Corrosión en Planta de Deshidratación de Gas

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE INGENIERA DE MATERIALES

BASE DE CONOCIMIENTOS DE SELECCIN DE MATERIALES:

Consideraciones de Corrosin en Planta de Deshidratacin de Gas

Realizado por:

Emilio Abel Bello Gonzlez

INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIN

Presentado ante la ilustre Universidad Simn Bolvar como requisito parcial para optar

al ttulo de Ingeniero de Materiales, mencin Metalurgia

Sartenejas, Marzo 2007

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE INGENIERA DE MATERIALES



Realizado por:


con la Asesora de:

Ing. Adalberto Rosales (Tutor Acadmico)

Ing. Thais Mesones (Tutor Industrial)


Base de Conocimientos de Seleccin de Materiales

Emilio A. Bello G. iii Marzo 2007



Realizado por:


RESUMEN

En la presente pasanta se realiz la elaboracin de la base de conocimiento para la seleccin

de materiales de las Empresas Y&V. La metodologa est enmarcada en el concepto de mapa

de proceso, con la finalidad de obtener procedimientos prcticos y estandarizados, aplicados a

la ejecucin del diseo de tuberas y equipos en proyectos de ingeniera, durante la fase de

definicin. Todas las actividades exigieron la continua revisin bibliogrfica desde el inicio

del desarrollo del estudio. Los diagramas de flujo y diagramas IDEF0 fueron las herramientas

utilizadas para la creacin de una metodologa general, que permita al ingeniero de proyectos

realizar la seleccin de materiales en base al proceso que se maneja.

La estrategia para el desarrollo de esta metodologa de trabajo se realiz a partir de un caso de

estudio, donde se llev a cabo la prediccin de los riesgos de corrosin de una planta de

deshidratacin de gas natural, para la validacin de materiales preseleccionados de tuberas y

equipos, durante la ingeniera bsica. El primer paso para la ejecucin de la evaluacin del

caso de estudio consisti en la identificacin del proceso de deshidratacin del gas, as como

las variables y mecanismos de corrosin asociados. Luego se procedi a revisar los modelos

de prediccin de corrosin disponibles y su comparacin, para utilizar finalmente el software

PredictTM, versin 4.0. Se calcularon las velocidades de corrosin en las lneas principales del

proceso con el software comercial seleccionado. Las velocidades de corrosin de los equipos

fueron extrapolados a partir de los resultados de las lneas de entrada y salida de los mismos.

Las velocidades de corrosin calculadas, permiti la validacin de los materiales utilizados

para tuberas y equipos, y la generacin de las recomendaciones para el control de corrosin a

travs de mtodos alternativos a la metalurgia. Finalmente, se realizaron los diagramas

metalrgicos a partir de los diagramas de flujo del proceso, donde se reflejaron los resultados

arrojados durante el estudio y las recomendaciones.

Palabras clave: corrosin, gas natural, CO2, H2S.



Emilio A. Bello G. iv Marzo 2007

DEDICATORIA

Dedicado a Emilio Bello Rondn


Emilio A. Bello G. v Marzo 2007

AGRADECIMIENTOS

A mis Padres, Isbelia y Emilio, por aos de sacrificio, dedicacin y confianza depositados en Vernica, Andrs y en m, y por hacernos crecer con su amor, consejos y valores. A ellos, que siempre han estado y estarn por nosotros, Gracias.

A mis hermanos Vernica y Andrs, por estar conmigo siempre que los necesito. A toda mi familia, en especial a Lola, Samaria, Raquel, Juvenal y Pablo, quienes siempre me apoyaron durante la carrera, y a quienes considero mis padres tambin. A Virginia Fernndez por su amor y apoyo en los buenos y malos momentos. A Gladys Navas y Adalberto Rosales, por hacer posible el logro exitoso de esta pasanta a travs de su orientacin y experiencia, y a quienes estimo y considero amistades muy valiosas. A Carlos Graciano por recomendarme para este proyecto de pasanta, y sus consejos durante el desarrollo de la misma. A Thais Mesones por brindarme la oportunidad de realizar el trabajo que define, hasta los momentos, mi camino en la ingeniera. A todos los que en la empresa me brindaron su apoyo, confianza y tiempo, y que de alguna u otra manera aportaron para el desarrollo de este trabajo: Miguel Sarmiento, Freddy Villalobos, Mara Dolores Len, Desiree Quintero, Anmary Alemn, Wendy Montano, Fernando Aponte, y a los que dejo de nombrar y que tambin contribuyeron. A Beatriz Luciani por su ayuda y buenos consejos durante el desarrollo de este trabajo. A ST3I por recibirme y hacerme sentir como en casa. Finalmente pero no menos importante, a Dios, por darme las oportunidades que he necesitado y ponerme en el camino adecuado.

Gracias..


Emilio A. Bello G. vi Marzo 2007

INDICE GENERAL

CAPTULO 1: INTRODUCCIN.............................................................................................1

CAPTULO 2: OBJETIVOS......................................................................................................2

CAPTULO 3: EMPRESAS Y&V.............................................................................................3

3.4 Marco Organizacional ......................................................................................................3

3.5 Principios de la Corporacin ............................................................................................5

3.6 Organigrama de Y&V Ingeniera y Construccin............................................................6

3.7 Departamento de Ingeniera Mecnica .............................................................................7

CAPTULO 4: MARCO TERICO ..........................................................................................9

4.1 Desarrollo de un Proyecto ................................................................................................9

4.1.1 Visualizar...................................................................................................................9

4.1.2 Conceptualizar...........................................................................................................9

4.1.3 Definir......................................................................................................................10

4.1.4 Implantar..................................................................................................................10

4.1.5 Operar ......................................................................................................................10

4.2 Gestin del Conocimiento ..............................................................................................11

4.2.1 Mapas de Procesos ..................................................................................................12

4.3 Seleccin de Materiales ..................................................................................................14

4.4 Corrosin y Seleccin de Materiales ..............................................................................16

4.5 Mtodos de Proteccin ...................................................................................................19

4.6 Modelos de Prediccin de Corrosin..............................................................................20

CAPTULO 5: METODOLOGA............................................................................................26

5.1.1 Identificacin del Proceso a Evaluar .......................................................................26

5.1.2 Recoleccin de Datos ..............................................................................................28

5.1.3 Anlisis de las Condiciones de Operacin ..............................................................28

5.1.4 Elaboracin de los Diagramas Metalrgicos ...........................................................30

CAPTULO 6: CASO DE ESTUDIO ......................................................................................32

6.1 Descripcin del Proceso .................................................................................................32

6.2 Corrosin en la Produccin de Gas ................................................................................36

6.3 Mecanismos de Degradacin en la Produccin de Gas..................................................37


Emilio A. Bello G. vii Marzo 2007

6.3.1 Corrosin por Dixido de Carbono .........................................................................37

6.3.2 Corrosin por Sulfuro de Hidrgeno.......................................................................39

6.3.3 Corrosin por efecto combinado de CO2 y H2S ......................................................41

6.3.4 Corrosin por Ataque Microbiolgico (MIC) .........................................................42

6.3.5 Corrosin-Erosin ...................................................................................................43

6.4 Efecto de las Variables del Medio Corrosivo.................................................................43

6.4.1 Rol del Agua............................................................................................................43

6.4.2 Rol del pH................................................................................................................44

6.4.3 Efecto de la Temperatura.........................................................................................45

6.4.4 Velocidad del Fluido y Patrones de Flujo ...............................................................46

6.5 Mtodos de Proteccin ...................................................................................................49

6.6 Metodologa de Evaluacin ............................................................................................49

6.6.1 Procedimiento de Evaluacin ..................................................................................49

6.6.2 Identificacin del Proceso .......................................................................................50

6.6.3 Identificacin de los Mecanismos Potenciales de Corrosin ..................................53

6.6.4 Alcance ....................................................................................................................53

6.6.5 Modelo Predictivo Utilizado para la Evaluacin.....................................................53

6.6.6 Conectividad............................................................................................................54

6.6.7 Criterios de Evaluacin ...........................................................................................55

6.6.8 Validacin y Seleccin de Materiales .....................................................................58

6.6.9 Elaboracin de los Diagramas Metalrgicos ...........................................................58

CAPTULO 7: PRESENTACIN Y ANLISIS RESULTADOS .........................................59

7.1 Mecanismos de Corrosin ..............................................................................................59

7.2 Descripcin y caractersticas de las Lneas y Equipos Evaluados..................................62

7.3 Propiedades de las Corrientes Consideradas en la Evaluacin.......................................63

7.4 Velocidades de Corrosin...............................................................................................63

7.5 Diagramas Metalrgicos.................................................................................................68

CAPTULO 8: CONCLUSIONES...........................................................................................71

CAPTULO 9: RECOMENDACIONES .................................................................................72

CAPTULO 10: REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ..........................................................74

CAPTULO 11: APNDICES .................................................................................................75


Emilio A. Bello G. viii Marzo 2007

APNDICE A ..........................................................................................................................76

APNDICE B...........................................................................................................................77

APNDICE C...........................................................................................................................81

APNDICE D ..........................................................................................................................85


Emilio A. Bello G. ix Marzo 2007

INDICE DE TABLAS Y FIGURAS

Figura 1. Organigrama de Y&V Ingeniera y Construccin. .....................................................7

Figura 2. Disciplinas del Departamento de Ingeniera Mecnica de Y&V Ingeniera y

Construccin...............................................................................................................................8

Figura 3. Diagrama de flujo o flujograma. ...............................................................................14

Figura 4. Diagrama IDEF0. ......................................................................................................14

Figura 5. Seleccin de materiales en el proceso de diseo ingenieril. .....................................15

Figura 6. Metodologa para la Seleccin de Materiales. ..........................................................27

Figura 7. Diagrama IDEF0, estudio de seleccin de materiales..............................................29

Figura 8. Diagrama IDEF0, elaborar diagramas metalrgicos.................................................30

Figura 9. Diagrama metalrgico...............................................................................................31

Tabla 1. Criterio General de Corrosividad del Gas en Funcin de la Presin Parcial del CO2.

..................................................................................................................................................37

Tabla 2. Caractersticas de la capa de carbonato de hierro en la superficie del metal

vs.temperatura a la cual se forma .............................................................................................39


..................................................................................................................................................41

Tabla 4. Corrosividad relativa vs. pH del Agua. ......................................................................45

Figura 8. Patrn de flujo generado a diferentes velocidades de flujo.......................................48

Tabla 5. Mecanismos de corrosin tpicos presentes en el rea de produccin de gas. ...........50

Figura 9. Esquema de la metodologa aplicada. .......................................................................51

Tabla 6. Datos de entrada y salida para la estimacin de las velocidades de corrosin, de los

distintos modelos utilizados .....................................................................................................54

Tabla 7. Corrientes evaluadas y corrientes equivalentes en los resultados. .............................56

Tabla 8. Equipos evaluadas y equipos equivalentes en los resultados. ....................................57

Figura 10. Determinacin del mecanismo de corrosin predominante. ...................................59

Figura 11. Presiones parciales de CO2 en las corrientes evaluadas que manejan gas. .............60

Tabla 10. Composicin del gas natural para el caso rico en CO2.............................................60

Figura 12. Presiones parciales de H2S en las corrientes evaluadas que manejan gas...............61

Tabla 13. Materiales preseleccionados para tuberas y equipos...............................................62


Emilio A. Bello G. x Marzo 2007

Tabla 15. Variables consideradas para la evaluacin simuladas en HYSYS. ..........................63

Figura 13. Velocidades de corrosin en las lneas de gas, para cada premisa considerada. ....65

Tabla 17. Velocidades de corrosin en las lneas de drenaje y aguas de tratamiento. .............65

Tabla 18. Velocidad de corrosin en la corriente 1 para pH de 4,9 y 3,7. ...............................66

Tabla 9. Relacin entre las presiones parciales de CO2 y H2S en las corrientes que manejan

gas hmedo. ..............................................................................................................................76


Emilio A. Bello G. xi Marzo 2007

LISTA DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS

ANSI: American National Standards Institute (Norma Nacional Americana)

API: American Petroleum Institute (Instituto Americano de Petrleo).

bbls/d: barriles por da.

CA: permisividad a la corrosin (corrosion allowance).

Clad: revestimiento interno con metal.

d: densidad en libras por pie cbico (lb/ft3) para gas, y kilogramos por metro cbico (Km/m3)

para el agua e hidrocarburos.

DI: dimetro interno en pulgadas (in).

ISO: Organizacin Internacional de Normalizacin.

LNG: Liquefied Natural Gas (Gas Natural Licuado).

NACE: National Association of Corrosion Engineers (Asociacin Nacional de Ingenieros de

Corrosin).

NGL: Natural Gas Liquids (Lquidos del Gas Natural).

: viscosidad en centipoise (cP). mils: milsimas de pulgada.

MMSCFD: Million Standar Cubic Feet per Day (Millones de Pies Cbicos Estndar por Da)

mpy: milsimas de pulgada por ao.

P: presin en psia (libras por pie cbico)

P&ID o DTI: Piping and Instrumentation Diagram o Diagrama de Tuberas e

Instrumentacin.

PDF o DFP: Process Flow Diagram o Diagrama de flujo de procesos.

PDVSA: Petrleos de Venezuela Sociedad Annima.

PpXn: Presin Parcial del Compuesto Xn.

Q: flujo volumtrico de gas en MMSCFD para el gas, y bbls/d para el agua e hidrocarburos.

Sagua: tensin superficial del agua en dinas por centmetros (DINA/cm).

Sgas: gravedad especfica del gas.

T: temperatura en grados Fahrenheit.

Usl: velocidad superficial de lquido en pies por metro (ft/m).

Usg: velocidad superficial del gas en pies por metro (ft/m).


Emilio A. Bello G. xii Marzo 2007

Umez: velocidad superficial de la mezcla en pies por metro (ft/m).

Vcorr: veloocidad de corrosin en mpy.

Vcorr mx: velocidad de corrosin mxima permisible en mpy.

Z: factor de compresibilidad del gas.


Emilio A. Bello G. 1 Marzo 2007

CAPTULO 1: INTRODUCCIN

La corrosin por CO2 y H2S en los medios de produccin de crudo y gas representa una de

las reas ms importantes de estudio e investigacin en la industria del petrleo. Esto se debe

a la necesidad de evaluar la severidad de la corrosin en un medio con la finalidad de asegurar

la utilizacin acertada de los aceros, aleaciones que tienen una amplia aplicacin en casi todo

lo que engloba produccin y refinacin de petrleo y gas. La definicin de los lmites de uso

para los aceros al carbono, requiere de la precisa prediccin de la corrosividad de los medios a

los que estn expuestos y los mecanismos de degradacin asociados, de manera de garantizar

la seguridad operacional, y el tiempo de vida requerido para las instalaciones.

La industria de crudo y gas, e institutos de investigacin, se han visto obligados por tanto

al desarrollo de modelos de prediccin de corrosin basados en la utilizacin de datos de

laboratorio, datos de campo y modelos tericos para obtener una evaluacin real (o muy

aproximada) de la corrosividad del medio y las velocidades de corrosin. Muchos de estos

modelos tienden a ser muy conservadores en la interpretacin de los resultados o se enfocan

en pequeos efectos paramtricos, limitando el alcance de la aplicacin. Del mismo modo, la

accesibilidad de los datos requeridos por algunos de los modelos para su desarrollo, no se

encuentra fcilmente disponible en muchos casos, reduciendo la importancia prctica de su

uso.

La evaluacin de la corrosin interna en equipos y tuberas requiere de la seleccin del

modelo que se ajuste a las necesidades del Ingeniero, y le permita desarrollar la metodologa

adecuada para la estimacin de la corrosin y anlisis de las acciones a tomar a partir del

estudio realizado. La versatilidad de esta evaluacin permite la prediccin de escenarios

durante el diseo de las instalaciones, as como en operacin, con la finalidad de generar

requerimientos de materiales, control y planes de inspeccin de corrosin que optimicen las

relaciones de costo, durabilidad y seguridad del proceso evaluado.



CAPTULO 2: OBJETIVOS

El objetivo general de este proyecto de pasanta es la seleccin efectiva de los materiales

para tuberas y equipos, mediante el desarrollo de una metodologa que permita la evaluacin

de riesgos de corrosin e identificacin de los mecanismos potenciales de corrosin, con base

en el proceso que se maneja, durante la etapa de ingeniera bsica. Esto permitir la

generacin de procedimientos prcticos y estandarizados para la seleccin de materiales y

elaboracin de diagramas metalrgicos, a ser implantados en el marco del concepto de mapa

de proceso.

El cumplimiento de este objetivo general fue realizado a travs de los siguientes objetivos

especficos:

Reconocimiento del objetivo principal de la planta en diseo. Revisin y anlisis de la data correspondiente a la etapa de ingeniera bsica

disponible.

Evaluacin de los modelos de prediccin de corrosin existentes. Seleccin del modelo adecuado a las necesidades del proyecto. Desarrollo de la metodologa de evaluacin acorde al modelo seleccionado Identificacin de los mecanismos de degradacin potenciales asociados a las lneas de

gas. Cuantificacin de la velocidad de corrosin.

Seleccin de materiales a travs de estudio de validacin basado en la estimacin de velocidades de corrosin.

Elaboracin de los diagramas metalrgicos. Desarrollo y documentacin de la metodologa general y aplicada al caso, generando

la base de conocimiento de seleccin de materiales.



CAPTULO 3: EMPRESAS Y&V

3.4 Marco Organizacional

Es una corporacin de servicios venezolana, orientada al desarrollo de proyectos de

inversin en las reas de: ingeniera, construccin, operacin, mantenimiento y gestin

ambiental para los sectores pblicos y privados.

Fue creada en 1985, ante la necesidad del mercado de encontrar integradas las diferentes

reas de servicio en un solo ente. Para mantenerse como una organizacin flexible y slida,

Empresas Y&V permite la autonoma en las decisiones y estructuras de costo de sus

compaas, a la vez que comparten las mismas polticas en las reas de recursos humanos,

administrativa y financiera, permitiendo la interaccin del personal en las distintas reas.

La corporacin est formada por cuatro empresas, cada una con cierta especializacin

hacia un rea de la gestin de proyectos de ingeniera [1]:

Y&V Construccin y Montaje: nace con el nombre de DRV Construcciones con el

propsito de ofrecer soluciones integrales en el rea de la construccin, asegurando costos,

calidad, tiempo de ejecucin y seguridad. En mayo de 2005, DRV Construcciones da paso a

Y&V Construccin y Montaje, en una reorganizacin corporativa asumida por Empresas

Y&V. Y&V Construccin y Montaje acta como contratista general en la ejecucin de obras

de ingeniera, y cuenta con una capacidad tcnico-financiera para acometer obras mayor a

1.500.000 horas hombre/ao.

Y&V Operacin y Mantenimiento: nace con el nombre de Vectra en 1968 y en este ao

2005 cambia a Y&V Operacin y Mantenimiento. Presta servicio tcnico y gerencial,

especialmente en la operacin y mantenimiento de plantas en los sectores de petrleo y gas,

petroqumico e industrial.



Desde 1968, la compaa ha prestado servicios profesionales en forma continua en

Venezuela, tanto a clientes del sector privado como del sector pblico, a lo largo de las

diferentes fases de un proyecto de inversin: investigacin de mercados, evaluacin

econmica, arranque y puesta en marcha, operacin y mantenimiento.

Y&V Ecoproyectos: viene de la compaa Ecoproyectos, creada en 1989. Y&V

Ecoproyectos disea y desarrolla soluciones en el rea de ambiente, fundamentalmente para

los sectores de petrleo y gas, petroqumico e industrial. Surge por iniciativa de un grupo de

profesionales de las reas de Ecologa en Ingeniera Ambiental, con el objetivo de desarrollar

soluciones orientadas al crecimiento de las empresas industriales y de servicios, debido a las

necesidades existentes en materia ambiental.

Actualmente Ecoproyectos posee la certificacin RASDA, otorgada por el Ministerio de

Ambiente y de los Recursos Naturales, que permite el manejo de desechos susceptibles de

degradar el ambiente.

Y&V Ingeniera y Construccin: asume darle continuidad a la labor de Yanes & Asociados,

para ofrecer sus servicios en diseo y desarrollo de soluciones en el rea de ingeniera de

consulta y construccin para los sectores de petrleo y gas, petroqumica, industrial e

infraestructura.

Yanes & Asociados, a su vez, se haba constituido como Empresa de Servicios de

Ingeniera de Consulta en 1985, siguiendo el camino dejado por la Oficina Tcnica de

Ingeniera Adolfo Yanes, cuyas actividades comprendieron el perodo 1954-1985. As, Y&V

Ingeniera y Construccin, a travs de Yanes & Asociados acumula ms de 40 aos de

experiencia como consultora de proyectos de ingeniera, prestando servicios en los sectores de

petrleo y gas, petroqumica, industrial e infraestructura, lo que le ha permitido adquirir una

slida experiencia que pone a disposicin de sus clientes.

Y&V Ingeniera y Construccin, como empresa de ingeniera y construccin, tiene un alto

grado de especializacin y experiencia en el desarrollo de proyectos en cada una de sus fases:



Estudios de factibilidad. Ingeniera conceptual, bsica y de proyectos. Gerencia integral de proyectos. Proyectos llave en mano (IPC). Planificacin y control de proyectos. Gerencia de construccin. Inspeccin de obras. Arranque y puesta en marcha. Gestin y procura. Estimacin y control de costos. Asesoras y consultas. Operacin y mantenimiento.

Adems, Y&V Ingeniera y Construccin cuenta con un destacado equipo

multidisciplinario calificado para ofrecer un servicio de primera, acorde a las necesidades del

cliente. ste se encuentra integrado por las siguientes disciplinas: Mecnica, Procesos,

Electricidad, Instrumentacin y Control, Civil, Industrial, Arquitectura, Urbanismo, Sistemas

y Estructuras, entre otros.

3.5 Principios de la Corporacin

Empresas Y&V posee una serie de principios que han sido el motor de su desarrollo. Uno

de los ms fundamentales, y que determina su esencia como organizacin, es que la empresa

est concebida para ser conducida por sus empleados, lo cual se evidencia en el hecho de que

para ser uno de sus accionistas es indispensable ser parte de su personal; es decir, trabajar en

ella. Esto, aunado a la Misin, Visin y Valores, ha sido decisivo en el crecimiento de la

organizacin y de los individuos que la conforman [1].

Visin: Ser una organizacin de servicios de Clase Mundial que promueva el desarrollo de

su personal y de la sociedad.



Misin: Prestar servicios de excelencia que excedan las expectativas de nuestros clientes y

maximicen la satisfaccin de trabajadores y accionistas dentro de un entorno tico y moral,

orientado al servicio del individuo, la sociedad y la conservacin del ambiente.

Valores:

Reconocimiento y respeto al individuo. Proactividad, pasin y compromiso. Integridad. Disposicin al logro y espritu competitivo. Mejoramiento continuo en la bsqueda del desarrollo personal y profesional del

capital humano.

Trabajo en equipo.

Objetivos:

Ser empresa lder en Venezuela. Ser una organizacin de Clase Mundial. Poseer un personal satisfecho, auto-realizado y orgulloso. Ser un importante jugador internacional.

Poltica de Calidad: Satisfacer los requerimientos y expectativas de nuestros clientes,

mediante un servicio adecuado, confiable y oportuno, basado en:

Procesos normalizados. Un sistema de mejoramiento continuo. Compromiso de su personal con la calidad.

3.6 Organigrama de Y&V Ingeniera y Construccin

En la figura 1 se muestra la estructura organizacional de la empresa. En ella se resalta la

gerencia del departamento de mecnica, donde se llev a cabo el desarrollo de la pasanta.



VP SERVICIOS CORPORATIVOS

JUNTA DIRECTIVA

EMPRESAS Y&V

VP SERVICIOS TECNICOS

VP DESARROLLODE NEGOCIOS

GERENCIA DE ADMINISTRACIN

GERENCIA CONTABILIDAD

GERENCIA CTRL. GESTIN

GERENCIA DEFINANZAS

GERENCIA LEGAL

GERENCIA DE RECURSOSHUMANOS

GERENCIA DES. GERENCIALES

GERENCIA DE CALIDAD Y S.H.A.

GERENCIA ADMINISTRACINDE CONTRATOS

GERENCIA PLANIFICACIN

Y CONTROL

GERENCIA DE PROCURA

VP COMERCIAL

VP MERCADO INTERNACIONAL

VP MERCADO NACIONAL

GERENCIA DE DPTO. DE CIVIL

GERENCIA DE DPTO. DE

ELECTRICIDAD


INSTRUMENTACIN


MECNICA

GERENCIA DE DPTO. DE PROCESOS


ESTRUCTURAS


PROD. GRFICA

GERENCIA DE DPTO.

DE AMBIENTE

JUNTA DIRECTIVAY&V Ingenieria y

Construccin

PRESIDENTE EJECUTIVO

GERENCIA DE PROYECTO








GERENCIADE SIST. Y

TECNOLOGA

VICE PRESIDENCIA DE INGENIERA

GERENCIA DE OFICINAS REGIONALESC I T

Figura 1. Organigrama de Y&V Ingeniera y Construccin [2].

3.7 Departamento de Ingeniera Mecnica

El proyecto de pasanta larga Base de Conocimientos de Seleccin de Materiales se

desarroll bajo la tutela de la gerencia del Departamento de Ingeniera Mecnica de Y&V

Ingeniera y Construccin, en sus oficinas de la ciudad de Caracas, Venezuela. El

Departamento de Ingeniera Mecnica se encarga del desarrollo de proyectos en las reas que

se mencionan en el esquema de la figura 2:



Tuberas en Plantas Industriales

(MT)

Equipos Estacionarios(ME)

Equipos Rotativos(MR)

Instalaciones en Edificaciones

(MB)

Pipeline(MP)

Sistemas Contra Incendio en Plantas

(MI)

Equipos de Transferencia de Calor

(MH)

Unidades Paquetes(MQ)

Elevacin y Transporte(ML)

Manejo de Materiales(MM)

Mecnica General(MG)

Equipos Especiales(MS)

Departamento de Ingeniera Mecnica

Figura 2. Disciplinas del Departamento de Ingeniera Mecnica de Y&V Ingeniera y Construccin [2].



CAPTULO 4: MARCO TERICO

4.1 Desarrollo de un Proyecto

La ejecucin de un proyecto puede ser vista como un proceso que se desarrolla en fases;

desde que nace o se concibe la idea, hasta que se materializa y se pone en operacin el activo

o la instalacin, y este comienza a generar un valor al accionista o dueo. En algunos casos, el

proyecto podra no llegar a ejecutarse y ser cancelado durante su trayectoria hacia la

materializacin, porque en algn momento de sta se pudo determinar que no genera

suficiente valor.

La ejecucin de un proyecto se divide en cinco (5) fases, que van afinando el desarrollo

del mismo desde su visualizacin hasta la implantacin. Estas fases son brevemente descritas

a continuacin [3]:

4.1.1 Visualizar En esta primera fase se originan los proyectos de inversin. Las ideas que originan los

proyectos pueden provenir, en cualquier momento, de cualquier parte de la Organizacin del

cliente, pero son generalmente el producto de los anlisis del ambiente externo e interno a

ella, o del anlisis F.O.D.A (Fortalezas, Oportunidades, Debilidades, Amenazas) que se

realiza como parte de los ciclos de planificacin. Estos anlisis se efectan en equipo con la

participacin de todas las organizaciones de la Corporacin y bajo la responsabilidad

integradora de las unidades de Planificacin Corporativa.

4.1.2 Conceptualizar Los productos de la fase de visualizar constituyen el insumo de trabajo para continuar con

el desarrollo del proyecto y ejecutar la fase de conceptualizar. El propsito de esta fase es la

seleccin de la(s) mejor(es) opcin(es) y la mejora en la precisin de los estimados de costos

y tiempo de implantacin. Todo esto para lograr lo siguiente:

Reducir la incertidumbre y cuantificar los riesgos asociados. Determinar el valor esperado para la(s) opcin(es) seleccionada(s).



4.1.3 Definir Las decisiones tomadas en la fase de Conceptualizar constituyen el insumo de trabajo para

continuar con el desarrollo del proyecto y ejecutar la fase de Definir. El propsito de esta fase

es desarrollar en detalle el alcance y los planes de ejecucin de la opcin seleccionada para:

Permitir a la Corporacin comprometer los fondos u obtener el financiamiento requerido para ejecutar el proyecto.

Preparar la documentacin que sirva de base para la ingeniera de detalle y la contratacin de la ejecucin del proyecto.

Confirmar si el valor esperado del proyecto cumple con los objetivos del negocio.

La fase definir consiste en tres objetivos bsicos:

Desarrollar el paquete de definicin del proyecto. Establecer el proceso de contratacin y el documento de solicitud de ofertas. Preparar el paquete para la autorizacin del proyecto.

4.1.4 Implantar Una vez obtenida la aprobacin del proyecto al finalizar la fase de definir y, por

consiguiente, la autorizacin de apropiacin de fondos para continuar la ejecucin del

proyecto, entramos a la fase de Implantacin del proyecto. La meta de esta fase es la

completacin mecnica de las instalaciones, con lo cual se obtiene, como producto, unas

instalaciones listas para ser entregadas al grupo de operaciones de manera que inicie la puesta

en servicio de las mismas. Es en esta fase cuando realmente se materializa la idea, es decir, se

logran los siguientes objetivos:

Contratacin. Ejecucin.

4.1.5 Operar En la prctica, es difcil establecer el momento especfico cuando termina la construccin

y comienza la operacin. Existe un perodo de solapamiento, generalmente finalizando la



completacin mecnica. Durante este perodo, el rol de coordinador pasa de manos del

Gerente de Construccin a manos del Gerente de Arranque, quien ser el lder

responsable por alcanzar los tres primeros objetivos de esta fase, a saber:

1. Operacin inicial.

2. Pruebas de garanta.

3. Aceptacin de las instalaciones.

4. Elaboracin de informes finales.

5. Evaluacin continua.

Al comienzo de esta fase, la organizacin de construccin del proyecto an contina

existiendo y pasa a ser un grupo de soporte al grupo de arranque. ste ltimo debe comenzar

a preparar las instalaciones para el arranque inicial, a medida que las reciba de la organizacin

de construccin.

Dependiendo de la magnitud y complejidad del proyecto puede resultar conveniente que

las actividades de operacin comiencen por reas o plantas, como es el caso de una refinera,

en donde inicialmente se realiza el arranque de las unidades de servicio y despus las

unidades de produccin.

El xito de esta fase estar fundamentado en la realizacin de un buen plan de arranque,

en donde todos los aspectos importantes estn considerados, as como los responsables de

ejecutarlos.

4.2 Gestin del Conocimiento

La gestin es la direccin de las acciones que contribuyan a tomar decisiones orientadas a

alcanzar los objetivos trazados, medir los resultados obtenidos, para finalmente, orientar la

accin hacia la mejora permanente del sistema.

Dentro de este contexto, el manejo o gestin del conocimiento juega un papel muy

importante en todo el proceso de desarrollo de un proyecto, y aunque es un activo de la



empresa, reside en el individuo y esta distribuido a travs de la organizacin. El

conocimiento es experiencia, todo lo dems es informacin (Albert Einstein), por ello el

conocimiento debe estar orientado a la gente y no ser simplemente un proceso burocrtico,

debe conseguirse la manera de transmitirlo o simplemente podramos decir que es emprico.

En el sistema de planificacin y ejecucin de un proyecto, el manejo de la informacin es

clave para el desarrollo de los procesos que lo conforman, sin embargo el aporte del

conocimiento generado a travs de la experiencia, siempre conlleva a la mejora de los

mismos. El conocimiento a partir de la experiencia aporta a un procedimiento y lo optimiza o

simplifica.

De todo esto proviene la importancia de definir la estructura de los procesos y la

documentacin el sistema, elaborando o mejorando los Procedimientos e Instrucciones; para

ello se considera la estructura de documentacin implementada por un Sistema de Gestin de

la Calidad que facilita la organizacin de la Gestin del Conocimiento a travs de las distintas

herramientas que facilitan esta tarea.

La implantacin de un Sistema de Gestin de la Calidad se lleva a cabo en la empresa a

travs de la aplicacin de las Normas de Calidad ISO 9000, las cuales constituyen para la

industria, una va de reducir costos y mejorar sus procesos de produccin, tomando en cuenta

que la calidad es un factor clave para la competitividad en cualquier mercado. Es por ello que

para normalizar, se deben tener conocimientos de esta faena, garantizando as la

incorporacin de un procedimiento que se adapte a la realidad del proceso, que sea til y de

fcil entendimiento. Para comenzar con la implantacin de este sistema es necesario el

anlisis de los procesos de trabajo; una herramienta til para tal funcin es la estructura de los

procesos o Mapa de los procesos [2,4].

4.2.1 Mapas de Procesos Los Mapas de Procesos de una organizacin, permiten considerar la forma en que cada

proceso individual se vincula vertical y horizontalmente, sus relaciones y las interacciones

dentro de la organizacin, pero sobre todo tambin con las partes interesadas fuera de la

organizacin, formando as el proceso general de la empresa.



Esta orientacin hacia los procesos exige la subdivisin en procesos individuales teniendo

en cuenta las estrategias y objetivos de la organizacin, la experiencia ha demostrado que es

conveniente definir los datos de entrada, parmetros de control y datos de salida.

Una vez definida la estructura de los procesos se procede a documentar el Sistema,

elaborando o mejorando los Procedimiento e Instrucciones; para ello se considera la

estructura de documentacin del Sistema de Calidad.

Los mapas de procesos se pueden construir de diferentes maneras. Entre los que ms

comunes estn los diagramas de flujo o flujogramas, y los diagramas IDEF0, que destacan por

su sencillez y su versatilidad.

Diagramas de Flujo: El flujograma es un esquema que utiliza smbolos grficos para

describir o representar la naturaleza y el flujo de las actividades en un proceso

determinado. En otras palabras, representan la secuencia lgica de cmo deben fluir los

procesos para cumplir con los objetivos, permitiendo identificar actividades innecesarias

o redundantes dentro de un proceso. La figura 3 muestra un ejemplo de este tipo

diagrama.

Diagramas IDEF0: El diagrama IDEF0, del ingls International Definition,

representa un mtodo diseado para modelar decisiones, acciones y actividades de una

organizacin o sistema. Un diagrama IDEF0 describe un proceso, cmo funciona, cmo

se controla, y qu produce. Los diagramas se elaboran con objeto de comprender,

analizar, mejorar o sustituir una tarea. Cada uno contiene cajas con texto y flechas que

las relacionan, dando significado al diagrama. La figura 4 muestra el esquema de un

diagrama IDEF0.



Figura 3. Diagrama de flujo o flujograma.

Figura 4. Diagrama IDEF0.

4.3 Seleccin de Materiales

La seleccin de materiales en ingeniera se encuentra el la fase de definicin dentro del

desarrollo de un proyecto, en donde se lleva a cabo la ingeniera bsica como la ingeniera



necesaria para evaluar definitivamente un proyecto, establecer los parmetros firmes del

diseo y generar la informacin suficiente para realizar un estimado de costos.

Figura 5. Seleccin de materiales en el proceso de diseo ingenieril.



El diseo mecnico es un proceso iterativo, donde el punto de arranque comienza con una

necesidad, y termina con la especificacin completa de un producto que llena la necesidad.

Entre el estado de necesidad y la especificacin del producto se encuentra un conjunto de

etapas necesarias para consolidar el producto final. En este conjunto de etapas, la seleccin de

materiales es un paso definido por los requerimientos del diseo, y juega un papel muy

importante en el cumplimiento de la vida til del producto final, disminucin de costos,

seguridad operacional, etc.

La figura 5 muestra esquemticamente la importancia de la seleccin de materiales en el

proceso de diseo en ingeniera. Como puede apreciarse en el proceso de diseo deben

considerarse los atributos de los materiales (propiedades) y los aspectos mecnicos

(resistencia mecnica). Dentro de los atributos del material destacan su durabilidad, en donde

juegan un rol esencial: su resistencia a la corrosin, a la oxidacin, a la termofluencia, a la

fatiga y al choque trmico, entre otras. Todas estas propiedades definen el tiempo de vida til

del componente que forma parte de un equipo o sistema ingenieril en general. En esta

pasanta se hizo nfasis en las consideraciones de corrosin, especficamente por CO2 y H2S.

La seleccin incorrecta de un material, puede tener efectos negativos como la falla de

algn componente o parte, adems de costos cclicos innecesarios durante el tiempo de vida

del componente, equipo, etc. La seleccin ptima de materiales envuelve algo ms que

escoger un material que tenga las propiedades para cumplir con una funcin necesaria en un

servicio [5,6].

4.4 Corrosin y Seleccin de Materiales

La corrosin es el ataque destructivo de un material por su reaccin con el ambiente que

lo rodea. Vindolo de un punto de vista ms representativo, es la causa del cierre o paros de

planta, desperdicio de recursos valiosos, prdidas o contaminacin de productos, reduccin

de eficiencia, costosos mantenimientos y sobre-dimensionamiento, adems de exponer la

seguridad e inhibir el progreso tecnolgico. El control de la corrosin es alcanzado con el

reconocimiento y la comprensin de los mecanismos de corrosin, el uso de un diseo y de



materiales resistentes a la corrosin, y el uso de sistemas de proteccin, dispositivos y

tratamientos.

Desde un punto de vista puramente tcnico, la respuesta o solucin ms obvia para los

problemas de corrosin, sera la utilizacin de materiales ms resistentes a la corrosin.

Dependiendo del caso, esta puede o no ser una alternativa econmica a los mtodos de control

de corrosin. La resistencia a la corrosin no es la nica propiedad a ser considerada en la

seleccin de materiales cuando se considera la corrosin; existen metodologas para la

evaluacin de los riesgos potenciales de corrosin, que permiten la prediccin de escenarios

durante el diseo de las instalaciones, as como en operacin, con la finalidad de generar

requerimientos de materiales, control de corrosin y planes de inspeccin de corrosin que

optimicen las relaciones de costo, durabilidad y seguridad del proceso evaluado.

Dos aspectos importantes a considerar en el diseo y la seleccin de materiales son:

1. Permisividad de Corrosin (Corrosion Allowance): En sistemas de diseo de

materiales susceptibles a la corrosin como el acero, es comn tomar en cuenta un

factor adicional de seguridad en trminos de permisividad de corrosin (CA). El

concepto envuelve el uso del aumento del espesor por encima del requerido por el

diseo mecnico, para permitir la corrosin y prdida del metal que va a tener lugar

durante la vida del proyecto o hasta el reemplazo.

La magnitud del CA depende de la severidad de la corrosin esperada y la habilidad

de mitigar la corrosin usualmente por el uso de inhibidores.

2. Vida til: La vida til es el perodo de servicio til de un componente en particular.

Esto es usualmente tomado como el tiempo requerido para alcanzar una prdida de

metal igual al CA. Alternativamente, la vida de servicio puede ser utilizada para

definir el CA requerido, basndose en la evaluacin de la severidad de la corrosin y

el desempeo de inhibicin y otros mtodos en la aplicacin particular.



La evaluacin de la corrosin requiere de la comprensin de los modos de dao por

corrosin y los mecanismos asociados. La definicin de modos de dao por corrosin,

engloba tres conceptos generales [5, 6]:

Corrosin General o Uniforme. Corrosin Localizada. CorrosinAgrietamiento o Corrosin Asistida por Esfuerzos Mecnicos.

Corrosin Uniforme

Es la prdida progresiva y uniforme del material. Para que haya corrosin uniforme, el medio

corrosivo debe tener el mismo acceso en toda la superficie del metal, y metalrgicamente, el

mismo metal debe de composicin uniforme.

Corrosin Localizada

El ataque localizado en una superficie produce la corrosin por picadura. Esta puede ser

profunda, superficial o socavada, y es difcilmente detectable. Las consecuencias o fallas

debido a la corrosin por picadura son catastrficas.

Corrosin-Agrietamiento o Agrietamiento Asistido por Esfuerzos Mecnicos

La fractura frgil de una aleacin normalmente dctil, en presencia de un medio que cause

corrosin, es definida como corrosin por agrietamiento o agrietamiento inducido por el

medio. Este incluye tres tipos de fallas relacionadas con este modo de corrosin: la corrosin

bajo tensin (SCC), corrosin-fatiga (CFC), y agrietamiento inducido por hidrgeno (HIC).

Los mecanismos que pueden producir estos modos de corrosin pueden ser numerosos,

por lo que la descripcin de cada uno de estos est sujeta al caso de estudio.

La evaluacin de la corrosin es importante para determinar los mtodos de proteccin

que permiten garantizar el tiempo de vida de la planta. La estrategia para la seleccin de

materiales durante el diseo considerando la corrosin, requiere de la evaluacin previa de los

riesgos de corrosin en la planta, equipo, instalaciones, etc. Esta puede resumirse en los

siguientes pasos generales, los cuales sern explicados detenidamente en el captulo 5:



Identificacin del proceso a evaluar. Recoleccin de datos. Evaluacin. Elaboracin de los diagramas metalrgicos.

4.5 Mtodos de Proteccin

La seleccin apropiada de materiales no es el nico mtodo en la prevencin de la

corrosin, incluso se puede decir que esta incompleta sin la adicin de otros mtodos de

proteccin. La descripcin detallada de todos los mtodos de prevencin de corrosin se

escapa del objetivo de este estudio, por lo que se menciona brevemente a continuacin. Los

mtodos comnmente usados son [7]:

Revestimientos: son relativamente delgados y pueden ser de materiales metlicos, orgnicos e

inorgnicos, los cuales proveen una barrera efectiva contra la corrosin entre el metal y el

medio. La aplicacin de stos vara segn el tipo de revestimiento. Los revestimientos

metlicos son aplicados por electrodeposicin, metalizacin (roco metlico), inmersin en

caliente, revestimiento de acero inoxidable (cladding), recubrimiento con soldadura (weld

overlay), etc. Los revestimientos inorgnicos son aplicados por roco (spraying), difusin, o

conversin qumica.

Las porosidades o defectos en los revestimientos pueden resultar en ataques localizados

en el metal, por efecto de corrosin galvnica, etc.

Cambios en el Medio: Los cambios en el medio no son generalmente la solucin ms factible

en la prctica, pero debe tomarse en cuenta como mtodo para reducir la corrosin. Esto

incluye la disminucin de la temperatura, cambios en la velocidad del fluido, remocin de

oxgeno u otros oxidantes, y cambios (o disminucin) en las concentraciones de los agentes

corrosivos.



Inhibidores: Son sustancias que, aadidas en pequeas concentraciones en un medio

corrosivo, disminuyen sustancialmente las velocidades de corrosin.

En adicin, existen ciertas normas de diseo que deben tomarse en cuenta para mejorar la

resistencia a la corrosin de tuberas y equipos.

Evitar patrones de flujo estratificado. Las zonas donde pueda haber estancamientos deben ser evitadas. Los agentes corrosivos pueden acumularse y concentrarse en estas

reas. En los casos en los que esto no puede ser evitado, es recomendable agregar

sistemas de drenaje en estas reas.

Fcil drenaje y limpieza de tanques y otros contenedores. Esto debe ser considerado en el diseo (inclinacin del fondo hacia hueco de drenaje, etc.).

Diseo del sistema de forma tal que permita el fcil reemplazo de los componentes que se espera se corroan con mayor rapidez durante el servicio.

Evitar los excesos de esfuerzos mecnicos y concentraciones de esfuerzos en los componentes expuestos a medios corrosivos.

Evitar el contacto elctrico entre metales dismiles para prevenir la corrosin galvnica.

Evitar los cambios violentos de direccin en sistemas de tuberas ya que pueden promover la corrosin-erosin.

Tratar de que las condiciones en el sistema sean lo ms uniforme posible (temperatura, velocidad del fluido, materiales utilizados, etc.).

4.6 Modelos de Prediccin de Corrosin

A raz de la necesidad de predecir la corrosin, varios modelos de prediccin de corrosin

han sido desarrollados por las diferentes compaas petroleras e institutos de investigacin.

Algunos de estos modelos se basan en la simulacin de los mecanismos de los diferentes

procesos que involucran la corrosin por CO2 en el acero al carbono, mientras que otros

modelos se basan principalmente en correlaciones empricas con datos de laboratorio o datos

de campo. Los modelos difieren en como predicen y toman en cuenta el efecto de la pelcula



de corrosin protectora y otros, como el efecto de la mojabilidad del crudo en la corrosin por

ejemplo. Estos factores se consideran como la diferencia mas pronunciada entre varios

modelos. Por esta diferencia, los resultados de los distintos modelos pueden ser muy distintos

para un mismo caso.

En general, estos modelos cuentan con un largo grado de experiencia de las compaas,

pero muchos son muy conservadores por lo que pueden predecir el ataque de la corrosin

significativamente para muchos casos. Por otro lado existe el riesgo de predecir menores

velocidades de corrosin para situaciones donde la experiencia en campo seala que han

encontrado problemas por corrosin.

Una descripcin breve de los modelos ms usados por la industria de produccin de crudo

y gas en la prediccin de la corrosin es expuesta a continuacin. Las consideraciones sobre

el efecto de la mojabilidad del crudo no son mencionadas ya que la metodologa desartollar

fue en produccin de gas por lo que este concepto no aplica en el estudio [6].

1. Modelo de De Waard El modelo desarrollado por De Waard y sus colaboradores ha sido por muchos aos el

ms usado en la prediccin de la corrosin por CO2. La primera versin fue publicada en

1975 y se bas nicamente en la dependencia de la temperatura y la presin parcial del CO2.

Esta versin fue desarrollada a partir de experimentos de laboratorios a pequea escala, y

desde entonces las revisiones realizadas sobre la misma a travs de los aos han permitido la

afinacin del modelo, agregando factores de correccin sobre la ecuacin original. En 1991 se

incluye el efecto del pH y la capa producto de la corrosin, siendo estos factores finalmente

ajustados en la versin de 1993, donde adems fue propuesto los lineamientos para un nuevo

modelo con los efectos de la velocidad del fluido, completado en la versin de 1995, que

toma en cuenta el efecto propuesto y el del transporte de masa. El modelo fue desarrollado

principalmente para tuberas de gas hmedo.

El modelo usa un factor de escala al tomar en cuenta la formacin de productos de

corrosin que da un estimado mnimo de proteccin. El modelo no toma en cuenta la



formacin de la pelcula de corrosin con buenas propiedades protectora, ya que fue calibrado

contra data de laboratorio a temperaturas hasta 80 90 C. Debido a esto, tiene poca

sensibilidad a los cambios de pH.

La informacin de entrada requerida por el modelo para la realizacin de los clculos de

prediccin de corrosin es la presin parcial de CO2, temperatura, pH, velocidad del lquido y

el corte de agua. Tambin la presin total, dimetro hidrulico y la concentracin de glicol y

tipo de agua (agua condensada o de formacin). Adems incluye un mdulo de clculo de pH

a partir del agua condensada y su qumica.

2. Cassandra El modelo Cassandra es una aplicacin de la compaa BP del modelo de De Waard que

incluye la experiencia de BP en el uso del modelo. El efecto de la pelcula protectora de

corrosin puede ser incluido o excluido por el usuario, segn la escala de temperatura, la cual

considera la velocidad de corrosin constante en vez de reducirla con el crecimiento de la

temperatura, al igual que en el modelo de De Waard.

El modelo toma como datos principales de entrada el porcentaje molar de CO2, la

temperatura, presin total, velocidad del lquido y la qumica del agua. Incluye el clculo de

pH a partir del contenido de CO2, la temperatura y la qumica total del agua. No cubre

aspectos importantes de la prctica como la eficiencia de inhibidores.

3. Modelo Norsok Es un modelo emprico basado principalmente en la data de laboratorio a baja temperatura

en combinacin con data de campo a temperaturas por encima de los 100 C. Este fue

desarrollado por compaas petroleras de Noruega (Norwegian oil companies Statoil, Norsk

Hydro y Saga Petroleum), y fue publicado como estndar de la industria petrolera de

Noruega. El modelo se encuentra abiertamente disponible en las pginas de Internet de los

estndares [7].



Este modelo toma en cuenta el efecto de la pelcula protectora de corrosin y por ello

predice bajas velocidades de corrosin a altas temperaturas y altos pH. Los datos de entrada

para su uso son: la temperatura, presin total, contenido de CO2, pH, esfuerzo de corte (wall

shear stress) y la concentracin de glicol. Adems contiene mdulos para calcular pH y el

esfuerzo de corte.

4. Cormed Cormed es una herramienta de prediccin para pozos desarrollada por la compaa

francesa ELF, basado en su experiencia en corrosin por CO2. Este predice la corrosividad de

pozos de bajos, medios y altos riesgo de ataque. No toma en cuenta la velocidad de flujo para

la corrosin por CO2. Este modelo calcula el pH a partir de la temperatura, presin total,

contenido de CO2, cantidad de cido actico y la qumica total del agua.

5. Lipucor Es un programa de prediccin de corrosin desarrollado por la compaa francesa

TOTAL, y se basa en resultados de laboratorio y una gran cantidad de data de campo que

incluye ms de 90 casos. Parte del modelo es desarrollado tambin por ELF y el Instituto

Francs de Petrleo (Institute Franais du Ptrole). Considera tambin, a diferencia de otros

modelos, otros mecanismos de falla aparte de la pura corrosin por CO2 y recientemente fue

actualizado para incluir la prediccin de corrosin en los topes de lnea.

Este modelo toma como data de entrada el porcentaje de moles de CO2 y H2S, la

temperatura, la presin total, la qumica del agua, la tasa de produccin y el dimetro de

tubera. Otros datos de entrada son la densidad del crudo, el peso molar del gas y la

composicin del acero. Adems permite el clculo del pH a partir de la temperatura,

contenido de CO2 y la qumica del agua, pero la prediccin de la corrosin en el modelo

depende muy poco de ste. El modelo indica si la corrosin es general o localizada, y da una

evaluacin de la severidad de la misma.

Cabe destacar que la correlacin con datos de campo hace de ste un modelo menos

conservador que los modelos de laboratorio.



6. Hydrocor Es el modelo desarrollado por Shell, y combina corrosin con la simulacin del patrn de

flujo. Es el acoplamiento de diferentes modelos de corrosin por CO2 para la simulacin de

flujo multifsico, clculo de pH y la precipitacin del carbonato de hierro, lo que permite el

clculo de la velocidad de corrosin sobre un perfil de tubera. Toma en cuenta el factor de

escala antes mencionado, aplicado para el caso de agua condensada. Adems incluye la

prediccin de corrosin en topes de lnea as como un modelo simplificado de corrosin por

H2S y cido actico.

Los principales datos de entrada son la presin de operacin, temperatura, porcentaje

molar de CO2 y H2S, bicarbonato, cido orgnico, contenido de glicol, dimetro de la tubera

y tasa de produccin. La tendencia de prediccin del modelo es hacia el lado conservador

para evitar bajas velocidades de corrosin en sistemas donde puedan ocurrir fallas.

7. Modelo KSC Es un modelo desarrollado en el Instituto para La Tecnologa de Energa (Institute for

Energy Technology) dentro del proyecto industrial Kjelller Sweet Corrosion V, para modelar

el mecanismo de corrosin por CO2 tomando en cuenta la pelcula protectora de corrosin. El

modelo simula reacciones electromecnicas en la superficie del acero, reacciones en la fase

lquido y la difusin de las especies tambin, y calcula la velocidad de corrosin con o sin

pelcula protectora y el riesgo de ataque corrosivo tipo mesa. La velocidad de corrosin con

pelcula protectora es el criterio de preferencia pero cuando el riesgo de corrosin tipo mesa

es alto, debe usarse el valor de la velocidad de corrosin sin pelcula protectora. Este modelo

toma como data de entrada la temperatura, presin total, presin parcial de CO2, pH y la

velocidad de flujo del lquido.

8. Modelo Tulsa El modelo de corrosin por CO2 desarrollado por la Universidad de Tulsa, hace nfasis en

el modelado mecnico de flujo para una sola fase, junto con la cintica de las reacciones

electroqumicas y la transferencia de masa. Puede ser utilizado para tuberas rectas o con



codos. Toma en cuenta la formacin de la pelcula de carbonato de hierro e indica de igual

forma la velocidad de corrosin sin la formacin de sta.

La data de entrada de este modelo es la temperatura, presin parcial de CO2, velocidad del

lquido y dimetro de la tubera. El pH puede ser suministrado como data de entrada o

calculado a partir de la qumica del agua. Es sensible a las variaciones de pH y velocidad del

fluido.

9. Predict Es un modelo desarrollado por Intercorr Internacional. Sus bases son tomadas del modelo

de De Waard, pero tomando en cuenta otros factores como la presin parcial efectiva del CO2,

calculada a partir del pH del sistema. El modelo toma en cuenta la mojabilidad del crudo y la

formacin de la pelcula protectora. El modelo toma como data de entrada la temperatura,

presin parcial de CO2 y H2S, y velocidad del fluido principalmente. El valor del pH puede

ser suministrado como data de entrada o calculado a partir del contenido de bicarbonato o

qumica total del agua. El modelo es sensible a las variaciones de pH.

Otros modelos, desarrollados por distintas compaas y universidades, y que al igual que

los anteriormente nombrados, toman en cuenta informacin importante y variables, para el

anlisis de la corrosividad del medio y clculo de las velocidades de corrosin, dando peso a

los distintos factores a partir de distintos criterios. Entre estos modelos: SweetCor,

desarrollado por la compaa Shell, y Corpos, por OceanCorr. El Modelo de Ohio, por la

Universidad de Ohio; el Modelo ULL, realizado en la Universidad de Lousiana en Lafayette;

Dream, desarrollado por la Universidad Estatal de Oklahoma. Tambin, el Modelo OLI, por

la compaa OLI Systems, y el Modelo ECE (Electronic Corrosin Engineer), desarrollado

por Intetech.



CAPTULO 5: METODOLOGA

El desarrollo de este trabajo de pasanta consisti en la generacin de la Base de

Conocimientos para la Seleccin de Materiales para Empresas Y&V, a travs del desarrollo

de una metodologa de seleccin ptima de materiales basado en la determinacin de riesgos

de corrosin que puedan desarrollarse en funcin del proceso que se maneja. Los pasos

necesarios para la realizacin de esta metodologa se encuentran englobados de forma general

en siguientes fases dentro de la empresa:

Induccin. Revisar Informacin. Identificar los objetivos y requerimientos. Identificar las herramientas para el desarrollo de Mapas de Procesos, as como los

elementos de entrada, productos.

Elaborar documentos estndares. Implementar herramienta de trabajo. Cumplir requerimientos de calidad.

La metodologa desarrollada para la seleccin de materiales se encuentra esquematizada

en la figura 6. sta puede resumirse en los siguientes pasos generales:

Identificacin del proceso a evaluar. Recoleccin de datos. Anlisis de las condiciones de operacin. Elaboracin de los diagramas metalrgicos.

5.1.1 Identificacin del Proceso a Evaluar La identificacin del proceso a evaluar permite la familiarizacin con las condiciones

generales del proceso: descripcin, bases y criterios del diseo, variables, y otros aspectos de

relevancia que permiten el desarrollo de la evaluacin.



Figura 6. Metodologa para la Seleccin de Materiales.



5.4.2 Recoleccin de Datos Este paso comienza desde la identificacin del proceso, y generalmente se realiza

continuamente durante la evaluacin. Consiste en la recoleccin de los requerimientos

necesarios para continuar y llevar a cabo la evaluacin. Los documentos comnmente

utilizados para la evaluacin de la corrosin son:

Descripcin del Proceso. Bases y Criterios de Diseo. Simulacin del Proceso. Diagramas de Flujo del Proceso. Diagramas de Tuberas e Instrumentacin. Hoja de Datos de Equipos. Especificacin mecnica de Materiales de Tuberas. Anlisis composicional del fluido y analisis fisico-quimico del agua generada en el

proceso.

5.1.3 Anlisis de las Condiciones de Operacin La evaluacin puede dividirse en tres escenarios, a partir de los requerimientos del diseo

mecnico y la evaluacin de las condiciones de operacin:

1. Medio No Corrosivo: donde la seleccin de materiales es por lo general la ms

econmica, que adems cumpla con las solicitaciones mecnicas (normalmente acero

al carbono).

2. Medio Corrosivo: donde se cumple la metodologa aqu explicada, evaluando a partir

de una preseleccin de materiales (acero al carbono), y los mecanismos de corrosin

asociados al proceso. Como resultado, se define la metalurgia del proceso y las

recomendaciones para el control de corrosin.

3. Medios Corrosivos Severos: en la mayora de estos casos, existen normas, estndares

y prcticas que definen el tipo de material a utilizar en este tipo de servicios. De lo

contrario, la metodologa utilizada para un Medio Corrosivo aplica tambin en este

caso.



La evaluacin para un Medio Corrosivo no puede ser un proceso genrico que aplica

para todos los casos. Cada caso requiere de una adaptacin de esta fase dentro de la

metodologa, y esto va a depender de los mecanismos de corrosin asociados, proceso

involucrado (ya sea gas, crudo o mezclas multifsicas con slidos), informacin y

herramientas disponibles para la evaluacin, condiciones de servicio, etc.

Para el desarrollo de la evaluacin, es necesario cumplir los pasos anteriores, y a partir de

la recoleccin de datos, realizar un anlisis de las condiciones de operacin. Esto tiene como

fin, establecer los conceptos relacionados con la evaluacin, la identificacin de los

mecanismos de degradacin y variables asociados al proceso, la identificacin y seleccin de

los modelos de corrosin disponibles para el clculo de velocidades de corrosin, y

finalmente, establecer los criterios y premisas para el desarrollo de la evaluacin.

La evaluacin arroja como resultado un informe, donde se justifica la validacin de

seleccin de materiales, con los pasos e informacin dentro del proceso de evaluacin,

mencionados en el prrafo anterior.

Figura 7. Diagrama IDEF0, estudio de seleccin de materiales.

La figura 7 resume a travs de un diagrama IDEF0, los aspectos a considerar para el

desarrollo del estudio de seleccin de materiales. En la seccin 4.2.1 del marco terico, se

explica la utilidad de estos diagramas como herramienta para la gestin del conocimiento. El



control del proceso se lleva a cabo a travs de las listas de chequeo, normas y estndares que

rigen el proyecto en desarrollo, y los recursos utilizados en el proyecto comprenden: los

ingenieros, simulaciones del proceso y software aplicable.

5.1.4 Elaboracin de los Diagramas Metalrgicos Es el producto de la evaluacin y representa la seleccin de materiales final o validacin

de una preseleccin de materiales, e incluye tambin los mtodos de control de corrosin

adicionales a la metalurgia como inyeccin de inhibidores u otro tipo de qumico. Estos son

plasmados en los diagramas de flujo del proceso, en los cuales se describe la metalurgia

recomendada, y los puntos de inyeccin de aditivos tipo inhibidores y otros.

Figura 8. Diagrama IDEF0, elaborar diagramas metalrgicos.

La figura 8 muestra el diagrama IDEF0 aplicado a la elaboracin de los diagramas

metalrgicos. Para ambos diagramas IDEF0 (figuras 7 y 8), se realiz un documento en el que

se especifican los parmetros principales, en base a los cuales se definirn las pautas que el

ingeniero de proyectos tomar en cuenta para llevar a cabo el estudio de materiales y la

elaboracin de los diagramas metalrgicos, para un servicio determinado. Adems, se define

la normativa adoptada para el desarrollo del proceso de seleccin. La figura 9 muestra un

ejemplo de un diagrama metalrgico.



Figura 9. Diagrama metalrgico.



CAPTULO 6: CASO DE ESTUDIO

En el caso de estudio se realiz la validacin de la preseleccin de materiales de una

planta de deshidratacin de gas. Esta seleccin inicialmente consider la revisin de varios

modelos de prediccin de velocidades de corrosin, para elegir el modelo ms idneo y

reproducible de las condiciones manejadas en la planta de deshidratacin de gas. En este

captulo se muestra el desarrollo de la metodologa, aplicado al caso de estudio, desde la

identificacin del proceso, mecanismos de corrosin y variables asociados al proceso, datos

utilizados para la evaluacin, modelo considerado para la evaluacin, criterios y premisas

utilizados para la evaluacin, hasta la elaboracin de los diagramas metalrgicos.

6.1 Descripcin del Proceso

La planta de deshidratacin se dise para un flujo de gas saturado a 120 F y 950 psig de

y una capacidad de entrada de 1000 1089 MMSCFD el cual ser manejado y condicionado

para el proceso de extraccin por los siguientes procesos:

Facilidades de entrada (separacin y filtracin). Deshidratacin del gas. Remocin de mercurio.

El proceso est acompaado adems, por los sistemas operacionales y servicios auxiliares

que adicionalmente conforman la planta de deshidratacin de gas, como el sistema de

tratamiento de aguas de desecho, sistemas de combustibles, sistemas de instrumentacin y

utilidades, etc. Estos se encuentran fuera del alcance del estudio realizado.

Facilidades de Entrada

El gas hmedo rico en CO2 ser recibido por el Inlet Slug Catcher, a travs de una tubera

de 30 pulgadas de dimetro, a condiciones de operacin de 120 F y 950 psig (50 C y 6,5

MPa). Este equipo consiste en un recipiente horizontal tipo cicln, diseado para el manejo de

flujo multifsico continuo de gas y lquido (agua y condensado). Tiene la capacidad de



almacenar el lquido acumulado en la parte baja, que drena por una vlvula de control de

nivel. Las variaciones en la velocidad del gas en este equipo, hacen del medio en su interior

crtico para la corrosin, e inclusive es susceptible a corrosinerosion.

La fase gaseosa que sale del Inlet Slug Catcher va hacia el Inlet Gas Scrubber, un

separador de tres fases. Despus de entrar al equipo, el gas sale por tope pasando por un

extractor para remover la niebla suspendida, donde el lquido removido por el extractor niebla

cae en gotas a travs del gas hacia un reservorio de lquido en el fondo del equipo. El drenaje

de este lquido a las lneas de aguas de tratamiento tambin es controlado por una vlvula de

nivel.

Separado por una distancia mucho mayor a la de los equipos estticos ya mencionados, el

gas pasar por un segundo Gas Scrubber o separador de tres fases, que recibir el fluido.

Adicionalmente, el separador recibir el gas de regeneracin utilizado por los mdulos de

deshidratacin.

El gas de salida del separador alimentar luego el Inlet Gas Filter, conformado por dos

secciones o compartimientos: uno para la remocin de lquidos y slidos del gas, y el otro

compartimiento contiene un extractor de vapor para remover cualquier contaminante que

quede en el gas. Cada cmara o seccin tendr un sumidero para el almacenamiento de

lquidos, controlado por una vlvula de nivel.

La descarga de gas de los filtros va a un mltiple de distribucin, el el cual es direcionado

al sistema de deshidratacin por tamices moleculares.

Deshidratacin del Gas

Una vez que el gas ha sido separado de lquidos y slidos en las Facilidades de Entrada, el

gas hmedo pasar a travs del sistema de deshidratacin de manera de reducir el contenido

de agua en el gas hasta los niveles deseados (menos de 1 ppm en volumen) y preparar el gas

para el proceso criognico en la seccin de recuperacin de LNG aguas abajo. El sistema de

deshidratacin consiste en 12 tamices de adsorcin (Inlet Molecular Sieve Adsorbers),



divididos en dos mdulos. En cada mdulo, 5 de los recipientes estarn en el ciclo de

adsorcin de agua, mientras que el sexto esta en el ciclo de regeneracin.

El gas deshidratado tendr una cantidad de agua menor a 0,1 ppmv. Por lo que a partir de

este punto el gas hmedo es denominado gas seco.

Remocin de Mercurio

El gas seco del sistema de deshidratacin entrar en el sistema de remocin de mercurio,

el cual est diseado para reducir el contenido de mercurio del gas que lo alimentar, de 0,034

g/Nm3 a menos de 0,01 g/Nm3 (microgramos por metro cbico en condiciones normales)

para proteger el material del enfriador criognico de la corrosin y fragilizacin. El sistema

consiste en cuatro removedores de mercurio, divididos en dos mdulos, es decir, con dos

recipientes en cada mdulo.

El gas sin mercurio pasar a travs de dos filtros de polvo (uno para cada mdulo), para

remover cualquier partcula que pueda pasar por los equipos de adsorcin de mercurio, con

una eficiencia de 1 micrn. Esto proteger a los equipos aguas abajo, especialmente las cajas

enfriadoras, del arrastre de slidos.

Una vez que el gas ha sido deshidratado y depurado, este fluir como gas de alimentacin

a la planta de extraccin de gas natural, con un flujo de 1000 MMSCFD a 119 F y 923 psig

(50 C y 6,3 MPa).

Parte del gas aguas debajo de los filtros de polvo, ser utilizado para el ciclo de

regeneracin de los recipientes de adsorcin. Esto consiste en la compresin de este gas para

ser llevado a 540 F (282 C) en el calentador de gas o Regeneration Gas Heater, que luego

regenerar las camas o tamices saturados al remover el agua de los mismos. Despus de salir

por el tope del equipo de adsorcin molecular, el gas es enfriado a travs del Regeneration

Gas Cooler, a 120 F (50 C). El gas enfriado entra a un separador (Regeneration Gas

Separator), el cual acumular el agua que condense en un depsito que luego ser transferido

a un sistema de drenaje por una vlvula de control de nivel.



El gas que sale del separador de cada mdulo ser posteriormente retornado al sistema de

deshidratacin en las facilidades de entrada, a nivel del segundo separador.

La figura 6 (a) y (b) a continuacin, muestran un diagrama de flujo de proceso resumen,

del proceso de deshidratacin del gas aqu descrito.

116

101

100

INLET GASSCRUBBER

INLET GASSCRUBBER

INLET SLUGCATCHERA

SISTEMA DETRATAMIENTO DE AGUAS

2

43A

3

1

D

SISTEMA DEESTABILIZACIN DE

CONDENSADO

B

121

120

4B

C

102

506

Fi

gura 6 (a). Diagrama de flujo del proceso de deshidratacin del gas natural.



Figura 6 (b). Diagrama de flujo del proceso de deshidratacin del gas natural.

6.2 Corrosin en la Produccin de Gas

En la produccin de gas, la corrosin es causada generalmente por la combinacin de

distintos agentes que promueven el fenmeno de corrosin por distintos mecanismos, lo cual

tiene una alta incidencia en los costos de mantenimiento de tuberas y equipos, en la

preservacin del medio ambiente, y en la seguridad del personal.

Las causas acumuladas que pueden producir la ruptura o fuga de tuberas y equipos

durante el servicio son: sobrepresin (o presin por encima de la de diseo); dao mecnico

externo a la lnea por excavaciones u otras actividades; corrosin externa e interna de la lnea,

que origina la reduccin del espesor de pared. La corrosin interna puede ser causada por la

presencia de bacterias, humedad o agua libre, cloruros, oxgeno (u otro agente oxidante),

dixido de carbono, y sulfuro de hidrgeno [8, 9].



6.3 Mecanismos de Degradacin en la Produccin de Gas

Los principales mecanismos de corrosin en la produccin de gas son las relacionadas con

la presencia de CO2, H2S y agua libre.

6.3.1 Corrosin por Dixido de Carbono El CO2 es un gas cido que se disuelve en ambientes acuosos para producir una reduccin

del pH en el sistema, aumentando la agresividad del medio. Por tanto el pH vara con las

cantidades de CO2 disuelto. Las cantidades de CO2 se incrementan con el aumento de la

fraccin molar de CO2 (XCO2) en fase gaseosa y con el aumento de la presin parcial de CO2.

La corrosin por CO2, conocida como corrosin dulce, es comn en sistemas de transporte

de gas que contengan dicho elemento en presencia de agua.

Se ha establecido un criterio de corrosividad del gas de acuerdo a la presin parcial del

CO2 en el gas, como se muestra en la tabla 1 a continuacin:

Tabla 1. Criterio General de Corrosividad del Gas en Funcin de la Presin Parcial del CO2[13]

Presin parcial de CO2 Velocidad de Corrosin Menor que 7 psi (48 MPa) Despreciable

Entre 7 y 14 psi (48 y 95 MPa) Despreciable a Leve

Entre 14 y 30 psi (95 y 200 MPa) Moderada

Mayor que 30 psi (200 MPa) Severa

El mecanismo de corrosin por CO2 se puede subdividir en tres etapas [10-12].

Etapa I

El CO2 se disuelve en presencia de agua para formar acido carbnico, el cual se disocia en

dos etapas: la formacin de iones bicarbonatos (2) y la subsecuente formacin de iones

carbonatos (3),



3222 COHOHCO + (1)

+ + 332 HCOHCOH (2)

+ + HCOHCO 233 (3)

Etapa II

En esta etapa ocurren dos reacciones simultneamente: la disolucin del hierro en la

intercara metal/electrolito,

+ + eFeFe 22 (4)

y la combinacin de los electrones producidos durante la reaccin (4) con el ion bicarbonato

producido en la ecuacin (2), tambin en la intercara metal/electrolito,

2

323 222 ++ COHeHCO (5)

Etapa III

La combinacin de los iones carbonato producidos en (5) con el in ferroso de la reaccin

(4) para formar carbonato de hierro,

32

32 FeCOCOFe + + (6)

La proteccin que pueda ofrecer la capa de carbonato de hierro depende de las

propiedades fsicas y la temperatura a la cual forma. Esto se combina al efecto de la velocidad

del fluido, el cual puede remover los productos de la corrosin permitiendo la exposicin

continua del metal al medio corrosivo. Los parmetros crticos en cuanto la estabilidad de la

los productos formados segn la temperatura son resumidos en la siguiente tabla:



Tabla 2. Caractersticas de la capa de carbonato de hierro en la superficie del metal vs.temperatura a la cual se forma

Temperatura Caractersticas del Producto Formado Menor de 140 F (60 C) Disolucin pobre del hierro. Producto de corrosin no cubre

enteramente la superficie y tiene mala adhesin, facilitando la remocin del mismo.

212 F (100 C) Alrededor de esta temperatura las velocidades de corrosin son mayores. Producto formado es poroso y heterogneo lo que produce formacin de picaduras.

Mayor de 302 F (150 C) Capa de carbonato de hierro homognea, adherente y de buenas propiedades mecnicas, lo cual disminuye la disolucin del hierro. La velocidad de corrosin disminuye.

En general, podra establecerse que las velocidades de corrosin alcanzan un mximo

cuando la temperatura esta alrededor de 212 F (100 C). El efecto de la velocidad del fluido

es discutido ms adelante.

6.3.2 Corrosin por Sulfuro de Hidrgeno Como el dixido de carbono, el sulfuro de hidrgeno es un gas cido, el cual se disuelve

en ambientes acuosos para contribuir en la reduccin del pH del sistema. El pH disminuye

con el aumento de H2S en la solucin, y como se menciona anteriormente, mientras ms bajo

es el pH, ms agresivo es el medio desde el punto de vista de la corrosin. Adicionalmente, la

severidad de la carga del acero con hidrgeno tambin aumenta con las cantidades de H2S. Al

igual que el dixido de carbono, las cantidades de H2S aumentan con el incremento de la

fraccin molar de H2S (XH2S) y de la presin total del sistema, causando un aumento de la

presin parcial del H2S.

La corrosin por H2S, conocida como corrosin agria, es comn en sistemas de transporte

de gas que contengan dicho elemento en presencia de agua. El mecanismo bajo el cual se

desarrolla puede ser resumido en tres etapas [10-12]:

Etapa I

El sulfuro de hidrgeno gaseoso se disuelve en agua donde ocurre una doble disociacin

como se muestra a continuacin:



+ + HHSSH 2 (7)

+ + 2SHHS (8)

Etapa II

Nuevamente, como en el caso de corrosin por CO2, la disolucin del hierro en la

intercara metal/electrolito,

+ + eFeFe 22 (4)

Etapa III

Los productos de las reacciones (8) y (4) se combinan para formar el sulfuro de hierro,

FeSHFeHe +++ ++ 02 222 (9)

La capacidad protectora de la capa de sulfuro de hierro depender de las propiedades

fsicas y homogeneidad de la misma. Varios productos del tipo FexSy pueden formarse

dependiendo de la presin parcial del sulfuro del hidrgeno gaseoso. A presiones parciales de

H2S por debajo de 0,1 psi (0,69 KPa), se forman los productos ms protectores (FeS y FeS2),

mientras que por encima de este valor, se forman productos ms imperfectos (Fe9S8) que

permiten la difusin del Fe2+ y son menos protectores. Generalmente, se asume que mientras

mayor sea el radio S/Fe, el producto de corrosin se hace ms compacto y por ende ms

protector.

Los mecanismos de corrosin asociados a medios sulfurados, son los fenmenos

conocidos como: agrietamiento bajo tensin inducida por la presencia de azufre (Sulfide

Stress Corrosion Cracking, SSCC), el cual depende de la resistencia mecnica de los aceros y

la presencia de esfuerzos residuales y/o externos; y el agrietamiento inducido por hidrgeno

(Hidrogen Induced Cracking, HIC), promovido por factores como pH cidos, temperatura

entre 50 y 95 F (10 y 35 C), trabajo en fro y aplicacin de esfuerzos externos.



La tabla 3 muestra los valores crticos para la corrosin en aceros por H2S segn el modo

de corrosin:


Presin parcial de H2S Modo de corrosin

Menor que 0,015 psi (0,10 KP

Corrosión en Planta de Deshidratación de Gas

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