INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA UNIDAD TICOMAN CIENCIAS DE LA TIERRACORROSION EN TUBERIAS Y ESTRUCTURAS METALICAS EN EL MEDIO PETROLERO CORROSION ING. CORRAL MARES MARTHA JOSEFINA MARIELA AGUILAR CRUZ ANA ITZEL SANDOVAL NUÑEZ RODRIGO DIAZ DE LA VEGA viene a ser uno de los fenómenos más trascendentales en la economía de toda sociedad humana. así como una recuperación económica para la empresa. en el proceso de la conservación de tuberías petroleras. los métodos de evaluación y los procedimientos de mantenimiento. a nivel mundial. Por otro lado se sabe también. . Nos preocupamos sobre todo por los objetos expuestos al medio ambiente. En términos generales de acuerdo con la Secretaria General De La Organización De Los Estados Americanos (Programa Regional Desarrollo Científico y Tecnológico) los perjuicios causados por la corrosión equivalen del 1. Con la finalidad de tener un mejor rendimiento en el proceso de obtencion de hidrocarburos (desde perforación hasta refinación). para con ello proponer una guía práctica. hay que aclarar que. principalmente cuando este medio ambiente corresponde a un clima húmedo y cálido. que la corrosión bajo tensión en aceros de mucho esfuerzo puede provocar el colapso súbito de las estructuras. analizando los recursos para la inspección.INTRODUCCION En la vida diaria con frecuencia consideramos a la corrosión de los metales como algo molesto que debemos prevenir y evitar sopena de tener que desechar nuestras utensilios o bien tener que limpiarlos o pintarlos frecuentemente para que puedan darnos servicio durante un poco mas de tiempo. no es un hecho trivial. muchas veces.5% del Producto Nacional Bruto en numerosos países La realidad es que el inicio de la corrosión en las estructuras metálicas es observable con toda claridad y permite tomar medidas oportunas mientras que en las estructuras de concreto el fenómeno permanece encubierto y cuando se descubre el daño. la corrosión. determinando el tipo de corrosión que las afecta. sino que. Sin embargo.5 al 3. OBJETIVO El objetivo general del presente trabajo es exponer y analizarlas las etapas de la corrosión en tuberías. ya es irreparable. Los microorganismos que se asocian a la corrosión son de dos tipos: aeróbicos y anaeróbicos. ocasionando regiones plenamente identificadas. consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal. A veces el ataque se profundiza mas en algunas partes pero sin dejar de presentar el carácter de ataque general constituyendo un caso intermedio entre corrosión uniforma y corrosión localizada. La característica fundamental de este fenómeno. produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas. Durante el picado. Es la forma más benigna o menos peligrosa pues el material se va gastando gradualmente extendiéndose en forma homogénea sobre toda la superficie metálica y su penetración media es igual en todos los puntos. Los aeróbicos crecen con facilidad en un ambiente que contenga oxígeno. Existe otra forma de corrosión. el ataque se localiza en puntos aislados de superficie metálicas pasivas y se propaga hacia el interior del metal formando en ocasiones túneles microscópicos Se clasifican de acuerdo a la apariencia del metal corroído. . las más comunes son: y y y Corrosión uniforme: donde la corrosión química o electrolítica actúa uniformemente sobre toda la superficie del metal Corrosión biológica: Generalmente se da en el Acero sumergido. en este caso se dice que se trata de una corrosión "en placas".MARCO TEORICO Definicion de Corrosión Proceso en el cual surge una interacción de un metal con el medio que lo rodea. ciertas especies generan ácido sulfúrico. es que sólo ocurre en presencia de un electrolito. llamadas anódicas y catódicas: una reacción de oxidación es una reacción anódica. ya que esta condición. ambos metales poseen potenciales eléctricos diferentes lo cual favorece la aparición de un metal como ánodo y otro como cátodo. Corrosión galvánica: ocurre cuando metales diferentes se encuentran en contacto. En la región anódica se producirá la disolución del metal (corrosión) y. en la cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. y actúa en la medida de que. propicia el crecimiento de la vida. el cual erosiona la superficie del metal. a mayor diferencia de potencial el material con más activo será el ánodo. conocida como corrosión "por picadura" que se presenta cuando una superficie metálica que ha sido pasivada se expone a un medio agresivo. Un ataque de este tipo permite evaluar fácilmente y con bastante exactitud la vida de servicio de los materiales expuestos a él. Tipos o formas de corrosión Para evaluar los daños producidos por la corrosión es muy conveniente clasificarlos según la forma como se producen: Cuando la superficie del metal se corroe en una forma casi uniforme se dice que la corrosión es de tipo "superficial". mientras que los anaeróbicos medran en un ambiente virtualmente desprovisto de oxígeno atmosférico. Como condición fundamental las estructuras componentes del objeto a proteger y el elemento de sacrificio. ejemplo los anticongelantes usados en la automoción. cobre. cables eléctricos y otras instalaciones importantes. ejemplo aceros inoxidables. capas de oxido. que esta siendo aplicada con mucho éxito en el mundo entero. Recubrimiento superficial: pinturas. Protección catódica La protección catódica es una técnica de control de la corrosión. deben mantenerse en contacto eléctrico e inmerso en un electrolítico. agua. en que cada día se hacen necesarias nuevas instalaciones de conductos para transportar petróleo. recubrimientos metálicos Protección catódica. esto origina perdidas en la resistencia que desintegran los bordes de los granos Corrosión por esfuerzo: se refiere a las tensiones internas luego de una deformación en frío. Presencia de elementos de adición en aleaciones.y y y Corrosión por picaduras: aquí se producen hoyos o agujeros por agentes químicos. productos terminados. como el alivio de tensiones. Se puede aplicar protección catódica en metales como: acero. Fundamento de la protección catódica . Corrosión intergranular: es la que se encuentra localizada en los límites de grano. Tratamientos térmicos especiales para homogeneizar soluciones sólidas. Protección contra la corrosión Dentro de las medidas utilizadas industrialmente para combatir la corrosión están las siguientes: Uso de materiales de gran pureza. latón y aluminio. Inhibidores que se adicionan a soluciones corrosivas para disminuir sus efectos. dando origen al sacrificio de dichos metales por corrosión. para la protección de la pieza. fluyendo la corriente desde el electrodo a través del electrolito llegando a la estructura. . Polarización catódica La protección catódica no elimina la corrosión. Para su funcionamiento práctico requiere de un electrodo auxiliar (ánodo).La protección catódica realiza exactamente lo expuesto forzando la corriente de una fuente externa. llegando a ser toda la superficie un cátodo. pequeñas estructuras y en medio de baja resistividad. por lo que se considera que la protección catódica es una técnica de polarización. Para que la corriente sea forzada sobre la estructura. La diferencia de potencial existente entre el metal anódico y la pieza a proteger. más allá del potencial de corrosión. Sistemas de protección catódica Ánodo galvánico Se fundamenta en el mismo principio de la corrosión galvánica. se utilizan metales fuertemente anódicos conectados a la pieza a proteger. en la que un metal más activo es anódico con respecto a otro más noble. descargando suficiente corriente. sea ajustada apropiadamente venciendo la corriente de corrosión y. es necesario que la difere ncia de potencial del sistema aplicado sea mayor que la diferencia de potencial de las micro celdas de corrosión originales. sobre toda la superficie de la estructura. una fuente de corriente continua cuyo terminal positivo se conecta al electrodo auxiliar y el terminal negativo a la estructura a proteger. La protección catódica funciona gracias a la descarga de corriente desde una cama de ánodos hacia tierra y dichos materiales están sujetos a corrosión. descargándose desde todas las áreas anódicas. En la protección catódica con ánodo galvánico. éste remueve la corrosión de la estructura a ser protegida y la concentra en un punto donde se descarga la corriente. llevándolo mediante el empleo de una corriente externa. por lo que es deseable que dichos materiales se desgasten (se corroan) a menores velocidades que los materiales que protegemos. corroyéndose el metal anódico. Mientras que la cantidad de corriente que fluye. es de bajo valor porque este sistema se usa para pequeños requerimientos de corriente. adquiriendo ambos el mismo potencial eliminándose la corrosión del sitio. existirá un flujo neto de corriente sobre la superficie. hasta alcanzar por lo menos el potencial del ánodo en un circuito abierto. Teóricamente se establece que el mecanismo consiste en polarizar el cátodo. LA CORROSIÓN EN EL CAMPO PETROLERO Efectos Los efectos de la corrosión sobre instalaciones y equipos industriales produce anualmente pérdidas que llegan a cifras muy importantes: en los países industrializados se ha valorado en el 3% del PBI. las concentraciones en equilibrio en la fase petróleo son mayores a las del agua en una relación 3 a 1. Factores que causan el deterioro del acero (tuberías) A) Aire y humedad. Este porcentaje puede tomarse sobre la valoración equivalente de la industria petrolera y del gas para llegar a una cuantificación aproximada de sus efectos económicos. especialmente en climas marinos. en particular CO3Ca. La concentración en agua y en petróleo está dada por la fugacidad de la especie en la fase gaseosa que puede tomarse como igual a su presión parcial en el gas. dependiendo el pH de la presión parcial y de la concentración de sales disueltas. El aire y la humedad son causantes primariamente de oxidación y posteriormente de corrosión en el acero. En el caso particular del CO2. El CO2 y el H2S son especies químicas que están en equilibrio con las tres fases petróleo. presión y también guardar resistencia a la abrasión y al impacto que en una medida u otra están involucrados en la utilización de tuberías y equipos. Corrosión en la industria petrolera TIPOS DE FALLAS Por CO2 Por H2S 18 En soldadura 18 Pitting Corrosion erosion Galvánica Crevice Impacto Stress Corrosion % 28 18 18 12 9 6 3 3 3 El CO2 y el H2S son las especies corrosivas más importantes y contra las cuales es necesario actuar utilizando revestimientos que deben entonces resistir a esas especies. agua y gas por lo que las cantidades de CO2 y H2S en cada fase están relacionadas pero con concentraciones diferentes dadas por las solubilidades correspondientes a cada fase. . a la temperatura. Por efecto del contenido de CO2 el agua se vuelve ácida. De todas las fallas que ocurren en las operaciones de la industria del gas y del petróleo la más importante es la corrosión con el 33% de los casos como puede verse en las tablas siguientes de un trabajo de Kermany y Harrop de BP0. E) Fatiga y concentración de fuerzas. .B) Gases industriales y de vehículos. Cuando el movimiento por dilatación térmica de los miembros. cada uno de los elementos sumergidos en agua marina y cubiertos de fango. corren el gran riesgo de sufrir serios daños que pueden provocar fallas de la sección de acero. una insuficiente área de soporte en los apoyos. cambios bruscos de espesor y/o ancho de placas. es restringido. C) Agua marina y fango. etc. causando severo deterioro en el acero. producto de la combustión de diesel particularmente producen el ácido sulfúrico. La mayoría de las fracturas son producto de fatiga o deficiencia de detalles constructivos que se producen de una gran concentración de esfuerzos. Esta es una causa de corrosión y es considerada como un tipo especial de ataque químico que puede llegar a ser muy severo. o alguno de los miembros es sometido aun sobreesfuerzo. F) Deshechos animales. D) Esfuerzos térmicos o sobrecargas. pesadas concentraciones de soldadura. Sin protección de los miembros de acero. Los gases dispersos en la atmósfera. Ejemplos de estos son: esquinas agudas. se pueden producir deformaciones o fracturas o el desprendimiento de remaches y pernos. la corrosión es la destrucción de un metal o metales. El proceso de corrosión en los metales es un proceso electroquímico. de los sistemas de puesta a tierra de la equipotencialización del conjunto de la factoría. contaminación e incluso puede llegar a suponer un riesgo para las vidas humanas. Existencia de pares galvánicos entre los habituales cables desnudos de cobre. estableciéndose un intercambio de electrones. grandes equipos. corroyéndose . Al ser expuestos éstos a las condiciones ambientales. se obtienen a partir de especies minerales estables en las condiciones naturales. suelo o agua) por un proceso electroquímico. tienden a estabilizarse química y energéticamente. donde se suceden reacciones de oxidación y reducción. a través de un medio conductor (el electrolito citado). el acero siempre se comporta anódicamente. como en una pila galvánica. Por tanto. daños en las instalaciones. una vez extraídos. etc. especialmente los metales. Téngase en cuenta que frente al cobre. La corrosión natural se puede ver favorecida por diversas circunstancias. La corrosión es un fenómeno inevitable a largo plazo si no se toman las precauciones adecuadas. o artificiales por percolación de productos vertidos (ácidos o básicos) Presencia de corrientes erráticas a partir de puestas a tierra de equipos de alta o baja tensión. líneas electrificadas de ferrocarril próximas. Puede debilitar la integridad estructural de la tubería y convertirla en un vehículo inseguro para el transporte de cualquier tipo de fluidos. etc. una reacción que envuelve un flujo de corriente eléctrica e intercambio de iones. es decir. o las picas del mismo material. El fallo de una tubería puede tener múltiples consecuencias como pérdida del fluido. tales como: y y y y y y y Golpes y deterioros en las conducciones Deterioros en los revestimientos Actuaciones de terceros no controlables Aireación diferencial entre distintas partes de las tuberías enterradas por utilización de rellenos artificiales no uniformemente distribuidos Diferencias de pH del entorno circundante de las tuberías sean naturales.SUSTANCIAS ANTICORROSIVAS Y APLICACIONES DE ESTA EN TUBERIAS La corrosión de tuberías enterradas y de tuberías expuestas al aire El fenómeno de la corrosión se produce debido a que los materiales constructivos. y consecuentemente el paso de una corriente eléctrica de componente continua entre un ánodo y un cátodo. La corrosión es la principal causa de fallo en las conducciones de fluidos. a través de la interacción con un ambiente (por ejemplo. etc. El polietileno. impide la difusión de los agentes de la corrosión al substrato.Soluciones posibles para problemas de corrosión Selección y empleo de materiales resistentes a la corrosión tales como acero inoxidable. Modificar el ambiente en las inmediaciones de la tubería. dependiendo de la calidad del recubrimiento. Para la Protección de tuberías expuestas al aire: Limpieza superficial y mantenimiento. como por ejemplo reducir la humedad o mejorar el drenaje. imprimante. Los inhibidores de corrosión extienden la vida de las tuberías. TIPOS DE PROTECCION ANTICORROSIVA Considerando la variedad de recubrimientos anticorrosivos disponibles en el mercado. Ningún revestimiento garantiza una protección del cien por cien. para garantizar la prolongación de la vida útil de una tubería revestida se recomienda acompañar el revestimiento con un sistema de protección catódica. El criterio en la selección de los materiales más convenientes como resistencia a la corrosión es tener en cuenta la protección o conservación donde la tubería se encuentra. etc. Los revestimientos pueden ser de polietileno o polipropileno. Son sustancias que aplicadas a un medio particular reducen el ataque del ambiente sobre el material. Se hace necesario además: La aplicación de revestimientos que aíslen la tubería del medio en que se encuentra.COMO BARRERA IMPERMEABLE . Evaluar el ambiente en el cual está la tubería o en el sitio donde se ha de colocar. La presencia de impurezas en el material o en el proceso de aplicación de la capa protectora. epóxica. Inhibidores de corrosión. cinta plática adhesiva. Dado que las moléculas de resina se unen o enlazan en tres direcciones ocluyendo al pigmento esto da como consecuencia la formación de una barrera que en mayor o menor grado. plásticos y aleaciones especiales que alarguen la vida útil de una tubería. es posible señalar tres mecanismos generales de protección anticorrosiva: . Por ello. así como golpes o ralladuras en el momento del transporte o de la instalación pueden desmejorar el aislamiento. previniendo fallos y evitando escapes involuntarios. . bien sea metal o acero de refuerzo. Protección de tuberías enterradas: No es suficiente el recubrimiento con pintura. brea. La brea y la combinación de imprimantes y cinta plástica se pueden aplicar en el sitio. resina epóxica. prolipropileno y resina epóxica son de aplicación industrial por lo que las tuberías deben enviarse a plantas de revestimiento especializadas en aplicar este tipo de protección a los tubos. Es muy importante tener en cuenta el ambiente independientemente del método o combinación de métodos que se vayan a emplear. La aplicación de un recubrimiento de pintura. incluso actúa como un material dieléctrico (alta resistencia eléctrica) que impide el flujo de electrones. En este caso el substrato metálico es sujeto a una protección catódica con el Zinc como nodo de sacrificio y no por la formación de una película impermeable Entre los productos más exitosos para la protección contra la corrosión están los SILOXIRANOS. matizar ) Resina ( dureza y adhesión ) Pintura Pigmentada No Volátiles Aceite ( flexibilidad y durabilidad ) Plastificantes ( flexibilizar ) Secantes ( acelerar el secado ) Solventes activos ( reducir viscosidad ) Vehículos Solventes latentes ( reducir viscosidad y bajar costo ) Volátiles Diluyentes ( bajar costo ) Agua ( fase continua en emulsiones ) Solvente coalescente ( ayuda a la formación de película en emulsiones ) . El deposito de recubrimiento sobre el substrato metálico inhibe los procesos anodicos y catódicos de la corrosión.. cromado de zinc. retardante de fuego ) Extendedores ( para bajar costos de la Transparentes pintura ) Especialidades ( texturizar. . Cierto tipo de recubrimientos con alto contenido de Zinc como pigmento.PASIVACION. minio ) Opacos incluyendo el blanco ) Pigmentos Decorativos ( todos los colores Funcionales ( antivegetativo. actúan anodicamente al ser aplicados sobre el Acero.PROTECCION CATODICA. que actúan como inhibidores de corrosión al proteger completamente a la tubería expuesta a la corrosión COMPONENTES BASICOS DE UN RECUBRIMIENTO Normalmente un recubrimiento considera los siguientes componentes básicos: Protectores ( rojo oxido. FRP. Es increíblemente versátil. Aplicaciones del Syntho-Glass y y y y y y y y y y y y Protección contra la corrosión Reforzamiento de Tubería dañada o corroída Reparación de contornos irregulares Reparación bajo el agua Reparación de Tuberías desde ½ a 54 Líneas de Descarga y Gravedad. Con un tiempo de fraguado de solo 30 minutos a 24°C Syntho Glass es excelente para reparar COBRE. Syntho Glass reduce los tiempos muertos ahorrándole a usted miles de pesos en equipos. GOMA Y MAS. puede reparar daños por el desgaste diario o cuando emergencias inesperadas se presentan. Este sistema no solamente restaura una tubería a su rango original de presión sino que inclusive incrementa la resistencia del área reparada con respecto a la tubería original. ACERO INOXIDABLE. El producto está envuelto herméticamente y está listo para usarse sin que se requiera medir o mezclar. herramientas y mano de obra. CONCRETO. Cuando se aplica apropiadamente. no es combustible y no tiene olor. PVC.Soluciones para la reparación de tuberías ¿Qué es Syntho-Glass? Syntho-Glass es una solución original de fácil y rápida aplicación en la reparación de tuberías. ARCILLA. La mata de fibra de vidrio Syntho Glass está pre impregnada con una resina que se activa con agua salada o dulce. Aprobación de la NSF 61 para aplicaciones de agua potable . ACERO. Líneas presurizadas hasta 60 PSI Líneas Verticales Reparación de uniones y Tés Reparaciones de emergencia Reparaciones definitivas o temporales. Cuando el sistema es usado con el parche primario adecuado le permite a usted reparar y reforzar virtualmente cualquier diámetro de tuberías en minutos. no es tóxico. Syntho Glass es seguro de usar. acción rápida. para refuerzo y contención. Se activa con agua. es durable y versátil: Reforzamiento de tuberías Protección de la corrosión Daño por corrosión en tubería de 10´ Corrosión potencia en líneas de tuberías Refuerza Protege Aplicando Syntho Steel Epoxy Envolviendo la cinta de petrolato en el área a proteger Encintando con Syntho Glass sobre el Epoxy Encintando con Syntho Glass sobre la banda de petrolato .El Syntho-Glass es de . Reduce el tiempo muerto. Cumple con los códigos ASME para la reparación de tuberías. 5 x 0.7 cm en una tubería Reparación Fuga en una unión en la línea de 4´ Reparación Cubra la fisura con el parche que se incluye Mezcle la masa Syntho Steel y aplíquela alrededor de la unión Encinte con Syntho Glass sobre el parche Encinte con Syntho Glass sobre la masa Syntho Steel .30 minutos después el trabajo está realizado Fisuras En 30 minutos el material está listo para ser enterrado Uniones Fisura de 2. En 30 min la línea regresa a servicio En aproximadamente 30 minutos la reparación está completa Resistencia química del Syntho-Glass Fluido Acido Sulfúrico al 50% Acido Clorhídrico al 10% Sosa Cáustica al 20% Gasolina Cambio en la superficie Ninguno Ninguno Ninguno Ninguno Todas las muestras fueron probadas por 60 días a temperatura de 23° C Propiedades mecánicas del Syntho-Glass Resistencia a la Tensión Resistencia a la Flexión Resistencia a la Compresión Resistencia Dieléctrica.060 v 149 / 260 CONCLUSIONES El proceso de corrosión debe ser visto como un hecho que pone en evidencia el proceso natural de que los metales vuelven a su condición primitiva y que ello conlleva al deterioro del mismo. En el trabajo se confirma que la lucha y control de la corrosión es un arte dentro del mantenimiento y que esta área es bastante amplia.100 psi 24. como la química y la electrónica.846 psi 16. En la protección catódica entran en juego múltiples factores de los cuales hay que tomar en cuenta al momento del diseño del sistema. . Voltios Resistencia a la Temperatura ASTM D 683 Tipo I-8 PLY ASTM D 790 Tipo I-8 PLY ASTM D 695 Tipo I-8 PLY Continua / Intermitente en °C 36. dado al sinnúmero de condiciones que se encuentran sometidos los metales que forman equipos y herramientas. inclusive es un acto de investigación de otras disciplinas.448 psi 26. No obstante es este proceso el que provoca la investigación y el planteamiento de formulas que permitan alargar la vida útil de los materiales sometidos a este proceso.