MONITOREO DE CORROSIÓN EN TUBERÍAS DE TRANSPORTE DE CRUDO Y GAS NATURAL CENTRO DE ESTUDIOS DE CORROSIÓN

Transcripción

1 MONITOREO DE CORROSIÓN EN TUBERÍAS DE TRANSPORTE DE CRUDO Y GAS NATURAL CENTRO DE ESTUDIOS DE CORROSIÓN

2 COMO DETECTAR PROBLEMAS DE CORROSIÓN? Porque es importante detectar los problemas de corrosión? Permite la aplicación de medidas control y correctivas cuando el problema de corrosión es pequeño y fácil de manejar, evitando fallas catastróficas del material.

3 COMO DETECTAR PROBLEMAS DE CORROSIÓN? Como identificar la corrosión en sus comienzos? Deben buscarse factores que puedan acelerar la velocidad de corrosión y identificar cuanto afectan estos factores al material, de tal manera que pueda justificarse combatirla desde sus primeras manifestaciones.

4 COMO DETECTAR PROBLEMAS DE CORROSIÓN? Cuáles factores buscar? Agua: debe estar presente antes de que cualquier problema de corrosión comience. Gases ácidos: Sulfuro de Hidrogeno y dióxido de carbono presentes en tuberías y pozos de gas y que disueltos en agua forman ácidos agresivos, el H2S puede generarse por la presencia de bacterias sulfato reductoras. Aire (oxigeno): penetra en los sistemas por diferentes vías y pequeñas cantidades del mismo generaran serios problemas de picaduras.

5 COMO DETECTAR PROBLEMAS DE CORROSIÓN? Metales diferentes en contacto que puede causar corrosión galvanica. Fluido a altas velocidades (turbulencia): que provoca la ruptura de películas protectoras como en el caso de pozos de gas con altas velocidades de producción. Presencia de celdas de concentración

6 MONITOREO DE CORROSIÓN Corresponde a las etapas tomadas para determinar y estimar que tipos y velocidades de ataques de corrosión ocurren en el sistema, así como detectar cambios en la corrosividad.

7 MONITOREO DE CORROSIÓN El monitoreo de corrosión se ha convertido en un aspecto importante del diseño y operación de modernas plantas industriales, ya que permite a los Ingenieros de planta y al personal identificar los daños causados por la corrosión.

8 MONITOREO DE CORROSIÓN El termino monitoreo utilizado en este contexto, implica cualquier técnica para evaluar el progreso o velocidad de corrosión.

9 POR QUÉ MEDIR LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN? En presencia de un proceso corrosivo, es necesario cuantificar la magnitud de los daños que pudieran ocurrir. Los valores de velocidad de corrosión permiten justificar los gastos para el control del problema o no. Estas medidas son mas útiles si los ensayos son realizados en un largo periodo de tiempo ya que esta puede estar cambiando instantáneamente en el tiempo.

10 Criterios para seleccionar las técnicas para la medida de velocidad de corrosión Tiempo de Medida Tipo de Información Obtenida Tiempo de Respuesta Aplicabilidad Según el Medio Corrosivo Tipo de Corrosión

11 Criterios para seleccionar las técnicas para la medida de velocidad de corrosión Tiempo de Medida: medidas instantáneas o tiempos largos. Tipo de Información Obtenida: Medición de la velocidad de corrosión Perdida total de material. Espesor remanente del material Tipo de distribución del deterioro.

12 Criterios para seleccionar las técnicas para la medida de velocidad de corrosión Tiempo de Respuesta: La tecnica mas rapida para determinar la velocidad de corrosión instantanea debe ser escogida. Aplicabilidad según el Medio Corrosivo: Técnicas electroquímicas: Medio electrolítico conductor. Técnicas no electroquímicas: En algunos medios gaseosos, fluidos no conductores y electrolitos.

13 Tipo de Corrosión: la mayoría de las técnicas se basan en la detección de corrosión uniforme. Sin embargo, otras permiten Criterios para seleccionar las técnicas para la medida de velocidad de corrosión determinar algunos tipos de corrosión localizada.

14 Técnicas Electroquímicas Técnicas de Medición de Velocidad de Corrosión Técnicas no Electroquímicas Técnicas Auxiliares

15 Técnicas Electroquímicas Corresponden a medidas relacionadas con corriente potencial, bajo condiciones bien controladas pueden aportar: Velocidad de Corrosión. Tendencias a la pasivación del material. Formación de picaduras. Comportamiento electroquímico del material

16 Técnicas Electroquímicas Corriente Directa Corriente Alterna Resistencia a la polarización. Potenciostática. Potenciodinámica. Galvanostática. Galvanodinámica. Potencial de Corrosión. Galvánica. Penetración de Hidrógeno. Coulostática. Voltametria Cíclica. Ruido Electroquímico Impedancia Faradaica. Voltametria Cíclica.

17 Técnicas Electroquímicas CORRIENTE DIRECTA Resistencia a la polarización: Es una de las más usadas para medir velocidad de corrosión. Se basa en la medida de la resistencia aparente de un electrodo de trabajo que se polariza anódica o catódicamente a valores de sobrepotencial no mayores de mv. Se determina midiendo la velocidad de corrosión instantánea, debe realizarse en medios electroliticamente conductores (incluye la caida IR).

18 Técnicas Electroquímicas Probetas de Resistencia a la Polarización

19 Técnicas Electroquímicas Configuración de los Electrodos: 2 ó 3

20 Técnicas Electroquímicas Curvas de Polarización Anódica y Catódica Controlar la corriente y medir el potencial resultante. Controlar el potencial y medir la corriente resultante. El cambio de potencial como se resultado de un flujo de corriente se conoce como: Polarización.

21 Técnicas Electroquímicas Curvas de Polarización Anódica y Catódica 1. Polarización Anódica: Esta representada como una reacción del metal la cual predomina a potenciales + positivos que el potencial de corrosión a circuito abierto. 2. Polarización Catódica: Esta representada como una reacción de reducción la cual predomina a potenciales + negativos que el potencial de corrosión a circuito abierto.

22 Técnicas Electroquímicas Tipos de Polarización Anódica y Catódica Polarización por Activación Polarización por Concentración. Polarización por Resistencia

23 Técnicas Electroquímicas Pruebas de polarización Galvanostáticas y galvanodinámicas Se utiliza un instrumento controlador de corriente. La corriente es incrementada en intervalos regulares (galvanostato) o continuamente y el potencial resultante es medido al alcanzar un valor de estado permanente (galvanostáticamente) o es graficado automáticamente en cada instante (galvanodinámicamente).

24 Técnicas Electroquímicas Pruebas de polarización potenciostáticas y potenciodinámicas Determinan el perfil total de la velocidad de corrosión para un sistema metal-electrolito sobre un rango de potencial mediante un potenciostato. El potencial del electrodo es cambiado a pasos o continuamente y se mide la corriente luego de alcanzar un estado permanente o se registra automaticamente (Norma ASTM- G5).

25 Técnicas Electroquímicas Parametros determinados: Ecorr, Epp, icp, ip y el rango del potencial pasivo

26 Técnicas Electroquímicas Potencial de Corrosión El potencial de corrosión se mide con respecto a un electrodo de referencia cuyo potencial debe ser conocido y mantenerse constante. La elección del electrodo de referencia dependerá del medio corrosivo. En ningún caso aporta información acerca de la velocidad de corrosión.

27 Técnicas Electroquímicas Galvánica Basada en el diagrama de Evans y se aplica a sistemas donde ánodos y cátodos se encuentran separados convenientemente, se puede utilizar el potenciostato para efectuar esta prueba conectando el circuito externo de forma tal que los dos electrodos tengan el mismo potencial eléctrico, midiendo entonces la corriente eléctrica drenada.

28 Técnicas Electroquímicas Impedancia Faradaica Consiste en la aplicación de una señal sinosoidal de pequeña amplitud (pocos milivoltios) en una amplia gamma de frecuencias. La respuesta es otra señal sinosoidal de idéntico periodo y de distinta amplitud, desplazada un determinado Angulo de fase.

29 Técnicas Electroquímicas Monitoreo de Hidrogeno El hidrogeno es uno de los productos originados en procesos de corrosión en medios generalmente ácidos donde ocurre la reacción catódica de descarga de protones complementaria de la anódica de disolución del metal. La medida del aumento de la presión de H 2 mediante la determinación de permeabilidad y coeficientes de difusión de átomos a través de materiales metálicos son equivalentes a la velocidad de corrosión. La determinación de hidrogeno es importante para estudiar procesos de fragilización, corrosión bajo tensión y ampollamiento.

30 Técnicas Electroquímicas Probeta de Hidrogeno La probeta de Hidrogeno sirve de colector y catalizador de las reacciones y oxidaciones que producen hidrogeno como resultado de reacciones catódicas en sistemas ácidos no oxidantes. Estos átomos de Hidrogeno se difunden a través del espesor del recipiente y son liberados hacia la superficie exterior. La probeta de Hidrogeno esta limitada a sistemas con temperaturas cercanas a la ambiental y velocidades de difusión altas de Hidrogeno. En tuberías de gas se aplica con gran frecuencia, donde la corrosión puede ocurrir cuando H 2 S, agua y CO 2 están presentes.

31 Técnicas Electroquímicas Probeta de Hidrogeno Ventajas No requiere de penetración de la pared de tuberías, para obtener la velocidad de corrosión puesto que se asume para este método que todo el hidrogeno liberado en la reacción de corrosión difunde a través de la pared del recipiente.

32 Técnicas Electroquímicas Probetas de Hidrogeno

33 Técnicas Electroquímicas Sistema de Monitoreo para penetración de Hidrogeno

34 Técnicas no Electroquímicas Cupones Resistencia Eléctrica Técnicas Analíticas

35 Técnicas no Electroquímicas CUPONES Es la forma mas directa y real de estudiar el efecto corrosivo de un medio dado sobre un determinado material metálico durante periodo de tiempo prolongados, midiendo finalmente las alteraciones producidas sobre el metal.

36 Técnicas no Electroquímicas Tipos de cupones Geometrías Diferentes

37 Técnicas no Electroquímicas Tipos de cupones Geometrías Diferentes

38 Técnicas no Electroquímicas Tipos de cupones Soldados

39 Técnicas no Electroquímicas Tipos de cupones Stress Corrosion

40 Técnicas no Electroquímicas Tipos de cupones Bio Probeta

41 Técnicas no Electroquímicas Racks

42 Técnicas no Electroquímicas Racks

43 Técnicas no Electroquímicas Determinación de la velocidad de corrosión mediante cupones Para determinar la velocidad se corrosión se utilizan la perdida de peso, el área del cupón y el tiempo de exposición del cupón. Debe efectuarse una observación detallada del cupon para la detección de picaduras o cualquier ataque sobre la superficie del cupón.

44 Técnicas no Electroquímicas Importancia de los ensayos con cupones de corrosión Permite seguir la vida del equipo existente. Evaluación de materiales alternativos de construcción. Permite determinar los efectos de procesos in situ, en condiciones que no pueden ser reproducibles en el laboratorio.

45 Técnicas no Electroquímicas Ventajas de las Pruebas con Cupones Gran numero de cupones. Monitoreo de programa de inhibidores. Largo tiempo de exposición. Diseño de cupones

46 Técnicas no Electroquímicas Desventajas de los Cupones de Prueba No pueden ser usados para detectar cambios rápidos en la corrosividad de un proceso. No pueden garantizar el inicio de la corrosión localizada antes que los cupones sean removidos, hasta con pruebas de duración extendida. La velocidad de corrosión no puede ser trasladada directamente dentro de la velocidad de corrosión del equipo. Ciertas formas de corrosión no pueden ser detectadas con cupones.

47 Técnicas no Electroquímicas Los cupones permiten evaluar formas especificas de corrosión, para ello se diseñan diferentes tipos de cupones para la detección de corrosión en hendiduras, picaduras, corrosión microbiologica, etc.

48 Técnicas no Electroquímicas Resistencia Eléctrica Este método se basa en la determinación de los cambios de la resistencia eléctrica de un material metálico por efecto de la corrosión. La probeta utilizada es usualmente un alambre, tubo o lamina en contacto con el medio agresivo. Suponiendo el tipo de corrosión uniforme la disminución del diámetro o espesor de la probeta será proporcional al cambio de la resistencia eléctrica. R A L A D 4 2

49 Ventajas y Desventajas La principal ventaja de esta técnica es su aplicación tanto en medios electrolíticos y no electrolíticos, a presión atmosférica y altas presiones, su desventaja es la interpretación de los resultados cuando el tipo de corrosión cambia de uniforme a localizada. Técnicas no Electroquímicas Resistencia Eléctrica

50 Técnicas no Electroquímicas Resistencia Eléctrica Geometría del Sensor La mayor sensibilidad para pequeños cambios en el espesor se obtiene con alambres de poco diámetro o laminas muy delgadas. Las probetas en forma de alambres son en general más robustas y representativas de las condiciones metalúrgicas del material. Para minimizar los errores por la formación de picaduras se pueden emplear sensores de alambre, en vez de laminas delgadas.

51 Técnicas no Electroquímicas Probetas de Resistencia a la Polarización Geometría del Sensor

52 Técnicas no Electroquímicas Graph plotting measurement versus time to derive corrosion rate.

53 Corrosometros

54 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Métodos ópticos Técnica de partículas magnéticas y tintas penetrantes. Corrientes superficiales o de Foucault Ultrasonido Radiografía Emisión Acústica Caliper Inspecciones electromagnéticas Termografía de infrarrojo Análisis de las corrientes del proceso Mediciones en corriente lateral (desvío) Orificios centinelas Historia del comportamiento del equipo

55 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Métodos ópticos Abarca desde la simple observación visual al empleo de boroscopios y microscopias ópticas o electrónicas la interpretación de la observación requiere experiencia por parte del observador por problemas de iluminación direccional.

56 Boroscopio Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva

57 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Partículas Magnéticas El ensayo por partículas magnetizábles es utilizado en la localización de discontinuidades superficiales y sub-superficiales en materiales ferromagnéticos. Puede aplicarse tanto en piezas acabadas como en semi acabadas y durante las etapas de fabricación. El proceso consiste en someter la pieza, o parte de esta, a un campo magnético. En la región magnetizada de la pieza, las discontinuidades existentes, o sea, falta de continuidad de las propiedades magnéticas del material, acusarán un campo de flujo magnético. Con la aplicación de partículas ferromagnéticas, ocurrirá una aglomeración de estas en los campos de fuga, una vez que son atraídas debido al surgimiento de polos magnéticos. La aglomeración indicará un contorno del campo de fuga, forneciendo la visualización del formato y de la extensión de la discontinuidad.

58 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Partículas Magnéticas Mediante esta técnica pueden ser detectadas finas fisuras provenientes de procesos de corrosión por fatiga y corrosión bajo tensión mecánica. La técnica de partículas magnéticas solo puede ser usada sobre materiales paramagnéticos y consiste en la aplicación de una pintura de secado rápido, generalmente es blanca, sobre la superficie a ensayar. Luego la pieza se somete a un campo magnético o electromagnético cubriéndose finalmente con partículas magnéticas. La presencia de fisuras se evidencia por la aparición de diversas líneas donde las partículas se concentran debido a la discontinuidad del campo magnético.

59 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Partículas Magnéticas

60 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Partículas Magnéticas Secas Humedas

61 Tintes Penetrantes El ensayo por líquidos penetrantes es un método desarrollado especialmente para la detección de discontinuidades esencialmente superficiales, y que estén abiertas a la superficie. Se presta para detectar discontinuidades como grietas y poros. Es muy utilizado en materiales no magnéticos como aluminio, magnesio, aceros inoxidables austeníticos, aleaciones de titánio y zirconio, y también, materiales magnéticos. Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva

62 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Tintes Penetrantes Procedimiento Puede ser usada tanto en materiales diamagnéticos como paramagnéticos, se basa en un colorante disuelto en un fluido con propiedad penetrante (baja tensión superficial) que se aplica sobre la superficie en estudio. Luego de un lapso en contacto se elimina el exceso de reactivo por simple limpieza con un lienzo procediéndose a revelar mediante la aplicación en aerosol de un pigmento blanco. Las zonas con fallas superficiales aparecen coloreadas por difusión de la tinta.

63 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Tintes Penetrantes Turbina a Gas Coloridas Fluorecentes

64 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Ultrasonido Se fundamenta en la aplicación de pulsos sonicos generados por un cristal o cerámica piezoeléctrica sobre la probeta de estudio. La presencia de fallas en el material origina una modificación de la señal que es detectada por otro cristal y amplificada para ser observada en un osciloscopio.

65 Procedimiento Ultrasonido Para monitorear velocidades de corrosión en situ puede emplearse el ultrasonido para la medición de espesores. Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva En este caso debe colocarse el transductor en la parte externa de la pared del recipiente. Este produce una señal ultrasónica la cual pasa a través de la pared del recipiente, rebotando en la superficie interior y retornando al transductor.

66 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Ultrasonido Aereas Enterradas

67 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Ultrasonido Inspección interna Inspección soldaduras

68 Resultados Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Ultrasonido El espesor es calculado por el lapso de tiempo entre la emisión de la señal y la subsiguiente recepción, junto con la velocidad del sonido en el material. Para el calculo de la velocidad de corrosión una serie de medidas deben realizarse sobre el intervalo de tiempo, y la perdida de metal por unidad de tiempo que debe determinarse.

69 Desventajas Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Ultrasonido La superficie metálica debe estar libre de pinturas, aislamiento térmico, productos de corrosión, etc. Debe utilizarse un agente acoplante tal como grasa, vaselina o aceite, para que la señal pueda pasar desde la probeta hasta el interior del metal y retornar. No es muy confiable a altas o muy bajas temperaturas. En presencia de un revestimiento metalúrgico interno se desconoce cual es la superficie que devuelve la señal.

70 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Radiografía Se emplea para la detección de corrosión localizada por medio de ensayos de rayos x, la radiación transmitida a través de la probeta se detecta por películas fotográficas sensibles o pantallas fluorecentes. La fuente de rayos X requiere de energía eléctrica y sistemas de enfriamiento. La radiación G se obtiene directamente de cantidades pequeñas de material radioactivos. Tiene alto poder de penetración en comparación con los rayos X, pero es una técnica extremadamente peligrosa.

71 Ventajas: Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Radiografía Puede ser usado en muchos materiales. Provee una imagen visual permanente. Revela la naturaleza interna del material. Descubre fallas de fabricación. Revela discontinuidades estructurales.

72 Desventajas: Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Radiografía No es practico su uso en objetos de geometria compleja. El objeto a ensayar debe tener acceso de ambos lados. Las discontinuidades tipo laminar son indetectables. Las condiciones de seguridad deben ser consideradas ya que la radiación ionizante es el elemento de trabajo. Es un método de ensayo relativamente costoso. Es necesario para su interpretación un Inspector Nivel II La radiación puede causar: Disminución de glóbulos blancos Disminución de glóbulos rojos inmaduros Afección en los órganos reproductores Afección de los tejidos, huesos músculos y nervios.

73 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva

74 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Termografía Infrarroja Con la termografía es posible obtener la imagen térmica de un objeto. Es una técnica mediante la cual se obtiene una imagen en un tubo de rayos catódicos con el uso de una cámara de infrarrojo. La imagen térmica o termograma puede ser presentada de forma tal que el color negro corresponda a las partes más frías y el blanco a las partes más calientes. La mayoría de las superficies pueden reflejar la radiación infrarroja. Para obtener un termograma se requiere del uso de una cámara infrarroja y una unidad de pantalla. La cámara contiene un detector infrarrojo que convierte el calor recibido del objeto en señales eléctricas, estas señales son procesadas electrónicamente por la unidad de pantalla donde se presenta la imagen térmica.

75 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Inspecciones electromagnéticas La herramienta de inspección utilizada es un cochino o diablo de inspección, este es un instrumento segmentado en tres secciones donde cada componente va conectado con un enlace articulado para permitir la adaptación a las curvas de la línea. Sección impulsora Sección traductora Sección grabadora

76 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Inspecciones electromagnéticas El cochino se introduce en la línea de conducción a evaluar y a medida que se desplaza por dicha línea, impulsado por el fluido, induce un campo magnético por la pared de dicha línea que cubre los 360º. Las imperfecciones en la tubería producen variaciones en el campo magnético que a su vez son detectadas por el instrumento y grabadas en una cinta magnética acoplada al equipo.

77 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva Inspecciones electromagnéticas Detectar y evaluar el grado de corrosión y desgaste incluyendo la orientación y ubicación. Evaluar defectos internos y externos en las líneas incluyendo: fisuras circunferenciales e imperfecciones del metal. Daños mecánicos ocasionados durante el tendido de la línea.

78 Preparación de Programas de Monitoreo Recopilar toda la información del sistema a ser monitoreado. Analizar la probabilidad de corrosión interna en cada parte del sistema y definir las áreas donde las pruebas de corrosión y corrosividad serán requeridas. Analizar y comparar métodos alternativos para el monitoreo. Preparar conceptualmente los planes de monitoreo detallados para cada parte del sistema Preparar diseños detallados para facilidades de monitoreo.

79 Nuevas Técnicas de Monitoreo Ruido Electroquímico Potencial Corriente

80 Nuevas Técnicas de Monitoreo

81 Técnicas auxiliares de evaluación no destructiva