Careers Mitigação da Corrosão e Prevenção da Fragilização Cáustica em Vasos Cáusticos
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- Compreendendo a Corrosão sob Tensão Cáustica (CSCC)
- Seleção de Materiais para Serviço Cáustico
- Revestimento de Liga HVTS® para Prevenção de Corrosão Cáustica
- Resultados de Testes de Desempenho do HVTS®
- Estudos de Caso: Integridade de Vasos Cáusticos Restaurada
- Entre em Contato com a IGS para Prevenção de Fragilização Cáustica
Causas da Corrosão Cáustica e da Corrosão sob Tensão em Processos de Demercaptanização
Condições cáusticas, dentro de processos MEROX e outros processos de desmercaptanização, podem atacar rapidamente a camada protetora de magnetita do substrato de aço e causar perda de metal. Após a destruição da camada protetora de magnetita, o NaOH pode adicionalmente reagir com o ferro elementar exposto para formar hidrogênio atômico, levando à fragilização por hidrogênio, diminuição da espessura da parede e à corrosão sob tensão cáustica (CSCC) ou fragilização cáustica. Esses fenômenos têm levado a múltiplas falhas em plantas sob diferentes condições cáusticas.
Corrosão sob Tensão Cáustica (CSCC) em Vasos de Alto pH e Aço Carbono
A corrosão sob tensão cáustica, a corrosão localizada agressiva (pitting) e a fragilização cáustica são problemas comuns em extratores, absorvedores, decantadores e outras colunas e vasos de alto pH. Normalmente utilizados em unidades de desmercaptanização, incluindo Merox, esses vasos geram produtos de condensado de gás “adoçado” de qualidade muito superior e maior valor agregado.
Exemplo: Corrosão sob Tensão Causada por Fragilização Cáustica
Como mostrado na Figura 1, a corrosão sob tensão cáustica causada pela fragilização cáustica resultou na falha de um vaso de absorção de H2S devido a trincas no bocal principal do vaso. O vaso continha uma solução de 20% de hidróxido de potássio (KOH), carbonato de potássio (K2CO3) e arsênio a 6550 kPa (950 psi) e operava a 33°C (91°F). Micrografias identificaram trincas indicativas de fragilização cáustica causada por KOH nos locais de falha.
Exemplo: Falha Catastrófica de um Vaso de Alta Pressão Devido à Corrosão sob Tensão Cáustica
Em um estudo de caso de 2009, a corrosão sob tensão cáustica de uma solução de 4% de hidróxido de sódio (NaOH) e água causou a falha catastrófica de um vaso de alta pressão utilizado na fabricação de cristais de quartzo nos EUA. Houve uma fatalidade e vários feridos. Micrografias do vaso que falhou confirmaram que a CSCC foi o mecanismo provável de falha. A corrosão sob tensão cáustica foi posteriormente identificada em vários vasos de pressão em toda a instalação.
Como Parar a Corrosão em Vasos Cáusticos
Controle da Corrosão Cáustica em Vasos de Alto pH
Seleção de Materiais para Serviço Cáustico: Prevenção de Fragilização e Trincas
A suscetibilidade dos materiais à corrosão cáustica e à CSCC depende fortemente da concentração cáustica, da temperatura do processo e do tipo de liga metálica. O aço carbono é o material mais comum utilizado em ambientes cáusticos e é suscetível à CSCC e à corrosão geral ou pitting em temperaturas acima de 50-60°C e concentrações de NaOH abaixo de 20% em peso. O aço inoxidável oferece maior proteção, mas apresenta risco de CSCC e corrosão agressiva acima de 120°C.
Seleção de Materiais para Serviço Cáustico: Prevenção de Fragilização e Trincas
Diversas soluções foram testadas com diferentes níveis de desempenho no combate à corrosão cáustica, incluindo substituição de vasos, revestimentos e forros orgânicos, weld overlay, incluindo Monel e Hastelloy, e revestimento Metalspray® HVTS® modificado. Cada solução de seleção de materiais para serviço cáustico apresenta suas vantagens e desvantagens.
Substituição de Vasos Cáusticos e Opções Alternativas de Materiais
- Pró: A substituição completa permite uma seleção de material mais adequada para o ambiente no novo vaso.
- Contra: Esta solução é muito cara, possui um tempo de entrega significativo, exige muito planejamento antecipado, geralmente envolve um programa complexo de remoção e instalação para posicionar e integrar o novo vaso, além de planos de contingência para atrasos na instalação. O novo vaso pode apresentar os mesmos problemas, reduzindo sua vida útil esperada
Revestimentos e Revestimentos Internos Orgânicos: Limitações em Ambientes Cáusticos
- Pró: Baixo custo, solução temporária, aplicada durante uma parada planejada. Há algum sucesso de revestimentos orgânicos com bom desempenho em serviço ácido.
- Contra: Vida útil curta do revestimento, com múltiplas falhas em serviço relatadas devido à natureza agressiva e muitas vezes imprevisível do ambiente cáustico. Uma vez que o revestimento falha, a perda de metal continuará, podendo levar à reprovação na avaliação de integridade para operação e exigir uma parada forçada.
Weld Overlay, Monel e Hastelloy em Serviço Cáustico
- Pró: Solução estabelecida em ambientes de amina e outros ambientes agressivos, onde altas temperaturas e pressões intensificam a natureza corrosiva do meio de processo.
- Contra: A aplicação em campo é cara e lenta, com baixas taxas de cobertura, geralmente exigindo um caminho crítico de projeto mais longo. A soldagem cria Zonas Afetadas pelo Calor (HAZ), exigindo estabilização do equipamento e PWHT (Tratamento Térmico Pós-Soldagem), tornando as soluções de soldagem em campo mais arriscadas, caras e menos econômicas.
Revestimento Metalspray® HVTS® Modificado para Mitigação da Corrosão Cáustica
- Pró: Solução estabelecida em ambientes de amina e outros ambientes agressivos, onde altas temperaturas e pressões intensificam a natureza corrosiva do meio de processo. Mais econômico quando comparado ao weld overlay devido à aplicação mais rápida, encurtando o caminho crítico e reduzindo os dias de parada. Referências positivas de Companhias de Petróleo nacionais e internacionais confirmam o revestimento Metalspray® HVTS® como um método adequado de proteção contra corrosão.
- Contra: Revestimentos não modificados de Monel e Hastelloy são mais permeáveis quando aplicados por métodos de projeção térmica em comparação com a soldagem. A seleção do prestador de serviços desempenha um papel crucial no sucesso da aplicação de projeção térmica em campo. O fornecedor deve apresentar evidências de que seu material, tecnologia de aplicação e metodologia são adequados para o ambiente de operação.
Adequação do Revestimento de Liga HVTS® para Prevenção de Fragilização Cáustica
Uma Solução Comprovada para Prevenção de Corrosão Cáustica e Trincas por Tensão
Apresentado pela primeira vez na conferência Materials Performance & Welding Technologies da NACE em 2019, artigo número MPWT19-14436, “Mitigation of Caustic Corrosion: Alloy and Process Considerations for High Velocity Thermal Spray Cladding”, discute a adequação e o desempenho de ligas aplicadas por HVTS® modificado para serviços onde pode ocorrer corrosão geral em alto pH ou trincas cáusticas (CSCC).
Testes extensivos foram realizados tanto em condições ambiente quanto em autoclaves de alta pressão e temperatura para melhor compreender o desempenho dos materiais em ambientes cáusticos.
Embora as ligas Níquel 200 e Monel 400 possam ser consideradas adequadas com base em seleções tradicionais de materiais, considerações sobre o processo de projeção térmica na deposição do material e o impacto de elementos auxiliares no fluxo de processo, como haletos, tornam essas ligas inadequadas.
Sistemas de revestimento de ligas de níquel mais complexos foram avaliados neste estudo, com recomendações de materiais adequados, aplicados sem o impacto térmico da soldagem ou para proteger superfícies onde zonas afetadas pelo calor (HAZ) foram criadas e o tratamento térmico pós-soldagem é problemático.
Estudo de Corrosão Cáustica com HVTS® – Resultados de Testes e Conclusões de Desempenho
Nenhum produto de corrosão contendo ferro foi observado na superfície da área de teste de exposição, e os sistemas HVTS® permaneceram completamente intactos. Além disso, imagens de MEV (SEM) e análises elementares por EDS realizadas nos painéis de teste confirmaram que não havia produtos de corrosão presentes na interface de ligação entre o revestimento e o substrato nem nas matrizes de projeção térmica.
Análises elementares em massa também foram realizadas para detectar anomalias na matriz de projeção térmica ou a presença de elementos da solução de teste, como sódio (Na), que poderiam ter penetrado no revestimento e indicar possíveis caminhos de corrosão. As análises do sistema de controle convencional NiCrMo mostraram a presença de sódio (Na) na camada mais externa do sistema de projeção térmica; isso pode indicar eventual penetração cáustica em sistemas de ligas não modificadas. Todos os sistemas de projeção térmica NiCrMo-XX modificados impediram a penetração cáustica, a exposição e a corrosão do substrato de aço carbono.
Riscos de Corrosão e Fragilização Durante o Processo Merox
Durante o processo Merox, os mercaptanos são oxidados a dissulfetos utilizando um agente oxidante, como o peróxido de hidrogênio. Embora a reação química elimine efetivamente os mercaptanos, a corrosão Merox é um subproduto do processo, particularmente na forma de ácidos orgânicos, como ácido acético e ácido fórmico.
Quando subprodutos ácidos atacam as superfícies metálicas dos equipamentos utilizados no processo de oxidação de mercaptanos, a corrosão Merox resultante pode levar a danos estruturais em vasos cáusticos Merox.
Assim como em todos os processos de desmercaptanização, é essencial gerenciar os riscos de corrosão durante o processo Merox para proteger o desempenho e a vida útil do ativo.
Como a IGS Mitiga a Corrosão Merox e a Fragilização Cáustica?
A IGS protege vasos cáusticos Merox contra corrosão em todo o mundo graças à sua solução de High Velocity Thermal Spray (HVTS®). Aplicado em campo, o revestimento de ligas de alta nobreza por HVTS® fornece uma barreira protetora eficaz para vasos cáusticos expostos a ambientes de corrosão agressiva.
Estudo de Caso: HVTS Evita a Necessidade de Substituição de Vasos
A IGS oferece mitigação eficaz da corrosão cáustica
Um grande produtor químico com instalações de produção nos EUA e no Oriente Médio estava enfrentando sérios problemas de corrosão em seus vasos de processo cáustico.
Após repetidas falhas de revestimentos orgânicos e a consequente perda contínua de metal do substrato, o cliente estava considerando a substituição dos vasos.
Ao conhecer o revestimento de ligas de alta nobreza HVTS® da IGS como uma tecnologia eficaz de barreira contra corrosão, aplicada em campo para serviço cáustico, os proprietários do ativo encomendaram testes adicionais de longo prazo, replicando suas condições operacionais, para validar ainda mais a adequação da solução ao seu processo. O resultado dos testes foi conclusivo, demonstrando que as ligas NiCrMo-XX modificadas da IGS fornecem uma barreira protetora eficaz para o substrato de aço carbono do vaso em ambientes cáusticos agressivos específicos do cliente.
LEIA: Revestimentos Orgânicos em Vasos de Pressão: Análise de Falha de Revestimento Interno
Aplicação em Campo do Revestimento de Liga HVTS® para Serviço Cáustico no Oriente Médio Previne a Corrosão sob Tensão Cáustica
A aplicação in situ foi realizada no início da primavera de 2020, com 351m2 de revestimento HVTS® da IGS aplicado em um decantador de lavagem cáustica no Oriente Médio para prevenir a corrosão sob tensão no casco do vaso e nas soldas, causada pelo ambiente cáustico corrosivo.
O vaso crítico de processo original foi instalado e comissionado em 2011. Após uma falha significativa, o decantador cáustico foi substituído em 2015. Um revestimento orgânico foi aplicado em toda a área interna do vaso. Falhas repetidas do revestimento orgânico ocorreram ao longo dos anos, levando a uma perda progressiva da espessura da parede metálica.
Após resultados conclusivos dos testes HVTS® em 2019, o proprietário do ativo firmou parceria com a IGS para instalar a barreira de liga nobre HVTS®, revestindo todo o casco interno e prevenindo perda adicional de metal, garantindo a integridade do vaso no futuro.
O Gerente de Manutenção da instalação química no Oriente Médio comentou: “Estamos extremamente satisfeitos com os resultados de desempenho da tecnologia HVTS® e com a capacidade operacional das equipes de instalação da IGS no local.”
Uma aplicação semelhante está prevista para ocorrer em uma de suas instalações nos EUA em breve.
História de Sucesso em Refinaria:
Revestimento HVTS® Combate Alta Taxa de Corrosão em um Vaso de Pressão Cáustico
Jason Lynn, Diretor de Desenvolvimento de Negócios da IGS, compartilha esta história de sucesso de uma refinaria da Costa do Golfo, onde o projeto não apenas interrompeu a corrosão em um vaso de pressão cáustico, mas também gerou economias significativas.
Nosso revestimento exclusivo por High Velocity Thermal Spray (HVTS®) permitiu ao cliente manter este equipamento em operação por um período mais longo. Em termos financeiros, isso pode ser quantificado no tempo de parada e nos materiais, na ordem de alguns milhões de dólares por parada. Nosso projeto HVTS® permitiu múltiplos ciclos de turnaround, tornando-se uma solução de grande impacto para o cliente.
Revestimento de Liga HVTS® para Mitigar a Corrosão em Seu Ambiente Cáustico
Protegemos vasos cáusticos Merox em todo o mundo. Para garantir a adequação do revestimento de liga HVTS® ao seu ambiente específico, convidamos você a preencher o formulário abaixo. Seu especialista local entrará em contato em breve para ajudar com a integridade do seu ativo. Testes laboratoriais adicionais podem ser necessários, os quais podem ser realizados rapidamente no Laboratório de Soluções Tecnológicas da IGS.
Estou aqui para ajudar
Colin Bateman
Especialista da IGS
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