Apesar da inerente resistência à corrosão dos tubos de aço inoxidável, os tubos de aço inoxidável instalados em ambientes marítimos estão sujeitos a vários tipos de corrosão durante sua vida útil esperada.Essa corrosão pode levar a emissões fugitivas, perdas de produtos e riscos potenciais.Proprietários e operadores de plataformas offshore podem reduzir o risco de corrosão especificando materiais de tubulação mais fortes desde o início para melhor resistência à corrosão.A partir daí, eles devem permanecer vigilantes ao inspecionar linhas de injeção de produtos químicos, linhas hidráulicas e de impulso e instrumentação e instrumentação de processo 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 ocorrer na forma de pitting ou corrosão em fresta, qualquer uma das quais pode corroer a parede do tubo e fazer com que o líquido seja liberado.
O risco de corrosão aumenta à medida que a temperatura de operação da aplicação aumenta.O calor pode acelerar a degradação do filme de óxido passivo externo protetor do tubo, promovendo, assim, corrosão.
Infelizmente, a corrosão por pites e frestas localizadas são difíceis de detectar, tornando difícil identificar, prever e projetar esses tipos de corrosão.Dados esses riscos, os proprietários de plataformas, operadores e designados devem ter cuidado ao selecionar o melhor material de tubulação para sua aplicação.A seleção de materiais é a primeira linha de defesa contra a corrosão, portanto, acertar é muito importante.Felizmente, eles podem usar uma medida muito simples, mas muito eficaz, de resistência à corrosão localizada, o Número Equivalente de Resistência ao Pitting (PREN).Quanto maior o valor PREN de um metal, maior sua resistência à corrosão localizada.
Este artigo examinará como identificar a corrosão por pites e fendas e 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 sobre a superfície do metal.A corrosão por pites e frestas começa a se formar em tubos de aço inoxidável 316 quando o filme externo de óxido passivo rico em cromo do metal é rompido pela exposição a líquidos corrosivos, incluindo água salgada.Ambientes marinhos ricos em cloretos, bem como altas temperaturas e até contaminação da superfície da tubulação, aumentam a probabilidade de degradação desse filme de passivação.
Pitting A corrosão por pitting ocorre quando o filme de passivação em uma seção do tubo se rompe, formando pequenas cavidades ou buracos na superfície do tubo.É provável que esses poços cresçam à medida que as reações eletroquímicas prosseguem, como resultado do qual o ferro no metal é dissolvido em solução no fundo do poço.O ferro dissolvido então se difundirá para o topo do poço e oxidará para formar óxido de ferro ou ferrugem.À medida que o poço se aprofunda, as reações eletroquímicas aceleram, a corrosão aumenta, o que pode levar à perfuração da parede do tubo e levar a vazamentos.
Os tubos são mais suscetíveis a corrosão se sua superfície externa estiver contaminada (Figura 1).Por exemplo, contaminantes de operações de soldagem e esmerilhamento podem danificar a camada de óxido de passivação do tubo, formando e acelerando assim a corrosão por corrosão.O mesmo vale para simplesmente lidar com a poluição dos canos.Além disso, à medida que as gotas de sal evaporam, os cristais úmidos de sal que se formam nos tubos protegem a camada de óxido e podem causar corrosão.Para evitar esses tipos de contaminação, mantenha seus canos limpos, lavando-os regularmente com água fresca.
Figura 1. O tubo de aço inoxidável 316/316L contaminado com ácido, solução salina e outros depósitos é altamente suscetível a corrosão.
corrosão intersticial.Na maioria dos casos, o pitting pode ser facilmente detectado pelo operador.No entanto, a corrosão em frestas não é fácil de detectar e representa um risco maior para operadores e pessoal.Isso geralmente ocorre em tubos que têm espaços estreitos entre os materiais circundantes, como tubos mantidos no lugar com braçadeiras ou tubos que são compactados um ao lado do outro.Quando a salmoura se infiltra no gap, com o tempo, uma solução de cloreto férrico acidificado quimicamente agressivo (FeCl3) é formada nesta área, o que causa corrosão acelerada do gap (Fig. 2).Uma vez que a corrosão por frestas, por sua natureza, aumenta o risco de corrosão, a corrosão por frestas pode ocorrer a temperaturas muito mais baixas do que o pitting.
Figura 2 – A corrosão em 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 no vão.
A corrosão em frestas geralmente simula a formação de pites primeiro no espaço formado entre a seção do tubo e o colar de suporte do tubo.Porém, devido ao aumento da concentração de Fe++ no fluido no interior 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.
Fissuras densas representam o maior risco de corrosão.Portanto, os grampos de tubo que circundam uma grande parte da circunferência do tubo tendem a ser mais arriscados do que os grampos abertos, que minimizam a superfície de contato entre o tubo e o grampo.Os técnicos de serviço podem ajudar a reduzir a chance de danos ou falhas por corrosão em frestas, abrindo regularmente os acessórios e inspecionando as superfícies dos tubos quanto à corrosão.
A corrosão por pites e frestas pode ser evitada com a escolha da liga metálica correta para a aplicação específica.Os especificadores devem exercer a devida diligência na seleção do material de tubulação ideal para minimizar o risco de corrosão, dependendo do ambiente operacional, condições do processo e outras variáveis.
Para ajudar os especificadores a otimizar sua escolha de materiais, eles podem comparar os valores PREN de metais para determinar sua resistência à corrosão localizada.O PREN pode ser calculado a partir da química da liga, incluindo o teor de cromo (Cr), molibdênio (Mo) e nitrogênio (N), como segue:
O PREN aumenta com o teor de elementos resistentes à corrosão de cromo, molibdênio e nitrogênio na liga.A relação PREN é baseada na temperatura crítica de pite (CPT) – a temperatura mais baixa na qual ocorre o pite – para vários aços inoxidáveis, dependendo da composição química.Essencialmente, o PREN é proporcional ao CPT.Portanto, valores mais altos de PREN indicam maior resistência ao pitting.Um pequeno aumento no PREN é equivalente a apenas 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 muito maior.
A Tabela 1 compara os valores de PREN para várias ligas comumente usadas na indústria offshore de petróleo e gás.Ele mostra como a especificação pode melhorar muito a resistência à corrosão ao selecionar uma liga de tubulação de qualidade superior.PREN aumenta ligeiramente de 316 SS para 317 SS.Super Austenitic 6 Mo SS ou Super Duplex 2507 SS são ideais para ganhos significativos de 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 esse elemento ajuda a repassivar superfícies que apresentam sinais de corrosão localizada.O níquel estabiliza a austenita e evita a formação de martensita ao dobrar ou trefilar a frio 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 fissuração por tensão induzida por cloreto.O maior teor de níquel de pelo menos 12% no aço 316/316L também é desejável para aplicações de gás hidrogênio de alta pressão.A concentração mínima de níquel exigida para o aço inoxidável ASTM 316/316L é de 10%.
A corrosão localizada pode ocorrer em qualquer lugar em uma tubulação usada em um ambiente marinho.No entanto, o pitting é mais provável de ocorrer em áreas que já estão contaminadas, enquanto a corrosão em fresta é mais provável de ocorrer em áreas com espaços estreitos entre o tubo e o equipamento de instalação.Usando o PREN como base, o especificador pode selecionar o melhor grau de tubo para minimizar o risco de qualquer tipo de corrosão localizada.
No entanto, tenha em mente que existem outras variáveis ​​que podem afetar o risco de corrosão.Por exemplo, a temperatura afeta a resistência do aço inoxidável ao pitting.Para climas marítimos quentes, tubos de aço super austenítico 6 molibdênio ou aço inoxidável super duplex 2507 devem ser seriamente considerados porque esses materiais têm excelente resistência à corrosão localizada e rachadura por cloreto.Para climas mais frios, um tubo 316/316L pode ser suficiente, especialmente se houver um histórico de uso bem-sucedido.
Os proprietários e operadores de plataformas offshore também podem tomar medidas para minimizar o risco de corrosão após a instalação da tubulação.Eles devem manter os canos limpos e regularmente lavados com água doce para reduzir o risco de corrosão.Eles também devem fazer com que os técnicos de manutenção abram os grampos durante as inspeções de rotina para verificar se há corrosão nas frestas.
Seguindo as etapas acima, os proprietários e operadores de plataformas podem reduzir o risco de corrosão de tubos 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.
O Journal of Petroleum Technology, o principal jornal da Society of Petroleum Engineers, fornece resumos e artigos oficiais sobre avanços em tecnologia upstream, questões da indústria de petróleo e gás e notícias sobre a SPE e seus membros.