo e de outras variáveis.
Para ajudar os especificadores a otimizar a seleção de materiais, eles podem comparar os valores de PREN dos metais para determinar sua resistência à corrosão localizada. O PREN pode ser calculado a partir da composição química da liga, incluindo seus teores de cromo (Cr), molibdênio (Mo) e nitrogênio (N), da seguinte forma:
O PREN aumenta com o teor de elementos resistentes à corrosão, como cromo, molibdênio e nitrogênio, na liga. A relação PREN é baseada na temperatura crítica de corrosão por pites (CPT) – a temperatura mais baixa na qual a corrosão por pites ocorre – para vários aços inoxidáveis, dependendo da composição química. Essencialmente, o PREN é proporcional ao CPT. Portanto, valores mais altos de PREN indicam maior resistência à corrosão por pites. Um pequeno aumento no PREN equivale apenas a um pequeno aumento no CPT em comparação com a liga, enquanto um grande aumento no PREN indica uma melhoria significativa no desempenho em relação a um CPT significativamente maior.
A Tabela 1 compara os valores de PREN para diversas ligas comumente utilizadas na indústria offshore de petróleo e gás. Ela mostra como a especificação pode melhorar significativamente a resistência à corrosão ao selecionar uma liga de tubos de maior qualidade. O PREN aumenta ligeiramente de aço inoxidável 316 para aço inoxidável 317. Aço inoxidável superaustenítico 6 Mo ou aço inoxidável superduplex 2507 são ideais para um aumento significativo no desempenho.
Maiores concentrações de níquel (Ni) no aço inoxidável também aumentam a resistência à corrosão. No entanto, o teor de níquel do aço inoxidável não faz parte da equação PREN. De qualquer forma, muitas vezes é vantajoso escolher aços inoxidáveis ​​com maior teor de níquel, pois este elemento ajuda a repassivar superfícies que apresentam sinais de corrosão localizada. O níquel estabiliza a austenita e previne a formação de martensita durante a dobra ou trefilação a frio de tubos rígidos de 1/8". A martensita é uma fase cristalina indesejável em metais que reduz a resistência do aço inoxidável à corrosão localizada, bem como à formação de fissuras por tensão induzidas por cloreto. O maior teor de níquel de pelo menos 12% no aço 316/316L também é desejável para aplicações com gás hidrogênio de alta pressão. A concentração mínima de níquel necessária para o aço inoxidável ASTM 316/316L é de 10%.
A corrosão localizada pode ocorrer em qualquer lugar em tubulações utilizadas em ambientes marítimos. No entanto, a corrosão por pites é mais provável em áreas já contaminadas, enquanto a corrosão por frestas é mais provável em áreas com espaços estreitos entre a tubulação e o equipamento de instalação. Usando o PREN como base, o especificador pode selecionar a melhor liga para tubos para minimizar o risco de qualquer tipo de corrosão localizada.
No entanto, lembre-se de que existem outras variáveis ​​que podem afetar o risco de corrosão. Por exemplo, a temperatura afeta a resistência do aço inoxidável à corrosão por pites. Para climas marítimos quentes, tubos de aço superaustenítico 6 molibdênio ou super duplex 2507 devem ser seriamente considerados, pois esses materiais apresentam excelente resistência à corrosão localizada e à formação de trincas por cloreto. Para climas mais frios, um tubo 316/316L pode ser suficiente, especialmente se houver um histórico de uso bem-sucedido.
Proprietários e operadores de plataformas offshore também podem tomar medidas para minimizar o risco de corrosão após a instalação da tubulação. Eles devem manter as tubulações limpas e enxaguadas regularmente com água doce para reduzir o risco de corrosão por pites. Técnicos de manutenção também devem abrir as braçadeiras das tubulações durante as inspeções de rotina para verificar se há corrosão por frestas.
Seguindo as etapas acima, os proprietários e operadores de plataformas podem reduzir o risco de corrosão de tubulações e vazamentos relacionados no ambiente marinho, melhorar a segurança e a eficiência e reduzir a chance de perda de produtos ou emissões fugitivas.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
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