CORROSION EN DUCTOS

LINEAS DE TUBERIAEXTRACCIONTRANSPORTE DISTRIBUCIONNOM-007-SECRE-1999(TRANSPORTE DE GAS NATURAL)

DUCTOS EN MEXICO EN TIERRA: MAS DE 50 MIL Km (APROX. 54 MIL)

EN MAR: 2 MIL KM APROXIMADAMENTE

TIEMPO DE OPERACIN: MAS DE 30 AOS

VIDA ESTIMADA: 25 A 30 AOS

FLUIDOS TRANSPORTADOS CRUDO GAS NATURAL GASOLINA DIESEL AMONIACO ANHIDRO OTROSASME B 31.4, CAPITULO 1, PARRAFO 400.1.1

MATERIALES DE FABRICACIONACEROS AL CARBONOAPI 5L (PIPELINES: LINEAS DE TUBERIA)ASTM A- 53 (TUBERIA DE ACERO NEGRO Y GALVANIZADO CON Y SIN COSTURA) ASTM A-106 (TUBERIA DE ACERO AL CARBONO SIN COSTURA PARA SERVICIO A ALTA TEMPERATURA)

CORROSION EN DUCTOS EXTERIOR INTERIOR

CORROSION INTERIOR BACTERIAS CO2 CLORUROS ACIDO SULFHIDRICO AGUA OXIGENO DISUELTO SOLIDOS

PICADURAS CORROSION POR BACTERIAS AMPOLLAMIENTOS SCC CORROSION-EROSIONMencin aparte requieren los ductos que transportan amoniaco anhidro; ya que este agente qumico puede llegar a ser corrosivo para el material de fabricacin de los ductos.

GAS O FLUIDOS AMARGOSH2S HUMEDOAmpollamiento (Blistering): Los ampollamientos pueden formarse como deformaciones superficiales sobre el dimetro interior o exterior de los ductos o a travs de su espesor de pared. El ampollamiento resulta de tomos de hidrgeno que se forman durante el proceso de corrosin sulfhdrica del material de los ductos que se difunden dentro del acero y se colectan en una discontinuidad interna como una inclusin o laminacin. Los tomos de hidrgeno se combinan para formar molculas de hidrgeno que por su tamao no logran difundirse al exterior y la presin de estas molculas provocan deformaciones locales conocidas como ampollamientos. Los ampollamientos resultan de hidrgeno generado por corrosin, no del gas de hidrgeno que se maneja en equipos y/o reactores de plantas de refineras de petrleo o petroqumicas.

HIC : Hidrogen Induced Cracking SOHIC: Stress Oriented HIC

Agrietamiento por corrosin bajo esfuerzo por sulfuros (SSC): Es el agrietamiento del acero bajo la accin combinada de un esfuerzo de tensin y corrosin en presencia de agua y H2S. El SSC es una forma de agrietamiento por esfuerzo en hidrgeno que resulta de la absorcin de hidrgeno atmico que se produce por corrosin sulfhdrica sobre la superficie metlica. El SSC puede iniciar en las zonas de mayor dureza como son las soldaduras y zonas afectadas por el calor, curvas o soldaduras de accesorios de un slo cordn. El tratamiento trmico post-soldadura resulta adecuado para disminuir la dureza y tensiones residuales que hacen susceptible al acero de experimentar SSC.

Las variables ms importantes que afectan el ampollamiento por hidrgeno y el SSC son condiciones ambientales (pH, concentracin de H2S), contaminantes, temperatura, propiedades del material (dureza, microestructura, resistencia) y nivel de el esfuerzo tensil (aplicado o residual).El ampollamiento ocurre entre la temperatura ambiente y los 300 F (150 C); mientras que el SSC generalmente ocurre por debajo de los 180 F (82 C).Para prevenir el SSC en los aceros utilizados para la fabricacin de ductos y en equipos de refineras y planta petroqumicas, se limita la dureza en soldaduras a un valor mximo de 200 HB, en concordancia con NACE RP0472. El desarrollo de ampollamientos en aceros de los ductos no est relacionado con la dureza, pero s con la presencia de inclusiones y laminaciones que proporcionan sitios para que se acumule el hidrgeno que se difunde en el acero. Las caractersticas y requerimientos de aceros resistentes al fenmeno HIC est delineado en la publicacin NACE 8X194 y la norma NACE MR0103.

CORROSION BACTERIANAEs una forma de corrosin provocada por organismos vivos tales como bacterias, algas u hongos. Con frecuencia est asociada con la presencia de tubrculos o sustancias orgnicas fangosas. Por lo comn se requieren condiciones de flujo de baja velocidad o incluso de estancamiento.Debido a la diversidad de bacterias que pueden existir, los organismos pueden sobrevivir y crecer bajo condiciones como la falta de oxgeno (bacterias anaerbicas), luz u oscuridad, alta salinidad, rango de pH de 0 a 12 y temperaturas de 0 a 235 F (-17 a 113 C).Los diferentes organismos se alimentan de diferentes nutrientes que incluyen sustancias inorgnicas (azufre, amoniaco, H2S, etc.) y orgnicas (hidrocarburos, cidos orgnicos), sin embargo, para crecer todos los organismos requieren de una fuente de carbono, nitrgeno y fsforo.La corrosin bacterias generalmente se observa como picaduras localizadas bajo depsitos o tubrculos que protegen los organismos.

CORROSION POR CO2La corrosin por dixido de carbono resulta cuando se disuelve el gas CO2 en agua para formar cido carbnico (H2CO3). El cido carbnico puede disminuir el pH y en cantidades suficientes puede promover una corrosin general y/o corrosin de tipo pitting del acero al carbono.Los factores crticos para el desarrollo de este mecanismo son la presin parcial de CO2, el PH y la temperatura. La corrosin ocurre en la fase lquida, con frecuencia en los sitios o zonas donde se condensa el CO2 de la fase vapor. Al aumenta la temperatura se incrementa la velocidad de corrosin hasta el punto donde se vuelve a vaporizar el CO2.La corrosin generalmente ocurren en reas de turbulencia como son la raz de soldaduras de tubera, codos, tees, reducciones, etc.

SCC POR AMONIACO ANHIDROLa tubera de acero al carbono de ductos es susceptible de experimentar un agrietamiento por corrosin bajo esfuerzos (SCC) en amonaco anhidro.Amonaco anhidro con menos del 0.2% de agua provocar el agrietamiento en aceros al carbono.El tratamiento trmico post-soldadura elimina la susceptibilidad de la mayora de los aceros comunes (resistencia mecnica menor a 70,000 psi)La contaminacin con aire u oxgeno incrementa la tendencia hacia el agrietamiento.Pare prevenir este mecanismo de falla la dureza en soldadura se debera limitar a un valor mximo de 225 HB, adicionar s es factible agua en cantidades mayores al 0.2% y prevenir el ingreso de oxgeno.

CORROSION EXTERIORCORROSION EN SUELOSCORROSION DE TUBERIA ENTERRADACORROSION BAJO TIERRA

CORROSION EN SUELOSEl terreno o suelo por su contenido variable de humedad, sales y materia orgnica en descomposicin es el electrlito ms complejo de todos los que se pueden encontrar.Por necesidades econmicas y de seguridad, la industria petrolera tiene que enterrar sobre l numerosos ductos o lneas de transportacin de sus hidrocarburos, productos refinados y petrleo crudo.; los cuales se ven sometidos a un proceso de corrosin que en algunos casos puede ser complicado.Para tener un buen control de la corrosin de estos ductos se han de combinar dos tipos de proteccin: un buen recubrimiento pasivo, complementado por un sistema de proteccin adecuado. Confiar la proteccin anticorrosiva de los ductos solamente a la proteccin catdica, puede hacerse, pero ser siempre antieconmico.

CORROSION EN SUELOSEl fenmeno de corrosin en suelos es bastante complejo, con una multitud de variables y con reacciones qumicas que involucran la mayora de los elementos presentes en la composicin del suelo. Las variables ms influyentes en la agresividad del suelo y su efecto en las velocidades de corrosin son: Humedad/AguaGrado de aereacinpHResistividadPotencial RedoxContenido de ClorurosNivel de SulfatosPresencia de Bacterias

RESISTIVIDAD DE SUELOSLa velocidad de corrosin de los suelos est ligada con su resistividad conforme al cuadro siguiente:La resistividad del terreno depende de su estructura, dimensiones de las partculas de sus constituyentes, su porosidad y permeabilidad, del contenido de agua y de su contenido de iones.Por ejemplo, un suelo arcilloso con un 5% de humedad puede tener una resistividad de 10,000 .cm; en cambio con un 20% de humedad su resistividad puede disminuir hasta 1,000 .cm.La resistividad un terreno y especialmente la de los estratos superiores, puede variar notablemente con las estaciones del ao, la precipitacin pluvial, la actividad agrcola e industrial, etc.

ResistividadCaractersticas corrosivas< 1000 .cmAltamente corrosivo1,000 5,000 .cm Corrosivo5,000 10,000 .cmPoco corrosivo>10,000 .cmPrcticamente no-corrosivo

CORROSION ANAEROBIAS el oxgeno atmosfrico no puede penetrar el suelo, como ocurre en suelos arcilloso o de turba, el hidrgeno producido a consecuencia de la reaccin catdica en la tubera enterrada puede llegar a ser eliminado (oxidado) por una accin microbiana. Este proceso es el resultado de la accin metablica de un microorganismo (la bacteria Sporovibrio Desulfuricans) que se desarrolla en ausencia completa de oxgeno libre (condiciones anaerobias).Para oxidar el hidrgeno de estos medios nutritivos orgnicos, esta bacteria no utiliza el oxgeno libre, sino el in sulfato (SO-4), reducindolo a sulfuro (S-2). Uno de los mecanismos aceptados para explicar lo anterior es el siguiente4 Fe 4 Fe2+ + 8 e-8 H+ + 8 e- 8 HSO-4 + 8 H S-2 + 4 H2OFe2+ + S-2 FeS3 Fe2+ + 6 OH- 3 Fe(OH)2PRODUCTOSDE CORROSIONBACTERIAS

CORROSION AEROBIACon una fuente apropiada de oxgeno, se puede generar un corrosin bacteriana en presencia de bacterias aerobias del tipo tiobacilos (Ferrobacillus Ferroxidans), que son capaces de oxidar azufre y los sulfuros para convertirlos en cido slfurico; el cual es un agente extremadamente corrosivo para aceros al carbono.4 Fe 4 Fe2+ + 8 e-8 H+ + 8 e- 8 H2S + 2 H2O + 3O2 2SO4-2 + 4 H+ Fe2+ + SO4-2 FeSO4PRODUCTODE CORROSIONBACTERIAS

CORROSION POR AIREACION DIFERENCIALEn cualquier electrlito que se pueda pensar que sea homogneo existen frecuentemente diferencias de concentracin de aire disuelto. Esta es una causa de corrosin puesta en evidencia por Evans (llamada aireacin diferencial o efecto Evans). S una tubera metlica se encuentra en un terreno donde exista una concentracin diferente de oxgeno, la parte menos oxigenada ser la andica y por tanto ser la que sufrir los efectos de la corrosin.Este fenmeno se ver agravado s la tubera, a partir, de una cierta longitud, atraviesa terrenos de naturaleza diferente; ya que puede ser muy distinta la permeabilidad al aire en cada uno de sus componentes, y por tanto, mayores sus diferencias en la concentracin de oxgeno.

CORROSION GALVANICAEste tipo de corrosin tiene lugar cuando se ponen en contacto dos metales diferentes. A veces ocurre que de un conducto principal de acero se sacan conductos derivados en cobre o acero galvanizado; en el primer caso se atacar el acero y en el segundo se disolver el Zn (del galvanizado). Se puede incluir en este tipo de corrosin el caso de la asociacin de un ducto viejo (oxidado) con uno nuevo. El metal oxidado (pasivado) es siempre ms noble que el metal nuevo; ya que tiene un potencial ms elevado; por tanto, este ltimo sufrir los efectos de la corrosin.

CORRIENTES VAGABUNDASCon el trmino de corrientes vagabundas o parsitas se designa a aquellas corrientes que circulan en el suelo fuera de los circuitos previstos. La intensidad de estas corrientes con frecuencia es variable y depende esencialmente de la naturaleza y funcionamiento de la fuente que las emite: traccin elctrica, subestaciones elctricas, etc.La corrosin se produce siempre en los lugares en donde la corriente sale de la estructura que ha recorrido, provocando una disolucin andica tanto ms peligrosa cuanto ms localizada se encuentre.

CONTROL DE CORROSION INTERIORObjetivo: En ductos de acero empleados en la recoleccin, transporte y distrubucin de hicrocarburos, debe establecerse un programa de evaluacin y control para minimizar los daos originados por corrosin en el interior de la tubera.Segn norma de PEMEX CID-NOR-N-SI-001, el valor mximo de corrosin deber ser 2.0 mpa.

CONTROL DE CORROSION INTERIORCalidad del Fluido Interno: Bacterias Cloruros Acido sulfhdrico y derivados del azufre Acidos orgnicos Oxgeno Solidos o precipitados Agua Parafinas Sales o incrustantes, etc.pH, dureza, Fe total, manganeso, cloruros, H2S, gases disueltos, bacterias, etc.

CONTROL DE CORROSION INTERIORVelocidad de Flujo: Se debe disear el ducto, de tal forma que el rango de la velocidad del fluido vare entre los lmites que causen el menor dao por corrosin. El rango inferior ms conveniente ser el que mantenga en suspensin las impurezas, evitando la acumulacin de materiales corrosivos dentro del ducto y el lmite superior de la velocidad ser aquel en el cual sean mnimos los fenmenos de erosin-corrosin.Agua: Cuando se tenga la presencia de agua en el hidrocarburos se deber considerar la deshidratacin del fluido, de tal forma que el contenido se mantenga dentro de los contenidos mximos permisibles para cada caso especfico.Oxgeno: Cuando el oxgeno sea el causante de la corrosin interior, se deber considerar la deareacin del fluido y el sistema del ducto se diseara de tal forma que no haya entrada de aire.

CONTROL DE CORROSION INTERIORInihibidores de Corrosin: Cuando se transportan fluidos corrosivos, debe considerarse la adicin de inhibidores de corrosin como una medida para mitigar la corrosin.Ingeniera de diseo debe tomar en consideracin el costo que representa el tratamiento con inhibidores de corrosin, comparndolo con otras tcnicas empladas para atenuar la corrosin como: tratamientos de fluidos antes de que entren al ducto, aumentar la frecuencia de corridas de diablos de limpieza e inspeccin, recubrimiento interior del ducto o la combinacin de estos mtodos.La seleccin adecuada de un inhibidor depende: del costo-beneficio, compatibilidad del fluido y otros aditivos, facilidad en el manejo, dosificacin y posibilidades de efectos nocivos en procesos posteriores.Para la seleccin de inhibidores tambin deben considerarse las pruebas de laboratorio, pruebas de campo, experiencia en la industria y recomendaciones del fabricante, as como su eficiencia, grado de solubilidad, etc.

CONTROL DE CORROSION INTERIORRecubrimientos: El recubrimiento interior de ductos debe considerarse como otro recurso para el control de la corrosin interior; ya que proporcionar una barrera fsica entre el acero y el fluido transportado. Tambin se considera una solucin en reas especiales como en cabezales de estaciones o descargas de pozos de dimetro tal que no sea factible o econmico usar alguna otra tcnica de control de corrosin.El recubrimiento deber ser resistente al ataque del fluido y de sus contaminantes corrosivos o inhibidores, adems deber ser compatible con el fluido.

CONTROL DE CORROSION INTERIORDiablos de Limpieza: La funcin de la corrida de la limpieza es mejorar y mantener limpia la superficie interna de los tubos, removiendo y eliminando los contaminantes y depsitos.Hay una gran variedad de tipos de diablos en el mercado con diferentes capacidades de limpieza (navajas, copas y cepillos, superficie abrasiva, semi-rgido, esferas, espuma de poliuretano, etc.)El ingeniero especialista en corrosin seleccionar el ms adecuado considerando:La capacidad del diablo para remover los contaminantesCostoLa posibilidad de que pase los segmentos del ducto y accesorios que pudiesen tener reduccionesCompatibilidad con el fluidoExistencia de recubrimiento interior

CONTROL DE CORROSION EXTERIORObjetivo: Prevenir la corrosin en ductos y sus accesorios, inmediatamente despus de su construccin o durante sta.La prevencin de corrosin exterior en ductos enterrados y/o sumergidos se llevar a cabo mediante la aplicacin de recubrimientos anticorrosivos, complementados con sistemas de proteccin catdica. Se debe poner especial atencin para atenuar los efectos de corrientes extraas y parasitas en caso de confirmar su existencia en instalaciones como trampas de diablos, estaciones de compresin y bombeo, tanques baterias de recoleccin, terminales de distribucin, etc.

CONTROL DE CORROSION EXTERIORRecubrimientos: La funcin de los recubrimientos es aislar la superficie externa de los ductos enterrados y/o sumergidos del medio circundante, con la finalidad de evitar la incidencia de corrosin, reducir los requerimientos de corriente de la proteccin catdica y mejorar la distribucin de la misma. Los recubrimientos deben poseer las siguientes caractersticas:Alta resitencia elctricaImpedir el paso de la hmedadEl mtodo de aplicacin no debe afectar las propiedades de la tuberaUna vez aplicado no debe manifestar defectosDebe tener buena adherenciaResistencia a los microorganismosResitencia al manejo, almacenaje e instalacin de la tubera

CONTROL DE CORROSION EXTERIORResistente al desprendimiento catdicoResistente al ataque qumicoFcil de repararDeber conservar sus propiedades fsicas a travs del tiempoNo txicoResistente a efectos trmicosResistencia al impactoResistencia a la friccin

Caractersticas de recubrimientos, cont.

CONTROL DE CORROSION EXTERIORMedio en el que va a estar alojado el ductoAccesibilidad del ductoTemperatura a la que va operar el ductoTemperatura ambiente durante la aplicacin, almacenaje, construccin, instalacin y prueba hidrostticaLocalizacin geogrficaCompatibilidad con el tipo de recubrimiento de los ductos existentesManejo, almacenaje y mtodo o tcnica de instalacin de la tuberaRequerimientos de preparacin de la superficie del ductoCostos

Factores de seleccin del sistema de recubrimiento

CONTROL DE CORROSION EXTERIOREpxicos aplicados por fusinCintas plsticasPolimeros (polister, poliuretano, polietilenos extruidos, etc.)

Recubrimientos comerciales

CONTROL DE CORROSION EXTERIORProteccin Catdica: Los ductos nuevos o existentes deben ser protegidos catdicamente como complemento al recubrimiento anticorrosivo por medio de un sistema de nodos galvnicos o corriente impresa, debiendose verifcar que con el sistema instalado se alcance la proteccin total de la instalacin. El diseo de la proteccin catdica se realizar de acuerdo con la norma PEMEX No. 2.413.01, Capttulo 6.

CONTROL DE CORROSION EXTERIORProteccin con nodos galvnicos (de sacrificio): Se fundamenta en el mismo principio de la corrosin galvnica, en la que un metal ms activo es andico respecto con otro ms noble, corroindose el metal andico.En la proteccin catdica con nodos galvnicos, se utilizan metales fuertemente andicos conectados a la tubera a proteger, dando as origen al sacrificio de dichos metales por corrosin, descargando suficiente corriente, para la proteccin de la tubera.La diferencia de potencial existente entre el metal andico y la tubera a proteger, es de bajo valor porque este sistema se usa para pequeos requerimientos de corriente, pequeas estructuras y en medios de baja resistividad.

CONTROL DE CORROSION EXTERIORCaractersticas de un nodo de sacrificioDebe tener un potencial de disolucin lo suficientemente negativo para polarizar la estructura de acero a 8.0 V. Sin embrago el potencial no debe ser excesivamente negativo; ya que esto motivara un gasto superior, con un innecesario paso de corriente. El potencial prctico de disolucin puede estar comprendido entre 0.95 a 1.7V.Corriente suficientemente elevada por unidad de peso de material consumido.Buen comportamiento de polarizacin andica a travs del tiempo.Bajo costo

CONTROL DE CORROSION EXTERIORTipos de AnodosLos nodos galvnicos que con mayor frecuencia se utilizan en la proteccin catdica son: Magnesio, Zinc y AluminioMagnesio: Los nodos de magnesio tiene un alto potencial con respecto al hierro y estn libres de pasivacin. Estn diseados para obtener el mximo rendimiento posible en su funcin de proteccin catdica. Se pueden utilizar en suelos de baja reistividad de hasta 3,000 .cmZinc: Para estructuras inmersas en agua de mar o en suelos con resistividad de hasta 1,000 .cmAluminio: Para estructuras inmersas en agua de mar.

CONTROL DE CORROSION EXTERIORRelleno BackfillPara mejorar las condiciones de operacin de los nodos en sistemas enterrados, se uilizan algunos rellenos (Backfill) que rodean completamente los nodos, promoviendo algunos beneficios como:Promover mayor eficienciaPropiciar un desgaste homogneo del andoEvitar efectos negativos de los elementos del suelo sobre el nodoAbsorber y mantener una humedad apropiadaLa composicin tpica del backfill para nodos galvnicos est consituida por yeso (CaSO4), bentonita, sulfato de sodio tal resistividad de la mezcla vara entre 50 a 250 .cm

CONTROL DE CORROSION EXTERIORProteccin con corriente impresa: En este sistema se mantiente el mismo pricipio fundamental, pero en este caso se obtiene la proteccin de la tubera conectndola al polo negativo de una fuente de alimentacin de corriente continua (rectificador). El polo positivo (nodo) est constituido generalmente por grafito, aleaciones de plomo o aleaciones de hierro-silicio. La corriente que sale del nodo llega a la tubera que se trata de proteger segn el siguiente esquema.Este tipo de sistema tiene el beneficio de que los materiales a usar en la cama de andos se consumen a velocidades menores, descargando mayores cantidades de corriente y de esa forma mantener una mayor vida til.

CONTROL DE CORROSION EXTERIORCOMPARACION DE LOS SISTEMAS

ANODOS GALVANICOSCORRIENTE IMPRESANo requieren potencia externaRequiere de potencia externaVoltaje de aplicacin fijoVoltaje de aplicacin variableAmperaje limitadoAmperaje variableAplicable en casos de requerimiento de corriente pequea de hasta 5 AUtil en diseo de cualquier requerimiento de corriente sobre 5 AUtil en medios de baja resistividadAplicable en cualquier tipo de sueloLa interferencia con estructuras enterradas es prcticamente nulaEs necesario analizar la posibilidad de interferenciaSlo se utiliza hasta un valor lmite de resistividad elctrica de 5,000 .cmResistividad elctrica ilimitadaMantenimiento simpleMantenimiento ms complicado-----Costo alto de instalacin

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